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CSO专栏|杨正:典型发达国家合流制溢流控制的分析与比较
2020-07-20 15:11       来源:《中国给水排水》       作者:杨正,赵杨,车伍,陈灿       分享:
















编者按最近以来,关于排水体制、合流制溢流(CSO)污染控制等成为一个行业讨论热点。北京雨人研究团队联合北京建筑大学,经过反复讨论和修改,推出了4篇最新论文,分别是:

1)我国城市合流制及相关排水系统的主要特征及分析;

2)典型发达国家合流制溢流控制的分析与比较(美国、日本、德国的发展历程、目标、政策、里程碑事件等);

3)中国城市合流制溢流控制的系统衔接关系剖析(讨论截流、调蓄、处理之间的关系以及瓶颈);

4)城市“合改分”与合流制溢流控制的总体策略与科学决策。

这4篇文章将以专栏形式集中发表在《中国给水排水》杂志2020年7月第14期,首次采用特别的连载形式通过《中国给水排水》微信公众号提前把文章要点推送给读者。另外,雨人研究团队主要负责人和北京建筑大学车伍教授近期将走进《中国给水排水》直播间,就大家关注的热点问题进行交流互动,请留意《中国给水排水》直播预告!此外,今年也将有不同研究团队的一系列关于CSO的文章在《中国给水排水》发表,年底我们将汇编成年度热点专辑推出,敬请关注!




典型发达国家合流制溢流控制的分析与比较

杨正1,2,赵杨3,车伍4,陈灿2,3

中国地质大学<北京>水资源与环境学院,北京 100083;2.北京雨人润科生态技术有限责任公司城市雨洪管理研究中心,北京100044;3.北京雨人润科生态技术有限责任公司,北京100044;4.北京建筑大学城市雨水系统与水环境教育部重点实验室,北京100044)



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作者简介:杨正(1990- ),男,山东潍坊人,北京雨人润科生态技术有限责任公司城市雨洪管理研究中心主要负责人,在读博士,主要研究方向为城市雨洪管理。


文章简介


选取长期实施合流制溢流控制,并有一定区域代表性的发达国家——美国、日本、德国,梳理其合流制排水系统改造及其溢流控制的发展历程、主要管理政策与技术策略,剖析美国、日本、德国在合流制溢流控制的长期实践与发展过程中,针对合流制系统问题的认识、施策手段与技术策略选择等方面所呈现出的共性与差异,对我国不同区域合流制排水系统特征条件下的CSO控制是重要的参照。


文章亮点


1 美国

美国大量城市合流制管网建设于19世纪后期与20世纪早期。从20世纪中后期开始,美国各城市在开发建设过程中,合流制排水系统的溢流污染问题逐渐突显。随即,美国国家层面提出CSO控制的相关要求,各城市根据地方特点长期开展溢流控制相关工作,至今已有50余年。联邦政府和各地政府投入巨额资金,实施大量系统性改造工程,至今已经有效减少了溢流污染的排放总量,大幅降低了溢流污染的危害,但针对大量保留城市合流制系统的区域,仍在持续开展溢流控制的相关工作。

 

美国在逐步认识合理推进合流制溢流控制的过程中,主要体现的特点和经验包括:①EPA始终作为主管的责任部门,持续推动国家层面针对CSO控制的立法、政策和相关管理要求,明确CSO作为重要点源污染进行管控,且制定区别于城市污水与雨水径流污染的控制要求,开辟了可行性通道;②从CSO国家策略中比较宽泛的控制要求到后期更综合的控制政策的制定,既有国家层面总体的统一控制框架,又强调了各地条件的巨大差异,各地具体采取“因地制宜”与“经济高效”的对策;③绝大部分城市仍然保留并沿用了合流制系统,未全面推行“合改分”,重点控制溢流污染,局部区域的分流改造作为综合技术措施的一部分纳入总体方案时考虑;④强调合流制溢流控制的长期性与复杂性,以“九项基本控制措施”与“长期控制规划”为主要手段,并建立分期实施与优化调整机制,避免走弯路和付出额外的代价;⑤技术策略上“大截流系统”在美国部分城市有一定代表性。近年来,多个城市推广绿色雨水基础设施与CSO控制的结合,通过“灰绿结合”,实现总体方案在技术经济上的优化,形成一个很强的发展态势。

 

2 日本

日本城市的合流制排水系统大多是20世纪60年代以前建设,70年代后期大规模城市化过程中,新建城市基本采用分流制系统。日本采用合流制排水系统的城市有195座,其中,人口超过100万人的城市有11个,例如,东京与大阪均保留有大范围的合流制区域(占比均超过80%)。从20世纪80年代开始,日本推进对合流制溢流的控制,至今也经历了近40年的发展。

 

日本由国土交通省长期负责国家层面合流制溢流控制的研究、总体策略的制定,以及各城市合流制系统改善情况的跟踪与评估。通过修订《下水道法》将合流制系统纳入国家法定管理要求,提出明确的控制目标,并通过要求各城市制定针对合流制系统改善的专项长期计划,落实相关控制要求,并在过程中不断进行修正和调整。日本在对合流制溢流问题的长期研究、纳入法律进行管控、编制长期规划/计划等方面与美国合流制溢流控制有很多共通之处。

 

此外,由于日本国土面积较小,各城市发展水平、气候条件、排水系统差异相比美国较小。其次,城市管理水平普遍更高,雨水径流污染负荷较低。第三,日本人口密度极高,城市用地空间更为紧张。在充分吸收美国合流制溢流控制经验的基础上,日本基于自身特征对合流制溢流控制策略也作出调整:①日本针对各城市合流制溢流控制提出了更为具体且一致的控制要求;②更为普遍地建设大管径截流与调蓄干管或深隧,综合发挥截流、调蓄、调节、排放的综合功能;③在技术策略中重视对溢流口的改造与就地处理技术的创新,以及对污水处理厂等“末端”处理设施雨季运行工艺的改进。

 

3 德国

德国合流制排水系统主要集中在南部城市,北部城市以分流制为主。德国多个城市在其排水总体规划中提出利用50年左右的时间内实现全面“合改分”,但实际实施难度较大,进展缓慢。德国大部分城市保留了其合流制排水系统,从20世纪70年代开始,大量不同类型雨水调蓄设施开始建设,在保障污水处理效能的情况下,对雨水及溢流污水的分散调蓄,以及过流净化处理,成为德国合流制溢流控制的重要技术策略。


重要结论

① 充分认识合流制溢流控制的艰巨性
鉴于合流制溢流控制的复杂性,美国从20世纪60年代至今,经历了接近60年的长期发展,至今仍在开展大量相关工作。即便日本国土面积小,合流制区域总体面积比例相对更低,也经历了近40年的时间,通过大量投资和系统性的重要工程建设,才比较有效地控制了合流制溢流污染。

② 专项研究和政策引导的重要性
合流制溢流控制势必面临对城市空间、建设投资、城市正常秩序以及城市居民日常生活的复杂影响。美国、日本、德国在其溢流控制发展过程中,也都曾经历国家与城市政府、各职能部门之间对溢流控制的广泛讨论和意见反复。最终,上述国家都对合流制系统问题开展了大量专项的系统性研究,并通过多职能部门、多利益相关方的广泛深度研讨,就普遍达成的共识以政策法规、专项规划、规范标准等多种途径予以落实,逐步构建较为完善的控制体系。

以污染负荷削减作为总体控制目标
从上述国家目标分析,CSO控制均围绕削减合流制系统外排污染负荷作为基本目标和总体原则。其中,日本与德国国土面积较小,城市发展水平和自然条件相似度高,在国家层面都提出了比较具体的合流制系统外排污染负荷的控制要求;美国由于国土面积大,城市差异明显,在国家层面提出了基于技术的九项基本控制措施,并要求各城市在CSO长期控制规划中根据具体的水环境保护要求与可实现的溢流控制水平等,综合提出近远期控制目标。

合改分作为手段而非目标
美国、日本、德国有合流制排水系统的城市大部分选择保留原有的合流制系统,并对溢流污染进行控制,对局部合改分改造条件相对较好的区域,结合城市更新改造进行局部分流,这往往是作为区域溢流控制系统方案中的一项技术措施,并需与其他措施进行统筹考虑。只有极少数合流制区域,由于城市大规模重建或合流制区域较小等原因,在改造投资、污染负荷削减情况等系统评估后,选择全面推行合改分,但通常也经历了较长的实施周期,改造后也需要对雨水径流污染进行单独控制。

强调中长期规划,与适时的评估与调整
由于合流制溢流控制的工程建设系统性强、实施条件复杂、涉及巨额投资,需要对中长期的各方面影响进行系统评估与预期成效的综合分析才能做出决断。因此,基于各城市的具体条件,编制合流制溢流控制的长期规划持续跟踪评估其实施效果,不断补充新的技术方法,适时更新调整合流制溢流控制的技术策略。

因地制宜的技术策略选择
美国、日本、德国均未在国家层面对各地合流制溢流控制的具体方案和技术措施选择做统一的规定,强调各城市需结合实际条件因地制宜制定系统策略。不同地区由于气候条件、空间条件、基础设施建设与管理情况等方面的差异,会造成对合流制溢流控制技术策略选择上的差异。美国的城市分布总体较为稀疏,城市中心城区建设密度较高,外围郊区空间较大,合流制区域多位于城市密集的中心城区,而污水处理厂通常位于郊区,具备通过大截流与提高末端集中处理能力的方式尽可能对合流制溢流污染进行控制的条件;而德国与日本的城市密度与人口密度均高于美国,一定程度限制了大型集中污水处理厂的建设,德国总体更注重分散调蓄设施的应用,日本相对更重视对溢流排放处理技术的研发与应用,具体需要根据城市综合条件制定系统策略。


原文下载:

14-杨正典型发达国家合流制溢流控制的分析与比较.pdf


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