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德国的城市雨水利用技术

文章来源:海西给排水 发布时间:2015-10-01 08:52:02 阅读次数:3850 次 [关闭]

位于欧洲中部的德国,地势北低南高,年降水量800毫米,年内年际分布都比较均匀。德国河流众多,水资源丰沛,虽不存在水资源短缺问题,但为了维持良好的生态与环境,德国政府不仅制定了严格的法律和法规,要求对污水进行治理,同时还要求对雨水进行收集利用,并投入了大量的人力物力开展雨水利用的研究与应用。

德国在20世纪80年代末,就把雨水的管理与利用列为90年代污染控制的三大课题之一,修建了大量的雨水池用于截留、处理或利用天然地形以及人工设施渗透雨水。目前,已形成了比较成熟和完整的雨水收集、处理、控制和渗透技术以及配套的法规体系,成为国际上雨水资源利用技术最为先进的国家之一。
法规支持和政策导向是德国雨水利用成功的关键

德国联邦水法、建设法规和地区法规都以法律条文或规定的形式,要求加强对自然环境的保护和水资源的可持续利用。联邦水法的政策导向为:优化生态与环境,保持生态平衡。这为各州的法规建设确立了基本依据。在这种背景下,建设规划导则规定,在建设项目的用地规划中,要保障雨水下渗用地,并通过法规进一步落实。各州的具体落实方式不同,但在其法规中都规定,除了特定情况外,降雨不能排放到公共管网中;新建项目的业主必须对雨水进行处置和利用。

1988年,德国汉堡最早颁布了对建筑物雨水利用系统的资助政策,在后来的7年时间里,先后有l500多个私有住宅的雨水利用系统得到州政府的资助。1992年,黑森州开始征收地下水税,并籍此资助包括雨水利用在内的节水项目。1993年又颁布了新的建筑法规,给市政当局或地方团体权利来强制性地推行雨水利用。这些工作标志着城市规划与建设的一个新纪元。到了20世纪90年代后期,又有一些州或市政府出台了对雨水利用的资助和鼓励政策。这些有关的法律法规及政策导向有利地促进了德国城市雨水利用技术的推广与应用。

目前,城市雨水利用在德国已逐步进入到标准化和产业化阶段。1989年,德国出台了雨水利用设施标准(DIN1989),对住宅区、商业区和工业部门雨水利用设施的设计、施工和运行管理,过滤、储存、控制与监测4个方面制定了相应的标准。1992年,德国出现了“第二代”雨水利用技术。又经过10余年的发展与完善,到今天的“第三代”雨水利用技术,新的标准也逐步成形。

德国的城市雨水利用技术

德国到本世纪初已形成了“第三代”雨水利用技术。其基本特征体现在设备的集成化,从屋顶雨水的收集、截污、贮存、过滤、回用到控制都有一系列的定型产品和组装式成套设备,各项雨水资源化技术均达到了世界领先水平。

从降雨径流收集技术来看,德国有关法律都规定受到污染的降雨径流必须经过处理达标后方可排放。实际操作中一般将来自不同区域的降雨径流分别收集,对来自屋顶的径流,不经处理或稍加处理即直接用于冲洗厕所、灌溉绿地或用于景观补水等;而对于来自机动车道等区域上的径流,则要处理达标后方可排放。

从降雨径流传输与贮存技术来看,德国传输径流主要有地下管道和地表明沟两种形式,其中地下雨水管线不仅要考虑雨水传输,同时还要考虑储存雨水和减缓洪峰的功能;地表明沟则既考虑了雨水传输的功能,也考虑了对构造城市景观的作用,通常是将其模拟为蜿蜒曲折的天然河道。降雨径流的贮存形式,家庭中一般采用预制混凝土或塑料蓄水池;居民区一般采用人工湖或构造水景观,或者通过绿地、花园或人工湿地增加雨水入渗。总之,德国将雨水的传输储存与城市景观建设与环境改善融为一体,既有效地利用了雨水资源、减轻了污水处理厂对雨水处理的压力,又有效地改善了城市景观。

从降雨径流过滤、控制与处理技术来看,为了除去降雨径流中的杂质,德国研究开发了不同种类的径流过滤器。分散式过滤器一般体积较小,安装于房屋的漏雨管下端;集中式过滤器体积较大,用于将来自不同区域的径流汇集到一起进行集中过滤。为了达到更为理想的降雨径流水质处理效果,德国还研制开发了不同的径流控制设备。

德国城市雨水利用的典型案例

最基本的雨水利用单元是居民住宅

德国居民住房多为单门独户,其雨水利用也较为方便。家庭雨水利用的一般模式是首先将屋顶雨水通过雨漏管进行收集处理,然后通过分散或集中式过滤除去径流中的颗粒污染物,再将过滤后的雨水引入蓄水池贮蓄,最后通过水泵输送至用水单元,一般多用于冲洗厕所或灌溉绿地等。此外,家庭屋顶花园雨水利用系统也比较普遍,它是削减城市暴雨径流量、控制非点源污染和美化城市的重要途径之一,也可以作为雨水集蓄利用的预处理设施。

第二种雨水利用的典型区域是城市居民小区

生态小区雨水利用系统是1990年代开始在德国兴起的一种综合性雨水利用技术。该技术利用生态学、工程学、经济学原理,通过人工设计,依赖水生植物系统或土壤的自然净化作用,将雨水利用与景观设计相结合,从而实现人类社会与生态、环境的和谐与统一。其具体做法和规模依据小区特点而不同,一般包括屋顶花园、水景、渗透、中水回用等。此外,一些小区开发出集太阳能、风能和雨水利用水景观于一体的花园式生态建筑。其中一个典型的例子是曼海姆Wallstadt居民小区。Wallstadt居民小区的雨水通过具有一定造型的地面宽浅式沟道流入明渠。明渠模仿天然河流修建,局部地段建有涌泉或造型建筑物,渠边种植水生植物。明渠底部采用防渗处理,以保持稳定的水面,若水量过大,会自动溢过防渗层补给地下水。

第三种城市雨水利用的典型对象是大面积商业开发区

德国有关法律不但规定受到污染的降雨径流必须经过处理达标后排放,而且规定新建开发区必须考虑雨水利用系统。因此,开发商在进行开发区规划建设时,均将雨水利用作为重要内容考虑,尤其在大面积商业开发区建设时,一般开发商都结合开发区雨情水情,因地制宜,将雨水利用系统作为开发区建设的重要组成部分。柏林的坡斯坦广场就是一个成功的范例。坡斯坦广场是东西德统一后开发兴建的欧洲最大的商业区,总投资约为80亿德国马克。由于柏林市地下水位埋深较浅,要求商业区建成后既不能增大地下水补给量,也不能增加雨水排放量。为此,开发商对雨水利用采用了如下方案:对适宜建设绿地的屋顶全部建成绿色屋顶,利用绿地的滞蓄作用滞蓄雨水,一方面延缓径流的产生,起到防洪作用,另一方面增加雨水的蒸发,起到增加空气湿度、改善环境的作用;对不宜建设绿地的屋顶,将屋顶雨水通过雨漏管并经过滤后引入地面蓄水池,构造水景观。

“洼地――渗渠系统”和道路雨水利用

近年来,“洼地――渗渠系统”这种新的雨水处理系统在德国开始流行。该系统包括各个就地设置的洼地、渗渠等组成部分,这些部分与带有孔洞的排水管道连接,形成一个分散的雨水处理系统。通过雨水在低洼草地中短期储存和在渗渠中的长期储存,保证尽可能多的雨水得以下渗。该系统代表了一种新的排水系统设计理念,即“径流零增长”,这个理念的目标是使城市范围内的水量平衡尽量接近城市化之前的降雨径流状况。系统的优点在于不仅大大减少了因城市化而增加的雨洪暴雨径流,延缓了雨洪汇流时间,对防灾减灾起到了重要的作用,同时由于及时补充了地下水,可以防止地面沉降,使城市水文生态系统形成良性循环。

此外,德国的道路雨水利用也很普遍。与屋顶雨水利用不同,道路雨水主要排入下水道或渗透补充地下水。在德国,城市街道雨水入口多设有截污挂篮,以拦截雨水径流携带的污染物。由于机动车道的降雨径流含有较高浓度的污染物质,必须经过处理后方可排放,因此,德国沿机动车道均建有径流收集系统,将所收集到的径流直接送至污水处理厂处理,高速公路所收集径流则要进入沿路修建的处理系统处理后才能排放。

城市雨水利用带给我们的启示

城市雨水的利用是一个方兴未艾的广阔领域,它涉及到城市雨水资源的科学管理、雨水径流的污染控制、城市居民小区的合理设计及其环境建设等方面,是一项涉及面很广的系统工程。21世纪,无论是发达国家还是发展中国家,很多地区都面临着淡水资源紧缺的问题。作为解决水资源短缺问题的途径之一,城市雨水资源的利用必须得到足够的重视,必须改变单纯排放雨水的观念,限制雨水直接排放与流失。雨水是一种优质的自然资源,收集和使用方便,污染少,处理简单,用于城市和生活,可以有效缓解城市生活供水不足的矛盾。雨水利用是一项典型的生态保护技术,对于水资源的优化配置,促进经济社会的可持续发展具有十分积极的意义,需要多学科、跨部门联合攻关、共同研究。

(文章来源:源于自然的水科技研发平台)



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