张辰：尽快补齐管网短板，用系统思维解决水环境问题
在2018（第十届）水业热点论坛上，上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司党委书记、副董事长、总工程师/全国工程勘察设计大师张辰坦称，在治水问题要尽快补齐短板，并结合公司参与的项目案例，详细阐述要用系统思维解决水环境问题。
来源：中国水网 整理：程云
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“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，排水管道疏通方式落后；排水管道结构性和功能性病害严重；排水管道破损、错位导致管道渗漏严重。”8月22日，在2018（第十届）水业热点论坛上，上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司党委书记、副董事长、总工程师/全国工程勘察设计大师张辰坦称，在治水问题要尽快补齐短板，并结合公司参与的项目案例，详细阐述要用系统思维解决水环境问题。
上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司党委书记、副董事长、总工程师/全国工程勘察设计大师张辰
以下为张辰现场发言内容（根据现场速记整理，未经本人审阅）
开篇先讲述生态文明建设时代背景。2018年5月18日全国生态环境保护大会在北京召开，习总书记在会上一系列的讲话，对生态文明建设有着很好的指导意义。在治水问题上有不少问题要解决，其中有一个就是要加快补齐污水收集和处理设施的短板…………，尽快实现污水管网的全覆盖、全收集、全处理。
张辰表示，从去年开始就谈系统化思维，很高兴今年2月9号，人民日报发表了题为《生态文明建设需要系统思维》，和我们提倡的主旨很契合。生态文明建设需有系统思维，水生态文明属于生态文明的一部分，解决水的问题也需坚持系统思维。
国内外排水管网安全运行现状对比
尽管水环境治理上升到国家高度，也需要系统思维解决水污染问题，但令人遗憾的是，管网建设作为水环境治理必不可少的一环，近年来除了我国管网建设规模在快速增长之外，排水管网安全运行和重视程度差强人意，亟需提高。
张辰坦称，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，排水管道疏通方式落后；排水管道结构性和功能性病害严重；排水管道破损、错位导致管道渗漏严重，以上海市某区2011年排水管道为例，中度淤积以上的管道占总管道长度的18.45%，平均每１km就有１处破裂、渗漏等结构性病害。
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。
在设计手段、标准规范、检测技术方面，张辰认为国外排水管网安全运行技术研究均走在前列，值得国内水业同行借鉴：
（1）设计手段先进：欧盟的排水设计规范要求当排水系统面积大于2km2或管道内流行时间大 于15min时，应采用非恒定流模拟进行城市管网水力计算。
（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。以日本为例，发布了《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。
（3）检测技术创新：国外已从传统的潜水员管道检查向视频检测、声纳检测、透地雷达等方向发展，实现管道检测的数字化、三维化和全景化。
（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。如美国低影响开发（LID）、英国可持续城市排水系统（SUDS）等。
基于我国排水管网存在的问题，张辰指出提高城镇排水管网科学规划、建设、管理水平和保障安全运行是当务之急，是解决城市黑臭水体、内涝防治的根本之道。他认为未来我国排水管网安全运行技术发展方向，应朝如下方面努力：
（1）树立海绵城市规划建设理念
（2）提高排水防涝设计建设标准
（3）推行科学合理运行管理模式
（4）加快研发管网运行技术装备
（5）建立管网信息平台管理制度
（6）规范城市管网专项资金管理
谈完管网技术后，话锋一转，张辰指出我国污泥处置技术现状不容乐观，第一：处理处置技术单一，污泥大多仅经过简单浓缩和脱水处理就进行填埋；第二：技术路线不完善，以污泥最终安全处置为导向的科学处理技术路线体系尚未形成；第三：资源化利用率低：生物质能未有效资源化利用。
对此，他建议，亟待构建以最终安全处置和资源化利用为导向的技术路线体系，提升污泥治理顶层设计水平，重点流域应率先突破污泥处理处置技术路线，对于引领全国污泥科学治理具有重要意义和推动作用。
如何树立水环境的系统思维？系统思维的“六部曲”
会上，张辰大篇幅讲述何为系统思维，以及如何用系统思维进行流域系统整治。他认为，系统思维范围很广，主要包括系统调查、系统规划、系统研究、系统设计、系统评估和系统运维管理六大方面，简而言之就是先着眼系统调查，建立系统的规划，开展系统的研究，通过系统设计、系统评估和系统运维管理，使得我国排水系统恢复到原有的系统思维。
第一、系统调查：应需要建立水循环的信息系统，包括降水，污染源、管网（包括重要接入点的管网运行状态）泵站、河道、污水厂等水生态系统要素的信息数据库，数据库既是前期调查的成果，也是后期运行管理数字化平台的基础。比如上海合流污水治理一期、二期和三期，均有一个信息数据平台，三个平台如何合并建立统一的共享平台，并考虑数据性公开，比如短时期/长时期降水量等数据的公示，都值得我们思考。
第二、系统规划：系统的梳理现有规划，做好与各规划的衔接、反馈研究。这看似容易，实则很难，水环境整治本身就是一个系统，但是各个部门各自执政，出台不同版本的系统规划，比如《城市总体规划》、《海绵城市建设规划》、《内涝防治规划》、《雨水系统规划》、《污水系统规划》等等。
第三、系统研究：不仅仅是针对某一点，比如调蓄池的规范，有源头、中途、末端，这个调蓄从污染控制而言，到底是在源头还是中途还是末端，各有各的要素，需要分清层次来做这方面的工作。
再举个例子，河道的清淤是黑臭水体的重要因素，追溯到20年前，从上海苏州河治理工程一期、二期、三期，清淤采取什么样的措施，以及清淤后的污泥怎么处理也是系统研究的内容。这个中间包括清淤的方式，一次、两次还是长效的清淤，还有是否按照规划标高清淤，或者采用生态的清淤方式，需要对河道底泥物理、化学、生物及泥水界面交换过程释放影响机制进行系统的研究。
第四、系统设计：水环境整治系统设计，应以水环境质量为目标，以现状问题为导向，以污染总量控制为依据，采取“源头、过程和末端相结合、绿色和灰色相结合、工程与非工程相结合”的工作思路，要考虑多种技术手段、多部门协作、多专业统筹。
在系统设计时，还要注重源头和过程相结合，制度设计和技术手段结合，牢记树立十六字方针——源头治理、过程控制、制度设计和技术手段。比如源头治理在服务范围内有“城中村”，要考虑环村围截，新建小区分流和排道整治等问题。举个例子，福州项目在许多分流制的地区有很多的排道，导致沟水、洗涤水都进入了雨水管道，若这些排道不整治，将无法治理黑臭水体，更无法达到小雨不积水、大雨不内涝、水体不黑臭目的。
第五、系统评估：黑臭水体治理是长期的过程，通过评估做一些定量的决策，从源头的系统调查开始，系统的规划、系统的研究、还有系统的评估来转变思维，用系统思维针对黑臭水体的治理。
可以采用一些先进评估手段，评估水环境容量是多少、污染物负荷是多少、截流系统的规模与溢流频次的关系、活水策略下的泵闸调度规则以及近、远期目标的可达性等内容。
第六、系统管理运维：通过感知层、网络层、运用层等多层级的构架和管理，借助智慧排水平台，对设施状况、运行维护、智能控制等方面能及时、准确和高效管理。
项目案例分享
会上，张辰以公司参与的福州水系项目、石洞口污水厂、青岛麦岛污水厂、临港海绵城市智慧管控平台（一期）案例，简单介绍系统思维在项目案例的运用情况。
（1）福州水系项目
据了解，2017年福州市全面开展了102条（分7个水系治理包）内河（其中包7还未开工）的治理运营工作，其中治理91条、运营7条。
张辰介绍，福州整个把城区分成7个包，这就是用系统的规划来考虑的。我们承担的第5个包—仓山龙津阳岐水系综合治理PPP项目，一共是13条河流总长31公里，13条河流中间黑臭有11条，环保部联手重点挂牌督办的黑臭水体有5条（龙津河、阳歧河、跃进河、白湖亭河、龙津一支河）。
福州水系7个包项目
仓山龙津阳岐水系综合治理PPP项目，13条河流
首先进行系统调查，根据现场踏勘情况，选取了29个河道断面，进行水质检测，不同断面水质略有差别，除港头河、马洲河外，其余11条河道均黑臭。
张辰阐述：系统调查应以问题为导向，要摸清有多少污水直排口、雨污混接、底泥淤积、城中村排水、违章建筑、垃圾淤塞等情况。经过踏勘，我们发现福州项目13条河道共1400个排口，旱季入河污水总量3.24万m3/d，这些都是未经任何处理的原生污水直接排掉，后期系统设计要考虑把3.24万吨的原生污水截留。
此外，现场调查还发现福州13条河道沿河违章建筑达52万㎡，总垃圾量13万m³，水系阻塞段3.43km、底淤泥总量约61万m³，还有8条连接主要城中村排污沟。
摸清福州项目现状后，其次我们开始系统研究，通过理论计算，计算点源、面源、内源的污染物总量，确定各技术手段对污染负荷的消减比例，为系统方案的设计打下基础。
“基于系统调查、系统研究的基础，以问题为导向，福州水系项目制定出科学、详细且具有针对性的系统设计方案，通过控源截污、内源治理、生态修复、活水保质等多种技术手段（如下图），让它变一条成水质达标的河流。”张辰表示。
所以说，黑臭水体治理要将雷厉风行和久久为功结合起来。先雷厉风行解决老百姓最关心的问题，将河流治理的不黑不臭，提高老百姓感知，但离功能达标、变成一条可亲近的河、生态的河流距离尚远，要下苦功夫。张辰指出，立竿见影、雷厉风行、久久为功的事情一定要做，让人们有感知。
系统设计第一步：控源截污
系统设计第二步：内源治理
系统设计第三步：生态修复
系统设计第四步：活水保质
（2）石洞口污水厂案例
接着，张辰继续介绍石洞口污水处理厂改造案例。2008年3月，服役近40 年的老西干线全面改造工程启动，把原接入老西干线污水支线全部接入新线，其中40 万m3/d污水进入石洞口污水处理厂，因此新建西干线输送能力就要考虑20%的初期雨水及近期部分混接雨水问题。
“在末端石洞口改造的同时，我们采用UNITANK工艺，粗格栅+细格栅+旋流沉砂池+综合池+生物反应池+高效沉淀池+反硝化深床滤池的全流程工艺配置，兴建一个调蓄池并将污水出水标准提高，当时引起同行的不满。”张辰表示，现在看来，当时所做的提标改造工程和调蓄池作用明显，自运行以来，通过对5号泵站运行资料的比对（2017年1月~4月与2018年1月~4月），实现了旱流期间不放江，雨季放江量较去年降幅达80%~90%，也满足国家一级A标准。
另外，实现污水和污泥同步协同处置也是石洞口污水处理厂一大亮点。石洞口污水厂厂区用水较为紧张，处理后的尾水过滤后用于污泥干化焚烧处理系统，对实现资源的综合利用、节约运行成本以及践行科学发展观具有重要意义，且污泥干化焚烧处理系统（新建线）用水量中，再生水用量占比约87%。
（3）青岛麦岛污水厂案例
“青岛麦岛污水厂案例有它自身的特点，污泥有机质含量比较高，它的整个厌氧硝化沼气发电，负担全厂约70%电耗。我们进一步把污泥当中的磷等资源再回收，氨氮、总氮去除率约为80%~90%，减少主线氮负荷约15%，将污水处理厂变成城市的能源厂和资源厂。”张辰自豪地表示，若我们能够将一座污水处理厂变成城市的资源厂和能源厂，成为城市生命线不可或缺的一部分，那么污水处理厂的意义和价值将被放大。
最后，张辰列举临港海绵城市智慧管控平台（一期），该项目案例如何在现有的情况下，利用互联网+、AI人工智能技术等，通过一些智慧的管控平台，使得我们的排水工程、系统工程更上一个台阶。
至此，张辰大师一场富有技术含量、发人深省的演讲完毕，而他为水环境工程勘测设计领域所做的贡献还在继续！
编辑 | 李艳茹、洪翩翩
统筹 | 谷林