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2012年9月，由谭睿其、韩璐等七位同学组成的“武汉外国语学校马里奥联盟”，报名参加由哈佛大学官方直属机构哈佛上海中心举办的首届中国大智汇创新研究大赛。“武汉外国语学校马里奥联盟”把武汉市的排水问题作为研究课题，经过为期四个月的阅读文献、走访专家、问卷调查、实地考察，最终形成“武汉市部分地区排水系统近期改造思路及智能化排水系统的未来展望”研究报告并提交给组委会，该研究报告从全国数百个参赛课题中脱颖而出，凭借着翔实的数据、深入的调查、创造性的解决方案，荣获比赛第一名，此研究成果已经提交给湖北省人大，以期进一步完善武汉市的排水系统。以下是研究报告的摘要。
一、研究背景和研究意义
2011年6月17～18日，连续两日的降水造成武汉市多处道路路段出现严重渍水现象。2012年五一放假前夕，突如其来的大暴雨阻挡了市民们回家的路，造成江城三镇8小时大堵车。2012年7月13日，特大暴雨再次袭击江城武汉，造成部分路段齐腰深的积水。
排水系统是一个城市建设中的基础设施，关系到一个城市的发展与繁荣。武汉市近年来提出建设中部最大城市的发展战略，因此，武汉市需要尽快完善以及改进现有下水道设施，为后期的发展建设打下夯实基础。本课题的研究致力于分析造成武汉市严重渍水问题的主要原因以及现行制度存在的弊端，并由此在智能城市的基础上提出新的完整的一体化排水系统设计理念，改善城市排水系统，构建美好城市，创建美好家园。
二、武汉市排水系统现状及存在问题
1.武汉市排水系统现状
城市排水系统通常由排水管道和污水处理厂组成。武汉市目前共有86个排水水系，其中，中心城区25个水系，远城区61个水系。截至2010年，武汉市排水管网总长度6 307.16千米，有污水处理厂13座。武汉市排水管网的设计以统一规划、分期实施、城乡兼顾、蓄排结合、以排为主、保护水资源和环境为原则。武汉市排水管网现状的排水体制，老城区多为雨污合流制，新建区（如东湖新技术开发区和武汉经济技术开发区）均按雨污分流制实施雨水排放和污水处理系统。
2.武汉市排水系统存在问题
为了解武汉市内涝严重，小组采用调查问卷的方式，发放问卷500份，回收480份，在调查中得知，市民在武汉大学遭遇过严重积水的人占到了总参与调查人数的21.7%，水果湖地区占18.2%，汉口二七路的比例达到18.8%，雄楚大街有9.4%，三环线硚口段下桥处有8.8%。大多数居民都曾经因为道路的渍水而被堵在路上，影响正常出行。其中87.7%的人认为管道设计不合理导致积水问题严重，81.9%的人认为是雨污合流导致管道堵塞使雨水不能顺利流通，58.5%的人认为是管道老化的原因，46.8%的人认为是施工工地导致排水不畅，23.4%的人认为是路面硬化导致。综合各方意见，认为武汉市排水系统存在以下几方面问题。
（1）各区域排水系统尚未形成有机整体。由于历史原因，武汉市一些老城区的排水系统多为雨污合流。当城市忽降暴雨时，污水量增加，造成污水溢流，环境污染，同时大大增加了污水处理厂的处理费用。若打开闸口，则雨水和污水将一同排入长江造成水体污染；若关闭闸口，则又将造成城市内涝。
（2）管径设计不够合理。部分现状管线管径不合理，大多是根据经验估算所得。雨水管径普遍偏小，过水能力不足，导致汛期常常出现溢水现象；污水支管管径偏大，主干管管径偏小，难以充分发挥管渠系统的工程效益。
（3）污水处理能力有限。武汉市目前污水日处理量为53万立方米，已建成的污水处理厂有13座。虽然污水处理厂的数量不少，但由于规模较小，无法及时处理排入厂内的污水。因此每逢6月底7月初的梅雨季节，大量的合流污水因超过污水处理厂设计标准而无法得到处理，被直接排放到附近水体中。
3.武汉市大面积渍水的主要原因
武汉市城区内涝既有其自身地形特点的因素，也有雨水系统规划设计、管理等各方面的原因，主要表现在以下几方面。
（1）施工影响。近些年来武汉市有近5 000个工地同时开工，许多工地为了赶工期尽快完工而忽视了下水管道管网的建设。施工过程中的泥沙、渣土在未经过处理的情况下便直接被排放进入下水管道中，造成管道内泥沙淤积，加大雨天下水道排水压力，导致施工路段渍水现象严重。
（2）路面硬化。一般而言，土壤和水塘可以储存大量的水，但随着武汉市建设的迅速发展，大量绿地、湿地、水塘消失，城市“硬底化”情况越来越严重，使得下雨时雨水基本难以实现自排，90%的雨水都必须通过下水道排走。
（3）泵站建设缺位。武汉市现有泵站的能力，只有规划的56%。目前已建设的泵站、涵箱、涵洞等设施长期得不到有效管理，排水能力被局限。水果湖地区已经是逢雨必淹，大雨时漂浮在路面上的垃圾桶、生活垃圾成为人们可怕的记忆。
（4）城市湖泊调蓄能力减弱。武汉市被誉为“百湖之城”，但是近年来武汉湖泊大大减少，填湖现象不断发生，此举大大减弱了城市调蓄能力。近30年来，武汉市湖泊面积减少了228.9平方千米，城中湖也缩减为38个。与之相对应的却是，城市建成区总面积从220平方千米增加到475平方千米。湖泊逐年减少，城市面积不断扩大，而供抽排水的人工或自然设施却没有得到加强，导致武汉市难以避免产生严重渍水现象。
（5）管理缺失。武汉市排水系统由武汉市水务集团进行管理，尽管在规划设计、日常维护等方面在不断完善，但是在排水系统管理中也存在不少问题。例如，东湖排水通道主要有两个，一是东湖港至武钢排水通道，二是长达18千米的罗家港排水通道。因武钢不再在东湖取水，因此第一个通道的排水功能基本丧失，而罗家港明渠则在近5年内没进行任何清淤，不仅自然出水沟被堵塞，明渠内亦杂草丛生、建筑渣土堆积，排水功能被严重削弱。
三、武汉市排水系统近期改造思路 根据武汉市排水系统存在问题的分析，针对老城区和新城区采取不同的思路进行改造和完善。
1.老城区改造思路
老城区居民众多，管道密集，不便于进行大面积管道改造以及新基础设施建设。在实地考察与专家采访中，注意到管道内淤泥众多，且大多为油垢和固体生活垃圾。参考日本20世纪60年代对于城市内涝的改进措施（成立下水道协会、建立烹饪教室、宣传健康少油饮食），通过当地媒体以及学校演讲，提高人们保护下水道的意识，并创新提出水费单改造方法，用宣传标语代替背后小广告，宣传健康饮食与垃圾分类意识。
2.新城区改造思路
居民小区内建设湖泊蓄水池，在大暴雨时将水先排入蓄水池内进行储存，并通过湖底的水泵将雨水回抽入小区住户家中，雨水可以供冲厕所用。此举可以在一定程度上缓解暴雨时下水道的压力，并体现出绿色循环理念，如图1所示。
[图1 居民小区内的循环系统]
街道上通过改变绿化带和人行横道的位置构建新型道路绿化带，并在绿化带下方增设生态排水沟，如图2所示。该设计将绿化带与人行横道的位置进行互换，使行车道及人行道上的雨水可随坡度流入绿化带中，该绿化带起到生态缓冲带的作用。一方面可以利用植物的根系吸收雨水，缓解排水管道压力，补给地下水源；另一方面可以将人车进行隔离，保障安全、美化环境。
[图2 新型道路绿化带]
四、武汉市未来排水管网系统发展构想
借鉴以人为本，发展智能城市的构想，本小组研究人员提出发展城市先进排水系统（Advanced Drainage System，即ADS系统），以此系统来优化现有排水设施。
1.ADS系统基本工作原理
ADS系统从整体上是以不同地段的排水设施为节点而构成的庞大的智能排水网络。ADS系统建立在一个能够及时、有效传递信息数据的管网硬件上，是一个能够收集实时信息并进行分析、自动提出排水方案、对排水设施进行远程操控的智能系统。
2.ADS系统大暴雨时工作原理
在城市遭遇特大暴雨时，迅猛的雨量瞬间超过了人力可控的范围时，ADS系统将会通过预置的排水方案在无人值守的情况下自动进行紧急排水：各地的深层排水隧道口被打开，ADS智能系统操纵着各地的排水阀门，并且对目标阀门、机电等设施进行控制，力求做到整个排水系统在最安全的情况下接近满负荷运行。
3.ADS系统解决管道堵塞问题时工作原理
当浅层排污管道内发生故障，通过当地传感器发回的最后消息，ADS系统将自动判定是否有异物堵塞管道。在无法及时解决的情况下，ADS系统将自动把当地排水任务分担到周边地区，并对当地管道压强做严密监控，以防对管道的损伤。在分流排水任务的同时，ADS系统将提醒相关工作人员及时抵达现场，对堵塞物进行排除处理。
4.ADS系统处理污水工作原理
ADS系统硬件管道在架设时采用的先进智能结构材料，能够自动对因污染受损的管道内壁进行化学修补，而对于那些无力修补的地区，管道内的重压传感器会将情况上报ADS系统的人工决策层，由它对排水工人发布工作指令。而对于那些误入排水管道的有害物质，ADS系统采取物理、化学综合沉降法将它们阻拦在管道内。ADS系统并非一成不变，它每次都会从实践中汲取经验，并提交给人工决策层，通过人工决策层的调整部署来实现自身的优化，不断加强排水、排污以及在特大暴雨下的应急能力。
作者单位：湖北省武汉外国语学校高二年级（430022）
一、研究背景和研究意义
2011年6月17～18日，连续两日的降水造成武汉市多处道路路段出现严重渍水现象。2012年五一放假前夕，突如其来的大暴雨阻挡了市民们回家的路，造成江城三镇8小时大堵车。2012年7月13日，特大暴雨再次袭击江城武汉，造成部分路段齐腰深的积水。
排水系统是一个城市建设中的基础设施，关系到一个城市的发展与繁荣。武汉市近年来提出建设中部最大城市的发展战略，因此，武汉市需要尽快完善以及改进现有下水道设施，为后期的发展建设打下夯实基础。本课题的研究致力于分析造成武汉市严重渍水问题的主要原因以及现行制度存在的弊端，并由此在智能城市的基础上提出新的完整的一体化排水系统设计理念，改善城市排水系统，构建美好城市，创建美好家园。
二、武汉市排水系统现状及存在问题
1.武汉市排水系统现状
城市排水系统通常由排水管道和污水处理厂组成。武汉市目前共有86个排水水系，其中，中心城区25个水系，远城区61个水系。截至2010年，武汉市排水管网总长度6 307.16千米，有污水处理厂13座。武汉市排水管网的设计以统一规划、分期实施、城乡兼顾、蓄排结合、以排为主、保护水资源和环境为原则。武汉市排水管网现状的排水体制，老城区多为雨污合流制，新建区（如东湖新技术开发区和武汉经济技术开发区）均按雨污分流制实施雨水排放和污水处理系统。
2.武汉市排水系统存在问题
为了解武汉市内涝严重，小组采用调查问卷的方式，发放问卷500份，回收480份，在调查中得知，市民在武汉大学遭遇过严重积水的人占到了总参与调查人数的21.7%，水果湖地区占18.2%，汉口二七路的比例达到18.8%，雄楚大街有9.4%，三环线硚口段下桥处有8.8%。大多数居民都曾经因为道路的渍水而被堵在路上，影响正常出行。其中87.7%的人认为管道设计不合理导致积水问题严重，81.9%的人认为是雨污合流导致管道堵塞使雨水不能顺利流通，58.5%的人认为是管道老化的原因，46.8%的人认为是施工工地导致排水不畅，23.4%的人认为是路面硬化导致。综合各方意见，认为武汉市排水系统存在以下几方面问题。
（1）各区域排水系统尚未形成有机整体。由于历史原因，武汉市一些老城区的排水系统多为雨污合流。当城市忽降暴雨时，污水量增加，造成污水溢流，环境污染，同时大大增加了污水处理厂的处理费用。若打开闸口，则雨水和污水将一同排入长江造成水体污染；若关闭闸口，则又将造成城市内涝。
（2）管径设计不够合理。部分现状管线管径不合理，大多是根据经验估算所得。雨水管径普遍偏小，过水能力不足，导致汛期常常出现溢水现象；污水支管管径偏大，主干管管径偏小，难以充分发挥管渠系统的工程效益。
（3）污水处理能力有限。武汉市目前污水日处理量为53万立方米，已建成的污水处理厂有13座。虽然污水处理厂的数量不少，但由于规模较小，无法及时处理排入厂内的污水。因此每逢6月底7月初的梅雨季节，大量的合流污水因超过污水处理厂设计标准而无法得到处理，被直接排放到附近水体中。
3.武汉市大面积渍水的主要原因
武汉市城区内涝既有其自身地形特点的因素，也有雨水系统规划设计、管理等各方面的原因，主要表现在以下几方面。
（1）施工影响。近些年来武汉市有近5 000个工地同时开工，许多工地为了赶工期尽快完工而忽视了下水管道管网的建设。施工过程中的泥沙、渣土在未经过处理的情况下便直接被排放进入下水管道中，造成管道内泥沙淤积，加大雨天下水道排水压力，导致施工路段渍水现象严重。
（2）路面硬化。一般而言，土壤和水塘可以储存大量的水，但随着武汉市建设的迅速发展，大量绿地、湿地、水塘消失，城市“硬底化”情况越来越严重，使得下雨时雨水基本难以实现自排，90%的雨水都必须通过下水道排走。
（3）泵站建设缺位。武汉市现有泵站的能力，只有规划的56%。目前已建设的泵站、涵箱、涵洞等设施长期得不到有效管理，排水能力被局限。水果湖地区已经是逢雨必淹，大雨时漂浮在路面上的垃圾桶、生活垃圾成为人们可怕的记忆。
（4）城市湖泊调蓄能力减弱。武汉市被誉为“百湖之城”，但是近年来武汉湖泊大大减少，填湖现象不断发生，此举大大减弱了城市调蓄能力。近30年来，武汉市湖泊面积减少了228.9平方千米，城中湖也缩减为38个。与之相对应的却是，城市建成区总面积从220平方千米增加到475平方千米。湖泊逐年减少，城市面积不断扩大，而供抽排水的人工或自然设施却没有得到加强，导致武汉市难以避免产生严重渍水现象。
（5）管理缺失。武汉市排水系统由武汉市水务集团进行管理，尽管在规划设计、日常维护等方面在不断完善，但是在排水系统管理中也存在不少问题。例如，东湖排水通道主要有两个，一是东湖港至武钢排水通道，二是长达18千米的罗家港排水通道。因武钢不再在东湖取水，因此第一个通道的排水功能基本丧失，而罗家港明渠则在近5年内没进行任何清淤，不仅自然出水沟被堵塞，明渠内亦杂草丛生、建筑渣土堆积，排水功能被严重削弱。
三、武汉市排水系统近期改造思路 根据武汉市排水系统存在问题的分析，针对老城区和新城区采取不同的思路进行改造和完善。
1.老城区改造思路
老城区居民众多，管道密集，不便于进行大面积管道改造以及新基础设施建设。在实地考察与专家采访中，注意到管道内淤泥众多，且大多为油垢和固体生活垃圾。参考日本20世纪60年代对于城市内涝的改进措施（成立下水道协会、建立烹饪教室、宣传健康少油饮食），通过当地媒体以及学校演讲，提高人们保护下水道的意识，并创新提出水费单改造方法，用宣传标语代替背后小广告，宣传健康饮食与垃圾分类意识。
2.新城区改造思路
居民小区内建设湖泊蓄水池，在大暴雨时将水先排入蓄水池内进行储存，并通过湖底的水泵将雨水回抽入小区住户家中，雨水可以供冲厕所用。此举可以在一定程度上缓解暴雨时下水道的压力，并体现出绿色循环理念，如图1所示。
街道上通过改变绿化带和人行横道的位置构建新型道路绿化带，并在绿化带下方增设生态排水沟，如图2所示。该设计将绿化带与人行横道的位置进行互换，使行车道及人行道上的雨水可随坡度流入绿化带中，该绿化带起到生态缓冲带的作用。一方面可以利用植物的根系吸收雨水，缓解排水管道压力，补给地下水源；另一方面可以将人车进行隔离，保障安全、美化环境。
四、武汉市未来排水管网系统发展构想
借鉴以人为本，发展智能城市的构想，本小组研究人员提出发展城市先进排水系统（Advanced Drainage System，即ADS系统），以此系统来优化现有排水设施。
1.ADS系统基本工作原理
ADS系统从整体上是以不同地段的排水设施为节点而构成的庞大的智能排水网络。ADS系统建立在一个能够及时、有效传递信息数据的管网硬件上，是一个能够收集实时信息并进行分析、自动提出排水方案、对排水设施进行远程操控的智能系统。
2.ADS系统大暴雨时工作原理
在城市遭遇特大暴雨时，迅猛的雨量瞬间超过了人力可控的范围时，ADS系统将会通过预置的排水方案在无人值守的情况下自动进行紧急排水：各地的深层排水隧道口被打开，ADS智能系统操纵着各地的排水阀门，并且对目标阀门、机电等设施进行控制，力求做到整个排水系统在最安全的情况下接近满负荷运行。
3.ADS系统解决管道堵塞问题时工作原理
当浅层排污管道内发生故障，通过当地传感器发回的最后消息，ADS系统将自动判定是否有异物堵塞管道。在无法及时解决的情况下，ADS系统将自动把当地排水任务分担到周边地区，并对当地管道压强做严密监控，以防对管道的损伤。在分流排水任务的同时，ADS系统将提醒相关工作人员及时抵达现场，对堵塞物进行排除处理。
4.ADS系统处理污水工作原理
ADS系统硬件管道在架设时采用的先进智能结构材料，能够自动对因污染受损的管道内壁进行化学修补，而对于那些无力修补的地区，管道内的重压传感器会将情况上报ADS系统的人工决策层，由它对排水工人发布工作指令。而对于那些误入排水管道的有害物质，ADS系统采取物理、化学综合沉降法将它们阻拦在管道内。ADS系统并非一成不变，它每次都会从实践中汲取经验，并提交给人工决策层，通过人工决策层的调整部署来实现自身的优化，不断加强排水、排污以及在特大暴雨下的应急能力。
作者单位：湖北省武汉外国语学校高二年级（430022）