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透水铺装对于城市地下水资源保护的作用
传统的非透水性铺装片面强调硬化地面的防水防渗性能,该路面将自然降雨完全与路面下部土层及地下水阻断降雨只好通过城市排水系统管网排入江、河、湖、海等地表水源中,这就造成城市地下水源难以得到及时的补充,严重影响雨水的有效利用。同时不透水地面降雨时雨水是先通过地面的排水坡度或地表明沟排入下水道,雨水在进入下水道前要经过较长距离的地表径流才能进入城市地下排水系统。该过程使相对较清洁的雨水溶入大量的城市地表污染物,这种径流过程中产生的二次污染,通过城市排水系统进入周围地表自然水体,因而加重了这些自然水体的污染程度。透水性铺装通过本身与铺地下垫层相通的渗水路径将雨水直接渗入下部土壤,雨水通过土层的过滤还可以得到净化。因此,用透水性铺装代替不透水铺装可以有效缓解城市不透水硬化地面对于城市水资源的负面影响。日本属多雨国家,该国的单位面积年平均降雨量为1 800 mm ,是世界年平均降雨量的215 倍,20 世纪70 年代为解决“因抽取地下水而引起地基下沉”等问题,日本采取了“雨水的地下还原对策”,开发应用透水性沥青路面,20 世纪80 年代初期日本建设省推行“雨水渗透计划”。日本透水性铺装主要应用于公园、广场、停车场、运动场及城市道路,1996 年初,仅东京都就铺设透水性地面及铺地495 000m2 ,据统计,东京透水性铺装市区雨水流出率由51.8 %降低到5.4 %。20 世纪90 年代以来,国际上流行使用诸如透水沥青路面、透水性地砖以及类似我国园林的鹅卵石铺地等透水路面覆盖城市硬化地面,此举对于提高城市市区雨水利用,保证市区地下水的有效补充具有重要意义。
透水铺装对于城市广场及市区热、湿环境的改善作用
透水性铺装由于自身一系列与外部空气及下部透水垫层相连通的多孔构造,雨过天晴以后,透水性铺装下垫层土壤中丰富的毛细水通过太阳辐射作用下的自然蒸发蒸腾作用,吸收大量的显热和潜热,使其地表温度降低,从而有效地缓解了“热岛现象”。所以,城市广场及市区中透水性铺装与城市水体蒸发及绿化体系的蒸腾作用一样都将影响城市广场及市区的温度,对改善城市市区的热环境及形成局地风都有明显的作用。“城市干燥化”是城市热岛效应的连锁反应之一。北方城市在少雨季节常见的风沙起尘现象,究其原因就是地表的湿度及蒸发量减少,空气及地表的湿度过小,空气日益干燥。该现象在缺水的北方城市尤其明显,这些城市如果使用透水性铺装,透水性铺装蒸发的水蒸汽会增加空气的湿度,这对于缓解“城市干燥化”也是有利的,该增湿作用可以有效地减少城市地面的起尘及“沙尘暴”危害。
透水铺装对于城市地表土壤生态环境的改善作用
不透水铺装严重地破坏了城市市区地表土壤的动植物生存环境,改变了大自然原有的生态平衡。包括城市广场、建筑、道路等设施在内的城市下垫层代替了大自然原有的森林、绿地和田野,形成了“城市荒漠”,野生动植物逐渐失去了其赖以生存的环境而不断减少以致濒临灭绝,可以说城市不透水硬化地面正是形成一系列城市地表生态环境危机的根源之一。联合国环境计划署(United
Nations Environment Pro2 gram,简称UNEP) 制定的“人类环境宣言”和“生物多样性公约”正是针对上述危机而提出的世界范围的生态保护法规。透水性铺装兼有良好的渗水性及保湿性,它既兼顾了人类活动对于硬化地面的使用要求,又能通过自身性能接近天然草坪和土壤地面的生态优势以便减轻城市非透水性硬化地面对大自然的破坏程度,透水性铺装地面以下的动植物及微生物的生存空间得到有效的保护,因而很好地体现了“与环境共生”的可持续发展理念。
透水铺装对于城市防涝的作用
我国城市基础设施发展严重滞后的状况使得暴雨时节城市排水设施不能有效满足排水及防洪的要求,市区硬化地面常常出现雨水蓄积和漫流现象,这种情况下非透水性铺装无疑会加重城市排水系统的压力,它是我国很多城市夏季产生城区内涝的重要因素。不透水地面只能依靠表面汇水系统及城市排水管网排除地表降雨,在暴雨时这种地面径流急剧增高,很快出现峰值,流量急升急降。而透水性铺装地面由于自身良好的透水性能的渗水能力,能有效地缓解城市排水系统的泄洪压力,径流曲线平缓,其峰值较低,并且流量也是缓升缓降,这对于城市防洪无疑是有利的。因此,铺装透水性地面不失为城市广场防涝的积极措施。
透水铺装代替一般铺面的优势
1 补充地下水源
透水铺装能够使雨水迅速的渗入地表，还原成地下水，使地下水资源得到及时补充，保持土壤湿度，改善城市地表植物和土壤微生物的生存条件;
2减少积水
透水铺装无表面积水和夜间反光，提高了车辆、行人的通行舒适性与安全性，雨天路面无积水，避免轮胎与路面的水膜的形成，缩短刹车距离提高行车安全性;
3减少噪音
透水路面上大量的孔隙能够吸收车辆行驶时产生的噪音，营造安静舒适的环境;
4缓解热岛效应
透水铺装具有较大的孔隙并与土壤相通，能积蓄较多的热量和水分，有利于调节城市的生态环境，缓解热岛效应;
5防止内涝
当集中降雨时，能够减轻排水设施的负担，防止城市内涝，避免对公共水域的二次污染。
透水铺装对雨水径流的控制
透水铺装材料中的水分形态与一般土壤水类似，包括吸湿水、薄膜水、毛管水和重力水，但是，由于透水铺装介质中的大孔隙数量占主导地位，毛管作用大大减弱，重力作用成为下渗过程的主要驱动力。因此，透水铺装材料雨水下渗可概化为基质入渗和大孔隙入渗两部分的总和。透水铺装形式包括从面层、垫层到基层土壤各部分，降雨产流过程也应该从整体考虑，由于透水铺装材料和基层土壤材料的物理特性差异较大，其产流模式也有所区别，在基层土壤表面以超渗产流模式形成垫层内积水，在透水铺装层表面以蓄满产流形式形成地表积水，因此总体上透水铺装地面的产流应当为垂向混合产流模式。
通过与人工降雨试验结果对比，透水铺装地面降雨产流模型的计算结果能够满足要求，在其中，时问步长对模型计算结果的影响较小，建议在计算时取1 min;铺装层田间持水量和饱和含水率对模型计算结果的影响较大，应根据材料测试结果慎重选择。
通过模型计算对不同季节进行情景分析可知，土壤和铺装层的初始含水率对透水铺装雨水径流控制的影响较大，但是由于透水铺装层本身具有较多的孔隙，能够存蓄的雨水量较大，因此各个季节透水铺装地面对雨水径流依然能够起到较好的控制作用。
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