新加坡深层隧道排水系统（DTSS）案例及规划思考

1、深层隧道排水系统简介

随着城市的快速发展，原有排水系统所承受的压力逐渐增大，早期建设的排水系统已难以满足当前城市的需求，甚至影响城市的安全和正常运行，尤其是一些城市的中心城区和老城区，存在严重的洪涝、合流制溢流（CSO）污染、污水量激增等问题，为了解决各类城市水问题，国内外城市纷纷投入巨资对原有排水系统进行改造完善，但是，受空间条件、拆迁困难、交通影响、施工周期、资金等诸多因素的制约，排水系统全面升级改造的难度巨大，尤其是在老城区或中心城区。由于隧道可迅速、灵活、高效地缓解城市局部洪涝及污染问题，且用地所受限制小，不占用宝贵的土地资源，避免了城市地面或浅层地下空间各种因素的影响、也不影响市政管道的布置，所以，隧道工程作为一种有效的大规模转输送措施受到极大关注，在一些发达国家城市得到一定程度的应用。由于隧道多建于深层地下，故也称为深层隧道或深隧。根据功能和控制目的，深层隧道可分为以下4类。

目前国内在建深隧项目以多功能深隧为主，以深圳市“前海-南山排水深隧系统工程”为例，其是全国首个集旱季污水收集、雨季污染控制及排涝安全保障三种功能于一体的复合型深隧工程，“深隧工程”有两个功能目标：一是防洪排涝，保障城市安全，解决雨季南山片区内涝频发问题；二是污染控制，保障湾区水质，截流旱季漏排污水及雨季初期雨水污染。

国内目前类似新加坡深层隧道排水系统（DTSS）的污水深隧工程有武汉大东湖深隧项目。东湖深隧工程污水深隧系统中的主隧全长约17.5公里，支隧长1.7公里。起于二郎庙污水处理厂跨越武昌、洪山、东湖风景区、青山等4个行政区，主要包括污水深隧系统和地表完善系统。根据设计，排污隧道埋深到地下30到50多米。建成后武昌片区将实现 “四厂合一”，即对沙湖、二郎庙、落步嘴污水处理厂进行升级扩建，与新建的北湖污水处理厂合并。该深隧工程将开创国内污水深层传输处理先河。

2、DTSS简介

新加坡深层隧道排水系统(DTSS)是新加坡公用事业局（PUB）构思并实施的一种经济高效和可持续的污水系统解决方案，以满足未来新加坡对废水收集、处理、再生和处置需求。

DTSS系统通过使用深层污水隧道，将全岛污水输送到位于沿海地区的水再生厂（Water Reclamation Plants）经过处理的污水被进一步净化成超清洁的高级再生水，称为新生水（NEWater），或者通过排污口排放到大海。

新加坡在建设DTSS系统前，城市污水排水由6个污水厂（Water Reclamation Plants）和130多个污水泵站组成，分布在全岛各地。污水收集系统由重力污水管组成，通过多个中途污水泵站将污水接力输送至再生水厂。

在引入DTSS后，这些分散在全岛的中途污水泵站可以逐步淘汰，取而代之的是一条单一的大直径隧道，纯粹依靠重力输送全岛污水。污水处理厂的污水泵站只需要进行一次提升即可。

3、DTSS项目阶段

DTSS系统分两期建设（Phase 1 & 2），在新加坡的北部(Kranji)、东部(Changi)和西部(Tuas)末端分别有三个大型污水厂，以及排污管。见下图。

3.1 第一阶段

DTSS第一期工程于2008年竣工，耗资34亿新元，包括一条由Kranji至Changi的48公里长的深层污水隧道、一座位于Changi的污水厂、两条5公里长的深海排污管和60公里长的污水接驳管。

1、Changi污水厂：占地55公顷，是DTSS第一期的核心，是一座最先进的污水处理厂，每天能够处理90万立方米(2.02亿加仑)污水并使出水达到国际最高标准。远期可扩展到240万立方米/天的规模。

处理过的废水通过深海排污管排入大海，或输送到位于污水厂上部的Changi 新生水厂（NEWater），在新生水厂通过先进的膜技术进一步净化，成为知名的新加坡品牌——新生水。

2、污水接驳管

污水接驳管将住宅和工业的现有污水管道连接到深层污水隧道。深度从地下10米到30米不等，采用盾构非开挖方法使得对地面活动的干扰降至最低。直径由0.3米至3米不等，连接污水渠总长度约60公里。

3、深层排水隧道：8台隧道盾构机同时开挖这些深埋隧道。隧道直径达3.3米至6米，，污水收集自现有的污水收集系统。

​3.2 第二阶段

2017年11月20日，PUB为深层污水隧道收集系统(DTSS)二期工程行了破土动工仪式，标志着其建造工程的开始。

二期的污水输送系统将由40公里长的隧道和60公里长的污水接驳管组成，形成了一个相互连接的网络，通过重力将水输送到Tuas 污水厂。Tuas 污水厂将通过两条独立的深层污水隧道，接收来自新加坡西部的污水，一条隧道输送生活(市政)用水，另一条隧道输送高强度工业用水。并进行分开处理。生活用水将以65万立方米/天的设计规模进行处理，然后进一步净化为新生水NEWater。而工业用水将以15万立方米/天设计规模进行处理，处理达到工业用水标准并进行重复利用。

Tuas Nexus项目：到2025年，新加坡公用事业局、水务局和环境局将建成一个由Tuas 污水厂和综合废物管理设施(TWRPI-WMF)组成的综合开发项目，统称为“TUAS Nexus”。Tuas Nexus是世界上第一个整合了两个复杂的环境处理设施实现能源的自给自足，实现了协同效应，从而提高了效率，降低了成本。

​4、 DTSS优势分析

4.1 优势一：协同作用

​​​（1）允许每一滴用过的水被收集、处理并进一步净化成新加坡新生水NEwater。

（2）污水厂将与综合废弃物物管理设施（IWMF）设在同一地点，以利用在优化土地利用的同时整合使用过的水和固体废物处理的潜在协同效应。来自污水厂的污泥将被送往隔壁的IWMF进行焚烧。这是新加坡第一个整合污水和固体废物处理过程的倡议。这些努力将最大限度地回收能源和资源，并最大限度地减少土地占用。

4.2 优势二：优化土地利用

​​​ 逐步淘汰现有的污水泵站，可腾出原先占用的土地调整为其他较高价值的用地类型。DTSS项目完成后，将可减少50%的市政污水用地。随着DTSS第一期的完成，市政污水用地已由九十年代的300公顷缩减至190公顷。第二期完成后，所需土地最终会减少至约150公顷，相等于约214个足球场。Changi污水厂的紧凑型设计仅为污水厂的三分之一。

4.3 优势三：环境保护

​​​​通过提高使用水系统的可靠性，将给水系统和污水系统之间的交叉污染风险降至最低。

4.4 优势四：确保NEWater的可持续性

​​​​​通过收集每一滴用过的水，DTSS实现了高效、大规模的水循环，从而确保了NEWater的可持续性。随着NEWater设施与TUAS污水厂的集成，DTSS确保了水的可持续性和弹性，有助于实现将总体水循环率从占总水需求的30%提高到远期55%的目标。

4.4 优势五：提高新加坡行业水平

​​​​DTSS一期有300多家本地和国际承包商、分包商和供应商参与其建造工作。这一经验使他们能够建立自己的本地经验，并为新加坡和海外的更大项目进行推销。DTSS二期还将涉及并利用许多当地和国际合作伙伴的专业知识，以应对如此规模和复杂的项目。​

5、规划思考

5.1 用地紧缺城市市政用地节地模式参考

由于城市竖向、城市扩张等因素，部分市政厂站仍然位于寸土寸金的城市中心区域。其中包括占地面积较大的给水厂和污水厂等（例如前海自贸区就设有规模达56万立方米/天的污水厂） 。通过类似使用新加坡DTSS将市区的污水系统进行统一收集，通过重力流深邃系统送至郊区的环境园或岩洞等处。释放中心城区用地。由于深度较深一般不会和其他管线发生冲突。更易布设。

5.2 污水厂联合固废处理实现资源利用最大化

新加坡的“Tuas Nexus”系统将水处理设施与固废处理的设施设立在同一地点，充分利用水务、能源和废物处理三者间的协同关系的愿景。使厂区实现完全的能源自供，减少能源的浪费。例如，在IWMF接收的食物垃圾将与WRP的废水污泥一起消化，以增加沼气的产量，而IWMF则将其用于改善蒸汽质量并提高工厂的整体热效率。因此，Tuas Nexus将使从废水中回收的能源增加一倍，并向国家电网输出更多电力（估计总电量可为多达300,000套四室公寓供电），同时使这两个设施的能源自给自足。

目前国内的污水厂的污泥以外运填埋为主，浪费土地且有污染风险。在未来的污水厂设计中也可以考虑将多个可以协同的市政设施进行联合设计。

5.3 区域式的污水处理系统可能会造成系统韧性不足

污水深层隧道大规模的减少了污水厂站的数量，承载了城市的全部污水。因此在设计时需要对系统的极端情况进行更严格的校核，并编制各类极端情况下的安全预案，保证整套系统的韧性。

参考资料

1. 新加坡公用事业局 https://www.pub.gov.sg

2. Deep Tunnel Sewerage System (DTSS) Phase 2

3. Overview of Singapore’s Deep Tunnel Sewerage System

4. 深圳市水务局 http://swj.sz.gov.cn/sjfb/psglxgtjsj/201905/t20190524_17735047.htm