透水鋪裝對于城市地下水資源保護的作用

傳統的非透水性鋪裝片面強調硬化地面的防水防滲性能,該路面將自然降雨完全與路面下部土層及地下水阻斷降雨只好通過城市排水系統管網排入江、河、湖、海等地表水源中,這就造成城市地下水源難以得到及時的補充,嚴重影響雨水的有效利用。同時不透水地面降雨時雨水是先通過地面的排水坡度或地表明溝排入下水道,雨水在進入下水道前要經過較長距離的地表徑流才能進入城市地下排水系統。該過程使相對較清潔的雨水溶入大量的城市地表污染物,這種徑流過程中產生的二次污染,通過城市排水系統進入周圍地表自然水體,因而加重了這些自然水體的污染程度。透水性鋪裝通過本身與鋪地下墊層相通的滲水路徑將雨水直接滲入下部土壤,雨水通過土層的過濾還可以得到凈化。因此,用透水性鋪裝代替不透水鋪裝可以有效緩解城市不透水硬化地面對于城市水資源的負面影響。日本屬多雨國家,該國的單位面積年平均降雨量為1 800 mm ,是世界年平均降雨量的215 倍,20 世紀70 年代為解決“因抽取地下水而引起地基下沉”等問題,日本采取了“雨水的地下還原對策”,開發應用透水性瀝青路面,20 世紀80 年代初期日本建設省推行“雨水滲透計劃”。日本透水性鋪裝主要應用于公園、廣場、停車場、運動場及城市道路,1996 年初,僅東京都就鋪設透水性地面及鋪地495 000m2 ,據統計,東京透水性鋪裝市區雨水流出率由51.8 %降低到5.4 %。20 世紀90 年代以來,國際上流行使用諸如透水瀝青路面、透水性地磚以及類似我國園林的鵝卵石鋪地等透水路面覆蓋城市硬化地面,此舉對于提高城市市區雨水利用,保證市區地下水的有效補充具有重要意義。

透水鋪裝對于城市廣場及市區熱、濕環境的改善作用

透水性鋪裝由于自身一系列與外部空氣及下部透水墊層相連通的多孔構造,雨過天晴以后,透水性鋪裝下墊層土壤中豐富的毛細水通過太陽輻射作用下的自然蒸發蒸騰作用,吸收大量的顯熱和潛熱,使其地表溫度降低,從而有效地緩解了“熱島現象”。所以,城市廣場及市區中透水性鋪裝與城市水體蒸發及綠化體系的蒸騰作用一樣都將影響城市廣場及市區的溫度,對改善城市市區的熱環境及形成局地風都有明顯的作用?！俺鞘懈稍锘笔浅鞘袩釐u效應的連鎖反應之一。北方城市在少雨季節常見的風沙起塵現象,究其原因就是地表的濕度及蒸發量減少,空氣及地表的濕度過小,空氣日益干燥。該現象在缺水的北方城市尤其明顯,這些城市如果使用透水性鋪裝,透水性鋪裝蒸發的水蒸汽會增加空氣的濕度,這對于緩解“城市干燥化”也是有利的,該增濕作用可以有效地減少城市地面的起塵及“沙塵暴”危害。

透水鋪裝對于城市地表土壤生態環境的改善作用

不透水鋪裝嚴重地破壞了城市市區地表土壤的動植物生存環境,改變了大自然原有的生態平衡。包括城市廣場、建筑、道路等設施在內的城市下墊層代替了大自然原有的森林、綠地和田野,形成了“城市荒漠”,野生動植物逐漸失去了其賴以生存的環境而不斷減少以致瀕臨滅絕,可以說城市不透水硬化地面正是形成一系列城市地表生態環境危機的根源之一。聯合國環境計劃署(United Nations Environment Pro2 gram,簡稱UNEP) 制定的“人類環境宣言”和“生物多樣性公約”正是針對上述危機而提出的世界范圍的生態保護法規。透水性鋪裝兼有良好的滲水性及保濕性,它既兼顧了人類活動對于硬化地面的使用要求,又能通過自身性能接近天然草坪和土壤地面的生態優勢以便減輕城市非透水性硬化地面對大自然的破壞程度,透水性鋪裝地面以下的動植物及微生物的生存空間得到有效的保護,因而很好地體現了“與環境共生”的可持續發展理念。

透水鋪裝對于城市防澇的作用

我國城市基礎設施發展嚴重滯后的狀況使得暴雨時節城市排水設施不能有效滿足排水及防洪的要求,市區硬化地面常常出現雨水蓄積和漫流現象,這種情況下非透水性鋪裝無疑會加重城市排水系統的壓力,它是我國很多城市夏季產生城區內澇的重要因素。不透水地面只能依靠表面匯水系統及城市排水管網排除地表降雨,在暴雨時這種地面徑流急劇增高,很快出現峰值,流量急升急降。而透水性鋪裝地面由于自身良好的透水性能的滲水能力,能有效地緩解城市排水系統的泄洪壓力,徑流曲線平緩,其峰值較低,并且流量也是緩升緩降,這對于城市防洪無疑是有利的。因此,鋪裝透水性地面不失為城市廣場防澇的積極措施。

透水鋪裝代替一般鋪面的優勢

1 補充地下水源

透水鋪裝能夠使雨水迅速的滲入地表，還原成地下水，使地下水資源得到及時補充，保持土壤濕度，改善城市地表植物和土壤微生物的生存條件;

2減少積水

透水鋪裝無表面積水和夜間反光，提高了車輛、行人的通行舒適性與安全性，雨天路面無積水，避免輪胎與路面的水膜的形成，縮短剎車距離提高行車安全性;

3減少噪音

透水路面上大量的孔隙能夠吸收車輛行駛時產生的噪音，營造安靜舒適的環境;

4緩解熱島效應

透水鋪裝具有較大的孔隙并與土壤相通，能積蓄較多的熱量和水分，有利于調節城市的生態環境，緩解熱島效應;

5防止內澇

當集中降雨時，能夠減輕排水設施的負擔，防止城市內澇，避免對公共水域的二次污染。
    

透水鋪裝對雨水徑流的控制

透水鋪裝材料中的水分形態與一般土壤水類似，包括吸濕水、薄膜水、毛管水和重力水，但是，由于透水鋪裝介質中的大孔隙數量占主導地位，毛管作用大大減弱，重力作用成為下滲過程的主要驅動力。因此，透水鋪裝材料雨水下滲可概化為基質入滲和大孔隙入滲兩部分的總和。透水鋪裝形式包括從面層、墊層到基層土壤各部分，降雨產流過程也應該從整體考慮，由于透水鋪裝材料和基層土壤材料的物理特性差異較大，其產流模式也有所區別，在基層土壤表面以超滲產流模式形成墊層內積水，在透水鋪裝層表面以蓄滿產流形式形成地表積水，因此總體上透水鋪裝地面的產流應當為垂向混合產流模式。

    通過與人工降雨試驗結果對比，透水鋪裝地面降雨產流模型的計算結果能夠滿足要求，在其中，時問步長對模型計算結果的影響較小，建議在計算時取1 min;鋪裝層田間持水量和飽和含水率對模型計算結果的影響較大，應根據材料測試結果慎重選擇。

    通過模型計算對不同季節進行情景分析可知，土壤和鋪裝層的初始含水率對透水鋪裝雨水徑流控制的影響較大，但是由于透水鋪裝層本身具有較多的孔隙，能夠存蓄的雨水量較大，因此各個季節透水鋪裝地面對雨水徑流依然能夠起到較好的控制作用。