文/張楚漢,王光謙 來(lái)源:賽杰奧公號(hào)(2020年7月14日),本文摘編整理自《世界都市之水》(張楚漢,王光謙主編. 北京:科學(xué)出版社,2020.5)一書(shū)。 長(zhǎng)按識(shí)別二維碼購(gòu)買(mǎi)本書(shū) 近期,一篇《一場(chǎng)大雨,暴露了發(fā)展中國(guó)家與發(fā)達(dá)國(guó)家的真正差距》的文章廣為傳布,日本東京的城市下水道系統(tǒng)——完全是一個(gè)龐大的地下宮殿一樣的規(guī)?!故玖藮|京的經(jīng)濟(jì)實(shí)力與周密細(xì)致的規(guī)劃! 本文分享《世界都市之水》一書(shū)中東京'防洪排澇體系'的部分內(nèi)容,系統(tǒng)地介紹東京防治洪水的經(jīng)驗(yàn)。 防洪排澇體系 一、工程和非工程措施并舉的防洪策略 東京屬于亞熱帶季風(fēng)氣候,四季分明,降水充沛,夏季受東南季風(fēng)影響,降水較多,還經(jīng)常遭遇臺(tái)風(fēng)帶來(lái)的強(qiáng)降雨。在自然災(zāi)害方面,除了每百年來(lái)一次的大地震以外,對(duì)東京地區(qū)影響最大的就是臺(tái)風(fēng)與暴雨帶來(lái)的大洪水。正是基于這樣的實(shí)際情況,東京都十分重視城市下水道系統(tǒng)和防洪排澇體系的建設(shè)。 根據(jù)東京都政府2007 年制定的長(zhǎng)期目標(biāo),東京將強(qiáng)降雨的防御標(biāo)準(zhǔn)劃分為三個(gè)級(jí)別,分別采用不同的應(yīng)對(duì)策略:在每小時(shí)降雨量達(dá)60mm 的情況下避免嚴(yán)重積水;在每小時(shí)降雨量達(dá)75mm 的情況下避免房屋或地下建筑進(jìn)水受災(zāi);在歷史最大降雨的情況下,仍能保證人員生命安全。目前,東京采取的“最大”降雨標(biāo)準(zhǔn)是2000 年名古屋遭受“東海暴雨”襲擊所創(chuàng)下的紀(jì)錄,即1h 降雨量114mm,總降雨量589mm。 為實(shí)現(xiàn)防洪的目標(biāo),東京采取了諸多措施。在工程措施上,高標(biāo)準(zhǔn)、高投入地建設(shè)城市下水道設(shè)施;注意通過(guò)合理規(guī)劃解決問(wèn)題,充分利用城市自然水系、土地的防洪功能。在非工程措施上,東京重視防災(zāi)應(yīng)急體系的日常建設(shè),將工作落實(shí)于日常,力求充分考慮各種意外情況,做好平時(shí)的準(zhǔn)備和預(yù)案。采取軟硬并舉的方法,優(yōu)先實(shí)施危機(jī)發(fā)生時(shí)能用得上的對(duì)策。其中,工程措施主要指河道整治,包括河流水系的連通處理,排水管網(wǎng)整治和流域綜合治理等。通過(guò)聯(lián)合調(diào)度等綜合措施,促進(jìn)城市防洪目標(biāo)的達(dá)成。 ▲ 河流和排水管網(wǎng)的聯(lián)合調(diào)度 資料來(lái)源:東京都建設(shè)局. 東京都城市水災(zāi)對(duì)策. 2020. https//www.kensetsu.metro.tokyo./jigyo/river/chusho_seibi/index/menu01-01.html ▲ 河流、排水管網(wǎng)和流域管理的綜合措施 資料來(lái)源:東京都建設(shè)局. 東京都城市水災(zāi)對(duì)策. 2020. https//www.kensetsu.metro.tokyo./jigyo/river/chusho_seibi/index/menu01-01.html 非工程措施主要包括提供洪水信息、洪水淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)圖、避難和防災(zāi)體制的健全及宣傳教育。針對(duì)城市洪水泛濫,發(fā)布洪水風(fēng)險(xiǎn)圖,公示大雨時(shí)的危險(xiǎn)場(chǎng)所、危險(xiǎn)程度、避難場(chǎng)所及線(xiàn)路信息。截至2019 年,已有23 區(qū)26 市1 鎮(zhèn)公示了洪水風(fēng)險(xiǎn)圖。 ▲ 東京都洪水風(fēng)險(xiǎn)圖公布區(qū)域 資料來(lái)源:東京都建設(shè)局.2020. https://www.kensetsu.metro.tokyo./jigyo/river/chusho_seibi/index/menu03.html 二、首都圈外圍的地下排水通道 1. 工程背景 東京都首都圈的中川、綾瀨川流域,被荒川、利根川、江戶(hù)川等大河所包圍,為小型盆地。此地區(qū)內(nèi)河流包括中川、綾瀨川、倉(cāng)松川及東部的江戶(hù)川與西部的荒川。由臺(tái)風(fēng)等引發(fā)的強(qiáng)降雨經(jīng)常造成中川、倉(cāng)松川和綾瀨川等中小河流迅速漲水,由于河流坡度平緩,水不易流出,盆地內(nèi)洪澇災(zāi)害嚴(yán)重。另外,隨著日本經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展,首都圈擴(kuò)張性無(wú)序開(kāi)發(fā),人口和資產(chǎn)不斷集中到上游地區(qū),特別是距離東京20~40km 的范圍內(nèi),城市化程度達(dá)到50%,而河流整治及下水道設(shè)施建設(shè)無(wú)法跟進(jìn),屢因排水系統(tǒng)的孱弱而飽受內(nèi)澇之苦。 ▲ 中川、綾瀨川流域位置和地形 為了解決地區(qū)的洪澇問(wèn)題,除了對(duì)已建水利設(shè)施的整備、新建相關(guān)水利設(shè)施外,還需要通過(guò)地區(qū)整體開(kāi)發(fā)來(lái)恢復(fù)受損河流原有的保水和滯洪功能,防止雨水瞬間流入河流。為此,包括東京都、茨城縣、埼玉縣在內(nèi)的流域沿線(xiàn)29 個(gè)城鎮(zhèn)成立“中川、綾瀨川綜合治水對(duì)策協(xié)議會(huì)”,制定了綜合治水的對(duì)策,并且在1992 年決定大興土木,建設(shè)巨型分洪工程——首都圈外圍地下排水通道。 首都圈外圍地下排水通道將中川、倉(cāng)松川、大落古利根川等中小河流的洪水導(dǎo)入地下隧道,再泵排流入江戶(hù)川。該分洪工程位于東京北郊的琦玉縣境內(nèi),由江戶(hù)川河川事務(wù)所管理,于1993 年3 月開(kāi)始施工,在2006 年6 月竣工,實(shí)現(xiàn)了大落古利根川至江戶(hù)川的通水,總投資2400 億日元(約合人民幣200 億元)。分洪系統(tǒng)使用計(jì)算機(jī)遙控,并在中央控制室進(jìn)行全程監(jiān)控,堪稱(chēng)世界最大規(guī)模和最先進(jìn)的地下排水系統(tǒng)。 2. 主要設(shè)施 首都圈外圍地下排水通道主要由流入設(shè)施、豎井、隧道、調(diào)壓水槽、排水設(shè)施組成。流入設(shè)施主要為分別設(shè)置在中川、倉(cāng)松川、大落古利根川等河流堤防上的溢流堤。當(dāng)河流水位超過(guò)溢流堤頂高程后,洪水就會(huì)自然流入排水通道。溢流頂高程與周?chē)畹偷孛娓叱袒鞠嗤?,保障設(shè)施能充分發(fā)揮作用。 豎井主要起到把通過(guò)流入設(shè)施的洪水導(dǎo)入隧道的作用。沿程共布設(shè)有5 個(gè)豎井,除第1 號(hào)豎井外,第2 號(hào)至第5 號(hào)豎井分別與第18 號(hào)水路、中川和倉(cāng)松川、幸松川、大落古利根川的流入設(shè)施相連。豎井深度約70m,內(nèi)徑約30m,還在搬入車(chē)輛、安裝設(shè)備和后續(xù)的運(yùn)行管理中發(fā)揮著重要作用。 ▲ 首都圈外圍排水道總圖 隧道作為地下通道,起著匯集和輸送洪水的作用。隧道貫穿于地下約50m 深處、全長(zhǎng)6.3km、直徑10.6m,與5 個(gè)豎井連接,最大流量達(dá)到200m3/s。 調(diào)壓水槽是在地下約22m 處建造的長(zhǎng)177m、寬78m、高18m 的巨大蓄水池。主要起到削弱和調(diào)節(jié)地下隧道水流的水勢(shì),使水泵平穩(wěn)運(yùn)行的作用,還可以對(duì)水泵突然停止情況下的水流進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)壓水槽的天棚以59 根長(zhǎng)7m、寬2m、高18m、重500t的混凝土柱支撐,天棚上面為一足球場(chǎng)。 ▲ 地下隧道末端蓄水池實(shí)景 排水設(shè)施包括排水泵站和排水暗渠。通過(guò)地下隧道流入調(diào)壓水槽的洪水,經(jīng)大型水泵、暗渠排入江戶(hù)川。排水泵站設(shè)置有4 臺(tái)大型水泵,每臺(tái)最大排水量為50m3/s,最大總排水能力可達(dá)200m3/s。抽水泵的渦輪機(jī)由航空發(fā)動(dòng)機(jī)改造而來(lái),每臺(tái)額定功率達(dá)10300kW,但外形和振動(dòng)小、噪音低。抽水泵和江戶(hù)川之間通過(guò)6 條排水暗管相連,每條暗管長(zhǎng)4.2m、高5.4m。排水暗管還能起到防止江戶(hù)川水倒流進(jìn)入排水系統(tǒng)的作用。 3. 防洪效果 首都圈外圍地下排水通道工程首先完成了第3 號(hào)豎井到排水設(shè)施長(zhǎng)度為3.3km 工段,為盡快發(fā)揮工程效益,自2002 年6 月起開(kāi)始試運(yùn)行,工程運(yùn)行情況如圖24 所示。試運(yùn)行開(kāi)始到2019 年10 月期間,工程蓄水共50 次,蓄水并實(shí)施泵排共71 次,合計(jì)121 次,平均每年運(yùn)行7 次。 ▲ 首都圈外圍地下排水通道的運(yùn)行情況 中川、綾瀨川流域1980~1989 年的10 年間有超過(guò)8 萬(wàn)戶(hù)被淹,而2000~2009年的10 年間被淹戶(hù)數(shù)減少到了1/10。工程運(yùn)行后,在減小洪澇災(zāi)害方面取得了顯著成效,這其中也包括了河道整治、雨水入滲等措施所發(fā)揮的作用。 ▲近年首都圈外圍排水道周邊七城鎮(zhèn)洪水和淹沒(méi)情況 外圍地下排水通道對(duì)洪水進(jìn)行調(diào)節(jié),從而降低了下游河道水位,減少了可能造成的洪澇災(zāi)害?;跀?shù)值模擬結(jié)果,可以估算歷年工程運(yùn)行的效益,結(jié)果表明:試運(yùn)行以來(lái)共減少淹沒(méi)損失達(dá)1484 億日元。其中,針對(duì)2015 年9 月第17、18 號(hào)臺(tái)風(fēng),減少損失264 億日元,針對(duì)2019 年10 月第19 號(hào)臺(tái)風(fēng),減少損失264 億日元。 三、下水道系統(tǒng) 下水道系統(tǒng)是大城市應(yīng)對(duì)暴雨的第一道防線(xiàn)。東京都政府把下水道設(shè)施的建設(shè)和管理作為重要事務(wù),東京都的城市下水、排水設(shè)施由國(guó)有企業(yè)“東京都下水道局”負(fù)責(zé)。下水道局是東京都政府僅有的三家主要公營(yíng)企業(yè)之一,另外兩家分別是運(yùn)營(yíng)部分地鐵線(xiàn)路的交通局和負(fù)責(zé)自來(lái)水供應(yīng)的水道局。東京都下水道局注冊(cè)資金達(dá)4.16 萬(wàn)億日元(約合3120 億元人民幣),擁有約3500 名員工,每年財(cái)政支出約合人民幣520億元,其中設(shè)施建設(shè)費(fèi)用約合人民幣100 億元,設(shè)施維護(hù)費(fèi)用約合人民幣120 億元。人力、物力和財(cái)力的巨大投入,是東京建設(shè)完善下水管網(wǎng)系統(tǒng)的基本保障。 東京都下水道系統(tǒng)包括管渠、抽水泵站和污水處理廠。經(jīng)過(guò)110 多年的建設(shè),到1995 年3 月市區(qū)下水道的普及率達(dá)到100%,多摩地區(qū)自1986 年建設(shè)區(qū)域地下水道以來(lái),到1999 年末,普及率達(dá)91%。至今,東京都已建有12 個(gè)污水處理廠、5 個(gè)污泥處理廠、86 個(gè)抽水泵站,這些設(shè)施的日處理污水能力約829 萬(wàn)t。 目前東京都約有82%的地區(qū)采用合流式排水系統(tǒng),中川(Nakagawa)處理區(qū)及芝蒲(Shibaura)、砂町(Sunamachi)、森崎(Morigasaki)3 個(gè)處理區(qū)的部分地區(qū)則采用分流制下水道系統(tǒng)。多摩地區(qū)大部分下水道采用分流制,而野川(Nogawa)、北多摩一號(hào)(Kitama No.1)和北多摩二號(hào)(Kitatama No. 2)處理區(qū)則采用合流制。 在分流制下水道系統(tǒng)中,雨水和污水不會(huì)混合,而直接排入河流或海洋。由于東京都市區(qū)人口、建筑密集,加之土地私有制,很難滿(mǎn)足協(xié)調(diào)分流制下水道系統(tǒng)所需的管渠空間的要求,也存在著雨水將路面的污染物帶入河川和海洋的問(wèn)題,同時(shí)敷設(shè)兩種管區(qū)建設(shè)費(fèi)用高。盡管合流制會(huì)增加污水的處理量,有雨水和污水混合溢流入河流的缺點(diǎn),但合流制下水道系統(tǒng)可充分利用原下水道系統(tǒng)進(jìn)行改造、重建和完善,并且建設(shè)費(fèi)用、技術(shù)要求低于分流制,因此在東京都市區(qū)仍被廣泛使用。為了保全公共流域的水質(zhì),東京都正在加大輸往污水處理廠的初期降雨中水質(zhì)較差的污水管道,同時(shí)構(gòu)建蓄水設(shè)施來(lái)存儲(chǔ)那些在雨天沒(méi)能被處理的污水。 東京都的大部分抽水泵站有污水和雨水兩種抽水設(shè)施。雨水抽水設(shè)施在降雨大時(shí)可快速將低于海平面的地面雨水直接排入河流或大海,避免洪水泛濫。污水處理廠的主要作用是除去污水中的污染物,使排放至河流或大海的水質(zhì)符合環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。東京都污水處理廠全部采用活性污泥法進(jìn)行高級(jí)處理。污水處理廠有污水和污泥兩種處理設(shè)施。處理后的污水或排入河川和大海,或經(jīng)過(guò)高級(jí)處理后作為再生水循環(huán)利用。 |
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