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雨水收集代替雨水排放

高效的雨洪管理能够避免将宝贵的雨水资源排入城市现有的雨污管道:总长约60千米的桥梁系统能够将多达9万立方米的降水收集并暂时储存在位于车行道下方的蓄水池中。这些水将通过管道循环系统被运送至附近的渗蓄区(雨水花园、汇水洼地等),这些区域储存的多达60万至80万立方米水会在枯水期作为灌溉用水,满足城市植被的灌溉需求。

章节内容:哪些雨水适合被收集?哪些区域适合作为渗蓄区贮存雨水?

道路雨水通常会被有害物以及微塑料(如轮胎磨损)所污染。为了避免繁琐的清洁工作,首先应该考虑的是收集屋顶雨水用于绿地灌溉:包括桥面、建筑屋面、停车场顶棚。

 

目前,法兰克福雨水收集和利用存在的问题是,落在建筑屋面和路面的雨水会直接进入 “雨污混合管道”,无法进一步加以利用。法兰克福桥梁系统提供了解决方案,雨水会被暂时储存在车行道下方的蓄水池中并通过管道循环系统运送至特定的渗蓄区。

 

环形管道系统和车行道下的蓄水池对雨污混合管道中的水进行“分流”,使得相对干净的、从屋面和桥面收集来的雨水能够被直接用于植被的灌溉。

将雨水收集并储存用于城市绿化灌溉是一个非常有意义的解决方案

法兰克福每年需要从周边地区[主要是福格尔斯山(Vogelsberg)和黑森州里德(Hessischen Ried) ]引入超过5000万立方米饮用水,以满足其约6500万立方米的用水需求。在经过位于下拉德区(Niederrad)和辛德林根区(Sindlingen)的污水处理厂处理之后,每年向美茵河排入1亿立方米废水。其中,有3500万立方米雨水同污水一起,经由雨污混合管道被运送至污水处理厂。而这些雨水本可以被收集起来用于灌溉。

 

通过雨洪管理能够减少对宝贵的雨水资源的排放:雨水被收集并运送至渗蓄区,作为对城市地下水的补充。这些雨水可以作为灌溉用水被再次利用。

 

上述过程可以通过法兰克福桥梁系统得以实现:它可以收集雨水,将雨水暂时储存起来并输送至桥梁系统尽端的渗蓄区。

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并非所有雨水都适合再利用

通常情况下,屋顶雨水是最干净的,而街道上的雨水由于车胎的摩擦以及可能混合有害物质而经常被污染。

 

法兰克福的大部分雨水都不适合作为灌溉用水使用。

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屋顶雨水最适合再利用

即使是落在基地内的雨水也可能被有害物质污染:例如花园里使用的肥料、停车场以及其他形式的污染。相比较而言,屋顶雨水毫无疑问是更干净的:倾斜的瓦片屋顶能够净化雨水,平屋顶若在建造时不使用含有害物质的粘黏剂也几乎不会释放有害物质。

 

当我们将这些屋顶雨水收集起来之后,会遇到另一个障碍:目前的雨水和污水会被混合起来共同排入地下管道。

即使是屋顶雨水也需要经过处理才能使用

粗过滤器作为标准配置被安装在落水管中,可以初步过滤较大的杂质,如树叶和树枝等。蓄水池中会再配备一个旁路过滤器,作为精细过滤装置发挥作用。

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屋顶雨水收集的具体实施并不容易

做到雨水收集的关键是:在屋顶雨水同建筑内的污水混合之前将雨水“截获”。目前,在法兰克福的大部分街区,屋顶雨水都是同污水一起进入下水管道,再进一步被输送至城市的雨污管网。若想收集雨水,必须在这个过程之前将雨水截获。即使在基地内将雨污管道分流 ,还会遇到另一个问题:下一级别的城市管网都是雨污混合管道。

 

通过建造法兰克福桥梁系统可以提供一个解决方案:雨水被输送至桥梁所在街道下方的蓄水池中并储存起来。

法兰克福有一个总长达1700米的污水管网:其中一部分建造精美,但大部分都是雨污混合管道。

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Kunstinstallation ARA Niederrad 2016  Oliver Dorge

法兰克福桥梁系统在此处大有作为

由于建造桥梁的过程需要翻开路面,使得蓄水池的置入变得更加简单。落在两侧建筑屋顶和桥面本身的雨水被暂时储存在这些蓄水池中。这些水可以根据需求直接用于灌溉桥梁两侧的绿化植被,也可以通过管道循环系统被输送至更大的渗蓄区。考虑到百年一遇的强降雨天气,需要约9万立方米体积的蓄水池来储存这些雨水。

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街道下方是否有足够的空间铺设蓄水池?

从古希腊、古罗马时期开始,蓄水池就被用于储存雨水 —— 尤其是在一些降水不规律的地区。利用蓄水池来储存雨水是顺理成章的。

 

然而,在一个像法兰克福这样的城市里,铺设位于地下的蓄水池是极具挑战的:道路下方已经铺设了各种各样如排水管、输气管、电缆、通讯设备等市政管线。

 

尽管如此,一定有未被使用的空间:大部分情况下,车道下方没有纵向铺设的管道,或者仅有一些位于地下深处的污水管。

 

因此在车道下方可以铺设少量的管道:当管道出现故障或需要进行检修工作时,街道必须被暂时封锁。由于蓄水池很少需要被检修,在法兰克福桥梁系统施工时,可以铺设蓄水池,并将其与人行区域的检修井相连接。

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规划的蓄水池直径为2-2.5米

在没有其它新规划的管道的情况下,多车道的道路下方最少可以平行铺设至少两排这样尺寸的蓄水池。

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蓄水池只是一个临时储水装置

 

根据实际情况的不同,道路下方可以铺设的蓄水池长度从20米到200米不等。多个蓄水池可以根据需要通过管道互相连接。

 

由于地下能容纳蓄水池的空间有限,因此桥梁沿线下方还规划有储水容量约为9万立方米的蓄水设备。

 

这一容量并不能满足前面提到的60万到80万立方米的蓄水需求,而是了提供在强降雨条件下临时储水的可能性。出于安全考虑,可以用紧急排水管连接蓄水池,在紧急情况下将水排入现有的雨污管道或运河中。

 

一旦蓄水池达到最大储水容量,这些水会通过桥梁环形管道系统被输送至渗蓄区,此时被清空的蓄水池可以继续用于储存雨水。

由于街道断面的不同,蓄水池无法简单机械地铺设在桥梁系统经过的地方

根据不同的街道走向以及现有路面下方的基础设施(道路交叉口通常会铺满管道),通常能够允许铺设2米或2.50米直径的蓄水池。举例来说,若要满足四车道的年最大降水量的储水需求,则需要按照如下方式计算蓄水池的尺寸:若直径为2米,则需要总长为72米的蓄水设备;若直径为2.50米,则只需46米长便可以满足同样的储水需求。

 

以肯尼迪大道(Kennedyallee)为例, 在一段约600米长的街道范围内,可以铺设多段不同直径的平均容量为225立方米的蓄水池。这些蓄水池总长为832米,可以为大约3000立方米的水提供存储空间。

 

其他街区则需要根据具体情况分析规划蓄水池的尺寸以及铺设方式。

Google Earth / Stiftung Altes Neuland Frankfurt GNU

通过检修竖井进行检修工作

每一个蓄水池都需要一个对应检修口以便进行检修工作。检修口位于蓄水池正上方的路面上,具体位置没有硬性要求。

 

其次,每个蓄水池需要配备一个连接管,用于连接向管道循环系统输送水的水泵。连接管一般位于水泵竖井内的过滤器中,一般可以被放置在道路之外的区域。放置连接管的竖井直径需达到1.50米, 一个竖井可以连接最多4个蓄水池。

 

对于连接桥面和屋顶的进水管,其与蓄水池的连接位置可以根据具体情况灵活选择。

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建筑及屋顶排水扮演重要角色: 对于拥有大量建筑面积的业主来说,将建筑与桥梁系统的雨水蓄水池相连接是极具吸引力的

根据目前的政策,对于通过增加场地绿化或屋顶绿化从而减少雨水排放费用的现金激励是非常有限的:每平方米绿地仅有50欧分(截止至2021年)。

 

这就意味着,一个有6000平方米屋顶面积的建材市场每年能够节约3000欧元雨水排放费。对于建材市场来说,他们不会为了节省这些钱而去花费更大的价钱投资屋顶绿化。

 

而将屋顶雨水排入街道蓄水池会更有吸引力,因为这其中最重要的投资 —— 建立建筑基地内污水和雨水的分流管道 —— 由桥梁系统的运营方承担。只需要一次改建,建筑的业主或租户便能节省上千欧元,作为企业也为城市环境做出了自己的贡献 —— 一次免费的市场营销!

在法兰克福桥梁系统沿线,约120万平方米的屋顶区域和有顶停车场可用于收集雨水

沿着桥梁系统分布的、屋顶面积超过1000平方米的公共建筑、半公共建筑以及办公建筑被纳入考量。哪些停车场可以加设屋顶以便进行雨水收集和布置太阳能板也经过了仔细的考虑。

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沿桥梁系统的总屋顶面积每年能够捕获约625000立方米雨水

根据法兰克福年平均降水量650升/平方米计算, 其中520升/平方米能够被捕获,那么每年捕获的雨水总量为625000立方米。

 

有些屋顶和停车场由于各种原因无法被用于雨水收集,例如未经所有者同意,或者屋面所用材质含有有害物质不适合用于灌溉 —— 尤其是沥青屋面使用的粘黏剂是有害物质的常见来源。

 

因此,理论上适合雨水收集的屋顶面积应当相应地减少。即便可用屋顶面积由120万平方米减少到100万平方米,也完全可以满足新建的以及现有绿地60万立方米的灌溉用水需求。

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蓄水池存续雨水这一方式也可以独立于桥梁系统,单独应用于其他拥有大面积屋顶的建筑。 例如,法兰克福的主火车站,其站前广场可以利用收集来的屋顶雨水进行大面积的种植。

Stiftung Altes Neuland Frankfurt / GNU
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桥梁系统的桥面本身也需要排水:除去蒸腾作用,一共可收集约50万立方米雨水,其中部分可直接再利用

下雨时,桥面土层下方的保水层起到排水作用。大部分车行道以及桥面上非绿化的部分都为硬质铺装。大部分雨水从这些硬质表面流经保水层,通过桥柱上的直落管向下流向地面。落在桥梁人行道上的雨水会被排入旁边的绿化区域,停留在土层中为植被所用。

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位于桥梁下方的街道将不会直接暴露在雨水下,因此这些街道不再需要城市雨污管道来排放雨水。在极端降雨的情况下,落在桥面上的部分雨水会通过桥梁两侧肩部的排水管被排放至下方街道,接着汇入城市雨污管道。

桥梁上的车行道通过中央绿化带实现雨水排水

落在车行道上的雨水会被引入车行道上的绿化带,经过土壤的渗透作用进入下方的保水层。 这条绿化带位于桥梁系统车行道的中央,几乎贯穿这个桥梁系统。

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部分由桥梁系统收集到的雨水将直接用于绿植的灌溉

当保水层中的雨水饱和时,将被立刻导入街道下方的蓄水池。蓄水池中的水会根据需要直接用于灌溉绿植;当蓄水池被水填满时,这些水会通过环形管道系统被运输至更大的渗蓄区。

对于城市中心以外的区域,若街道两侧空间足够,雨水也可以直接渗入路旁洼地。对于无法安装蓄水池或者没有渗蓄可能的区域,雨水将直接被排入城市雨污管道。

结论:法兰克福桥梁系统让城市大范围的雨水收集成为可能。

每年约3500万立方米的雨水会通过雨污管道经污水处理厂处理之后排入美茵河。桥梁系统的目标是尽可能多地捕获这些雨水并再次利用。法兰克福桥梁系统相当于雨污混合管道的一个分流系统:从有限的屋顶收集雨水,暂时存储在蓄水池中并最终被运输至渗蓄区。

这样的“分流系统”也可以应用在其他有大量屋顶面积的城市区域。法兰克福桥梁系统的这一雨水收集模式,是法兰克福摆脱对周边地区饮用水依赖和强降雨事件影响,以及实现干旱期灌溉的重要一步。