美国合流制溢流污染控制灰绿设施结合的经验

纽约市的灰绿设施综合实施策略中，GI投资24亿美元，占比45.3%。其制定过程中重点考虑了GI的综合效益，与前期制定的完全灰色设施策略相比，该策略可节省15亿美元投资，每年多控制760万m³的溢流量，并在节能、房产升值等方面产生1.39~4.18亿美元的额外收益。截止到2016年，纽约市已有14座污水处理厂、4座CSO调蓄设施、超过4000个GI资产应用于CSO污染控制中，每年能够控制80%以上的溢流体积。根据纽约市《绿色基础设施绩效指标报告》显示，第一个五年计划后，采用GI措施控制1.5%不透水面积的降雨，可减少190万m³年溢流量，约占全市年溢流总量的2.4%;2030年规划期结束后，通过GI可控制10%不透水面积的降雨，减少8.1%的年溢流总量。

图1 纽约合流制系统分布情况

(资料来源：《SustainableStormwater Management Plan 2008，A Greener, Greater NewYork》)

② 圣路易斯都会区

圣路易斯都会排水区(MSD)服务人口140万人，拥有全美第四大的管道系统，其中合流制区域194.2km²，占比约14%，大部分于20世纪20年代前建设完成。MSD具有199个CSO排口分布于密西西比河及其支流沿岸，管网老化及排口错综复杂是该地CSO污染控制面临的突出问题。

MSD前期的CSO污染控制以灰色策略为主。为解决合流制污水直排问题，MSD于20世纪六七十年代进行2座污水厂及其配套截流管网的建设，并在之后完善了污水厂的二级处理工艺。针对合流污水截流改造后的溢流污染问题，1988年MSD开始建造“溢流调节系统”，通过在CSO排口设置自动控制闸门等措施，提高管网的收集与短时间内的调蓄能力，每年可减少1.7亿m³溢流量。针对截流与处理能力不匹配的问题，20世纪90年代MSD对当地2座污水厂进行升级改造，提升了30余万m³的雨天合流污水处理能力，并进行了泵站等相关设施的扩建或完善。为进一步减少溢流污染，MSD投资6900万美元修建了一条直径为2m的调蓄隧道，每年可控制128万m³溢流量，并结合当地交通与住宅改造、管网修复等项目，有针对性地选择了44个CSO排口的制定及雨污分流改造计划的实施。

经过数十年的努力，MSD的CSO污染得到有效改善，但截止到2010年每年仍有5035万m³合流污水溢流。为达到每年不超过4次溢流的CSO控制目标，MSD于2011年修改CSO长期控制规划，计划在23年内建设3条调蓄隧道和1座调蓄池，进行局部雨污分流及处理设施建设，并投资1亿美元GI。其中GI重点在密西西比河附近区域实施，主要是由于该区域有大面积的空置或废弃场地，较易于进行绿色化改造。

为更有效实施GI，MSD首先投资300万美元进行为期5年的GI试点建设，监测评估项目绩效，并开展公众教育与推广工作。研究发现，当地合流制区域较适宜采用绿色屋顶、绿色街道、绿色停车厂改造、雨水桶等GI技术措施，而由于土壤特性，不适宜采用快速渗透等技术。2016年在试点项目经验总结的基础上，MSD发布了绿色基础设施全面实施规划，要求采用GI至少控制(34~57)万m³年合流污水溢流量，并对剩余9700万美元的GI近远期实施计划进行了细化。除此之外，MSD还制定了树木种植规划，目标是提高合流制GI项目区域10%的林冠覆盖率，并积极推广实施雨水断接、不透水面积改造等项目。

基于复杂的CSO污染及其排放特性，MSD在长期规划制定过程中划分了七个子区域，并对源头控制、截流、调蓄和处理四类技术中超过70个具体措施分别展开适用性评估，共构建了55个不同组合的控制方案进行比选。MSD综合分析了费用、CSO控制效果、财政支付能力、可实施性、公众接受程度等要素，最终确定的控制方案中GI投资1亿美元，约占CSO控制投资的5.5%。考虑今后发展过程中可能实施的其他GI项目，MSD模型模拟预测未来通过GI可有效控制约9.4%的年溢流总量。

图2 圣路易斯都会区合流制系统分布情况

(资料来源：《Metropolitan St. Louis Sewer District Combined Sewer Overflow Long-Term Control Plan Update Report》)

③ 亚历山德里亚市

弗吉尼亚州的亚历山德里亚市城市及人口规模较小，合流制区域位于东部老城区，面积2.2km²，约占城市总排水面积的6%。虽然合流制区域面积及比例较低，但长期以来CSO污染严重影响了当地水体水质达标与改善，成为了一类小型城市或城镇所不容忽视的问题。

亚历山德里亚市在CSO污染控制前期将雨污分流改造作为主要策略。1999年该市出台了CSO长期控制规划，对CSO污染特性进行分析研究，细化了联邦环保局要求的九项最基本控制措施，并完善了公众参与及监管机制。2005年该市制定了一项“合流制面积削减计划(ARP)”，要求所有开发者在合流制区域的新建和改造项目中进行分流制管网建设或改造，当实施较为困难时，项目开发者需向地方政府支付资金，由政府主导进行雨污分流改造。

基于雨污分流推进中遇到的一系列问题，该市发布的《可持续发展规划2030》指出，在短期阶段继续实施“合流制面积削减计划”，并遵守NPDES排放许可证的相关要求;在长期阶段通过比较调蓄、LID、雨污分流等技术措施，制定更经济高效的控制方案。截止到2014年，该市的雨污分流改造由于施工及资金困难仅完成了0.057km²，每年仍有50~70次溢流，严重制约水环境改善。2016年该市对原有CSO长期控制规划进行修订，计划在20年内投资1.3~1.9亿美元，建设1条0.6万m³的调蓄隧道和1座1.1万m³的调蓄池，并结合GI实施及局部雨污分流改造。该灰绿设施结合策略与3~4.5亿美元的完全雨污分流改造策略相比，具有显著的经济效益，并有着更高的可行性。此外，该市还积极向当地居民提供雨水桶，开展雨水收集利用项目，并制定了对私人开发商和业主的GI激励计划。

亚历山德里亚市的控制策略将调蓄及处理作为CSO污染控制的主要技术，将GI作为一种补充性措施与灰色设施结合使用，占总投资的4%，可进一步缓解溢流污染，并产生额外的经济、社会、环境方面效益。这是由于亚历山德里亚市约71%是不透水表面，GI实施空间有限，分析表明，通过在合流区域所有的可行性空间建设GI，仅能减少30%~40%的年溢流总量，并不能满足当地CSO控制目标，且如此大规模的实施GI可能会超过2035年的规划期限，而通过建设调蓄池、隧道等灰色设施可有效地将年溢流频率控制在4次以下。

编辑：王媛媛