再論海綿城市和陶瓷透水路面

王 海

(天津福迪新材料科技有限公司 天津 301914)

1 海綿城市的重要意義

人們賴以生存的地球，海洋覆蓋了地球表面的71%，海洋海水量占地球總水量的98%，乍看起來，貌似地球不會缺水。然而，這98%的水覆蓋率并不能作為飲用水。而占比僅有2% 的可飲用水中，大部分以冰川和極地冰蓋的形式存在；其中有一小部分，約占地球總蓄水量的0.36%的水，儲存在地下含水層中，以及與地下水相當(dāng)?shù)牧?，?gòu)成了江河湖泊。

眾所周知，我國自改革開放后的城市建設(shè)速度以及規(guī)模，超過歐洲200年的總和。而截至目前，包括歐美發(fā)達(dá)國家在內(nèi)，大部分(甚至絕大部分)城市飲用水解決辦法是就近原則的江河、湖泊、截流水庫或者地下含水層鉆井抽水。

要強調(diào)的是，地下水和地表水相互關(guān)聯(lián)，是水文系統(tǒng)不可分割的組成部分，更科學(xué)的認(rèn)知，地下水、地表水、降雨量是一個相對獨立的淡水循環(huán)系統(tǒng)；城市集中建設(shè)的地表硬化，除了造成大面積的徑流污染外，對這一地區(qū)的水文平衡造成干擾(甚至嚴(yán)重干擾)的現(xiàn)象，是毋庸置疑的。其最突出的自然災(zāi)害體現(xiàn)在熱島效應(yīng)、霧霾和城市雨洪。這種不可持續(xù)的水利用方案隨著時間的推移，會從局部小氣候獨立開始，以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過地球自然氣候演化的速度，快速瓦解這一氣候帶的生態(tài)平衡。

圖1 地球的可飲用水量示意圖

圖2 自然界水流升降示意圖

無論是21世紀(jì)的今天還是未來，水都是最重要的環(huán)境問題。

值得重視的是，近年來隨著人類科學(xué)手段的提高，基因?qū)W、地質(zhì)學(xué)、氣象學(xué)的發(fā)展，重新解讀了人類文明史，證明人類進(jìn)化曲線和文明之興衰，與氣候有直接關(guān)聯(lián)。而最直接影響人類發(fā)展的，就是可飲用水！

圖3 城市水汽升降示意圖

截止2019年12月25日，全球 230 個國家人口總數(shù)為75億人，其中我國以14億人位居第一。預(yù)計2050年，全球人口將達(dá)到94億人， 科學(xué)家擔(dān)心，屆時將沒有足夠的水源供給這些人飲用。

因此，中國作為世界人口基數(shù)最大、發(fā)展最快的國家，如何有效地利用淡水資源，是關(guān)乎世界和平發(fā)展的大問題。

2013年12月，中央城鎮(zhèn)化工作會議要求，“建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市”，習(xí)近平總書記指出：建設(shè)生態(tài)文明，關(guān)系人民福祉，關(guān)乎民族未來。山水林田湖是一個生命共同體，人的命脈在田，田的命脈在水，水的命脈在山，山的命脈在土，土的命脈在樹。我們統(tǒng)籌現(xiàn)代田園城市建設(shè)、海綿城市建設(shè)和新型城鎮(zhèn)化道路探索，打造四級海綿城市建設(shè)系統(tǒng)。

2 透水路面的重要性

要建設(shè)海綿城市，首先需要有效遏制城市雨洪和徑流污染，最大可能地改造城市非透水路面為透水路面。

高速的城市化，使得天然流域被開發(fā)，植被受到破壞，土地利用狀況改變，自然景觀改變?；炷两ㄖ?、道路、商業(yè)區(qū)、住宅區(qū)、停車場等不透水地面大量增加，使得降水滲入地下及蒸發(fā)的部分減少，因而地表徑流大量增加。

圖4 城市地表水匯聚示意圖

城市露臺，車道，住宅，屋頂，公共建筑，商業(yè)結(jié)構(gòu)和停車場等，不透水的表面或覆蓋層，阻止了水分的滲透，阻礙雨水和雪水滲入地下，導(dǎo)致雨水污染。

除了影響水體質(zhì)量外，不透水的覆蓋物還會改變徑流量，這將破壞和改變現(xiàn)有河流的物理性質(zhì)。 水從不滲透區(qū)域更快地流動，產(chǎn)生更強烈的下游湍流，從而導(dǎo)致更多的洪水。 當(dāng)越來越少的水滲入地下時，地下水位就會下降，這意味著由地下水供給的溪流、水井將走向干涸。

圖5 城市污水排放示意圖

圖6 河道污染示意圖

暴雨流經(jīng)人行道、街道和停車場，會吸收與空氣污染顆粒有關(guān)的污染物。雨水徑流中含有的污染物包括：溢油物、洗滌劑、農(nóng)藥、溶劑、細(xì)菌、肥料、枯葉等其它不可控化學(xué)物質(zhì)，被沖入排水溝，最后流入當(dāng)?shù)氐暮恿骱拖?，對環(huán)境和健康造成嚴(yán)重影響。

徑流污染造成環(huán)境破壞的主要因素來源于城市工業(yè)建造體大范圍阻止了地面的透水性，從而破壞了地層的天然凈化水系，除了可見的“城市看?！蹦Ｊ奖┯晖牧鳎€有看不見的空氣粉塵污染、熱島效應(yīng)和飲用水源污染。

3 陶瓷透水路面鋪磚

針對城市徑流污染的治理問題，全國陶瓷有關(guān)企業(yè)生產(chǎn)的透水路面陶瓷磚，為海綿城市理念的建設(shè)實施，提供了兼具親水系統(tǒng)處理、透水系統(tǒng)改造和路面固化方案，為生態(tài)城市建設(shè)提供了強有力的透水產(chǎn)品技術(shù)支持。

圖7 雨水徑流中含有的污染物

所謂透水路面磚是經(jīng)過1 200 ℃高溫?zé)Y(jié)的透水性陶瓷產(chǎn)品。該產(chǎn)品具備諸多優(yōu)良的性能，令其在海綿城市建設(shè)中發(fā)揮不可替代的作用。如燒結(jié)透水陶瓷磚更加耐久、環(huán)保和生態(tài)的特性，讓城市道路以及相關(guān)透水路面設(shè)施在處理雨水的過程中遵循自然環(huán)保特性，完美還原地層的天然凈化功能，增強空氣對流，調(diào)節(jié)濕熱氣候，節(jié)省水資源和緩解城市熱島效應(yīng)。

圖8 陶瓷透水磚的優(yōu)點

當(dāng)暴雨來襲時，采用非透水材料的傳統(tǒng)城市廣場，排水系統(tǒng)無法應(yīng)對聚集地表的積水，形成坑澇和徑流現(xiàn)象，從而造成城市洪水災(zāi)害。合理應(yīng)用這種透水路面陶瓷磚的城市街區(qū)，不僅美觀、防滑和經(jīng)久耐用，而且能有效控制暴雨徑流；在雨季收集足夠的雨水補給地下水，使地表污水得到過濾和凈化；在干燥氣候來臨時通過陶瓷透水磚優(yōu)良的透氣性能向空氣中釋放水分子，從而緩解大氣中的粉塵污染，形成像海綿一樣的城市水系交換系統(tǒng)。平均每平米蓄水量可以達(dá)到100 kg以上，同時良好的滲透性將雨水迅速導(dǎo)入地下，并保持地表的固化狀態(tài)，這將大大減小排水壓力，有效提高城市廣場的徑流對抗能力。

圖9 透水磚雨水滲透示意圖

透水路面陶瓷磚產(chǎn)品形態(tài)分為長方形和正方形，邊緣留有用于分縫的對縫脊，故此鋪裝方便快捷，亦可根據(jù)不同要求可以采用不同尺寸的常規(guī)比例。

4 陶瓷透水路面施工系統(tǒng)

陶瓷透水路面磚支持多種鋪裝拼花樣式，常見的8種拼花，更方便滿足不同場所的透水路面美學(xué)設(shè)計，具有藝術(shù)拼花趣味性。

圖10 長方形透水磚規(guī)格

陶瓷透水磚施工系統(tǒng)可分為路基處理、蓄水處理和透水磚鋪裝3部分作業(yè)。

在路基處理部分，路基開挖、平整完畢后，必要的擋土墻根據(jù)排水管道需求設(shè)置的暗渠部分，應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)的合成材料與實土路基進(jìn)行隔離，以保證路基區(qū)域和滲水、飽水區(qū)域整體的幾何穩(wěn)定性。開放式蓄水基層(飽水區(qū))和蓄水層，通常根據(jù)地區(qū)降雨量特點，計算出飽水量以及滲水速度，由此得知料石粉碎目數(shù)和填埋比例；表層透水鋪裝開放式作業(yè)區(qū)找平完畢，采用柔性鋪裝法鋪磚，最后填縫即可。其施工方便、快捷、成本低。

標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)工序：

1)路基開挖；

2)放線測量；

3)基土夯實；

4)蓄水層夯實(根據(jù)承重需求透水瀝青固化)；

圖11 正方形透水磚規(guī)格

圖12 透水磚鋪貼花樣示意圖

5)承重找平(根據(jù)需求)；

6)暗渠處理(根據(jù)需求)；

7)土工材料隔離(擋土墻)；

8)滲水層填埋；

9)瀝水處理；

10)滲水層平整作業(yè)；

11)開放式鋪裝層填埋；

12)機器找平(根據(jù)需求)適合大面積公共區(qū)域；

3)手工刮平法(根據(jù)需求)適合私家庭院等小面積作業(yè)；

14)鋪裝陶瓷透水磚；

15)細(xì)砂填縫。

5 陶瓷透水磚應(yīng)用范圍和案例參考

陶瓷透水路面磚的應(yīng)用范圍很廣泛，可根據(jù)承重要求選擇不同承重系數(shù)的透水路面。例如：高速公路肩、城市路面、住宅社區(qū)路面、公路人行道、步行區(qū)、別墅庭院、露天泳池、公園植物園、防滑坡路等。

圖13 透水磚鋪設(shè)示意圖

圖14 鋪設(shè)施工步驟圖

6 結(jié)語

我國是世界人口大國，是目前全世界發(fā)展最快的國家，也是陶瓷原料、廢料產(chǎn)出量大國。無論從地球淡水資源的保護(hù)出發(fā)，還是從我國南北東西的地理環(huán)境與氣候特點，在城市建設(shè)中主動保護(hù)水源防止污染，最大努力落實國家號召的海綿城市計劃，合理、充分地運用陶瓷透水產(chǎn)品實現(xiàn)新城建設(shè)和老城改造，積極探索生態(tài)文明之路，都顯得尤為重要。

圖15 高速公路及城市道路透水磚效果圖