陈志龙（解放军理工大学，南京 210007）

　　纽约是全球最大的城市之一，建有世界最大的供水系统，它不仅在城市外部建立了3000多平方千米的水源保护地和输水系统，而且还在城市内部建有十分庞大的地下水厂和输配水系统。

　　纽约市供水系统包括蓄水区、地下水厂、地下阀室、地下输水（隧、管）道。

　　纽约地下有比较完备的城市基础设施。但是目前达到地下工程建设深度极限的是3号输水隧道，在地下46至244米之间。纽约3号输水隧道因此而著名。

　　3号输水隧道作为1、2号输水隧道的备用系统，1970年动工，长约97千米，工程分为四期，至今，该项目完成了第一、二期工程。

1 城市化发展：纽约供水系统建设的动因

　　正如泰晤士河孕育了伦敦、塞纳河滋养了巴黎，哈德逊河同样哺育了纽约。此外，纽约市较大的河流还有东河、哈莱姆河、布朗克斯河。纽约水系丰富，水域面积占总面积36.7%。纽约不缺水，但为什么纽约人却要从郊区甚至更远的山区建设蓄水区？

1.1 城市化早期发展期间形成的水忧患意识源于水域严重污染

　　纽约1686年建市，淡水主要来自曼哈顿下城的湖泊和街道上250口公共水井。而湖泊又是市民用水排污的地方，街道上猪、马等牲畜粪便也污染水井，导致霍乱蔓延，数以千计的市民死亡。1837年到1842年，纽约市在北部郊区哈德逊河以东的克罗顿（Croton）开建蓄水区及输水系统。

图1 纽约市地下配水系统及3号输水隧道四期工程示意

图2 纽约市丰沛的蓄水区和输配水系统

1.2 城市化中期发展期间形成的水忧患意识源于人口迅速膨胀

　　1850年纽约69.6万人，1890年达到250万人。人口迅速膨胀，基础设施没有跟上，导致火灾隐患很大。1861年，曼哈顿下城发生一场大火，大火烧了24小时，700多栋楼被毁，灭火用水远不能满足需求。大火使得纽约人开始考虑建新的供水系统。1906年和1937年，纽约市选择西北部200多千米外的山区分别开建了卡茨基尔/德拉威尔（Catskill /Delaware）两个蓄水区和输水系统。

1.3 城市化后期发展期间形成的水忧患意识源于可靠供水和清洁水质的需求

　　上世纪80年代，纽约市每天能够供给约606万立方米的生活用水，而纽约人每天要使用约416万立方米的水。然而，纽约供水系统中最陈旧部分是输水用的隧道、水管和管道。在总长超过约10782千米的水管中，超过1609千米的水管年龄已经超过一个世纪了。1号输水隧道1917年建成，向曼哈顿大部分地区供水，2号输水隧道1936年使用，向纽约市其它地区供水。这两条输水隧道都没有备用设施，这意味着专业公司无法关闭其中任何一条隧道来进行维修和清洁的维护。因此，1970年纽约再建大深度的3号输水隧道。

　　为了保障水源地的水质，市政府改变了在水源地附近兴建水厂的做法，买下纽约城外的土地；为了建水库花重金加强水源地保护，对水源附近有污染排放的企业进行搬迁，也拆迁过城镇；为了出台保护上游水质的法律，纽约市政府还曾经派人到国家环境保护局游说。

图5 阿肖肯水库，距纽约西北200 多千米，通过卡茨基尔水渠和隧道与纽约市连接

2 建地下水厂：在征地和保地中平衡，在困难和需求中前行

　　克罗顿水系统是纽约市最老的水系统。到了上世纪90年代，在纽约城市化后期发展中，克罗顿水域不断受到污染，曾多次关闭。建设过滤水厂的呼声变得越来越高，但土地紧缺的矛盾也日益突出。两者权衡，尽管建地下水厂费用远高于建地面水厂，在预算十分紧张情况下，议会最终还是通过了选择建地下水厂议案。

　　克罗顿水厂第一工段于2006年8月正式开工。按照设计，该水厂完全建在地下，需要深基坑开挖（150米×180米×30米）和盾构水隧道。四层厂房每天大约可处理120万立方米水，约为纽约每日需要量的10％。该工厂在干旱或极其需要的时候，将能够增加其吞吐量，提供每日需要量的3 0％左右用水。

　　原建造合同是13亿美元，2009年9月，成本增加至20亿美元。后来该工厂预计将耗资30亿美元。该水厂直到2012年才开始运营。

3 地下阀室：纽约3号输水隧道供水系统“心脏”

　　与纽约3号输水隧道（1期工程）配套建设的供水系统最大阀室在范·卡兰特公园地下76米深的地方，阀室长190米、宽13米、高41米，有9个竖井和2个汇集井。每个汇集井长170米，直径7.3米。它控制着卡茨基尔和德拉威尔的水流。目前90%的城市饮用水都来自这里。

　　与纽约3号输水隧道（1期工程）配套建设的供水系统阀室还有一个位于中央公园中的水库旁边地下60多米的地方。 

　　水压调节阀集中在一间地下控制室，调节阀连接着雄伟壮观的7米直径的管道和社区管道，最后再把水导入19到203毫米直径的家用管道。

图8 克罗顿水厂建设进程中

图11 范·卡兰特公园地下阀室内景

图12 中央公园地下阀室建设内景

4 三号输水隧道：问题拉动、预算推动、工程困难、延期成常态

4.1 问题拉动

　　大水管漏水归环境保护部门管，员工顺着管线不停用声呐监测管道，当然声呐也有检测不出哪漏水的情况，那时候就靠1874年绘制的地形图和经验判断。据估计，2014年每天约有5.7万立方米至14万立方米的水会从德拉维尔输水隧道里泄漏，这相当于其每天最大流量的4%。导致管、道泄漏事故的原因除了有第三方开挖、管道腐蚀、机械故障、控制系统失灵和操作事故等原因外，还有设施陈旧的原因。在正常情况下，用钢铁筹建的水管可以维持整整一个世纪，但是土质问题和寒冬侵袭下，导致水管加速老化。因为纽约市地下水管已有一个世纪，有些水管时间更久远，所以这些管道都在慢慢的接近断裂点。纽约州环保厅估计，在未来20年内，纽约将花费220亿美元进行水管修补。但纽约州的估计超过这个数字，要花费390亿美元维修水管。

4.2 预算推动

　　3号输水隧道1970年开建的第一、二期工程，计划2.38亿美元，8年内完成，实际10亿美元，1998年完成，超出预算7亿多美元，延期近20年。

　　第三、四期已分别完成规划和立项。第三期工程从肯西科水库延伸到布朗克斯区阀室，隧道长约25千米，为肯西科和山景水库之间提供的一条重要的备用输水隧道。工期总费用预计4亿至6亿美元，但10年规划仅预算了2.39亿美元。

　　3号输水隧道工程预计总耗资15亿美元，16年完成，但估计最终总耗资将超过60亿美元，历时超过50年。 

　　建设延期，除了条件复杂，技术难度大外，还有市政府成本超支、合同纠纷、遇到经济危机等原因暂停了修建工作。而在上世纪70年代的财政危机中，隧道施工则完全停止。直到2002年后，市政府用了5年时间，拨款近26亿美元推动该项目的进度。

4.3 工程困难

　　3号输水隧道工程是纽约城历史上最昂贵的基础设施工程。该工程竣工后，将引入韦斯特切斯特县肯西科水库、希尔维尤水库中的蓄水，经过布朗克斯区和曼哈顿，最后到达皇后区和布鲁克林区。在3号输水系统建成之前，1号和2号输水系统不能进行大修。

　　纽约市地表几乎就是岩盘，往下挖20米就到岩石层了，特别适合建造摩天大楼。所以在100年前，美国人就能以当时的工程技术水平在纽约建起55层的沃尔沃斯大厦了。3号输水隧道始建于1970年，纽约市早已完成了城市化进程，3号输水隧道要穿过摩天大楼林立的布朗克斯区和曼哈顿区，为了保证地面建筑的安全性，还要便于构凿，在盾构技术成熟的条件下，隧道只有打在基岩层以下。

　　两期工程雇用工人超过5000名，有24人付出了生命，由此可见施工难度之大。

图14 3号输水隧道在地层基岩下的三维示意

4.4 延期成常态

　　3号输水隧道工程的第一、二期现在已经可以向纽约部分地区供水。虽然其中的第二期工程还不能为市内水源供给提供一套完善的备用系统，但它可以使1号输水隧道得以关闭进行维修。由于可以预见和不可预见的原因，大项目建设的资金往往超出预算许多，导致项目建设延期几年甚至几十年才能完成。

　　目前纽约市每年更换老化的干线水管达约97千米，以每年更换1%基础设施的速度计算，全面升级输水管将需要一个世纪才能完成。在未来十年内，纽约市将以每年超过约129千米的速度进行水管更新。包括3号输水管3期、4期工程在内，这些项目跨越数百千米甚至上千千米，涉及成千上万的工作者、居民和社区，而且投资巨大，在某些情况下甚至需要几十年才能完成，这就是纽约人为了继续享用可靠水源和水质必须付出的代价。

图15 3号输水隧道地下挖掘

图16 3号输水隧道地面检查井

5 小结与启示

　　人类从原始部落“逐水而居”到大城市“引水入城”，完成了生存方式的历史跨越。古罗马城浩大的引水工程维持了古罗马城的千年生存，纽约城的浩大的供水工程建设也是着眼于未来千年的生存。

　　大深度供水工程建设是维护供水系统长期稳定运行的有效举措，是综合城市生存和建设可持续发展的必然考虑，是伴随技术发展及推动技术发展的可行项目，是政府、民意、资本、法律达成共识时才能推进的工程。

　　纽约供水工程建设是在美国这片新殖民地上进行的城市化与工业化基本同步建设的产物，由于工业化生产发展迅速，导致城市化人口膨胀迅速，由此而产生了城市生存危机的意识和城市建设需求的远见，加之特殊的地质条件，大水域蓄水、大跨度和大深度输水、大投资和大期限建设的供水系统建设成为比较理想且可借鉴的供水系统建设模式，尽管这个模式还存在这样那样的问题，但不影响它成为学习和研究城市在该领域可持续发展的理想范式。