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未来城市没有水资源的浪费

只有对水敏性城市才能抵御干旱季节、暴雨、树木死亡和洪水。长久以来,城市的水处理目标一直是尽快排出积水以避免其带来潜在的危害。而在未来,城市的目标必然是保留任何类型的水资源并竭尽所能高效的利用他们。渗透、再处理、以及城市内储存是满足这一目标的重要手段。

章节内容:建设法兰克福成为水敏性城市的措施

城市地表水是植物灌溉用水的储备和临时储存。和雨水、基坑地下水一样,来自美茵河的水以其他静水体的水都需要在汇入管道系统和深入地下之前进行清洁。

另一个重要的未被开发的水资源是废水:和世界上大多数城市类似,法兰克福城市最大的潜力在于废水的再利用。这在应对气候变化的大背景下是必要的。

在法兰克福,还有许多其他措施来改善城市绿化灌溉,从而改善城市气候。例如建造洼地、蓄水池、沟渠等等。这些都是建设水敏性城市道路上的里程碑。

 

美茵河的河水可以用来补给城市用水储备

如果雨水和地下水资源不足,美茵河就是城市的安全网。但只能在高水位的时候从美茵河抽取水资源,而且必须为将来的使用储备起来。

美茵河的水抽取点要设置在上游的费兴海姆(Fechenheim)方向,因为在下游城市南部的下拉德区(Niederrad)和辛德林根区(Sindlingen)附近的污水处理厂会再次将处理过的污水排入美茵河。

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在桥梁系统的北端,可以建造一个沐浴湖作为临近城市的另一个水库

法兰克福一直缺少一个属于自己的,公共交通便捷的沐浴湖。在法兰克福桥梁系统的北端,尼达公园(Niddapark)的联邦园艺展的旧址上,可以建造一个这样的湖泊。

沐浴湖不仅是灌溉水的理想储存地,还可以提升当地度假区的品质,同时也为各种动植物提供一个重要的栖息地。

通过法兰克福桥梁的客运系统可以便捷到达沐浴湖,游客可以从桥梁直接抵达湖泊。对于没有私家车的家庭,以及老人小孩等只能由人陪同不方便出游的群体,这个沐浴湖无疑是法兰克福的一个新的吸引点。

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沐浴湖也对城市气候产生积极的影响:水的蒸发——至少在某些天气条件下——可以冷却湖周边空气,并将其送入城市中心。

尼达公园(Niddapark)的沐浴湖: 水库、空调和度假区

周长:820米

面积:45000平方米

储水量:约12万立方米

可取水量:13500立方米

 

通过桥梁上的无人交通系统可以快速抵达 —— 高峰时多达每几分钟一班

遛狗公园替代区:整个湖泊南部区域

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法兰克福人一直很喜欢城市中的天然泳池:图为1930年,铁桥(Eiserner Steg)旁的美茵河泳池

Naturfreibad Frankfurt - Wikipedia

沐浴湖以环保和可持续的方式建造

在规划阶段,必须进行水文地质研究以确定湖泊可以获得多少地下水。剩余的水由收集和净化后的雨水通过桥梁环形管道系统补充。

湖泊的蓄水量很大。根据不同的深度选择,湖泊可以储存多达12万立方米的水。

并非所有的湖水都可以用于灌溉。可用水量在干旱时期被限制在30厘米水位高度(约13500立方米)。这样就可以保证即使在干旱期,沐浴湖也可以成为城市的自然空调系统。

法兰克福桥梁系统的运营公司负责湖泊的水质、整个区域的清洁以及游客的安全和相应的服务。

水的提取方式

考虑到浴场的水质,可以直接通过在河岸边放置的干燥自吸泵取水。为了避免出现风险,不应安装潜水电泵。

 

为了防止吸入颗粒杂质,吸嘴周围应当使用中到大号砾石覆盖。通过罩子可以最大限度地减少藻类生长。全自动过滤系统可以进一步减少未溶解的污染物。

 

输送灌溉水的管线应该确保在泵关闭时可以自主排空余水。这些装置可以扩展安装杀菌系统(紫外线杀菌或氯化杀菌,以及活性炭滤芯)。

 

所有的系统组件可以安装在一个简易建筑中。在运行时系统可以按需调控。每年要对进水口进行清洁。

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法兰克福桥梁系统还可以将其他静水体融入到法兰克福市区中

除了所描述的沐浴湖之外,还可以将更多地表水整合到系统中。 根据位置的不同,可以想象这些所谓的静水体的功能类似于蓄水池,即从屋顶表面收集雨水并暂时储存,然后将其汇入管道循环系统中; 或者,就像地下水和沐浴湖一样,可以作为水库,以满足灌溉需求。

 

在静水的情况下,与尼达公园(Niddapark)的沐浴湖一样,水位波动被限制在 30 厘米范围内:因此,总共可以暂时抽取多达 12775立方米的水。

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彻底清洁的废水将成为法兰克福未来的另一种灌溉用水储备

目前,城市中积聚的水,无论是雨水、地下水还是污水,都需要进行排放。

法兰克福桥梁系统可以提供如何使用雨水和地下水的方案。剩下的是废水:来自家庭和商业单位。

法兰克福每年约有6500万立方米废水从位于下拉德区(Niederrad)和辛德林根区(Sindlingen)的污水处理厂排放到美茵河。

这种废水的净化已经非常彻底:在一个三阶段的过程中,粗固体首先在机械清洗中被去除。 接着,碳以及营养物质氮和磷在生物和化学清洁过程中被去除。 只有经过这一过程处理的水才能向美茵河中排放。

为了能够毫无顾虑地将收集的水作为灌溉用水使用,需要经过所谓“第四阶段净化”。

净化的第四阶段包括更广泛的除磷和去除微污染物。

 

越来越多的城市在其水管理中实施这一净化阶段。

 

法兰克福也已经在计划实施这种先进的废水处理方式。

净化的第四阶段会使用沙子和活性炭过滤器,臭氧和膜系统以及它们的组合。

 

目前对于“第四阶段净化”没有具有约束力的法律要求。但是,可以预想在不久的将来,这一情况会有所改变。

在瑞士首次大规模实施此类系统后,德国紧随其后,尤其是在巴登-符腾堡州和北莱茵-威斯特法伦州。

 

第一个黑森州的测试设施是达姆施塔特理工大学在朗根(Langen)污水处理厂的支持下实现的。黑森州的第一座大型工厂目前正在比肯巴赫(Bickenbach)建造。

桥梁系统中不同水源和水站需要不同的水处理工艺

环形管道系统是中央水分配设施。从水源到水库,再到流经管道循环系统的灌溉用水,所有的水都需要满足最低的水质要求。灌溉用水本身没有固定的限值,关键是它基本不含固体和细菌。 根据预期的水质,需要不同的水处理过程。

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未来的水敏性城市会利用好每一滴水

由于气候变化,即使在以前水资源丰富的中欧国家,水资源短缺现象也正在加剧 —— 尤其是在夏季。

 

因此,在欧盟层面已经确定了要将处理过的废水作为额外水源的再利用,现在则将在成员国进一步推广。

 

德国也在开展这方面的工作:德国水管理、废水和废物协会 (DWA) 的一个专家委员会目前正在为德国地区制定一套规则,该规则将于2023年发布。 它明确指出,处理后的废水不仅应用于农业,还应用于灌溉城市绿地。

 

在美国、澳大利亚和以色列等其他缺水的工业化国家,已经开始利用处理后的废水进行灌溉,这一方式很可能会在德国被推广开来。

 

对废水的进一步净化和再利用将成为桥梁项目的一部分

规划中废水将用于地下水的富集,即收集的雨水、建筑基坑地下水或河水将通过环形管道系统流向渗蓄设施。

 

为此,在下拉德区(Niederrad)污水处理厂的出口与最近的桥梁之间将建立一段连接。因为与桥梁系统的其他水源相比,污水处理厂的水是永久性来源,因此根据不同的天气情况,在需要灌溉时,这一连接能够将水从污水处理厂通过环形管道系统输送到需要被灌溉的区域。这样可以避免经过地下水“绕道”,从而缩短输水时间,减少灌溉系统的能源需求。

 

这一措施的先决条件是在下拉德区(Niederrad)污水处理厂大规模实施第四阶段净化 。这一条件目前并未满足,除了必要的投资之外,场地空间不足也是一个挑战。此外,对于有多少水需要进一步净化并没有任何约束性规范。

 

不过,预计在法兰克福桥梁系统建成时,法兰克福也将大规模实施第四阶段净化工作,桥梁系统的水资源分配功能会将净化后的废水输送到储存地点,可直接用作城市的灌溉用水。

快速过滤器的基本尺寸(两层快速过滤器)

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创建水敏性城市的措施还包括小空间的分散性措施,如建造洼地

与周围区域最大高度差为30厘米的洼地设计能够分散渗透和收集雨水,尤其是在大雨天气的情况下。

如果将水从人行道或其他硬质铺装区域引入这些洼地,可以减轻雨污管道的排水压力。同时,这些水也可供洼地处的植被使用。通过这种方式,实现雨水的自然水平衡。

尤其在夏季强降雨的情况下,雨水能够更好地被捕获,蒸腾作用也营造出宜人的城市微气候。

若洼地设计合理、设施安装得当,水会在24小时内渗出,因此不会出现内涝、损坏植物、昆虫滋生或其他令人不快的现象。

洼地概念不仅可以沿桥梁系统实施,也可以推广到整个法兰克福市

Sieker Regenwasserexperten

洼地的尺寸与安装必须经过专业的规划和计算

TU Dresden Hydrowissenschaften

法兰克福应引入蓄水池规范

在桥梁系统经过的,适合立面绿化的大体量建筑所在的基地内,应安装蓄水池,为立面的绿化进行灌溉。

 

在入户门前、车行道下的蓄水池作为备用:若建筑基地内的蓄水池满了,可以将多余的雨水排到车行道下的蓄水池。若基地内的蓄水池没有足够的水,也可从车行道下的蓄水池取用。

 

在法兰克福(或其他类似的城市)也可规定强制安装蓄水池的最小建筑基地尺寸,尤其是对于新建的建筑,通过“蓄水池规范”赋予其应承担的义务。

 

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作为一座水敏性城市,法兰克福可以为联合国的可持续发展目标作出贡献

今天的标准废水处理在未来将在法兰克福扩大到第四个处理阶段,以消除微污染。

 

在这个过程中,微塑料如轮胎磨损,激素活性物质和药物残留物或抗生素病菌被清除。

 

随之而来的措施,如在庭院和空地上建立渗水槽或标准化地安装蓄水池和渗水沟,是通往水敏性城市道路上的进一步基石。

 

这样一来,法兰克福不仅可以保留城市中积存的雨水和地下水,还可以将废水保留在城市水循环中,不再需要剥夺其他社区的饮用水来为法兰克福供水。

结论:法兰克福桥梁系统是法兰克福成为水敏性城市的重要里程碑。

法兰克福桥梁系统打造了一个集收集、存储、重新分配水资源于一身的系统。

 

雨水或建筑基坑的地下水可以作为法兰克福新增绿化的灌溉用水;在未来,进一步净化的污水也可从桥梁系统输送到储存地点或绿化区域。

 

在法兰克福桥梁系统的帮助下,之前被排放到城市外的水可以被用来灌溉城市绿化,从而反馈到城市的自然水循环中。