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，以及與地下水相當的量，構成了江河湖泊。

眾所周知，我國自改革開放后的城市建設速度以及規模，超過歐洲200年的總和。而截至目前，包括歐美發達國家在內，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。

要強調的是，地下水和地表水相互關聯，是水文系統不可分割的組成部分，更科學的認知，地下水、地表水、降雨量是一個相對獨立的淡水循環系統；城市集中建設的地表硬化，除了造成大面積的徑流污染外，對這一地區的水文平衡造成干擾(甚至嚴重干擾)的現象，是毋庸置疑的。其最突出的自然災害體現在熱島效應、霧霾和城市雨洪。這種不可持續的水利用方案隨著時間的推移，會從局部小氣候獨立開始，以遠遠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世紀的今天還是未來，水都是最重要的環境問題。

值得重視的是，近年來隨著人類科學手段的提高，基因學、地質學、氣象學的發展，重新解讀了人類文明史，證明人類進化曲線和文明之興衰，與氣候有直接關聯。而最直接影響人類發展的，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 個國家人口總數為75億人，其中我國以14億人位居第一。預計2050年，全球人口將達到94億人， 科學家擔心，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最大、發展最快的國家，如何有效地利用淡水資源，是關乎世界和平發展的大問題。

2013年12月，中央城鎮化工作會議要求，“建設自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市”，習近平總書記指出：建設生態文明，關系人民福祉，關乎民族未來。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。我們統籌現代田園城市建設、海綿城市建設和新型城鎮化道路探索，打造四級海綿城市建設系統。

2 透水路面的重要性

要建設海綿城市，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，植被受到破壞，土地利用狀況改變，自然景觀改變?；炷两ㄖ⒌缆贰⑸虡I區、住宅區、停車場等不透水地面大量增加，使得降水滲入地下及蒸發的部分減少，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，商業結構和停車場等，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，導致雨水污染。

除了影響水體質量外，不透水的覆蓋物還會改變徑流量，這將破壞和改變現有河流的物理性質。 水從不滲透區域更快地流動，產生更強烈的下游湍流，從而導致更多的洪水。 當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

暴雨流經人行道、街道和停車場，會吸收與空氣污染顆粒有關的污染物。雨水徑流中含有的污染物包括：溢油物、洗滌劑、農藥、溶劑、細菌、肥料、枯葉等其它不可控化學物質，被沖入排水溝，最后流入當地的河流和溪流，對環境和健康造成嚴重影響。

徑流污染造成環境破壞的主要因素來源于城市工業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?，還有看不見的空氣粉塵污染、熱島效應和飲用水源污染。

3 陶瓷透水路面鋪磚

針對城市徑流污染的治理問題，全國陶瓷有關企業生產的透水路面陶瓷磚，為海綿城市理念的建設實施，提供了兼具親水系統處理、透水系統改造和路面固化方案，為生態城市建設提供了強有力的透水產品技術支持。

圖7 雨水徑流中含有的污染物

所謂透水路面磚是經過1 200 ℃高溫燒結的透水性陶瓷產品。該產品具備諸多優良的性能，令其在海綿城市建設中發揮不可替代的作用。如燒結透水陶瓷磚更加耐久、環保和生態的特性，讓城市道路以及相關透水路面設施在處理雨水的過程中遵循自然環保特性，完美還原地層的天然凈化功能，增強空氣對流，調節濕熱氣候，節省水資源和緩解城市熱島效應。

圖8 陶瓷透水磚的優點

當暴雨來襲時，采用非透水材料的傳統城市廣場，排水系統無法應對聚集地表的積水，形成坑澇和徑流現象，從而造成城市洪水災害。合理應用這種透水路面陶瓷磚的城市街區，不僅美觀、防滑和經久耐用，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。平均每平米蓄水量可以達到100 kg以上，同時良好的滲透性將雨水迅速導入地下，并保持地表的固化狀態，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

透水路面陶瓷磚產品形態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，亦可根據不同要求可以采用不同尺寸的常規比例。

4 陶瓷透水路面施工系統

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設計，具有藝術拼花趣味性。

圖10 長方形透水磚規格

陶瓷透水磚施工系統可分為路基處理、蓄水處理和透水磚鋪裝3部分作業。

在路基處理部分，路基開挖、平整完畢后，必要的擋土墻根據排水管道需求設置的暗渠部分，應選擇優質的合成材料與實土路基進行隔離，以保證路基區域和滲水、飽水區域整體的幾何穩定性。開放式蓄水基層(飽水區)和蓄水層，通常根據地區降雨量特點，計算出飽水量以及滲水速度，由此得知料石粉碎目數和填埋比例；表層透水鋪裝開放式作業區找平完畢，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。

標準作業工序：

1)路基開挖；

2)放線測量；

3)基土夯實；

4)蓄水層夯實(根據承重需求透水瀝青固化)；

圖11 正方形透水磚規格

圖12 透水磚鋪貼花樣示意圖

5)承重找平(根據需求)；

6)暗渠處理(根據需求)；

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；

11)開放式鋪裝層填埋；

12)機器找平(根據需求)適合大面積公共區域；

3)手工刮平法(根據需求)適合私家庭院等小面積作業；

14)鋪裝陶瓷透水磚；

15)細砂填縫。

5 陶瓷透水磚應用范圍和案例參考

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

圖13 透水磚鋪設示意圖

圖14 鋪設施工步驟圖

6 結語

我國是世界人口大國，是目前全世界發展最快的國家，也是陶瓷原料、廢料產出量大國。無論從地球淡水資源的保護出發，還是從我國南北東西的地理環境與氣候特點，在城市建設中主動保護水源防止污染，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品實現新城建設和老城改造，積極探索生態文明之路，都顯得尤為重要。

圖15 高速公路及城市道路透水磚效果圖