丁躍元
北京市水利科學研究所

　　德國位于歐洲的中部，國土總面積35.7萬平方公里，人口約8220萬人。工業高度發達，經濟實力位居世界第三。其地形多樣，從北到南分為北德低地、中部山脈隆起地帶、西南部中等山脈梯形地帶、南部阿爾卑斯山前沿地帶和阿爾卑斯山山區。地勢南高北低。
　　德國屬于溫帶氣候，位于大西洋和東部大陸性氣候的涼爽西風帶，氣溫平穩溫和。降水量空間分布差異較大（其中北德平原為500～700毫米，中部山地為700～1000 毫米，南部阿爾卑斯山區超過2000 毫米），但年內和年際間分配均勻。
　　德國河流眾多，湖泊星羅棋布。其中主要河流有萊茵河（Rhein）、易北河（Elbe）、多瑙河（Donou）、威悉河（Weser）和埃姆斯和（Ems）等；湖泊則以博登湖（Baden）、米里茨湖（Mueritz）、什未林湖（Schwerine）、基姆湖（Chiem）和大普勞厄湖（Crosser Ploener）等最為著名。由于德國地勢南高北低，故大多數河流由南流向北，剛好彌補了降水量南多北少的差異。因此，德國是一個水資源時空分配均勻且較為充沛的國家。
　　盡管德國水資源充沛，不存在缺水的問題，但為了維持良好的水環境，德國不僅制定了嚴格的法律、法規和規定，要求對污水進行治理，同時還要求對雨水進行收集利用，并投入了大量的人力與資金開展雨洪利用的研究與應用。目前，已成為國際上最為先進的國家之一。
　　北京是個嚴重缺水的城市，人均水資源年占有量不足300 立方米。但因降水量年內和年際間分布不均，且隨著城市化進程的加快，不透水面積大幅度增加，降雨徑流系數不斷提高，汛期常有大量徑流出境。這不僅造成水資源的無效流失，也對城市排水和防洪構成巨大壓力。為了學習、引進和借鑒德國雨洪利用方面先進的技術與經驗，2001年5月18日至6月2日，作者隨“‘城區水資源可持續利用—雨洪控制與地下水回灌’考察團”赴德國進行了為期15天的技術考察，主要內容包括：①德國雨水利用技術；②德國中水及污水處理利用技術；③德國水綜合管理技術等。現將考察情況總結如下：

一、德國的雨水利用技術

　　德國長期致力于雨水利用技術的研究與開發，目前，已成為世界上最為先進的國家之一，從規劃、設計到應用，不但形成了完善的技術體系，而且制定了配套的法規和管理規定。
　　（一）雨水利用的技術體系
　　1、雨水徑流收集技術
　　德國聯邦和各州有關法律規定，受到污染的降水徑流必須經處理達標后方可排放，且雨水處理費用與處理同等數量的污水同等昂貴。由于下墊面條件的不同，來自不同面積上的降水徑流水質有較大的差異，如來自屋頂等面積上的降水徑流除初期受到輕度污染外，后期徑流一般水質良好；而來自機動車道等面積上的降水徑流，則由于機動車輛的磨損而含有大量的金屬、橡膠和燃油等污染物質。因此，德國一般將來自不同面積上的降水徑流分別收集，對來自屋頂等的徑流，稍加處理或不經處理即直接用于沖洗廁所、灌溉綠地或或構造水景觀等；對來自機動車道等面積上的徑流，則要處理達標后方可排放。這樣，一方面減輕了污水處理的壓力，又通過利用雨水減少了大量的自來水供應。
　　2、雨水徑流傳輸與貯存技術
　　由于降水是隨機事件，往往難以與用水同步，因此，需要將來自不同面積上的降水徑流通過一定的傳輸和儲存設施滯貯備用。在德國，徑流的傳輸主要有兩種形式，即地下管道傳輸和地表明溝傳輸。其中地下管道傳輸與通常我國采用的排雨管線在設計思想上有所不同，德國的雨水管線不僅考慮要傳輸雨水，同時還考慮了用做暫存雨水和緩解洪峰的功能；地表明溝傳輸是德國城市的風景之一，其設計思想既考慮了傳輸雨水的功能，更關注了對構造城市景觀的作用，通常是模擬天然水流蜿蜒曲折的軌跡，或構筑特定的造型。德國降水徑流貯存的形式多樣，有家庭利用雨水等采用的預制混凝土或塑料蓄水池等；也有社區環境利用雨水等采用的構造水景觀或人工湖等；還有為增加雨水入滲將綠地或花園做成起伏的地形或采用人工濕地等。總之，德國將雨水的傳輸和儲存與城市景觀建設與環境改善融為一體，既有效利用了雨水資源、減輕了污水處理廠對雨水處理和自來水供水的壓力，又增加了城市景觀，起到了一舉而三益劑的作用。
　　3、雨水徑流過濾、控制與處理技術
　　來自不同下墊面的降水徑流通常含有不同的雜質，如樹葉、草木、砂土顆粒等，為了除去這些雜質，德國研究、開發了不同形式的徑流過濾器。根據過濾能力的不同可分為分散式和集中式兩種。分散式過濾器一般體積較小，安裝于房屋的每個漏雨管的下端；集中式過濾器一般體積較大，它是將來自不同面積上的徑流匯集到一起，然后進行集中過濾。這兩種過濾器均可將徑流中直徑大于0.25mm的雜質過濾出去。
　　由于受到污染的降水徑流必須經過處理后方能利用或排放，而通常徑流量變化范圍都比較大，且是隨機的，為了達到理想的處理效果，德國還研究、開發了徑流控制設備。這種設備與貯水設施相結合，先將徑流貯存在儲水設施中，再通過徑流控制設備使徑流以恒定流量進入污水處理廠，以達到預期的處理效果。
　　4、雨水徑流的利用
　　在德國，雨水徑流主要用于構造城市水景觀和人工水面、灌溉綠地、補給地下水、沖洗廁所和洗衣及改善生態環境等。考察期間，我們先后參觀了大面積商業開發區利用雨水構造水景觀、人工水面和回灌地下水的范例，居民小區利用起伏地形增加雨水入滲和單戶家庭利用雨水沖洗廁所的范例，及利用道路雨水徑流回灌地下水的范例。這些范例表明，德國雨水徑流已被廣泛用于不同的領域。
　　（二）不同開發區雨水利用技術
　　1、大面積商業開發區雨水利用技術
　　德國聯邦和各州有關法律不但規定了受到污染的降水徑流必須經處理達標排放，還規定新建或改建開發區必須考慮雨水利用系統，且規定考慮了雨水利用，可減免雨水排放費。因此，開發商在進行開發區規劃、建設或改造時，均將雨水利用作為重要內容考慮，尤其在大面積商業開發區建設時，更是結合開發區水資源實際，因地制宜，將雨水利用作為提升開發區品位的組成部分。考察期間，考察團訪問了3處成功的范例。
　　(1) 柏林坡斯坦廣場(Potsdamer Platz)
　　坡斯坦廣場是東西德統一后開發興建的歐洲最大的商業區，總投資約為80億德國馬克，日本索尼、德國奔馳汽車等世界知名公司均在此建有中心或辦公總部。由于柏林市地下水位埋深較淺，因此要求商業區建成后既不能增長地下水的補給量，也不能增加雨水排放量。為此，開發商對雨水利用采用了如下方案：對適宜建設綠地的屋頂全部建成綠色屋頂，利用綠地的滯蓄作用滯蓄雨水，一方面延緩徑流的產生，起到防洪作用，另一方面增加雨水的蒸發，起到增加空氣濕度、改善生態環境的作用；對不宜建設綠地的屋頂，將屋頂雨水通過雨漏管經除去前期徑流和過濾后引入地面蓄水池，構造水景觀。水景觀與位于樓寓地下室的泵站相連，形成循環流動水流。泵站前設水質自動監測系統，若水流水質不能滿足要求時，要先進入處理系統，處理達標后再循環系統；若水流水質滿足要求，則直接進入循環系統。水景觀由3部分組成，一是涌泉狀的水循環系統出口，若隱若現于水生植物之中；二是兩個面積為1.3萬平方米的地面蓄水池，池內水面有鴛鴦戲水，水中有金魚游動，路徑此處的游人無不留戀頓足；階梯狀瀑布上游與蓄水池相連，下游與泵站相連，形成循環系統。
　　(2) 慕尼黑國際展覽中心
　　慕尼黑國際展覽中心也是近年來德國投資較大的又一建筑工程，總投資約2.3億德國馬克，是在原慕尼黑機場搬遷后而改建的。由于展覽中心是人員流動頻繁之地，因此，這里雨水利用的總體思路是先用于構造水景觀，多余雨水用于回灌地下水。為此，設計將展覽大廳屋頂的雨水收集至總庫容為2500立方米的地下蓄水池，經泵站輸送至水面近2.5萬平方米的人工湖內。湖內設高大噴泉，湖周圍種植水生植物，水鳥在湖面飛翔，與高大的展覽廳群交相輝映，更顯現出展覽中心的氣派與輝煌。蓄水池的設計標準為5年一遇。標準內降水可滿足景觀用水要求，超標準降水將溢流至地面入滲系統，入滲回灌地下水。
　　(3) 慕尼黑新機場
　　慕尼黑新機場占地面積約20平方公里，于1992年由現國際展覽中心處搬遷至此。由于機場建設前為農田，地下水位埋藏較淺，因此，要求機場建設不能破壞原水量及水質平衡系統。為此，機場范圍內屋頂的雨水收集后通過管道排入下游排水系統，跑道、停車場及機動車道上的雨水收集后進入雨水處理系統處理后排入排水系統。為不截斷上游來水的通道，在各機場建筑物基礎之下修建了排水管道系統，保證了上游地下水流可順利穿越機場建筑物。同時跑道與滑行道間修建地下滲水系統，以保證降水的快速入滲。
　　2、居民小區雨水利用技術
　　德國不但在大面積商業開發區具有成熟的雨水利用技術，在成規模的居民小區建設中也體現了雨水利用的觀念。在德期間，考察團訪問了3處居民小區的雨水利用技術。
　　(1) 柏林市居民小區
　　這是一私人開發商開發的小區，約有居民1萬人。設計雨水利用的標準為5年一遇短歷時暴雨。其雨水利用的理念為：屋頂的雨水首先通過雨漏管進入樓寓周圍綠地，經過天然土壤滲入地下，若雨水大于土壤的入滲能力，則進入小區的入滲溝或洼地；道路及停車場的雨水徑流直接進入小區的入滲溝或洼地。入滲溝或洼地根據綠地的耐淹水平設計，標準內降水徑流可全部入滲，遇超標準降水，則通過溢流系統排入市政污水管道。該小區已建成3年，觀測表明，3年來無徑流流失，系統可攔蓄超5年一遇短歷時暴雨。
　　(2) 漢諾威Kronsberg居住小區
　　Kronsberg居住小區是為2000年漢諾世界威博覽會而開發的居民小區，總面積150公頃。博覽會期間用于接待參會人員，會后銷售給當地居民。該小區是采用全新概念建設的綠色環保小區：能源方面，全部采用太陽能和風能，無外來電力供應；供水方面，首先利用雨水滿足灌溉和環境用水需求，不足時采用自來水補充；建筑材料全部采用新型保溫隔熱環保材料。同時采用節能、節水技術，最大限度節約能源和用水。雨水的利用除采用綠地、入滲溝、洼地等方式外，透水型人行道也被廣泛應用，同時，還經過特殊設計，利用貯蓄徑流的地下蓄水池與徑流進入蓄水池的撞擊聲模擬海浪的聲音，增添了小區的氣息。觀測證明，小區建成后，徑流系數幾乎沒有增加。
　　(3) 曼海姆Wallstadt小區
　　Wallstadt小區位于曼海姆市的東部，總面積19公頃，是一借助雨水利用工程保持和改善生態環境的新建小區。曼海姆地區主要風向為由西向東，為使小區建成后不隔斷對曼海姆市中心的通風通道，規劃在小區中部構造了兩條貫穿東西的明渠。這里所有雨水均通過一定造型的地面寬淺式明溝進入明渠。明渠模仿天然河流修建，局部地段興建涌泉或造型建筑物，渠邊種植水生植物，形成水景觀。明渠底部采用防滲處理，以保持穩定的水面，若水量過大，會溢過防滲層滲入地下水。
　　3、單戶家庭雨水利用技術
　　德國是世界上發達國家之一，人民生活水平較高，住房多為獨門獨戶的單戶家庭。其雨水利用技術也非常成熟。一般模式是將屋頂雨水通過雨漏管收集，通過分散或集中過濾除去徑流中顆粒物質，然后將水引入蓄水池貯蓄，再通過水泵輸送至用水單元。一般用于沖洗廁所或灌溉綠地等。考察團參觀一處單戶家庭雨水利用系統，雨水不僅用于沖洗廁所，還用于洗滌衣物。
　　4、道路雨水利用技術
　　德國監測認為，機動車道的降水徑流含有較高濃度的污染物質，必須經過處理后方可排放，為此，德國沿機動車道均設有徑流收集系統，城區所收集徑流直接送至污水處理廠處理，高速公路所收集徑流要進入沿路修建的處理系統處理后排放。一般采用沉淀后經氧化溝處理，再滲入地下的方式。
　　（三）、雨水利用的法規支持和管理要求
　　由于已具有完善的雨水利用技術，德國通過各種市場管理手段鼓勵用戶推廣采用。例如，若用戶實施了雨水利用技術，國家將不再對用戶征收雨水排放費，而雨水排放費與污水排放費用一樣高，通常為自來水費的1.5倍左右。因德國多年平均降水量達800mm，因此，對多為獨門獨戶的德國家庭可節省一筆可觀的費用。
　　從法規方面而言，德國有嚴格的法律規定，要求新建或改建開發區，開發后的徑流量不得高于開發前的徑流量，迫使開發商必須采用雨水利用措施。

二、中水及污水處理技術

　　在德國，不僅重視雨水的收集利用，對污水的處理及中水的利用也給予高度重視。
　　1、中水利用技術
　　由于供水價格昂貴，并慮及水源的可靠性，德國也將中水作為重要的水源之一。目前德國主要對來自浴室和洗手池的中水進行處理利用，處理方法主要有兩種，一是生物膜法，再是利用植物及土地處理法。在德期間，考察團訪問了一處利用生物膜法進行中水處理利用的賓館。該賓館共有300個床位，使用率為70%。中水利用系統總投資為30萬馬克，已運行6年，年處理中水2300立方米，主要用于沖洗廁所和灌溉綠地。根據運行情況，預計7年可收回全部投資。
　　2、污水處理技術
　　為了維持良好的環境，德國法律規定任何受到污染的水體，必須經過處理后方可排放。因此，德國的污水處理技術也具有國際先進水平。考察團重點考察了柏林的一處污水場。該污水處理廠占地120公頃，有員工95人，設計污水處理能力每天23萬立方米，現實際處理能力每天16萬立方米。污水的構成15%為工業污水，85%為生活污水。需要指出的是，德國對污水排放的費用要高于供水費用，以柏林為例，每立方米的供水費用為3.45馬克，而每立方米的排水費用為4.85馬克，因此，污水處理是具有商業利潤。還應指出，處理后的污水排入河道也應向河道管理部門交納排水費。根據該污水處理廠統計結果，每排放1立方米水須交費0.076馬克。

三、德國水綜合管理技術

　　水綜合管理方面，考察團重點考察了柏林水務局和巴伐利亞水務局。從兩個水務局的情況可知，目前，德國均實行水資源統一管理制度，即由水務局統一管理與水事有關的全部事物，包括雨水、地表水、地下水、供水和污水處理等水循環的各個環節，并以市場經濟的模式運作，接受社會的監督。這既保證了水務管理者對水資源的統一調配，并謹慎地管理好水循環的每個環節，又促使用戶者合理、有效地使用好每一滴水，使水資源和水務管理始終處在良性發展之中。在此，以在柏林水務局了解到的兩個事例予以說明。
　　首先，以東西柏林管網滲漏損失變化說明管理體制不同導致的不同結果。1948年東西柏林分制時管網的滲漏損失是相同的。之后，西柏林實行的市場經濟，管網的維護由水務局統一管理，到1965年，管網水損失率約為6%，到目前也僅為8%左右；而東柏林則按計劃經濟管理模式運行，到1965年管網水損失率約為13%，東西柏林合時管網水損失率已達28%左右。
　　再是東西柏林合并前，東柏林實行的是低水價政策，因此，地下水超采嚴重，地下水位下降，出現水資源緊缺現象。東西柏林合并后，水資源由柏林水務局接管，實行的是市場水價，較原東柏林水價上升很多，達到每1立方米水8.3馬克。過高的水價迫使居民節約用水，現原東柏林地區的供水由合并前的180升/人.日，下降為140升/人.日左右。

四、體會與建議

　　德國是一個水資源較為充沛的國家，多年平均降水量為800mm，且年內和年際間分配均勻，不存在缺水的問題，但卻能大規模地推廣雨水利用技術。究其原因，一方面是通過經濟手段，征收高額雨水排放費用，使用戶從經濟的方面考慮采取雨水利用措施；另一方面是應用法規的形式規定了對新建或改建開發區，必須采取雨水利用措施方能進行項目立項。這既有利于環境改善，又可減輕雨水徑流對污水處理廠的壓力。同時德國雨水利用技術工程的設計，不僅考慮了資源利用方面的因素，還將資源利用與城市景觀和環境改善融為一體，因此，使雨水利用技術更具生命力。
　　目前，《21世紀初期首都水資源可持續利用規劃》已得到國務院正式批復，并將規劃實施期由10年縮短為5年；2008年奧運會申辦成功，也要求將雨洪利用體現于奧運場館建設之中。另外，現有城市水系經綜合整治后行洪能力已基本定型，擴容空間有限，亦要求城區雨洪徑流不能無限制地增加。因此，雨洪利用正面臨著良好的機遇與挑戰，雨洪利用技術的研究與推廣任務緊迫而繁重。為了借此難得的機遇將雨洪利用技術推廣到全市乃至全國，特提出如下建議：
　　1、明確雨洪利用要以“保證開發建設項目建成前后降水徑流系數不能增加，以減少地表徑流量，減輕城市排水和河道行洪壓力；增加可用水資源，以緩解水資源供需矛盾；實現資源與環境相協調，并持續發展”為目標，將雨水留在地面、留在地下。建立雨洪利用相關產業；
　　2、《北京市開發建設項目雨洪利用工程暫行規定》已完成討論稿起草工作，建議盡快組織修改完善，并結合防洪法的貫徹實施，促成早日頒布實施，。
　　3、《21世紀初期首都水資源可持續利用規劃》實施方案已經確定，建議按照雨洪利用技術成熟一項推廣一項的原則，加快政府資助力度，將具有明顯效果的技術，如環保型透水磚，盡快推廣應用。可優先在新建商品房小區和高級別墅區應用。同時，結合防洪法實施條例的制定，出臺政策，對實施雨洪利用的建設項目給予投資補貼或減免防洪費的支持與鼓勵。
　　4、奧運申辦書中明確指出，奧運“村內將設有先進的中水處理、雨水收集系統”。現奧運已申辦成功，要借助奧運場館的建設，將雨洪利用納入其中，展示城市雨水排放新概念，實現辦成綠色奧運的承諾。
　　5、以學校或高新技術開發區為突破口加快雨洪利用技術應用。對學校現有雨水排放方式進行雨洪利用技術改造，利用學校教學基地的優勢向新一代進行珍惜水資源的宣傳教育，使新一代從小樹立節水意識；利用高新技術開發區易于接受新技術的特點，在高新技術開發區優先推廣雨洪利用技術，并利用其技術密集的特點，鼓勵高新技術企業從事雨洪利用技術開發研究，使這一寓資源利用于災害防范之中技術早日造福社會。
　　6、水資源統一管理是實施雨水利用技術的基礎，只有將地表水、地下水、污水和雨水統一管理，優化調度，才能保障各種水資源形成良性循環，使水環境始終維持在良性狀態。