城市建设中利用反渗原理补充地下水的可行性研究

（湖北省宜都市第一中学高二（3）班湖北宜都443300）

（湖北省宜都市第一中学高二（3）班湖北宜都443300）

针对近年来国内外大中城市频频发生地陷的情况，本文提出一个理论设想，试图通过在城市建设中利用"地表渗透"原理，充分利用地表"渗透"到地下以补充地下水，以解决造成地陷的原因之一--地下水枯竭。本设想从造成城市地陷的原因分析，提出了在城市建设中使用一种新型材料来实现地表水渗透的效果，并考虑到对降雨、生活中产生的半清洁水的合理利用以及根据地表水水量大小来实现排水、渗水的综合设计。

研究设想反渗地下水

1 研究目的

本文试从城市建设中利用反渗原理，将因降雨、废水排放等地表水充分“渗透”到地下，以实现地下水的补充，从而解决城市因地下水枯竭而产生的地陷等问题。

2 研究过程

2.1 城市地下水补充的水源分析

所谓地下水是指地表下岩石土壤中所含的水分，它虽然是流动的，甚至在某一区域内可能显得微不足道。但是一旦地下水六流失或者超负荷使用造成枯竭，必然导致岩石土壤结构变化造成地表坍塌。

地下水的补充主要有两个来源：一是降雨通过地表渗入，二是城市生活用水经过处理后渗入。无论哪种形式的地下水补充，都需要一个重要的途径和条件：地表渗水性能。对于城市来说，80%以上的地面硬化是造成地表渗水性能降低甚至丧失的“罪魁祸首”。城市街道和地面被水泥、沥青覆盖，地表水无法通过土壤渗透到地下，多余的水经过排水沟、排水管道直接排放到河流、郊区，城市地下水无法得到及时补充，地下水位不断下降，因此频频造成城市地表塌陷。要解决城市地下水的补充，首先要解决的就是城市地表的渗水性能问题！

2.2 城市地下水补充的理论假设

结合地下水补充的主要渠道，要解决城市地下水的补充问题，我们可以提出如下假设：

一是在城市地表上设计一种装置，遇到降雨时可以让地表水迅速通过某种途径渗入地下，既解决地下水的补充问题，又可以在一定程度上缓解城市内涝难题。二是在城市人群集中的地方，利用某种装置将城市居民生活用水、工业用水经过一定的净化后，通过地表渗入地下，既解决城市污水的排放，又实现地下水的补充。这个假设如果成立，城市内涝、污水排放和低下水补充可以实现“一箭三雕”的效果，其关键仍然是如何提高城市地表的渗水性能。

2.3 城市地下水补充的可行性研究

要实现城市地下水的补充，瓶颈是解决城市地表的渗水性能差的难题。为此，我们可不可以采用一种新型材料，或者设计一种新的地面硬化方法，既能达到城市地面硬化、美化的效果，又能提高城市地表的渗水性能呢？我认为是可行的。

3 研究结论

众所周知，城市和乡村地面最大的区别是硬化率。目前全球城市地面硬化最常用的材料是水泥或者沥青。这两种材料因其硬度高，可以满足机动车通行，同时可以达到减少灰尘、美化环境的效果。但其缺点是渗水性能差，地表水几乎被其完全隔绝于地表之上。曾经有人设计出一种新型渗水性能强的建筑材料，但广泛运用于城市街道和道路建设中又存在硬度不够，无法满足机动车辆通行，造价高难以推广等弱点。为此，我想到常常被运用于城市小区绿地铺设的“草坪砖”，既能在一定范围内实现“硬化”，又能利用其“孔洞”让小草生长。我们能不能利用“草坪砖”的这种原理，经过改良，在城市街道和道路铺设中实现硬化、美化和渗水性共存呢？

答案是肯定的。只是城市街道和道路地面铺设时不能像草坪砖那样“孔洞”太稀疏、直径过大，否则会影响硬化和美化效果。所以，我们只需要改良“草坪砖”的“孔洞”数量和密度即可。而且我们充分利用城市街道、道路“人车分离”的现状，分区域规划，在机动车主干道上不采用这种方法或采用渗透孔相对较小、较少的模具铺设，以增加地面“硬度”，而在城市人行道、非机动车道、广场、小区地面等不需要承载机动车重量的区域大面积采用这种带渗透孔的方法铺设，尽可能增大渗水效果。同时，在城市排水沟、管等的建设中也可以采用这种工艺来进行，让排水沟、管等排水的同时，也具备向地下渗水的功能。所以，这种方法完全可以实现上述理论假设的效果。

4 研究拓展：城市地下水补充时的内涝应急对策

在设想中我还考虑到，无论怎么优化、改良城市地面的渗水性能，其渗水性仍然存在一定的局限性。我们不可能指望利用“渗水性”来全部消化掉地表水。一旦发生强降雨，来不及“渗”入地下的大量雨水常常会造成严重的城市内涝，给人们的生产生活带来严重的影响。所以，我们在考虑城市地表渗水的同时，还要把“渗水”和“排水”结合起来考虑，实现最大限度的“渗透”，同时解决多余的水能够及时排放到安全区域，甚至可以考虑将多余的水排放到相应区域“暂时”储存起来，和城市生活废水、工业废水经过处理后一起再通过某种渠道渗入地下。为此，我的设想是在设计城市地面铺设时与城市排水管网结合起来，实现“渗排”相通。

5 设计运用：城市地表建设中渗水系统的模型设计

经过实验，我把普通的混凝土浇筑工艺结合“草坪砖”的制作工艺结合起来，通过制作一种浇筑混凝土过程中的模具，实现了地面硬化的同时达到渗水效果的意图。简单地说，是在“草坪砖”的基础上，减小“孔洞”直径、增加“孔洞”密度。

利用模具在混凝土浇筑过程之中，既可以一次成型铺设到位，也可以浇筑成类似于“草坪砖”的成品，然后进行城市地面铺设。同时通过模具的不断优化，还实现地面图案的美化。

根据这种理论设想，当城市发生降雨，或者有大量经过处理无污染的生活和工业废水时，通过上述具有较强渗透性的地表“孔洞”及时渗透到地下，设想变成现实。

其工作原理如下图所示（附件3）：

用此方式来铺设城市街道和道路，可以最大限度地让地表水“渗”入地下，让地下水得到充分的补充，减少因地下水枯竭而造成“地陷”的现象，同时又兼顾了道路的硬化美化效果。该模具还可以通过“变形”，广泛运用于下水道、排水沟渠等的硬化，让排水系统在“排水”的同时也具备渗水功能，实现“排涝”的同时尽可能向地下“输送”水源！

城市建设中利用反渗原理补充地下水的可行性研究

■程文迪

F407.1[文献码]B

1000-405X（2016）-10-41-2