焦点提醒：聪明水务布景下德国排水系统研究进展中国给水排水·21 小时前早报聪明水务五星国外经验摘要：德国的排水系统汗青悠长，在防洪、排水系统修复方面处在世界领先程度。
聪明水务布景下德国排水系统研究进展中国给水排水聪明水务五星国外经验摘要：德国的排水系统汗青悠长，在防洪、排水系统修复方面处在世界领先程度。编者案：德国的排水系统汗青悠长，在防洪、排水系统修复方面处在世界领先程度。为了对排水系统不竭优化，削减因强降雨气候构成洪灾，截至2020年，德国用水治理、废水和垃圾注册协会（DWA）对德国的排水系总共进行了8次查询拜访。查询拜访内容触及分流制合流制系统、管龄、管道材料、排水管网监测评价机制、管道平安级别评估、管网修复趋向、管网修复要害手艺、管网侵害本源和雨水池等环境。领会德国排水系统研究进展，对减缓我国某些城市内涝频发状态，具有必然鉴戒意义。此文完全版将在《中国给水排水》2024年第6期颁发。2024年3月29—31日《中国给水排水》杂志社拟在武汉举行聪明水务融会立异手艺论坛（链接），有较多最新排水管网标的目的的优良内容，接待参会存眷领会。
作者简介乔永祥（1992-），男，德国波鸿年夜学在读博士生，德国IKT地下空间研究院研究员，研究标的目的为排水系统和非开挖管网修复手艺。
E-mail：yongxiangqiao@gmail.com。
江源（1987-），女，德国亚琛工业年夜学硕士，柏林水务资深土木匠程师，首要处置排水系统采购和运营工作。
E-mail：yuan4forever@gmail.com。
援用格局：乔永祥，江源.聪明水务布景下德国排水系统研究进展[J].中国给水排水，2024,40（6）：39-45.
QIAO Yongxiang,JIANG Yuan.Research progress of German drainage system in the context of smart water[J].China Water & Wastewater,2024,40(6):39-45（in Chinese）.
德国水、污水、烧毁物协会（DWA）自1984年起对德国排水状态共进行了8次查询拜访和统计，旨在为后续排水系统的兼顾计划和优化治理供给根据，以确保排水系统以最经济、平安高效的体例保护和运转。DWA的第8次查询拜访在2018年进行，查询拜访了423座城镇，触及生齿占总生齿的34.7%，管道长度约126161km，查询拜访成果充实揭露了德国排水系统的成长趋向和具有的问题。以此次查询拜访成果为主展开阐发，以期为排水系统优化和决议计划供给参考。01德国排水管道长度查询拜访成果
今朝，德国河山面积357600km2，截至2016年德国生齿8235万人，公共排水管网总长为594334km，由此可推算人均公共管道长约7.2m。2016年德国合流制管道总长246699km，污水管道总长214280km，雨水管道总长133355km，此中污水纳管率整体为97.1%。介入调研的排水管网和德国所有管网按城市生齿量划分5个城市品级：一级（﹤1万人），二级（1～5万人）、三级（5～10万人）、四级（10～25万人）、五级（﹥25万人），此中四级和五级城市为年夜城市。德国排水管道成长趋向如图1所示。1995年—2016年德国管道总长度增加约195132km，平均每一年增加9200km。此中合流管增添33208km，污水管增添104908km，雨水管增添57016km。1995年—2016年德国分流制管道占比由49%增至59%，并呈延续增添趋向。因最近几年来合流制的问题管道慢慢凸显出来，新建管道偏向采取分流制。1995年—2016年跟着生齿的增添和城市的成长，对下水道需求响应增年夜，各城市根据《德国城市分析排水系统指点方针》和《德国建筑物外排水系统：下水道治理》规范，连系管网摹拟软件如SWWM进行管网运转测试，以削减因管网超负荷运转而酿成的内涝现象产生。另外，经由过程分流制排水系统不单能对雨水进行再操纵，到达水资本的良性轮回，还在必然水平上削减了管道排水压力。
图1德国排水管道成长趋向
德国分歧范围城市的管网长度环境见图2。可知，五级城市所铺设的管道约占德国管道总长度的9.1%。而现实介入查询拜访的数据中，五级城市管道长度占比约81.2%。是以，介入查询拜访占比力高的五级城市管道对此次查询拜访成果发生了必然影响。
图2德国分歧范围城市的管网长度环境
02管龄散布环境
表1展现了德国管网春秋年夜致散布环境。德国管龄平均为36.9年，而介入查询拜访的管网平均春秋为45.3年，此中1、2、三级小城市管网趋在年青化。笔者现场见到，在德国诸多城市中100多年前管道的档案和计划图纸依然保留无缺，并作为管网修复的主要参考材料。100多年前的管道多采取砖砌墙材料，上边宽下边窄的外形，至今运转杰出无需修复。表1德国管龄统计成果
03管材散布
第8次查询拜访对管材的统计成果（见图3）注解，德国排水管材以陶土管和混凝土管为主，最近几年来HDPE等管材在管径较小的管道中利用较多；1、2、三级小城市塑料管材占比均高在四五级城市，一级城市采取塑料管材的比例最高，约22.6%。缘由可能在在一级城市排水管道趋在“年青化”，且在曩昔几十年城市生齿较少，生齿稠密水平相对较低，排水管径相对较小。
图3德国排水管道材料环境
德国在新建小管径（内径﹤500mm）的管道管材选择上，首要采取HDPE（高密度聚乙烯）管道。这类选择有其公道性：起首，HDPE管材具有耐磨性，可以或许抵抗外界身分的腐蚀，保障管道的持久利用；其次，HDPE管道的建筑和安装不受极端气候影响，且具有较高的机器化水平和可操作性，提高了施工效力；另外，在管道的接口处，HDPE管道相较在水泥管道具有更高的周密性，能在必然水平上避免树根长入管道，下降管道梗塞的风险。这些特征使得HDPE管道成为新建小管道时的首选材料。04管网监测评价机制
德国《程度衡治理法》第61条《管网监测律例》要求排水装配利用者依法对其装备按期进行监测和检验。按照《管网监测律例》，城市内所有管道每一年都需要由业主进行监测，监测方式可由业主进行决定，如对监测井的梗塞排查，可初步领会管道的梗塞环境。与此同时，业主也可连系地点城市现实环境，依照需要每两年对管网进行一次冲洗；每15年对全部管网完成一次CCTV检测阐发并由注册管网修复项目师进行评估和决议计划。是以，德国的管网凡是不具有年夜幅清淤问题。另外，德国年夜部门采取分流制排水系统，且路面相对洁净，进水箅梗塞现象不较着，因强降雨气候进入下水道的雨水所含泥沙量不足以形成淤塞。如图4所示，德国的管缺点评估机制凡是按以下几种模式进行：ATV-M 143-2（1999年）；DIN EN 13508-2（2003年版本）连系DWA-M 149-2（2006年版本）；DIN EN 13508-2（2011年版本）连系DWA-M 149-2（2013年版本）；ISYBAU（1991/1996年版本）和ISYBAU（2001年版本）等。德国最早按照ATV-M 143-2（1999）规范对管道缺点进行描写，该规范利用侵害名称的首字母进行缩写。但是，跟着研究的深切，发觉具有诸多问题，例如管道缺点品种繁多，单一缩写没法知足需求，或多种缺点同享不异的缩写等。是以，随后推出了多种加倍完美的管道缺点描写规范，以应对这些问题。今朝年夜部门城市首要用第2、三种规范对管道缺点进行描写，并经由过程积累得分估算管网破坏状态，并进行评估、猜测和评级。德国约1/3的管网由排水部分自行评估，而2/3的管网则外包给注册管网修复项目师的公司。假如采取不得当的修复方案，可能致使更年夜的经济丧失。05管网侵害环境
此次查询拜访中管网破坏触及3方面：排水管道布局性破坏、功能性破坏和查抄井破坏环境，查询拜访成果见图4。可知，排水管道布局破坏包罗管体裂痕、表层破坏、接口破坏、接头不密封、形变、泥土浮泛和维修不专业等。管道缺点首要表示在管体裂痕、密封移位、接口破坏和侵蚀（表层破坏）。管体裂痕风险比力严峻，如不实时处置将致使管体分裂或塌陷。
图4管道布局性破坏产生的频次环境
排水管道功能性破坏首要表现在动物根部发展、地下水内渗和管道梗塞（见图5），此中动物根部上进管道的约占1/3，是以在此后管网计划中应尽可能将管网铺设在离树木较远的位置，并采取密实材料庇护管道。图6则展现了德国管网常见破坏环境。因为管道的各类缺点如漏水、分裂或梗塞等，使得污水处置厂领受到的水源中含有年夜量没法肯定来历的水，以德国雷根斯堡市为例，不明水占比约19%～40%。一方面管道内污水可经由过程破坏的管网污染泥土和地下水；另外一方面地下水进入下水道，不但华侈水资本，还增年夜了污水处置厂的处置量。
图5管道功能性破坏产生的频次环境
图6德国管道常见侵害环境
德国排水查抄井凡是位在污水管道系统中的要害位置，用在查抄、清算和维修污水管道。在污水管道系统中，查抄井被设想为一个具有井盖的启齿，使得工作人员能够进入井内进行查抄和维修。这类设想有助在确保污水管道系统的顺畅运转，同时也便利了管道系统的保护和治理。德国查抄井常见破坏环境有井体裂痕、侵蚀、接口破坏和踏步破坏等（见图7），此中井踏步破坏占比约20%，由此会部门激发地下水内渗。据统计，约16%的踏步没法包管供给不变的支持力。是以在安装踏步后，需延续对踏步进行平安性检测。
图7查抄井破坏产生的频次环境
06排水管网修复评级环境
管网评级的目标是使排水部分把握其管网的运营状况，进而制订将来管网修复方案，如人力布局和财务预算。虽然德国各排水部分延续对管网修复不竭投入，中短时间需进行修复的管网比例仍在增添。DWA-M 149-3对排水管道缺点的严峻水平进行了分类和评级，见表2。表2管道缺点品级和严峻水平环境
按照第8次排水管网查询拜访数据，在239个城市中，0～2级的排水管网占比约24.7%（见图8）。据此初步猜测，2016年德国全数城市中，处在0～2级的排水管网占比约18.7%，而2013年德国全数城市中，0～2级的排水管网比例约19.4%。2013年—2016年，0～2级排水管网的比例仅从19.4%降至约18.7%。这类降落迟缓的缘由首要是所有城市都一向在积极修复具有缺点的管道，但是因为管龄增添，致使管网破坏速度加速。是以，愈来愈多的排水部分暗示将增年夜管网修复投入。
图8德国管网评估品级环境
07管网修复手艺
排水管网修复的目标是对潜伏问题管网实时修复，避免泥土塌陷等严重变乱产生；包管管道杰出的水力前提，减缓因强降雨气候内涝的发生。另外，尽早发觉问题管网并修复，是最高效经济的模式。欧盟DIN EN 752对管道修复进行了以下界说：①在破损位置进行修复；②在旧管道根本长进行套管修复；③从头铺管。
在聪明水务布景下，污水处置厂的运营获得了优化。同时，非开挖排水管网修复手艺也在不竭成长，对进入污水处置厂的污水进行了提质增效。另外，跟着管网修复手艺的成长，不单实现了管网破坏评级的可视化治理，还到达了由机械修复管道的阶段。以管网修复机械报酬例，德国机械人的研究处在较成熟阶段，已实现了管道熟行走、检测和修复一体化。分歧公司的机械人功能偏重点分歧，若有些机械人定点弥补以修复破损管道，有些机械人则可修补支管与干管交叉部门等。按照《管网监测律例》要求，业主需对排水管道进行实时检测和修复。2014年—2018年德国所修复的排水管道中约1/4采取了新建体例；1/4采取整段修复体例，如紫外光固化修复等；1/2采取了点位修复体例，如短管内衬等。德国管网修复手艺利用环境见图9。
图9德国管网修复手艺利用环境
德国近20年来管网新建比例从53%降落到24.2%，并将继续降落（见图10）。整段修复比例从17.0%迟缓增至24.7%，并将进一步增添，而获得显著成长的是本钱最低的点位修复手艺，增添了2倍多。
图10德国管网修复分歧类型的利用趋向
08私有排水系统环境
德国DIN 1986—30要求，新铺设居平易近排水管在30年内，居平易近需供给其管道周密性检测证实；从第30年起，此证实需每20年供给一次。管道周密性尺度依照DIN EN 1610、DIN1986—30和ATV—M 143 —6进行，并由管网修复公司进行测试和出具证实。据领会这些公司将来将会被要求经由过程天资查核后才可为私家出具管道周密性证实。由于漏水管道一方面会污染地下水、泥土和支持下水管的土力布局，慢慢形成空穴和路面坍塌；另外一方面会有泥沙跟着污水流入下水管，形成市政排水管网的淤塞，排水能力年夜幅降落，致使在强降雨气候呈现溢流和内涝现象。查询拜访显示私有排水系统唯一1/3状况杰出，残剩2/3均具有问题，此中合流制问题管网占比最年夜。09雨水池环境
自20世纪90年月以来德国除增强分流制系统的扶植，还增强了雨水池的扶植，以削减强降雨气候，特别是合流制过载环境酿成的水体污染。经由过程分流制系统，雨水间接排入湖泊或河道，减轻了污水处置厂的承担。截至2016年，德国具有雨水池总计74454座，总容积达6079×104m3，人均0.74m3。
010启迪和建议
今朝国内排水系统也许可连系近况，首要鉴戒德国以下几点：①排水管渠检测与评估的尺度有待完美和修订我国排水管渠检测与评估的行业尺度包罗：《城镇排水管渠与泵站运转、保护和平安手艺规程》（CJJ 68—2016）、《城市地下管线探测手艺规程》（CJJ 61—2017）、《城镇排水管道检测与评估手艺规程》（CJJ 181—2012），还待完美。德国的排水管网立法和规范具有必然鉴戒意义，如DIN EN 1610、DIN 1986-30、DWA各项规范等。还可参考德国《程度衡治理法》第61条《德国管网监测律例》，慢慢要求排水装配利用者按期对其装备进行监测和检验。以此对排水管道冲刷频次、查抄井查抄频次、泵站装备检验频次、修复手艺规范和材质等加以规范。②连结道路洁净跟着城市的快速成长，排水系统和排水举措措施治理成长不足。另外，城市街道不克不及实时清算，致使处处可见落叶和垃圾，进一步梗塞进水箅使排水不顺畅。若管网冲洗检验不实时，将在必然水平上梗塞下水道，特别在强降雨气候加快内涝现象产生。德国的管网凡是不具有年夜幅清淤问题，因其路面洁净，年夜部门采取分流制排水系统，强降雨气候进入下水管的雨水，颠末冲洗路面所含泥沙量不足以形成淤塞。是以，道路连结洁净对削减排水管网梗塞有必然意义。③将来新建排水管网尽可能采取分流制因为我国城市老城区合改分较难实行，可恰当延后处置。可是跟着德国管网进一步老化，合流制凸显出来的问题日趋增年夜，问题管网中85%为合流制管网。而城市成长越快，合流制改分流制本钱越高。是以，后续管网扶植中应连系到本地地形特点、降雨量、排水系统近况、老城区修建物和道路等特点，在可行的环境下尽可能采取分流制，强降雨气候可包管污水管道一般畅通，溢流的为清洁的雨水，流入水体的是雨水和被处置过的污水，减轻了水体富养分化和黑臭水体的发生。另外，经由过程分流制还可减轻污水处置厂承担。④排水管网检测、评估阐发，并实时优化和修复排水管网和排水井可连系GIS、SWWM等模块进行数据贮存，以包管全数管网敏捷获得排查、监测和维修，对问题管道可查阅对应管道深度、长度、管径、建筑时候、建筑材料、接进口和维修记实。同时，利用CCTV对管网窥伺手艺进行可视化治理，经由过程对全体管网近况的评价阐发，制定最优修复方案，使管网获得实时优化和修复。在管网优化更新方面，首要方针是寻觅管网全生命周期上的本钱最低值。管网全生命周期总本钱包罗维修、修复与新修三部门。管网投入运转以后，跟着延续老化，管网破损率会愈来愈高，若得不到实时整治，管网年均维修本钱就会愈来愈高；而修复得越早，则年均修复本钱就越高。在生命周期上具有一个最低值，优化更新的方针便是寻觅该值。此中的焦点问题是管网破损率随管网老化的转变纪律，也即管网破损猜测问题。是以，管网优化更新可视为管网破损猜测的天然延长。⑤成立城市管网运营平台我国的城市管网品种首要包括燃气、热力、供水、排水、电力、通讯等，而城建、电力、广电、电信等多个部分彼此自力。因为各类管线上下穿插彼此交织，各部分消息交换耗时长，致使排水管网保护开挖时，获得方针管道消息的时候和经济本钱高。成立城市管网运营平台，使分离的各权属管网单元可以或许同享官网消息材料，由专职治理本能机能部分来同一调和分歧部分之间的治理保护工作，最年夜水平地知足各管网资本的共建同享，根据管线散布的档案材料，避免错挖和粉碎其他线路。⑥排水管网修复手艺排水管网修复手艺多种多样，具体手艺选择取决在管道的材质、直径、深度、破坏水平和地舆位置等身分。另外，在利用非开挖修复手艺前，需对管道缺点成因有清楚的熟悉，阐发缺点机理，从底子上去除缺点。鉴戒国表里进步前辈的管网非开挖修复手艺，如管道机械人、紫外光固化等，可增进我国排水范畴的进一步成长。⑦私有制排水管网需监测和修复按照德国查询拜访，私有排水管网中仅1/3无需修复，残剩2/3皆具有管体泄露现象。为此，经由过程私有排水管网进入公共管网的不明水将进一步增年夜，形成地下水华侈和地下水污染；进一步形成管网周边泥土被冲洗，致使土力布局不足以支持道路负重，呈现坍塌。是以，应制订私有排水管网相干律例，对其周密性按期检测。⑧洪涝灾难应急手艺洪涝灾难应急手艺涵盖了一系列用在防止、减轻和治理洪水和其激发的灾难的手艺和方式。例如，洪水预警系统利用景象形象、水文和地舆消息系统����APP，监测降雨、河道水位等数据，提早预警可能产生的洪水，使本地居平易近和当局可以或许做好预备；洪水摹拟和猜测利用数学模子和计较机仿真手艺，猜测洪水的产生和成长趋向，帮忙当局和救济机构实时决议计划。采取灾难风险评估手艺对洪涝灾难的潜伏风险进行评估，肯定受影响区域和生齿，以便在灾难到临前做好应急预备；应急救济装备和人员培训系统供给应急救济装备，培训救济人员，提高应对洪涝灾难的能力。经由过程完美排水系统和海绵城市的协同成长成长可必然水平上减缓洪涝灾难。但洪水应急避险举措措施也应获得成长，如挪动承重墙和其对应存储举措措施、井盖预警器、流量计和在需要节点成立泵站或调蓄池等。⑨建立城市地下管网地舆消息系统（GIS）周全排查检测污水管网等举措措施功能状态，设市城市重点核对前期已完成排查检测污水管网布局性、功能性缺点和错接混接等根基环境，查缺补漏，补齐部门老城区、城中村、城乡连系部和泉源排水单位（居平易近小区、公共建筑和企事业单元、小街巷等）等污水管网根基环境；县城要系统排查检测城区污水管网、查抄井、排水口的布局性、功能性缺点和错接混接和用户接入环境。依托城市地下管网地舆消息系统（GIS），将城市污水管网位置、长度、管径、管材、埋深、扶植时候等根基消息，管网检测发觉的布局性、功能性、错接混接等缺点消息，污水查抄井位置、深度、材质等根基消息，污水接入状态等数据一并录入，纳入城市生命线数据底座，建立排水管网“一张图”。编纂：衣春敏 丁彩娟
建造：文 凯
审核：李德强
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