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　　海綿城市建設是我國近年來市政供排水領域關注的重點問題，在海綿城市建設的摸索和實踐過程中，圍繞“滲、滯、蓄、凈、用、排”的理念落實和技術創新一直是一線技術研究和產品研發所關注的焦點。本期《大家之言》以2016年12月12日德國亞琛工業大學Max Dohmann教授在上海住建委科技委學術報告會上的報告為基礎，整理提煉出德國在海綿城市建設中的一些做法和經驗，為國內同行提供借鑒。

　　近年來，隨著極端降雨事件的頻發和氣候變化現象的突出，世界各地頻繁發生城市內澇現象，部分國家和地區因此導致了不同程度的財產損失甚至死亡事件。以德國為例，2011年8月在不萊梅（Bremen），2012年在慕尼黑（Munich），2013年6月在富爾達（Fulda），2015年6月在登茨林根（Denzlingen），2016年5月在奧伯豪森（Oberhausen）以及同年6月在美茵河畔法蘭克福（Frankfurt am Main），都先后發生因暴雨所導致的內澇現象，并集中體現在地下鐵車站、地道、地下停車庫等排水不便的地勢低點。

　　研究認為，暴雨頻發的情況除受到降雨頻率和氣候變化的組合影響外，還主要受地區水平衡的改變，以及城市化對自然水循環的干擾等影響。北美地區有研究顯示，如今北美地區每年日降雨量達到強降雨水平（降雨強度最高的5%）的天數相比20世紀已有顯著增長，按趨勢推斷至2100年，隨著氣候變暖的不斷加劇，強降雨發生的概率還將進一步增加，且上升速率呈加速趨勢，見圖1所示。城市現代化的建設導致地面硬化率逐年上升，高地表徑流量減少了雨水通過土壤下滲的總量，也減少了土壤水分的蒸發量，加大了城市排水系統和污水處理廠的負擔。

圖1 北美地區強降雨預測

　　1德國海綿城市排水系統的變革

　　“海綿城市”（Sponge Cities）可以通過生態途徑，以自然的方式調蓄、凈化及排放雨水，是治水的全新理念，詮釋了一種規劃設計城市的生態方式，其理念見圖2所示。過去25年里，德國通過對城市內澇現象的不斷反思和總結，提出了一系列排水系統變革的方向。

圖2 海綿城市理念示意圖

　　總體而言，德國應對雨洪管理所采取的措施包括以下幾類：（1）降低路面不透水性以減少雨水徑流；（2）將雨水根據被污染程度進行分流；（3）增加雨水滲濾；（4）強化雨水儲存和處理并加強雨水資源利用，其核心在于雨水處理和雨污分流。

　　為了有效實現雨污分流，德國重點推行改良型城市合流制排水系統（Urban drainage with modified combined sewerage system）和改良型城市分流制排水系統（Urban drainage with modified separated sewerage system）兩種系統。

　　1.1改良型城市合流制排水系統

　　改良型合流制排水系統指將工業廢水、生活污水和道路雨水合流后，經污水處理廠處理后達標排放。暴雨期間，在污水處理廠前設置溢流裝置，直接排放入受納水體。與傳統合流制排水系統不同的是，改良型合流制排水系統不包括建筑屋面雨水徑流，屋面徑流一部分通過明渠直排入受納水體，另一部分通過地表滲濾的方式轉移到土壤中。改良型城市合流制排水示意如圖3。

圖3 改良型城市合流制排水

　　通過對強降雨期間的排水情況研究，分析了合流制系統中雨水徑流的典型分布，如圖4所示，圖中明確顯示，即便強降雨期間，送往污水處理廠的水量也應當控制在一定限值之下（圖中ZurKl?ranlage區域），超出部分的水量則主要通過土壤滲透、雨水儲存或溢流排放入受納水體等方式予以消納，包括道路生態調蓄、雨水調蓄池等設施起到了至關重要的作用。

Regenabfluß：雨水徑流量 Speicher：蓄水量 Vorfluter：回用量

Zur Kläranlage：污水處理廠 Regendauer：降雨歷時

圖4 合流制系統中雨水徑流的典型分布

　　1.2改良型城市分流制排水系統

　　改良型分流制排水系統將雨水和污水完全分流。工業污水和生活污水匯總后統一進入污水處理廠處理排放。雨水徑流分建筑屋面徑流和道路徑流兩部分，道路徑流通過管網收集至雨水調蓄設施后，排放入受納水體；建筑屋面徑流則分別通過明渠排放到受納水體，以及通過地表滲濾的方式轉移到土壤中。改良型城市分流制排水示意如圖5。

圖5 改良型城市分流制排水

　　與合流制不同，分流制完全將雨水管網和污水管網分流，因此強降雨對污水處理廠的影響總體不大。

　　通過排水系統的改進，特別是將建筑屋面雨水徑流部分獨立，對通過地表滲濾消納雨水徑流提出的較高的要求，但同時也帶來了一系列顯著的成效：（1）減少排水管道的交錯；（2）減輕污水管道和污水處理廠的負擔；（3）雨水處理設備可小型化，減少設備投資和工程投資；（4）通過地表滲濾減少徑流直排受納水體，減少了對地表水系的污染；（4）對補充地下水系有積極作用。

　　2德國雨水處理及回用的應用

　　2.1德國雨水處理及回用的基本理念

　　無論是改良型合流制排水系統或是改良型分流制排水系統，均單獨將建筑屋面徑流單列，不與污水處理廠系統混接，大大減少了雨水徑流對城市污水處理廠的負擔。對于屋面雨水徑流，除一部分利用地表滲濾的方式予以消納外，另一部分則主要采用儲存和再利用的方式予以消納。根據建筑物的分布狀況，一般情況下，屋面雨水收集儲存和處理措施可分為分散處理措施（decentral measures）和集中處理措施（central measures）。分散式處理措施包括綠色屋頂滯留雨水、土壤滲濾、雨水收集回用三類；集中處理措施包括改良式分流排水、交通密集區雨水滲濾及排放、儲存及雨水處理三類，需要根據不同城市的規劃、建設情況以及所處地理位置、氣候條件等客觀情況進行合理的選擇，但總體而言，大致理念相同，見圖6所示。在雨水處理方面，針對雨水的污染情況，提出了未污染（uncontaminated）雨水不處理，輕污染（slightly contaminated）雨水一般需要處理，嚴重污染（highpolluted）雨水必須進行處理的原則。

圖6 建筑屋面雨水消納的基本原理

　　2.2德國雨水處理及回用的應用案例

　　2.2.1屋頂綠化

　　德國大量應用屋頂綠化技術用于對雨水的滯留，對于延后洪峰有顯著效果。在屋頂綠化的具體實施過程中，根據建筑物的屋頂形式，和所在地區的客觀情況，一般推薦采用密集型（intensive roof greenery）和粗放型（extensive roofgreenery）。密集型屋頂綠化一般采用0°的屋面傾斜度，一般承重為165~350 kg/m?，綠化分布較為緊密，將雨水盡量滯留在屋面，對初期雨水的滯留效果更好；粗放型屋頂綠化一般采用5°~15°的屋面傾斜度，屋面承重為25~50kg/m?，并應用礫石填料，在實現將一部分初期雨水滯留的同時，也保證了暴雨期間雨水的速排。密集型和粗放型屋頂綠化實例見圖7和圖8。

　　2.2.2雨水收集與回用

　　德國鼓勵公共建筑和居民對雨水進行收集并會用。建筑物內一般會設置雨水收集和回用系統。屋面雨水經天溝收集后，經過過濾裝置，儲存于建筑物雨水收集罐，溢流部分進行排放。日常用水過程中，通過泵從雨水收集罐中取水，可直接用于洗衣用水、洗車用水和沖廁等，即“灰水”系統。經研究調研發現，德國家庭的沖廁用水量一般在120L/d，如疊加上洗衣用水，一般在160L/d。根據德國平均的雨水收集情況分析，每年一月到五月相對降雨較少，所收集的雨水量一般小于120L/d，仍需要通過補充自來水來實現家庭的沖廁和洗衣需求，隨著夏季來臨雨量逐漸增加，五月中下旬起家庭所收集的雨水量已可滿足日常沖廁需要，六月份后進入雨季，所收集雨量可同時滿足沖廁和洗衣的需求，九月后雨量逐漸減少，但仍可基本滿足日常沖廁和部分洗衣的需要。德國家庭雨水收集和回用系統示意圖及“灰水”水平衡示意見圖9和圖10。

圖9 德國家庭雨水收

　　集和回用系統示意圖圖10 德國“灰水”

　　水平衡示意圖

　　德國在公共建筑領域，雨水的回收利用也較為普遍，柏林著名的波茨坦廣場索尼中心（Sony-Center,Potsdamer Platz, Berlin）屋頂面積為5000m2，設置有900m3體積大小的雨水儲水罐，所收集的雨水用于建筑物內的沖廁，并用于周邊綠化的澆灌以及消防儲水，可節約大量的自來水資源。

　　2.2.3透水路面

　　為實現土壤對雨水的直接消納，德國在降低路面硬化率方面作了大量的工作，主要通過建設透水性路面（pervious pavement）、設立植被滲雨區（grass dump）以及加裝地下的雨水滯留裝置實現。在易積水地區，進一步通過滲透沼澤（infiltration swale）和溝渠滲透（subsurface ditch in）的形式強化滲透效果。

　　在城市道路整體的排水解決方案方面，漢堡市（Hamburg）已有較為成熟的案例，主要利用道路面進行生態調蓄收集，如圖11所示。2015年5月15日漢堡市遭遇強降雨，以該道路為例，道路雨水通過坡降快速匯集于中央的生態調蓄系統，有效減少了路面積水狀況，也緩解了排水系統的洪峰壓力。

圖11 利用道路面進行生態調蓄收集(漢堡市)

　　2.2.3雨水深度處理

　　由于存在坡降和海拔差異，城市中難免會存在洼地等易于積水的地區。德國越來越多地將土壤滲透作為雨水深度處理的一種方式，并主要應用于具有較大空間條件的城市邊緣地區或農村地區。

　　這些用于土壤滲透的場所在旱季時為下沉式公共綠地，降雨時通過周邊坡降的設計，雨水自然匯集，起到短時儲水的效果，雨水通過土壤向地下滲透，同時對雨水起到凈化和過濾效果。在德國常見的合流制和分流制系統中，土壤滲透作為雨水深度處理的案例，普遍應用于合流制改善溢流雨水水質，和分流制處理路面被污染雨水。

　　3結論

　　城市排水的發展是一個各專業配合協調發展的過程，需要與城市發展相關的專家協作努力，包括污水廠設計師、城市規劃師和交通道路規劃師等等。其中消除內澇隱患為首要任務，在此基礎上實現對雨水資源的回收利用，是城市雨洪管理的重要目標，其中所涉及的宏觀政策制訂、整體總體規劃、技術優化和應用，仍有大量工作要做。德國在城市排水系統改革發展過程中所做的一些工作，以及在雨水收集和回用方面取得的一些經驗，可作為參考，供中國海綿城市工作者們學習和了解。

　　Max Dohmann教授

　　歷任亞琛工業大學土木工程學院院長、國際水質協會和國際水協會執行理事、德國DWA協會主任、德國聯邦環境咨詢委員會顧問等職務，曾獲德意志聯邦共和國總統特別頒發的“一級功勛十字勛章”，現兼任上海市住房與城鄉建設和管理委員會科學技術委員會海外委員、《凈水技術》雜志社編委等。

　　在眾多媒體的報道中，德國排水系統一直被作為“城市的良心”被廣為傳頌。然而德國在降低內澇風險方面也曾經歷過很多彎路，通過反復實踐和探索，逐步形成了內澇防治和雨水綜合利用為指導的改良型排水體系。其應用經驗和技術成果，對正在摸索中的中國“海綿城市”建設有較好的參考意義。