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(nèi)外大中城市頻頻發(fā)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(xiàn)地表水滲透的效果，并考慮到對降雨、生活中產(chǎn)生的半清潔水的合理利用以及根據(jù)地表水水量大小來實現(xiàn)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(xiàn)地下水的補充，從而解決城市因地下水枯竭而產(chǎn)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(qū)域內(nèi)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(jié)構(gòu)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(jīng)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(jīng)過排水溝、排水管道直接排放到河流、郊區(qū)，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(jié)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(nèi)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(yè)用水經(jīng)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(xiàn)地下水的補充。這個假設如果成立，城市內(nèi)澇、污水排放和低下水補充可以實現(xiàn)“一箭三雕”的效果，其關(guān)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(xiàn)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(jié)論

眾所周知，城市和鄉(xiāng)村地面最大的區(qū)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(huán)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(jīng)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(qū)綠地鋪設的“草坪磚”，既能在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)“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(jīng)過改良，在城市街道和道路鋪設中實現(xiàn)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(shù)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(xiàn)狀，分區(qū)域規(guī)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(qū)地面等不需要承載機動車重量的區(qū)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(xiàn)上述理論假設的效果。

4 研究拓展：城市地下水補充時的內(nèi)澇應急對策

在設想中我還考慮到，無論怎么優(yōu)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(fā)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(nèi)澇，給人們的生產(chǎn)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(jié)合起來考慮，實現(xiàn)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(qū)域，甚至可以考慮將多余的水排放到相應區(qū)域“暫時”儲存起來，和城市生活廢水、工業(yè)廢水經(jīng)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(wǎng)結(jié)合起來，實現(xiàn)“滲排”相通。

5 設計運用：城市地表建設中滲水系統(tǒng)的模型設計

經(jīng)過實驗，我把普通的混凝土澆筑工藝結(jié)合“草坪磚”的制作工藝結(jié)合起來，通過制作一種澆筑混凝土過程中的模具，實現(xiàn)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(yōu)化，還實現(xiàn)地面圖案的美化。

根據(jù)這種理論設想，當城市發(fā)生降雨，或者有大量經(jīng)過處理無污染的生活和工業(yè)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(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)在“排水”的同時也具備滲水功能，實現(xiàn)“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