城市建設中利用反滲原理補充地下水的可行性研究

（湖北省宜都市第一中學高二（3）班湖北宜都443300）

（湖北省宜都市第一中學高二（3）班湖北宜都443300）

針對近年來國內外大中城市頻頻發生地陷的情況，本文提出一個理論設想，試圖通過在城市建設中利用"地表滲透"原理，充分利用地表"滲透"到地下以補充地下水，以解決造成地陷的原因之一--地下水枯竭。本設想從造成城市地陷的原因分析，提出了在城市建設中使用一種新型材料來實現地表水滲透的效果，并考慮到對降雨、生活中產生的半清潔水的合理利用以及根據地表水水量大小來實現排水、滲水的綜合設計。

研究設想反滲地下水

1 研究目的

本文試從城市建設中利用反滲原理，將因降雨、廢水排放等地表水充分“滲透”到地下，以實現地下水的補充，從而解決城市因地下水枯竭而產生的地陷等問題。

2 研究過程

2.1 城市地下水補充的水源分析

所謂地下水是指地表下巖石土壤中所含的水分，它雖然是流動的，甚至在某一區域內可能顯得微不足道。但是一旦地下水六流失或者超負荷使用造成枯竭，必然導致巖石土壤結構變化造成地表坍塌。

地下水的補充主要有兩個來源：一是降雨通過地表滲入，二是城市生活用水經過處理后滲入。無論哪種形式的地下水補充，都需要一個重要的途徑和條件：地表滲水性能。對于城市來說，80%以上的地面硬化是造成地表滲水性能降低甚至喪失的“罪魁禍首”。城市街道和地面被水泥、瀝青覆蓋，地表水無法通過土壤滲透到地下，多余的水經過排水溝、排水管道直接排放到河流、郊區，城市地下水無法得到及時補充，地下水位不斷下降，因此頻頻造成城市地表塌陷。要解決城市地下水的補充，首先要解決的就是城市地表的滲水性能問題！

2.2 城市地下水補充的理論假設

結合地下水補充的主要渠道，要解決城市地下水的補充問題，我們可以提出如下假設：

一是在城市地表上設計一種裝置，遇到降雨時可以讓地表水迅速通過某種途徑滲入地下，既解決地下水的補充問題，又可以在一定程度上緩解城市內澇難題。二是在城市人群集中的地方，利用某種裝置將城市居民生活用水、工業用水經過一定的凈化后，通過地表滲入地下，既解決城市污水的排放，又實現地下水的補充。這個假設如果成立，城市內澇、污水排放和低下水補充可以實現“一箭三雕”的效果，其關鍵仍然是如何提高城市地表的滲水性能。

2.3 城市地下水補充的可行性研究

要實現城市地下水的補充，瓶頸是解決城市地表的滲水性能差的難題。為此，我們可不可以采用一種新型材料，或者設計一種新的地面硬化方法，既能達到城市地面硬化、美化的效果，又能提高城市地表的滲水性能呢？我認為是可行的。

3 研究結論

眾所周知，城市和鄉村地面最大的區別是硬化率。目前全球城市地面硬化最常用的材料是水泥或者瀝青。這兩種材料因其硬度高，可以滿足機動車通行，同時可以達到減少灰塵、美化環境的效果。但其缺點是滲水性能差，地表水幾乎被其完全隔絕于地表之上。曾經有人設計出一種新型滲水性能強的建筑材料，但廣泛運用于城市街道和道路建設中又存在硬度不夠，無法滿足機動車輛通行，造價高難以推廣等弱點。為此，我想到常常被運用于城市小區綠地鋪設的“草坪磚”，既能在一定范圍內實現“硬化”，又能利用其“孔洞”讓小草生長。我們能不能利用“草坪磚”的這種原理，經過改良，在城市街道和道路鋪設中實現硬化、美化和滲水性共存呢？

答案是肯定的。只是城市街道和道路地面鋪設時不能像草坪磚那樣“孔洞”太稀疏、直徑過大，否則會影響硬化和美化效果。所以，我們只需要改良“草坪磚”的“孔洞”數量和密度即可。而且我們充分利用城市街道、道路“人車分離”的現狀，分區域規劃，在機動車主干道上不采用這種方法或采用滲透孔相對較小、較少的模具鋪設，以增加地面“硬度”，而在城市人行道、非機動車道、廣場、小區地面等不需要承載機動車重量的區域大面積采用這種帶滲透孔的方法鋪設，盡可能增大滲水效果。同時，在城市排水溝、管等的建設中也可以采用這種工藝來進行，讓排水溝、管等排水的同時，也具備向地下滲水的功能。所以，這種方法完全可以實現上述理論假設的效果。

4 研究拓展：城市地下水補充時的內澇應急對策

在設想中我還考慮到，無論怎么優化、改良城市地面的滲水性能，其滲水性仍然存在一定的局限性。我們不可能指望利用“滲水性”來全部消化掉地表水。一旦發生強降雨，來不及“滲”入地下的大量雨水常常會造成嚴重的城市內澇，給人們的生產生活帶來嚴重的影響。所以，我們在考慮城市地表滲水的同時，還要把“滲水”和“排水”結合起來考慮，實現最大限度的“滲透”，同時解決多余的水能夠及時排放到安全區域，甚至可以考慮將多余的水排放到相應區域“暫時”儲存起來，和城市生活廢水、工業廢水經過處理后一起再通過某種渠道滲入地下。為此，我的設想是在設計城市地面鋪設時與城市排水管網結合起來，實現“滲排”相通。

5 設計運用：城市地表建設中滲水系統的模型設計

經過實驗，我把普通的混凝土澆筑工藝結合“草坪磚”的制作工藝結合起來，通過制作一種澆筑混凝土過程中的模具，實現了地面硬化的同時達到滲水效果的意圖。簡單地說，是在“草坪磚”的基礎上，減小“孔洞”直徑、增加“孔洞”密度。

利用模具在混凝土澆筑過程之中，既可以一次成型鋪設到位，也可以澆筑成類似于“草坪磚”的成品，然后進行城市地面鋪設。同時通過模具的不斷優化，還實現地面圖案的美化。

根據這種理論設想，當城市發生降雨，或者有大量經過處理無污染的生活和工業廢水時，通過上述具有較強滲透性的地表“孔洞”及時滲透到地下，設想變成現實。

其工作原理如下圖所示（附件3）：

用此方式來鋪設城市街道和道路，可以最大限度地讓地表水“滲”入地下，讓地下水得到充分的補充，減少因地下水枯竭而造成“地陷”的現象，同時又兼顧了道路的硬化美化效果。該模具還可以通過“變形”，廣泛運用于下水道、排水溝渠等的硬化，讓排水系統在“排水”的同時也具備滲水功能，實現“排澇”的同時盡可能向地下“輸送”水源！

城市建設中利用反滲原理補充地下水的可行性研究

■程文迪

F407.1[文獻碼]B

1000-405X（2016）-10-41-2