再论海绵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 海绵城市的重要意义

人们赖以生存的地球，海洋覆盖了地球表面的71%，海洋海水量占地球总水量的98%，乍看起来，貌似地球不会缺水。然而，这98%的水覆盖率并不能作为饮用水。而占比仅有2% 的可饮用水中，大部分以冰川和极地冰盖的形式存在；其中有一小部分，约占地球总蓄水量的0.36%的水，储存在地下含水层中，以及与地下水相当的量，构成了江河湖泊。

众所周知，我国自改革开放后的城市建设速度以及规模，超过欧洲200年的总和。而截至目前，包括欧美发达国家在内，大部分(甚至绝大部分)城市饮用水解决办法是就近原则的江河、湖泊、截流水库或者地下含水层钻井抽水。

要强调的是，地下水和地表水相互关联，是水文系统不可分割的组成部分，更科学的认知，地下水、地表水、降雨量是一个相对独立的淡水循环系统；城市集中建设的地表硬化，除了造成大面积的径流污染外，对这一地区的水文平衡造成干扰(甚至严重干扰)的现象，是毋庸置疑的。其最突出的自然灾害体现在热岛效应、雾霾和城市雨洪。这种不可持续的水利用方案随着时间的推移，会从局部小气候独立开始，以远远超过地球自然气候演化的速度，快速瓦解这一气候带的生态平衡。

图1 地球的可饮用水量示意图

图2 自然界水流升降示意图

无论是21世纪的今天还是未来，水都是最重要的环境问题。

值得重视的是，近年来随着人类科学手段的提高，基因学、地质学、气象学的发展，重新解读了人类文明史，证明人类进化曲线和文明之兴衰，与气候有直接关联。而最直接影响人类发展的，就是可饮用水！

图3 城市水汽升降示意图

截止2019年12月25日，全球 230 个国家人口总数为75亿人，其中我国以14亿人位居第一。预计2050年，全球人口将达到94亿人， 科学家担心，届时将没有足够的水源供给这些人饮用。

因此，中国作为世界人口基数最大、发展最快的国家，如何有效地利用淡水资源，是关乎世界和平发展的大问题。

2013年12月，中央城镇化工作会议要求，“建设自然积存、自然渗透、自然净化的海绵城市”，习近平总书记指出：建设生态文明，关系人民福祉，关乎民族未来。山水林田湖是一个生命共同体，人的命脉在田，田的命脉在水，水的命脉在山，山的命脉在土，土的命脉在树。我们统筹现代田园城市建设、海绵城市建设和新型城镇化道路探索，打造四级海绵城市建设系统。

2 透水路面的重要性

要建设海绵城市，首先需要有效遏制城市雨洪和径流污染，最大可能地改造城市非透水路面为透水路面。

高速的城市化，使得天然流域被开发，植被受到破坏，土地利用状况改变，自然景观改变。混凝土建筑、道路、商业区、住宅区、停车场等不透水地面大量增加，使得降水渗入地下及蒸发的部分减少，因而地表径流大量增加。

图4 城市地表水汇聚示意图

城市露台，车道，住宅，屋顶，公共建筑，商业结构和停车场等，不透水的表面或覆盖层，阻止了水分的渗透，阻碍雨水和雪水渗入地下，导致雨水污染。

除了影响水体质量外，不透水的覆盖物还会改变径流量，这将破坏和改变现有河流的物理性质。 水从不渗透区域更快地流动，产生更强烈的下游湍流，从而导致更多的洪水。 当越来越少的水渗入地下时，地下水位就会下降，这意味着由地下水供给的溪流、水井将走向干涸。

图5 城市污水排放示意图

图6 河道污染示意图

暴雨流经人行道、街道和停车场，会吸收与空气污染颗粒有关的污染物。雨水径流中含有的污染物包括：溢油物、洗涤剂、农药、溶剂、细菌、肥料、枯叶等其它不可控化学物质，被冲入排水沟，最后流入当地的河流和溪流，对环境和健康造成严重影响。

径流污染造成环境破坏的主要因素来源于城市工业建造体大范围阻止了地面的透水性，从而破坏了地层的天然净化水系，除了可见的“城市看海”模式暴雨湍流，还有看不见的空气粉尘污染、热岛效应和饮用水源污染。

3 陶瓷透水路面铺砖

针对城市径流污染的治理问题，全国陶瓷有关企业生产的透水路面陶瓷砖，为海绵城市理念的建设实施，提供了兼具亲水系统处理、透水系统改造和路面固化方案，为生态城市建设提供了强有力的透水产品技术支持。

图7 雨水径流中含有的污染物

所谓透水路面砖是经过1 200 ℃高温烧结的透水性陶瓷产品。该产品具备诸多优良的性能，令其在海绵城市建设中发挥不可替代的作用。如烧结透水陶瓷砖更加耐久、环保和生态的特性，让城市道路以及相关透水路面设施在处理雨水的过程中遵循自然环保特性，完美还原地层的天然净化功能，增强空气对流，调节湿热气候，节省水资源和缓解城市热岛效应。

图8 陶瓷透水砖的优点

当暴雨来袭时，采用非透水材料的传统城市广场，排水系统无法应对聚集地表的积水，形成坑涝和径流现象，从而造成城市洪水灾害。合理应用这种透水路面陶瓷砖的城市街区，不仅美观、防滑和经久耐用，而且能有效控制暴雨径流；在雨季收集足够的雨水补给地下水，使地表污水得到过滤和净化；在干燥气候来临时通过陶瓷透水砖优良的透气性能向空气中释放水分子，从而缓解大气中的粉尘污染，形成像海绵一样的城市水系交换系统。平均每平米蓄水量可以达到100 kg以上，同时良好的渗透性将雨水迅速导入地下，并保持地表的固化状态，这将大大减小排水压力，有效提高城市广场的径流对抗能力。

图9 透水砖雨水渗透示意图

透水路面陶瓷砖产品形态分为长方形和正方形，边缘留有用于分缝的对缝脊，故此铺装方便快捷，亦可根据不同要求可以采用不同尺寸的常规比例。

4 陶瓷透水路面施工系统

陶瓷透水路面砖支持多种铺装拼花样式，常见的8种拼花，更方便满足不同场所的透水路面美学设计，具有艺术拼花趣味性。

图10 长方形透水砖规格

陶瓷透水砖施工系统可分为路基处理、蓄水处理和透水砖铺装3部分作业。

在路基处理部分，路基开挖、平整完毕后，必要的挡土墙根据排水管道需求设置的暗渠部分，应选择优质的合成材料与实土路基进行隔离，以保证路基区域和渗水、饱水区域整体的几何稳定性。开放式蓄水基层(饱水区)和蓄水层，通常根据地区降雨量特点，计算出饱水量以及渗水速度，由此得知料石粉碎目数和填埋比例；表层透水铺装开放式作业区找平完毕，采用柔性铺装法铺砖，最后填缝即可。其施工方便、快捷、成本低。

标准作业工序：

1)路基开挖；

2)放线测量；

3)基土夯实；

4)蓄水层夯实(根据承重需求透水沥青固化)；

图11 正方形透水砖规格

图12 透水砖铺贴花样示意图

5)承重找平(根据需求)；

6)暗渠处理(根据需求)；

7)土工材料隔离(挡土墙)；

8)渗水层填埋；

9)沥水处理；

10)渗水层平整作业；

11)开放式铺装层填埋；

12)机器找平(根据需求)适合大面积公共区域；

3)手工刮平法(根据需求)适合私家庭院等小面积作业；

14)铺装陶瓷透水砖；

15)细砂填缝。

5 陶瓷透水砖应用范围和案例参考

陶瓷透水路面砖的应用范围很广泛，可根据承重要求选择不同承重系数的透水路面。例如：高速公路肩、城市路面、住宅社区路面、公路人行道、步行区、别墅庭院、露天泳池、公园植物园、防滑坡路等。

图13 透水砖铺设示意图

图14 铺设施工步骤图

6 结语

我国是世界人口大国，是目前全世界发展最快的国家，也是陶瓷原料、废料产出量大国。无论从地球淡水资源的保护出发，还是从我国南北东西的地理环境与气候特点，在城市建设中主动保护水源防止污染，最大努力落实国家号召的海绵城市计划，合理、充分地运用陶瓷透水产品实现新城建设和老城改造，积极探索生态文明之路，都显得尤为重要。

图15 高速公路及城市道路透水砖效果图