《纽约:一座超级城市是怎样运转的》之供水
编者按
《纽约:一座超级城市是怎样运转的》一书探讨了纽约城市基础设施中五个最有趣,却也往往最容易被忽视的五个方面:由街道、地铁、桥梁与隧道等构成的客运；铁路货运、海运、空运、市场等构成的货运；电力、天然气等构成的能源；电话、邮件递送、无线电波等构成的通信；供水、污水、垃圾收储构成的清洁系统。本版从将从最后一个方面即城市清洁系统中,摘选部分内容,为在加快建设“两个中心”的征程中,给蚌埠市的城市基础设施建设和运维,尤其是城市规划建设者和管理者提供一些启示与借鉴。
纽约以其丰富而洁净的水源而闻名。由大坝、水库、隧道和渡槽构成的复杂网络,每天将十三亿加仑的水从纽约上州受保护的集水区送往五大区,还为周边各县超过一百万名消费者提供超过一亿加仑的水。
纽约的水源并非向来清洁又丰富。十七世纪早期,曼哈顿南端的小镇就从曼哈顿下城区富兰克林和珍珠街附近名为“集池”的四十八英亩泉水池获取水源。但由于没有任何设施处理水中人和动物产生的垃圾,当地汲取的井水常常是被污染的。
早在一七九九年,人们就意识到了不洁水源对人体的影响,于是曼哈顿一家私人公司获得特许,在曼哈顿下城区的街面下铺设木制管道,为付费用户提供净水。但即使是这样,供应的水口感差,而且常常不干净,既没能控制住一八一九年和一八二二年黄热病的蔓延,也未能阻挡一八三二年和一八三四年霍乱的肆虐。
一八四二年,随着巴豆渡槽的开通,纽约终于获得了净水资源。韦斯特彻斯特的巴豆河上建起了大坝,水库为向南延伸长达三十英里的地下渡槽供水。渡槽先到约克维尔的接收水库(现为中央公园的大草坪),再到西42街默里山的配水池(现在纽约公共图书馆所在地),完全依靠重力供水,能每天提供三千万加仑的水,一直到十九世纪末都能满足城市日益增长的供水需求。
但十九世纪末二十世纪初,下水道、抽水马桶和家庭水龙头的发明导致用水量激增,远远超出了巴豆渡槽体系的供给能力。为了满足新的用水需求,一九○五年纽约州通过法律,允许纽约在卡茨基尔购买土地。几个村的居民因此迁移,原来的村庄被淹没,阿索肯水库由此建立。人们以水库为起点,在哈德逊河底部通过爆破岩石建起了九十二英里长的沟槽,将水送到城市的各个角落。
即使巴豆和卡茨基尔的渡槽已经扩建,还是无法满足城市日益增长的用水需要,到一九三七年,距离纽约一百二十五英里的特拉华供水系统动工。这一工程征地面积超过一万三千英亩,淹没了很多乡镇和村庄,才建起足够的大坝和水库。为了将新的系统与市区相联,纽约市又建立了特拉华渡槽,其绵延八十五英里,连接着跨越乌尔斯特和苏利文县边界的朗道特水库与扬克斯的山景水库。
今天,特拉华供水系统的四个水库为纽约市提供约百分之五十的日常用水。另有百分之四十来自于位于格林、乌尔斯特和苏哈瑞县的卡茨基尔供水系统。剩余的百分之十来自于北韦斯特切斯特和帕特南县的巴豆供水系统的三座湖。整个供水系统共有五千八百亿加仑的贮水力,覆盖面积两千平方英里,面积相当于一个特拉华州。
水库
纽约市供水系统有十八个集水库、两个蓄水库、四个分水库。其中分水库位于市区。集水库则分布在三个集水区:面积最小的巴豆集水区,有十二个水库和三口湖；卡茨基尔集水区有两个大型水库；特拉华集水区有四个水库。各水库的容量差别很大,巴豆供水体系的小水库容量在三十至一百亿加仑之间,最大的特拉华帕派克顿水库容量则为一千四百亿加仑。
十九世纪及二十世纪上半叶,为了建立这些水库,苏利文、特拉华、乌尔斯特和帕特南诸县约三十个社区被淹没。这个过程中集体搬迁的居民超过九千人,还有约一万一千五百个坟墓被挖掘、重埋。但它涉及的政治问题远远超出了移民和迁墓的范围:二十世纪二十年代末,新泽西州向最高法院上诉,意图阻止纽约市和纽约州使用特拉华河任何支流(即使是纽约州境内的支流)的水,但最终未能成功。
渡槽
为了将水从纽约上州的三个集水区输送给城市用户,纽约市建设了四个蔚为壮观的渡槽。最早的老巴豆渡槽于一九五五年废弃,其大部分水道现在供自行车与行人使用。另外三个——新巴豆、卡茨基尔和特拉华渡槽至今尚在使用,并依然是纽约市政工程最宏伟的成就。
新巴豆渡槽从原巴豆水库系统向南延伸至布朗克斯的杰罗姆公园水库,修建时间为一八八五年至一八九○年,显著特征是有“排水孔”——隧道砖墙上有四英尺宽、八英尺长的开口,必要时可让地下水排进隧道。
卡茨基尔渡槽从卡茨基尔的阿索肯水库流至韦斯特切斯特县的肯西科接收水库,其特点是有非常特别的过河隧道——一条深一千一百英尺、从河床中穿过的隧道,经过哈德逊河西侧的斯特姆国王山与河东侧比肯附近的断脖山。
特拉华渡槽是纽约最新的渡槽,也是世界上最长的连续地下隧道。宽十三点五英尺,从跨越纽约上州乌尔斯特和苏利文县边界的朗道特水库至扬克斯山景水库,绵延八十五英里。
地区供水
纽约市供水靠的是蜿蜒于五大区的两条大隧道:市区供水隧道1号和市区供水隧道2号。其中,市区供水隧道1号建成于一九一七年,蜿蜒十八英里,从扬克斯山景水库流经布朗克斯,跨越哈莱姆河,进入曼哈顿。它从中央公园下方和下东区下方流过,再从东河下方流至布鲁克林,终点在布鲁克林的第三大道和舍默霍恩街。隧道大多数地段上面覆盖了至少一百五十英尺岩石,深度在两百英尺至三百英尺之间,每天输送五至六亿加仑水。
市区供水隧道2号在特拉华渡槽系统开发时建成,一九三六年启用。其日均负载力在七亿至八亿加仑之间。它从扬克斯山景水库向南流经布朗克斯,跨过东河流至皇后区靠近阿斯托利亚处。它由此开始向西南蜿蜒,从上纽约湾下方流过,为斯塔滕岛供水。和供水隧道1号一样,也是建成后一直使用至今。
目前市区供水隧道1号和2号都亟需整修,但由于减小水压可能导致隧道损坏,两者都不能关闭后修复。为了停止使用问题管道并增加整个系统的负载力,纽约开始修建供水隧道3号,预计在二○二○年完工。
调节器和水压
和将水输送到城市边界的渡槽系统一样,向市内居民供水的系统也几乎只依靠重力:抵达山景水库的水海拔高达二百九十五英尺,产生的水压足够令其抵达五大区内大多数建筑的第六层。水以九十至一百磅每平方英尺的压强穿过高压干管,给消防栓供水的最低压强是三十五至六十磅每平方英寸。
实际上,由于系统水压太高,水到达地面时必须先降压,否则就会像喷泉一样冲开井盖。巴豆供水系统主要为曼哈顿和布朗克斯海拔较低的地带供水,水压(主要取决于杰罗姆公园水库的水位)会因为供水区的海拔与距离而自然减小。但卡茨基尔和特拉华供水系统的水压必须通过总供水网和配水网之间的调节器来减小。
纽约市供水的一小部分(百分之三至百分之五)在抵达用户前需要额外加压。市内三个海拔较高的地区修建了泵站:曼哈顿北部的华盛顿高地、皇后区东部的道格拉斯顿以及斯塔滕岛的格里姆斯山和托德山。
消防栓
对于纽约消防的核心——消防栓系统来说,维持城市供水干管的水压也许最为重要。市内有约十一万八千座消防栓,其中大多数构造类似:一条从配水干管上伸向路边的支线连接着“消防栓弯管”,消防栓则位于弯管之上。使用消防栓时,需取掉其防护帽,连上软管,拧动阀门螺母打开主阀门,让市政供水系统中的水流进入消防栓的水桶中。
今天的消防栓都是早期消防栓的直系后裔,后者于十九世纪初期出现在曼哈顿下城区(第一个消防栓于一八O八年安装在威廉街与自由街的交会处)。自那以来,消防栓经历的革新都不大:二十世纪之初,纽约启用了高压系统——使用了更粗的消防栓,直径更大的软管喷嘴,以及更高的水压——目的是服务曼哈顿与布鲁克林崛起的高楼以及康尼岛的游乐园。但这一系统一九八O年被废止(尽管仍能在城中看到一些更粗的消防栓)。近来,纽约安装了“S系列”消防栓,它们配有一撞就破的凸缘,如果消防栓被汽车撞到,这种凸缘可以使配水干管免受破坏。
大多数消防栓需要每平方英寸不低于三十五至六十磅的水压,才能保证正常运作。纽约的最低水压为四十磅每平方英寸,尽管市政供水系统整体的设计意图是最低水压在四十五至六十磅每平方英寸之间。
储水
虽然纽约上州的蓄水池有巨大的容量,但始终面临着缺水的问题。一九五二年纽约就出现了干旱,上世纪六十年代时常干旱,八十年代又发生了三次干旱。每次纽约市都采取了一系列措施:一九五二年尝试在卡茨基尔水库上方人工降雨；一九八一年通过系缚在乔治华盛顿大桥下层的大型管道从新泽西调水。一九八五年和一九八九年,使用了位于纽约北部六十五英里处、波基普西附近的切尔西泵站来汲取并过滤哈德逊河水,以供市区使用。
为确保满足夏季最干燥时期市民的用水需求,政府采取了一些举措。有段时间,环保局想将布鲁克林和皇后区不可饮用的井水打折出售给制造业有用水需求的工厂。同时还和大型商业用水单位讨论能否在可行时回收废水,以供应非饮用水。比如说,港务局每天清洗拉瓜迪亚和肯尼迪机场的飞机就耗水数万吨。
有紧急情况时,纽约有能力从河流和周边供水系统取水。波基普西附近的切尔西泵站可以每天过滤并汇集约三亿加仑的水,提供给卡梅尔的西支水库。另外,纽约的供水管还与服务于费城和新泽西中部的下特拉华系统相连。如果这些地区的下游用户拥有足够的备用供水,纽约还可以每天从这一系统中额外获得三亿加仑。
泄漏
纽约的供水体系庞大、复杂而古老,时常发生泄漏也属正常。尤其是市内配水管及主干管,因为它们持续受到高压压迫。配水管有一半修建于二十世纪三十年代以前,材料为没有衬层的铸铁管；另一半修建时间稍晚,要么使用了新式铁材料,要么使用了混凝土衬砌,所以极大地提高了抗腐蚀与防故障的能力。
市内水管破裂常常引起媒体报道,但其实这些问题对供水体系的整体完好并无大碍。新闻价值较少但对于供水系统而言十分严重的问题是,向城市水库供水的渡槽上存在大量裂痕。渡槽上的这些裂痕每天漏水约三千六百万加仑——和每天成功输送给消费者的十三亿相比,这是小数目,但工程师担心它们会对隧道周围的岩石与土壤结构造成严重影响。
城市工程师最担忧的,是为城市供水最多的隧道特拉华渡槽。该渡槽深度达地面以下三百至两千四百英尺,存在多处泄漏——其中一处裂痕在纽堡的北角,靠近渡槽与哈德逊河的交叉处。罗斯顿镇附近的泄漏形成了一处淡水喷泉、一个四英尺深的湖及一处三十五英尺深的污水坑。供水体系的工程师非常担心不稳定的岩石结构——二十世纪四十年代早期水下隧道建造时期与一九五八年的干燥检查时均查出了问题——可能导致渡槽部分坍塌。
而现在,人们已经不可能再对渡槽进行干燥检查了:工程师担心,失去了内部水压的支持,由于渗漏而变得脆弱的隧道壁可能会碎裂。为了更好地了解并标记出特拉华渡槽上的裂缝,机器人设备穿过渡槽进行了检查,并记录下了隧道不同地段的状况。
供水隧道3号
也许最令纽约人感兴趣的就是供水隧道3号的工程了,它已经开工三十五年,还需要至少十五年才能完工。它是纽约历史上最浩大的建筑工程,也是当今世界上最复杂的在建工程项目之一,要建成这条六十英里长的隧道,预计共需耗资六十亿美元。
隧道的筹备始于二十世纪五十年代,当时大家认为需要修建第三条隧道,以减少对现有两条隧道的依赖,好暂停使用这两条隧道,并对其进行必要的修复与维护。项目一期(包括建立三个庞大的阀室,十四口输送井以及一条从山景水库经过布朗克斯、曼哈顿、罗斯福岛往南通向阿斯托里亚的隧道)一九七○年开始建设,八十年代基本完工,一九九八年投入使用。过去控制阀与隧道平齐,难以触及,但新隧道的阀门安装在易于接触的地下阀室中——其中最大的范科特兰公园阀室长达六百二十英尺(比两个首尾相接的足球场还长)。
项目二期正在施工。它分为两个部分:一个在曼哈顿,从中央公园沿着西区向南,再向东至南街海港,向北至东34街；另—部分在布鲁克林／皇后区,经过红钩、马斯佩思、伍德赛德、阿斯托里亚,并将与斯塔滕岛的里士满隧道相连。
工程的最后两期——三与四期尚在规划与设计阶段。与前两期不同,三期工程将增加系统的供水能力,包括建立一条连接韦斯特切斯特县肯西科水库与范科特兰公园阀室的渡槽,为特拉华与卡茨基尔渡槽的水流提供另一条通往纽约的通道,且由于肯西科水库海拔较高,其水压也会高于现有线路。四期工程将建造一条十四英里长的扩展线路,从范科特兰公园新阀室向东南经布朗克斯,越过东河进入法拉盛。
水箱
十九世纪晚期的纽约,将水运送到楼顶是一项艰难的工程,因为建筑物修得越来越高,街道供水干管——压强不到每平方英寸五十至六十磅——最多只能把水送至六层。解决这个问题的是楼顶水塔,它由地下室水泵供水,缺水时投入使用。水塔不仅能够将水送至最高的楼层,还能用作水库,在用水高峰提供备用水资源。
虽然纽约不是美国唯一拥有水塔的城市,但水塔在纽约比在其他地方更加引人注目。圆锥顶的木质水塔已经成为天际风景线的一部分。现在五大区共有约一点五万个这样的水箱,这也体现了纽约高楼的年代久远。虽然纽约和其他城市的新建大厦倾向于使用更加现代化的水泵系统,需要时从地下室进行水循环,但屋顶水塔依然是最高效可信的持续供水方式,尤其是当水泵失灵时。
纽约水塔一般为木质,地板和墙壁铺设杉木板。木质水塔易于建造,因为不需要胶水或黏合剂:像木桶一样,木板周围镀锌钢圈的压力加上水箱填满时木头的膨胀都可以防止漏水。木头也是天然的隔热装置,三英寸厚的木头的隔热能力约等同于三十英寸厚的混凝土。
耗水
纽约人耗水量较大,但还在正常范围。在过去二十年中,有数据表明纽约市人均耗水量在减少。二十世纪八十年代中期,纽约的日均耗水量一度接近十五亿吨,现在数字为十一亿吨。
除了市民的节水意识增强,导致耗水量减少的还有其他因素。过去,纽约按照建筑的临街面大小来收取固定的水费,但从一九八六年起,五大区开始采用基于耗水量的价格机制,并安装了水表,以减少水资源浪费。上世纪九十年代初,多项新建的城市住宅项目启用了小流量马桶、莲蓬头、水龙头等。同时,数万间公寓及家庭加入了漏水检测项目。
水处理
纽约的水源自农村,水质较清,但这不代表它不需要经过处理。人们在输水过程中加入了各种化学物质,以确保水流抵达市区时依然干净。先加入铝和其他化学品,形成絮状沉淀——沉淀过程中,有黏性的粒子会将灰尘吸附到水底；又在沿途多处加入氯,杀死细菌；加入氢氧化钠和磷酸以降低水的酸度,降低腐蚀性,减少其与建筑水管的铅和铜发生反应的可能性；还要加氟,使其浓度达到约一比一百万,目的是保护口腔健康。
为了确保水中添加的化学物质适量,也为了符合联邦与本州的饮用水规定,纽约环保局定期在全市检查水质样本。有两种采样点:一种是合规性采样点,它包括三个站点(其一为采样的站点,如果样本为阳性,再从其上游和下游的站点采样)；一种是监督性采样点,位于供水干管,主要作为水质问题的预警系统。这两种采样点的样本都要进行氯含量、酸碱度、有机无机污染物、细菌、气味等方面的分析。环保局还在监测作为城市某些地区(劳瑞顿、皇后村、坎布里亚高地等)补充水源的地下水。
和美国大多数大城市不同,纽约市不必对水进行过滤。(过滤需要将水通过层层由沙子、沙砾、炭组成的过滤装置,去除微小颗粒。)但一九九七年纽约市与联邦环保局达成了一道历史性的协议:纽约市同意在巴豆集水区建立过滤工厂——巴豆集水区是三个集水区中最先建立的,也是受郊区发展影响最大的。纽约将斥资改善哈德逊河西岸上州受影响的地区的情况,扩大集水区保护项目。作为回报,联邦环保局免除了纽约市对卡茨基尔和特拉华集水区进行过滤的义务。
摘自《纽约:一座超级城市是怎样运转的》
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