世界最先进排涝泄洪“宏伟神殿”是如何建成的?东京都市圈地下排水系统探秘

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据日本媒体报道,东京近日正在全力备战9、10月份强台风和降雨季的来临,预防洪涝灾害的发生,尤其是对其地下50米深处的世界最先进排水系统——“东京首都圈外围排水系统”进行了例行检修和维护,确保在遇到极端天气和暴雨发生时,能够满负荷正常运作,有效发挥排涝泄洪的作用。

“地下水库”是“东京首都圈外围排水系统”的一个重要组成部分,它是由59根高18米、重500吨的大柱子撑起的巨大蓄水池,宛如希腊神殿般宏伟神秘。视觉中国

日本是一个多雨的岛国,东京又处在地势低洼的海湾,在梅雨或台风季,河流水量激增,容易形成洪水。比如,东京每年9月份的平均降雨量超过200毫米,在特殊气候环境下,有时一天的降雨量就超过100毫米。2019年10月,强台风“海贝思”给日本带来历史性的降雨量,有些地方24小时降雨量达到了1000毫米,有些地方一两天的降雨量甚至达到正常全年降雨量的30%以上。受此影响,日本多地遭受重创,据日本媒体报道,共有68条河流的125处决堤,本州岛超过2.3万公顷区域遭受洪涝灾害,有近百人死亡和失踪,超过4000人避难。

在此次强台风带来的洪灾面前,总人口达3700万的东京都市圈经受住了考验,没有出现内涝,其主要原因就是因为“东京首都圈外围排水系统”的存在,大大减轻了东京地区一些河流下游的负担,从而使东京免受洪涝灾害。据报道,在“海贝思”灾害中,东京死亡人数只有一人。

“东京首都圈外围排水系统”始建于1992年,完工于2006年,历时14年,耗资约30亿美元,它是当今世界上最大、最先进的下水道排水系统之一。该排水系统位于东京郊外的琦玉县地下,全长6.4公里,连接着东京市内长达15700公里的城市下水道,并通过5个高65米、直径32米的立坑,连通附近的江户川、仓松川、中川、古利川等河流,作为分洪出口,将多余的水量最终排入东京湾。形象地说来,排水系统就像是隐藏在东京地下的一个“大水缸”,暴雨来袭引发洪水时,“大水缸”可以快速吸水,然后再通过高速排水装置排出洪水,从而起到防洪减灾的效果。

排水系统的建成,大大提高了日本防灾抗灾的水平。系统建成当年,所在流域雨季“浸水”房屋数量从最严重时的41544家减至245家,浸水面积从最严重时的27840公顷减至65公顷。系统从完成到2017年约十年间,减少水灾损失效果超过9亿美元,平均每年水灾损失减少超过1亿美元。

日本水利专家指出,随着全球极端异常天气事件的增多,“东京首都圈外围排水系统”将在未来东京都市圈防洪系统中发挥更重要的作用。

前沿科技

预防旱涝 收放自如

12秒放空一个标准泳池池水

埋藏在地下50米深处的“东京首都圈外围排水系统”有怎样的神奇之处?

中央操控室密切关注东京各地的豪雨情况和污水厂排放情况。视觉中国

据了解,该系统由四部分组成:一部分为总长6.3公里、内径10米的地下管道;第二部分是5个高65米、直径32米的巨型竖井,也称储水立坑;第三部分是一处人造地下水库(调压水槽),地下水库内部高18米、宽78米、深177米,拥有商用写字楼的高度和足球场的宽度,从顶层至底层,需要下116层楼梯,容积约数十万立方米。地下水库由59根重达500吨的巨大圆柱撑起,宛如希腊神殿般宏伟神秘,平时无水时,还可供游人参观;第四部分是中央操控室,密切关注东京各地的豪雨情况和污水厂排放情况。

排水系统运用日本最先进的土木技术,采用地下盾构进式建造而成。排水系统的四个部分紧密衔接,形成了一个规模庞大的地下宫殿,所以“东京首都圈外围排水系统”也有着“排水宫殿”的别称。

5个巨大储水立坑是排水系统的枢纽,也是分洪的入口,它们之间由6.3公里长、内径10米的管道相连,而管道又通向地下水库。当洪水来临时,排水通道会将水汇聚到立坑中,当其中四个立坑中的水到达一定程度后,最后一个立坑就会将水流导入管道,并最终流向地下水库。水库装有4台由航空发动机改装而成的高速排水装置,单台功率达14000马力,全部开动时,可以每秒200立方米的速度排出洪水。以一个奥运标准泳池池水为例,大约2100吨水,仅需12秒就可快速排光。

拥有了如此高效的排水速度,在面对暴雨引发的洪水时,排水系统就会应对自如。比如,在2019年10月“海贝思”强台风带来强降雨时,从10月12日到15日三天时间,通过“东京首都圈外围排水系统”排出的水量达到1200万吨,比杭州西湖的储水量还要多200万吨,从而避免了东京城市内涝情况的发生。

“东京首都圈外围排水系统”还像是埋藏在东京地下的一块巨型海绵,在地表水量大时,可以协助排水,在水量少时,则协助存水,可以预防洪涝和旱灾。

热点启示

有“里子” 才有“面子”

东京作为日本的首都,凭借其强大的经济吸附能力,形成了总人口达3700万的东京都市圈,成为世界上人口最多的城市之一。然而,受极端降雨以及发生地震和海啸等潜在危险的影响,东京和临近港口城市横滨又被列为全世界自然灾害风险最大的都市。

“东京首都圈外围排水系统”中的地下管道,总长6.3公里、内径10米。视觉中国

在过去30年间,受全球变暖等因素影响,全日本每小时雨量超过50毫米的降雨增加了30%。而每小时雨量超过75毫米的降雨频率则暴涨70%。另外,由于不断抽取地下水,导致过去100年间东京市内部分地区的土地下沉约4.5米。目前东京有大范围的土地都低于海平面,而起保护作用的堤坝大都年久失修。因此东京极易引发洪涝灾害,并深受其害。

痛定思痛,明患和隐患逼迫日本政府着手改善排水系统,预防城市内涝。为了加快排水系统改造,1900年,日本颁布了《旧下水道法》,从立法层面保障下水道改造,规定一些不溶于水的洗手间垃圾不允许直接排到下水道,而要先通过垃圾分类系统进行处理。此外,烹饪产生的油污也不允许直接倒入下水道中,因为油污除了会造成邻近的下水道口恶臭外,还会腐蚀排水管道。在东京,政府专门设有下水道局,负责城市排水管道的建设管理,并加大财政投入,每年仅用于下水道建设和维护的费用超过24.8亿美元。

东京还特别注重地下蓄水池的建设,从上世纪80年代起,东京就开始建设大大小小的地下蓄水池,既有广场、公园、大型建筑物等下方的专门蓄水池,也有具备数万立方米蓄水能力的地下调节池。这种地下调节池被称为地下河川,属于下水道体系,其实就是利用东京巨大的下水管道储水。

2006年,东京市郊地下50米处“东京首都圈外围排水系统”的建成,为东京都市圈构建起了完备和科学的城市排水系统,即使发生强降水,大量的雨水也能够通过各种方式的排放系统进入地下,汇入河海,有效防范了城市内涝的发生。

鳞次栉比的高楼、繁华的商业,就像是城市的“面子”,光彩照人;而看不见的下水道,虽然貌不惊人,但却是“城市良心”,是城市的千年大计。要检验一个城市的文明程度,一场暴雨就已经够了。东京通过多年努力,形成了完备的排水系统,也造就了东京现代化、科学化的大都市形象。

城市故事

伦敦巴黎:百年工程,惠及民生

为防范城市内涝,世界上很多著名城市在建设下水道、构建城市排水系统方面都有着悠久的历史,并形成了较高的城市排水标准。比如,伦敦和巴黎的下水道系统,有着150多年的历史,却仍然保持着强大的排涝功能,巴黎的排水系统甚至成了供游客参观的景点。

排水系统中高65米、宽32米的巨型竖井,也称储水立坑,共有5个,是排水系统的枢纽。视觉中国

英国伦敦下水道被称为“工业世界的七大奇迹之一”,其下水道系统的修建与流行病肆虐有关。由于水体污染,1848年至1849年间,一场霍乱导致1.4万伦敦人死亡。疫情结束后,为了改善滋生传染病的温床——伦敦地下水道,英国着手改进城市排水系统。工程历时7年完成,纵横交错的下水道实际总长达到了2000公里。弥漫在伦敦空气中的臭味终于消失了。下水道将污水与地下水分开,从此以后,伦敦再没发生过霍乱。伦敦市民为纪念建设伦敦下水道的带头人巴瑟杰的贡献,给他塑了一座雕像。2009年5月,伦敦下水道曾经经过一次巨大的冲洗工程。脱脂后的下水道变得宽阔、通畅。

巴黎有着世界上最著名城市下水道系统。这个处在城市地面以下50米的世界,从1850年开始修建,前后花了一个多世纪才完工。巴黎下水道总长2347公里,约2.6万个下水道盖、6000多个地下蓄水池。清淤系统配备了电脑控制,还有专门针对雨季塞纳河水的“涨水站”以及安全阀,以及用于下大雨时保证排水效果的路边下水道等等。每天,超过1.5万立方米的城市污水都通过这条古老的下水道排出市区。巴黎下水道还是一处观光旅游点,位于塞纳河阿尔玛桥畔的巴黎下水道博物馆,每年客流量超过10万人。下水道四壁整洁而宽敞,没有想象中的污秽与腥臭。这样的市政工程,虽然初期投资巨大,后期使用过程中却节省了大量的人力和物力。百年工程,惠及今日。

德国全境共有51.5万公里长的排水管道,可环绕地球13圈,每年可处理94亿立方米的污水和雨水。德国第三大城市慕尼黑的市政排水系统的历史可以追溯到1811年。地下总长2434公里的排水管网中,有13个地下储存水库,总容量达70.6万立方米。如果暴雨不期而至,地下储水库就可以暂时存贮雨水,再慢慢释放入地下排水管道,以确保进入地下设施的水量不会超过最大负荷量。

(作者:深圳特区报记者 徐强)

编辑 李林夕 审读 吴剑林 审核 詹婉容

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