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从德国排水系统的现状、规划、修复的创新工艺等,引发的19点思考
发布日期:2023/5/4 10:38:08
    为纪念德国水协DWA成立75周年,DWA下属的排水系统主委员会在德国水协刊物《Korrespondenz Abwasser Abfall》(污水与垃圾专业杂志)(2023年1月刊)发表了题为“排水系统现状调查,规划,建设,运营,修复的创新工艺,方法,技术”的文章。

    唐建国、蔡晙雯从德国排水系统面临的形式、问题、行动需求、挑战等角度出发,将其主要要点翻译分享给我国同行学习、借鉴和讨论。

    01引言

    为纪念德国水协DWA成立75周年,DWA下属的排水系统主委员会(Hauptausschusses Entwasserungssysteme)在德国水协刊物《Korrespondenz Abwasser Abfall》(污水与垃圾专业杂志)(2023年1月刊)发表了题为“Innovative Verfahren, Prozesse, Technologien bei Zustandserfassung, Planung, Bau, Betrieb und Sanierung von Entwasserungssystemen”(“排水系统现状调查,规划,建设,运营,修复的创新工艺,方法,技术”)的文章。



    现将其主要要点分享给我国同行学习、借鉴和讨论。并向德国水协(DWA)和排水主委员会(DWA-Hauptausschusses Entwasserungssyseme)致以诚挚的谢意!

    02借鉴与思考

    1)在近十多年里,治水的哲学思想发生了变化,越来越多的雨水直接在源头被回收、再利用。

    2)人们对现代城市雨水收集方式的反思也日益增多,故对排水系统进行改造的势在必行。

    3)需要与所有规划进行跨学科的对话。

    4)设计、建造和运行可以储存、下渗、排放的雨水设施是不久将来的重要任务。

    5)未来的一个重要任务是优化现有系统。

    6)补充(丰富)以蓝、绿色为基础设施的排水系统。

    7)由于排水系统具有特殊的耐用性,以及对环境保护和居民健康永久保护的重要性,必须确保排水系统的最高质量。

    8)公共和私人排水系统共同构成一个完整的系统,只有当系统的两个部分协调一致并相互作用,才能够保证排水系统的正确。

    9)缺乏排水系统的改造规划,原因还在于规划人员的知识不足。

    10)排水系统的运行在未来面临着巨大的挑战,需要在有限的人力和财力资源的背景下完成任务,这对运营过程的透明度和资源消耗的合理性的要求越来越高。

    11)城镇排水必须同时跨领域与城市、交通和绿地规划合作,寻找新的方式,以尽量减少损害,单一扩大现有条件解决极端降雨并不是一个解决问题的普遍办法。

    12)将现有的合流系统转换为分流系统并不紧迫,而且在实践中难以实施。通常,在建成和与交通相关的住宅街道中,几乎没有任何空间用于额外的管渠。

    13)排水系统运营方的基本目标是创造和维护耐用和高质量的资产。

    14)按照需要进行运行维护,并在充分掌握排水系统现状的情况下,进行有针对性的排水系统治理,才更加有助于资源、能源和原材料节约。

    15)必须批判性地看待公众经常需要省钱的问题,因为短期的省钱效应可能对一般寿命很长的排水基础设施的长期成本会产生不利的影响。

    16)与气候变化相适应的排水系统,将会强制使用推动城市和社区水敏感发展的新设施和结构。

    17)认真对待建筑材料的使用和材料的选择,挖掘材料的再利用,例如液态土壤回填(国内称为“自密实”)和适当的土地管理将发挥越来越重要的作用。

    18)除了适当的规划外,高质量的维修、翻新和新建管网工作也是必不可少的。

    19)所有未来的挑战都只能由合格和积极的人才来应对。

    03文章摘录

    德国排水系统至今已有180多年的历史,1842年在汉堡建造了第一条排水管道。后来为了应对暴雨带来的影响,德国各地陆续建设了各种雨水池。

    在近十多年里,治水的哲学思想发生了变化,越来越多的雨水直接在源头被回收、再利用。

    污水收集率从1995年92.2%提高到2019年的97.2%。城镇排水管道长度也从1995年的399,202 km提高到2019年的608,052 km,平均每年增加8,700 km。

    一、面临的形势

    1)排水系统改造势在必行。

    随着数字化在排水系统规划、设计、管理、维护中发挥着越来越大的作用,人们对现代城市雨水收集方式的反思也日益增多,故对排水系统进行改造势在必行。

    2)需要与所有规划进行跨学科的对话。

    设计、建造和运行可以储存、下渗、排放的雨水设施是不久将来的重要任务。按照需要进行运行维护,并在充分掌握排水系统现状,进行有针对性的排水系统治理更有,才助于资源、能源和原材料节约。

    3)需要与气候变化相适应。

    不断加剧的气候变化要求排水系统既要适用于旱季,也适用于局部强降雨。下辖8个专业委员会和55个工作组的排水系统主委员会也在研究如何将水意识与包括CO2e平衡、资源负荷、城市的各种不同的使用需求(例如多功能空间)与城市发展更好地协调一致。

    二、面临的基本问题

    1)排水系统信息与BIM的结合。

    BIM旨在尽可能地在更长的生命周期中提供所需的建筑信息。在排水系统领域,德国排水信息系统已经建立数十年,并且可以很好地适应特定需求和任务设置。目前正在形成一套规则,以确保排水系统信息系统能够满足各种需求。目前除了属性数据和运营数据之外,还将更加关注数字化在规划中的应用。

    2)未来的一个重要任务是优化现有系统。

    系统收集和评估现有的运营信息是必要的,除了定量测量(例如流量、水位)之外,水质的测定将变得越来越重要,以便更好地评估现有系统的排放情况,对测量信息进行系统性管理,并从中得出最佳结论。大数据分析或人工智能(AI)方法可以帮助系统的优化。另外目前还没有引起足够重视的议题是:排水系统的外来物质(微塑料、建筑产品或表面处理中的微量物质)可能会对排水系统的运行产生重大影响,由此产生的污染负荷将是未来需要面对的问题。此外,由于气候变化、人口统计、技术或政策目标对现有排水系统造成新的适应压力。

    三、行动需求

    1)补充(丰富)以蓝、绿色为基础设施的排水系统,其除了有利于水资源管理、防洪和水环境保护外,还有助于改善城市供水状况;

    2)将雨水综合管理活动协调纳入未来定居点“水意识”发展中;

    3)提高对排水系统中废物的产生和残留影响的认知;

    4)将监测作为质量控制的关键;

    5)进一步开发模拟模型,以提高对洪涝和物质传输的预测能力;

    6)加强社区间的沟通,将居民区的排水需求纳入各级区域和市政发展规划中。

    四、发展现状与排水系统状态评估

    2020年,成立了一个新的DWA专家委员会ES-4,负责评估排水系统状况,并开始制定一整套的DWA评估标准。目标是建立一个统一的实质性理解判断和发展标准的方法,来确定排水管道和构筑物质类别。物质分区应纳入渠道管理的上级过程,并用于各种目的。从这个意义上说,物质分配应该成为一个全面的状态事件的一部分,并在理想情况下,有助于制定重建战略和相关的财务计划。

    五、排水系统建设的未来挑战

    由于排水系统具有特殊的耐用性,以及对环境保护和居民健康永久保护的重要性,必须确保排水系统的最高质量。由于建设成本往往高昂——排水系统通常是城市中有最高的资产价值的基础设施之一——所有质量保证要求都是经济要素的特别重点。

    六、土地排水领域的创新和未来挑战

    公共和私人排水系统共同构成一个完整的系统。只有当系统的两个部分协调一致并相互作用,才能够保证排水系统的正确。故避免出现私人地块的排水错误,优化和进一步发展私人地块排水,有助于整个系统功能的提升。如何依法治水、如何在收费技术上评估引入定价模型、排水费、如何确定排水量、有哪些替代排水方法则是必须及早研究的重要事项。

    七、排水系统未来运营挑战

    排水系统的运行在未来面临着巨大的挑战,其需要在有限的人力和财力资源的背景下完成任务。对运营过程的透明度和资源消耗的合理性的要求越来越高。这也是许多运营商采用运营管理系统的原因之一。与气候变化相适应的排水系统,将会强制使用推动城市和社区水敏感发展的新设施和结构。

    八、排水管道治理的新发展和前景

    排水工程的重点是排水基础设施的维护。根据最新的DWA调查,在道路下,公共排水系统有相当大的设施资产。但是有几乎五分之一的管道显示损坏,中长期内要进行修复。管网的维护与所有公共基础设施一样,是未来永无止境的任务。这意味着付费者将继续支付大量费用来维修、翻新和更新管网,并且费用将上涨。在德国51.1%的管道已进行了修理和24.7%的进行了更新,其中大约四分之三的排水管的修复是通过内部非开挖修复。但是仍然缺乏排水系统的改造规划,原因还在于规划人员的知识不足。排水管道维护所取得的成就和进一步发展的关键是对管道修复治理所有人的培训,特别是对于管网运营商来说,因为它们对专业规划的质量做出指导性决定,最终也是修复程序的决定方。

    九、从运维方的角度来看排水系统

    排水系统的运维商目前正在面对由于气候变化以及相关联的强降雨事件、日益频繁的干旱时期所带来的各种影响。它们直接影响到居住区的公民。防止强降雨破坏的一种方法是将降雨区域与排水系统分离并进行管理。城镇排水必须同时跨领域与城市、交通和绿地规划合作,寻找新的方式,以尽量减少损害。单一扩大现有条件解决极端降雨并不是一个解决问题的普遍办法。因为在罕见的强降水事件期间需要管理的水量会很快达到地下系统排放的极限,但是地表排水行泄通道则是跨领域的结果。在私有财产排水设施方面,还需要重新思考。公共和私人排水系统应被视为一个整体。私人土地上的被动防洪措施也发挥着重要作用。运营方应为业主提供广泛的咨询服务。

    除了重要的未来任务外,运营方还负责不断减少来自公共管网的外来水。原则上,地下水、施工降水都不属于排水管网系统。由于运营商的复杂性,将现有的合流系统转换为分流系统并不紧迫,而且在实践中难以实施。通常,在建成和与交通相关的住宅街道中,几乎没有任何空间用于额外的管渠。当今地下基础设施的路线规划为每个人提供了信息。从税费和经济方面来看,现状管网的连续改变难以呈现。同时,城内区域的现状建筑也导致土地排水系统的转换将很难合理,将降水区域与现有合流系统解耦是更好的解决方案。

    排水系统运营方的基本目标是创造和维护耐用和高质量的资产。在这方面,必须批判性地看待公众经常需要省钱的问题,因为短期的省钱效应可能对一般寿命很长的排水基础设施的长期成本产生不利影响。在这种背景下,运营商必须进行长期战略思考和规划。除了适当的规划外,高质量的维修、翻新和新建管网工作也是必不可少的。因此,承包商和客户方面的专业能力是必不可少的。

    展望未来,需要新的方法来实现持续和一致的循环经济、再利用需求。如果认真对待,建筑材料的使用和材料的选择,挖掘材料的再利用,例如液态土壤回填(国内称为“自密实”)和适当的土地管理将发挥越来越重要的作用。

    最终,所有未来的挑战都只能由合格和积极的人才来应对。因此,技能和工作安排变得至关重要。必须比以往更加积极地制定战略和措施,将长期定位为有吸引力的雇主。

来源:城建水业

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