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主管:住房和城乡建设部

主办:中国勘察设计协会

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Bentley软件助巴西湖区污水管网扩建

借助总体规划,预期污水管网覆盖率可提升至90%,且成本降低58%


拯救阿拉鲁阿马环礁湖


ProlagosAEGEA旗下的子公司,负责为巴西里约热内卢州的五个城市提供给水和污水处理服务。其特许经营范围涉及著名的拉各斯湖区,那里的人口有近40万至200多万的季节性波动。AEGEA制定了价值5.7亿巴西雷亚尔(BRL)的《2041 排水总规划》,目标是到2023年将污水管网覆盖率扩大到90%,并停止对该地区主要景点阿拉鲁阿马环礁湖的污染。利用SewerGEMS对整合的污水和排水系统进行建模,AEGEA得以优化资本支出(CAPEX)和运营支出(OPEX)。自1998年以来,这家特许经营商已投资超过5.5亿雷亚尔,能够获得清洁水资源的人口增加了两倍,为多达76%的人口提供了污水收集和处理服务。


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五市联合处理污水


AEGEA 占有巴西23.6%的私营卫生设施市场份额,其服务范围增长迅速,在短短的7年间从7个市一跃成为当今的48个市500万人口。该公司的业务增长得益于与私人投资者(如EquipavS.A.GIC Private Limited 和世界银行集团国际金融公司(IFC)等)建立战略合作伙伴关系。这些合作伙伴投资于城市基础设施,从而提高了居民的生活水平。

 

阿拉鲁阿马环礁湖曾是非常重要的水上运动胜地,但由于缺乏污水处理设施和非法排污,导致水域污染,水生动植物灭绝。数十万居民和一百多万名参加狂欢节的人们因水污染而患病。捕渔业、旅游业和娱乐业的就业率急剧下降,影响了区域经济。

 

为了恢复生态系统平衡和经济,Prolagos需要阻止污染物流入环礁湖,扭转其富营养化态势。如果阿拉鲁阿马环礁湖恢复到原始状态,游客将会回归该地区,从而刺激经济增长。为实现这一目标,AEGEA1998年即已确定将Prolagos作为湖区的特许经营商,并签订了一项为期25年的供水和卫生设施特许协议,委托其子公司恢复世界上最大的高盐环礁湖生态系统。

 

2011年,AEGEA又将与Prolagos签订的这份公私合作合同延续至2041年。为了找到一个可持续的解决方案,AEGEAProlagos合作评估替代方案,并制定了AEGEA Prolagos2041排水总规划》。

 

事实证明,这一特许经营区域的改善规划是复杂的。在五市的共同管理下,Prolagos运行了一套将不同污水和排水区域的污水系统整合在一起的污水处理系统。其流量模式会因降水量和人口变化而变化。总规划团队需要水力建模、设计和分析软件,从而实现当前和未来污水管网的可视化。


智能优化污水系统优先投资顺序


借助 Bentley 的排水系统建模软件SewerGEMSAEGEA构建了一个整合现有GISCADSCADA系统数据的水力模型。这就形成了一个可展示整个特许经营区域概况的污水管理网络,并提供多个数据流,为实时、真实的决策提供了有力支持。通过对各种假设分析方案进行建模,该项目团队大体了解了在2041年合同结束前该如何确定特许协议中已规划投资的优先顺序。

 

借助设计和分析软件,Prolagos将影响特许经营区域的重要因素纳入考量,从而使规划过程更民主。其愿景是以每个公民都能负担得起的成本为所有社区提供卫生设施。该规划必须同时考虑随着时间推移带来的居民和旅游人口的增长。最重要的是,该规划必须对环礁湖进行净化,并对水体进行持续的保护。

 

借助Bentley给水和污水管道建模软件,AEGEA可以观察每次提出的设计方案所带来的收益和损失。运行方案后,团队即可预见其决策的效果。该团队研究了各种情况,如设计方案在多雨天气向环礁湖的排放;管网对分离雨水和污水的作用;以及将更多家庭接入管网的最佳时间。对这些情形的分析有助于筛选设计备选方案。

 

该团队还将Bentley建模应用程序与Prolagos运营控制中心(CCO)集成至一起,后者监控着特许经营区域内整个供水和污水收集处理系统。该团队模拟了备选投资方案对运营效率的影响,如每日污水处理水平和能耗。为避免发生冲突和污染,还整合了Prolagos当前和未来供水系统的水力模型。AEGEA聘请了Prolagos运营人员验证模型结果。

 

选择备选方案


AEGEA运行了80多个假设分析方案,并在其模型中分析了2,500多公里的污水和排水管网,据此制定了9个最终方案,其中包括900公里的污水和排水整合管网,63个升压泵站和7个污水处理厂。每个方案都配有随时间推移的不同扩建计划,每隔5年、10年和15年进行一次干预。

 

总规划当中也有两个备选方案。第一个备选方案采用传统的污水系统设计方法,并提供独立的污水系统。这一方案旨在改善巴西古老城市的陈旧污水系统,成本将为平均成本的三倍。此方案的费用高昂、不切实际,且卫生设施的改善要到2020年才能显现出来。

 

第二个备选方案是利用现有排水系统建立一个综合的污水处理系统。扩建独立污水收集系统所需的投资成本合理,而收集和处理服务早在2001年即可开始。这条全长650公里的污水和排水管网的规划包括在环礁湖周围修建一个调节池,以减少非法排放。Prolagos估计,到2001年,这一方案将提高污水管网覆盖率至到30%,到2006年提高到40%,到2011年提高到70%,到2018年提高到80%,到2023年提高到90%。这项具有成本效益的规划成为了备选方案的首选。

 

获取支持


利用SewerGEMS制定总规划,通过证明该规划的投资回报率,加快了审批过程。AEGEA分经济、社会和环境三个层面制定了盈亏底线,用于衡量提出的干预措施的价值。这项总规划解决了包括客户、民间团体、政府机构、非政府组织和其他外部团体以及内部利益相关方(如AEGEA董事会成员)等的顾虑。

 

SewerGEMS中管网设计的可视化功能可让利益相关方看到相关的社会、经济和环境效益。AEGEA推荐的总规划对容量、性能、运行效率、能耗和其他参数进行了优化。每个间隔期的开支节省项均包含成熟的实施策略,如将升压泵站限制在每15公里一个,提高泵站效率,优化管道尺寸,减少污水处理量。AEGEA已证实,该规划能够实现到2023年污水管网覆盖率达到90%的目标,且成本降低58%


三重效益


截至 2017 年底,Prolagos已投资超过 5.5 亿雷亚尔,从而让更多人获得了清洁的水资源,将污水收集率提高至 77%。非法排放的情况也已不复存在。阿拉鲁阿马环礁湖已经恢复,其有机负荷去除率为每天 10 吨,生物需氧量从每升 25 毫克减少到 5 毫克。据渔民反馈,现在有 39 种鱼虾在干净的水域中茁壮成长。与不安全用水和卫生设施有关的水传播疾病减少了 93%,相关的住院费用减少了 62%。旅游业重新崛起,使湖区成为了巴西第五大旅游观光胜地。


SewerGEMS通过提供各种方案,使Prolagos在最大限度地提高性能的同时,将资本支出和运营支出降至最低,从而实现了《2041排水总规划》的里程碑式成就。2014年对Prolagos特许经营区域进行的一项研究中指出,将污水管网覆盖率扩大到90%预计将花费6亿美元,但在《2041排水总规划》中,预计只需2.5亿美元,相当于成本减少了58%。在《2041排水总规划》中,作为特许经营最高运营成本之一的能源成本将降低30%。由于泵站数量减少和抽水系统效率提高(采用分离系统处理后的污水减少了35%),能源成本得以降低。这意味着每年节省近70万雷亚尔的成本。


Prolagos特许经营取得成功的基础上,AEGEA正在制定其他城市污水处理基础设施的总规划,超越传统的金融干预措施,为社区和环境带来效益。巴西政府制定了到2033年全国污水处理率达到93%的目标。尽管有联邦资金支持,但仍存在投资缺口,需要私营部门的持续参与。借助SewerGEMS,特许经营商可以优化其投资,项目可产生经济、社会和环境三个方面的效益,帮助提高居民生活水平,并降低服务区域卫生条件差带来的健康风险。