1    我国排水管网安全运行现状分析

1.1    管网建设规模快速增长

        近年来，国家高度重视排水管网建设，出台了一系列的政策文件保障排水管网等基础设施的建设和维护。2014年3月，中共中央、国务院发布了《国家新型城镇化规划（2014~2020年）》，明确了未来城镇化的发展路径、主要目标和战略任务，在该规划中，提出了城市发展模式科学合理的发展目标，要求城市地下管网覆盖率明显提高，同时也明确提出了加强市政公用设施建设，加强防洪设施建设，完善城市排水与暴雨外洪内涝防治体系，提高应对极端天气能力。2015年12月中央城市工作会议和2016年2月中共中央、国务院发布的关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见中都要求重视基础设施的建设。2016年2月，《国务院关于深入推进新型城镇化建设的若干意见》进一步提出了要实施城市地下管网改造工程和推进海绵城市建设，加强城市地下基础设施建设和改造，加快城市易涝点改造，推进雨污分流管网改造与排水和防洪排涝设施建设，妥善解决城市防洪安全、雨水收集利用、黑臭水体治理等问题。

        新型城镇化建设对城市基础设施提出更高的要求，改善水环境质量的呼声越来越高，对排水工程重要性的认识不断提高。近20年城镇排水管网规模得到了快速增长，如图1所示，城镇排水管道长度和排水管网覆盖率的增加，有效降低了城镇内涝风险，为城镇水安全保障和水环境改善奠定了基础。

图1    我国1990~2014年城市管网规模

1.2    重视程度需要不断强化

        虽然我国城镇排水管网的建设规模快速增长，但与社会发展的需求相比，仍然存在不足。统计结果表明，近年来，近半数城市发生内涝的主要原因是排水系统覆盖不全、标准偏低，新建管网跟不上城市发展速度，老旧管网得不到及时更新，部分设施运行不正常等。排水管网的建设和完善滞后于城市发展，城市中仍然有较多的排水空白区。以上海为例，2013年上海市建成区排水管道密度为18.83 km/km²，约为全国平均水平的2倍，而日本全国在本世纪初已达到35 km/km²；上海的管网覆盖率仅为65.29%，中心城区为76.52%，非中心城区为37.45%。

        我国大部分城市在排水管网建设过程中，普遍采取当时设计标准规定的下限值，甚至低于设计标准。2014年《室外排水设计规范》（GB 50014-2006）进行了局部修订，提高了排水管网的建设标准，规定超大特大城市中心城区的设计重现期为3~5年，重要地区为5~10年，且要求采用上限值。相关统计数据表明，全国近80%的老城区和65%的新建城区都低于新标准。

1.3    排水管网运行风险较大

        与发达国家相比，我国当前排水管网的运行管理水平仍显落后，排水管道检测水平和检测效率均较低，仅有少数几座大城市在特定情况下开展仪器仪表检测。排水管道疏通方式落后，人工疏通率超过80%，管道污泥也未得到有效处理。排水管道结构性和功能性病害严重，上海某区2011年排水管道检测结果显示，中度淤积以上的管道占总管道长度的18.45%，平均每1 km就有1处破裂、渗漏等结构性病害。排水管道破损、错位导致管道渗漏严重，管道渗漏在高地下水位地区造成地下水入渗量远超设计值。以上海为例，因管道病害导致部分地区地下水入渗量达到平均污水量的30%~40%，地下水大量渗入造成污水处理厂进水浓度偏低。有些城市的某些污水处理厂进水COD低于100 mg/L，污水处理厂大量处理的是其他水，没有有效地去除污染物。

        排水管网雨污混接、清淤不力易造成管道污泥沉积。降雨期间，管道沉积物由于水力冲刷排入河道。合肥市某溢流口的雨天溢流COD浓度最高值达1 806 mg/L，SS浓度最高值达2 357 mg/L。相关研究表明，上海苏州河沿岸市政泵站排江污染物COD负荷主要来源于管道沉积物和地表径流，其中管道沉积物的COD负荷所占的比例达到53.9%～67.3%。

        排水管道的破损还会导致周边土壤疏松，影响管道自身、周围建筑物和其他管道的安全。据报道，全国因排水管道破损而导致路基松动的情况时有发生，严重时还会发生沉管事故、路面塌陷，危害交通安全，深圳市在2013年内发生十余次地面塌陷事故，并造成十余人伤亡。

        为解决城镇排水管网安全运行存在的问题，亟待借鉴发达国家和地区的技术和经验，结合我国实际情况，因地制宜开展相关理论研究和技术研发，以提升我国城镇排水管网的规划建设管理水平，为保障城镇排水管网高效安全运行奠定基础。

2    国外排水管网安全运行技术研究

2.1    设计手段先进

        传统排水管网设计均采用恒定流水力学理论计算管网的汇流过程，该方法在应用范围方面具有局限性，无法准确计算渗透、调蓄等新技术措施对管道流量的影响。美国、欧盟等地从20世纪60年代起就开始研发基于非恒定流模拟的排水管网模型和软件。目前在发达国家中，以流量过程线为核心的城市雨水数学模型模拟技术已得到成熟应用。欧盟的排水设计规范要求当排水系统面积大于2 km²或管道内流行时间大于15 min时，应采用非恒定流模拟进行城市管网水力计算。

2.2    标准规范全面

        经过多年的研究和实践，发达国家已形成较为全面的城镇排水管网技术标准体系，用于指导城镇排水管网的规划建设和运行维护。在运行维护方面，日本发布的《下水道管路设施维持管理手册》，覆盖了排水管道的设计计算、疏通方式、检查手段、修复技术和管道污泥处理等各个方面，尤其提出了排水管道性能评价指标系统，共包括4类11项，每项指标分为良好、轻微、轻度、中度和重度5个评价等级，并根据不同评价等级给出应对措施，就淤积指标而言，淤积小于管径10%的为轻微病害，淤积达到管径10%~25%的为轻度病害，淤积达到管径25%~50%的为中度病害，淤积超过管径50%的为重度病害。德国发布有《排水沟和下水道的铺设和检查》和《室外排水系统的修复-第3部分：排水沟和下水道的软管内衬（经现场固化的软管内衬）》，对排水管网的内衬管修复全过程进行了详细的规定。这些标准规范的发布，明确了排水管网运行维护标准和需要的技术手段，对于安全运行具有重要的意义。

2.3    检测技术创新

        随着科学技术的持续发展，新材料和新设备的研发应用，发达国家在排水管网的运行维护和检测技术方面不断创新，研发了一系列先进装备。

        在精确检测方面，国外已从传统的潜水员管道检查向视频检测、声纳检测、透地雷达、机器人检测等方向发展，实现管道检测的数字化、三维化和全景化。在原位修复方面，已从破坏后应急性修复转向预防性修复阶段，开发出原位固化修复、螺旋缠绕修复、折叠内衬修复等管道修复技术。在疏通处理方面，国外已普遍建立了完善的排水管道养护制度，一般采用联合吸污车进行管网的日常养护，并对管道污泥进行集中处理。

2.4    管理机制完善

        发达国家排水管网管理以内涝防治和污染控制为目标，强调全过程控制管理，并启用了预警应急管理机制。

        美国的低影响开发（Low Impact Development，LID），英国的可持续城市排水系统（Sustain able Urban Drainage Systems，SUDS），德国的分散式雨水管理系统（Decentralized Rainwater/Stormwater Management），澳大利亚的水敏感性城市（Water Sensitive Urban Design）等，均重视雨水的源头控制，强调人工排水系统应最大限度模拟自然界的水文环境。将城市雨水管理理念从“快速排放、末端治理”转变为“源头减排、过程控制、系统治理”，保障城市排水管网的高效安全运行。

        发达国家还普遍建立了完善的预警应急管理制度，注重利用先进技术预报内涝灾害，如美国的地方内涝灾害警报系统（LFWS）、《暴雨洪水指南》（FFG）和自动本地实时评估系统（ALERT）等。日本东京建立了“Tokyo Amesh”的降雨信息系统，采用雷达设备和雨量计对降雨强度和位置实行实时监测，为泵站和污水处理厂运行提供信息数据；同时编制内涝洪水险情地图，明确易洪区和市民疏散路线，并在城市地区内设置标准化图形标志，标注预测洪水深度并且提供疏散路线和避难所信息，这些措施的有效性已经在日本的多次暴雨事件中得到了验证。

3    我国排水管网安全运行技术发展方向

        排水管网作为城市重要的基础设施，包括雨水管网、污水管网和合流污水管网，使用年限长、分布范围广，其规划建设和管理应始终满足城市发展的需求，保障城市安全运行和水环境质量。根据国内实际情况，应从以下几个方面着手提升城镇排水管网系统安全运行技术水平。

3.1    树立海绵城市规划建设理念

        雨水综合管理包含源头控制、排水管网和内涝防治体系等方面，海绵城市建设以“保障水安全、治理水环境、涵养水资源、改善水生态”为目标，遵循生态优先等原则，将“山水林田湖”作为生命共同体和完整系统，通过“渗、滞、蓄、净、用、排”等技术措施，将自然途径与人工措施相结合，在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度地实现雨水积存、渗透和净化，促进雨水资源的利用和生态环境保护。

        海绵城市建设理念改变了传统城镇化发展理念和传统雨水快排理念，可以有效地实现雨水综合管理，是保障城镇排水管网安全运行的重要措施之一。

3.2    提高排水防涝设计建设标准

        与发达国家相比，标准偏低是我国城镇排水管网建设设计过程中面临的重要问题。为更好地与发达国家标准接轨，根据我国的经济发展水平和近些年的内涝发生情况，2014年修订了《室外排水设计规范》，提高了城市雨水管渠的设计重现期，增加了内涝防治设计重现期，并要求采用上限值，目前上限值与欧盟标准基本持平，各地还可以根据各地特点制定更高的排水管网设计建设标准。

3.3    推行科学合理运行管理模式

        进一步加强运行管理也是保障排水管网安全运行的重要手段。我国目前很多城市排水管道淤积严重、运行水位较高，在雨天水量激增时缺乏输送能力的可提升空间，导致溢流排放现象严重，影响排水管网的安全运行。排水管网的低水位运行模式是指在管道清淤维护的基础上，通过泵站的日常管理调控，尽量排空管道内的污水，保持管道低水位运行。2013年起，苏州市在国内同类城市中率先推行低水位运行模式，使污水快速排入污水处理厂，减少污染物在管道内的沉降，提高污水处理厂进水的污染物浓度，从而有效避免因污染物浓度过低而影响污水处理效率。以苏州市某污水处理厂为例，通过推行低水位运行模式，污水处理厂进水COD浓度已从2012年的全年平均297 mg/L提升至2014年的全年平均406 mg/L，处理后仍能达标排放，其消减的COD排放量远远高于提标改造前。

3.4    加快研发管网运行技术装备

        与发达国家相比，我国在排水管网相关的技术储备和装备产业化方面较为落后，不利于保障排水管网的安全运行。因此，需要重点研究排水管网、内涝防治和污染控制技术，在技术研究的同时，应注重开发运行维护系列装备，如超声检测等管道精确检测设备、复合纤维等管道修复材料、高效冲洗疏通设备和振动筛分污泥处理设备等。

        通过排水管网技术研究和装备研发，实现排水管网的“技术自主化、设备国产化”，全面提升我国排水管网技术设备水平，已成为当前排水管网领域的重要发展方向。

3.5    建立管网信息平台管理制度

        建立排水管网信息平台，有利于提高排水管网规划建设管理的准确性和科学性。排水管网信息平台以城镇排水管网基础数据资源的信息化和数字化为基础，建立维护管理系统和预警应急系统，能有效保障排水管网的安全运行。

        落实管网排入许可制度，有利于改变排水管网的乱接、乱改、乱排现象。《城镇排水与污水处理条例》明确要求“排水户应当按照污水排入排水管网许可证的要求排放污水。”

        落实管网日常维护制度，有利于改善排水管网的日常运行工况。据2013年城乡建设统计年鉴，城市维护建设的财政性资金中仅7.7%用于排水行业，且其中仅少量用于日常维护。

3.6    规范城市管网专项资金管理

        随着城镇化建设的推进和重视程度的提升，用于城镇排水管网建设和运行维护的专项资金投入将日益增加。为规范管理专项资金，提高资金使用效益，2015年和2016年，财政部与住房和城乡建设部先后发布了《城市管网专项资金管理暂行办法》和《城市管网专项资金绩效评价暂行办法》，从顶层规定了资金管理办法和绩效评价办法。然而，各级政府尚未全面制订资金管理使用的相关细则，资金使用的规范性、安全性和有效性还有待于进一步加强。

4    结语