海綿城市和綠色建材在海綿城市中的應用（57頁圖文豐富）

1、海綿城市和綠色建材在海綿城市中的應用材料科學與工程學院成員：張鴻飛、陳東、周苗、胡朝陽目 錄：海綿城市的介紹海綿城市的核心要素海綿城市的具體應用實例天津看海武漢看海由這些圖片，我們可以看出：城市遭遇內澇，大家說成是“城市看?！保此剖且环N“贊美”，實則是對種景象的無奈之稱。一、海綿城市1.海綿城市的推進過程 2012年4月，在2012低碳城市與區(qū)域發(fā)展科技論壇中，“海綿城市”概念首次提出； 2013年12月，習近平總書記在中央城鎮(zhèn)化工作會議的講話中強調：“提升城市排水系統(tǒng)時要優(yōu)先考慮把有限的雨水留下來，優(yōu)先考慮更多利用自然力量排水，建設自然存積、自然滲透、自然凈化的海綿城市”； 2017年3月

2、，第十二屆全國人大會第五次會議上，李克強總理政府工作報告中提到：統(tǒng)籌城市地上地下建設，再開工建設城市地下綜合管廊2000公里以上，啟動消除城區(qū)重點易澇區(qū)段三年行動，推進海綿城市建設，使城市既有“面子”，更有“里子”。一、海綿城市2.海綿城市（The Sponge City）： 海綿城市，是新一代城市雨洪管理概念，是指城市在適應環(huán)境變化和應對雨水帶來的自然災害等方面具有良好的“彈性”，也可稱之為“水彈性城市”。國際通用術語為“低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構建”（LID）。一、海綿城市1. 海綿城市建設應遵循生態(tài)優(yōu)先等原則，將自然途徑與人工措施相結合，在確保城市排水防澇安全的前提下，最大限度地實現(xiàn)雨水在城市

3、區(qū)域的積存、滲透和凈化，促進雨水資源的利用和生態(tài)環(huán)境保護。2. 海綿城市建設過程中，應統(tǒng)籌自然降水、地表水和地下水的系統(tǒng)性，協(xié)調給水、排水等水循環(huán)利用各環(huán)節(jié)，并考慮其復雜性和長期性。二、海綿城市的核心要素水彈性城市下雨時：吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時：將蓄存的水“釋放”并加以利用。目的：提升城市生態(tài)系統(tǒng)功能和減少城市洪澇災害的發(fā)生。 總結：實現(xiàn)海綿城市的六大要素即滲，蓄，滯，凈，用，排 2.1 海綿城市-滲由于城市下墊面過硬，到處都是水泥，改變了原有自然生態(tài)本底和水文特征，因此，要加強自然的滲透，把滲透放在第一位。其好處在于，可以避免地表徑流，減少從水泥地面、路面匯集到管網里，同時，涵養(yǎng)地下

4、水，補充地下水的不足，還能通過土壤凈化水質，改善城市微氣候。而滲透雨水的方法多樣，主要是改變各種路面、地面鋪裝材料，改造屋頂綠化，調整綠地豎向，從源頭將雨水留下來然后“滲”下去。 1、透水景觀鋪裝 2、透水道路鋪裝 3、綠色建筑1、透水景觀鋪裝 傳統(tǒng)的城市開發(fā)中無論是市政公共區(qū)域景觀鋪裝還是居住區(qū)景觀鋪裝設計中多數采用的都是透水性差的材料，所以導致雨水滲透性差，而在這一方面可以通過透水鋪裝實現(xiàn)雨水滲透，或通過水渠和溝槽將雨水引流至街道附近的滯留設施中。2、透水道路鋪裝 傳統(tǒng)城市開發(fā)建設中道路占據了城市面積的10%-25%，而傳統(tǒng)的道路鋪裝材料也是導致雨水滲透性差的重要因素之一，除了景觀鋪裝方面

5、可以通過透水鋪裝實現(xiàn)雨水滲透之外，還可以將園區(qū)道路、居住區(qū)道路、停車場鋪裝材料改為透水混凝土，加大雨水滲透量，減少地表徑流，滲透的雨水儲蓄在地下儲蓄池內經凈化排入河道或者補給地下水，減少了直接性雨水對路面沖刷然后快速徑流排水對于水源的污染。3、綠色建筑海綿城市建設措施不僅在于地面，屋頂和屋面雨水的處理也同樣重要。在承重、防水和坡度合適的屋面打造綠色屋頂，利于屋面完成雨水的減排和凈化。對于不適用綠色屋頂的屋面，也可以通過排水溝、雨水鏈等方式收集引導雨水進行貯蓄或下滲。2015年9月24日報道，美國加州，開發(fā)商宣布將在硅谷的中心地帶建造“世界最大綠色屋頂”項目。1. 左圖為德國音樂排水管，下雨時不

6、僅能起到收集雨水的作用，還能“演奏”一曲雨中交響曲。2. 下圖為用雨水鏈代替排水管道收集雨水。綠色建材1. 定義：綠色建材是指采用清潔生產技術、少用天然資源和能源、大量使用工業(yè)或城市固態(tài)廢物生產的無毒害、無污染、無放射性、有利于環(huán)境保護和人體健康的建筑材料。2. 內涵：其制作工藝是基于對工業(yè)廢料、建筑垃圾、生活垃圾的廢物再利用，在減少對環(huán)境的污染的同時，又減少了環(huán)境負擔，創(chuàng)造了良好的生態(tài)效益。其本身作為建筑垃圾還可以進行再一次的循環(huán)利用，體現(xiàn)了綠色材料的核心理念。 例如：摻有礦渣的水泥，摻有硅灰的混凝土，粉煤灰陶粒等傳統(tǒng)鋪裝的缺點，表現(xiàn)在以下幾個方面:(1)不透水的路面阻礙了雨水的下滲，使得雨

7、水對地下水的補充被阻斷，再加上地下水的過度抽取，城市地面容易產生下沉。(2)傳統(tǒng)的密實路表面，輪胎噪聲大。車輛高速行駛過程中，輪胎滾進時會將空氣壓入輪胎和路面間，待輪胎滾過，空氣又會迅速膨脹而發(fā)出噪聲，雨天這種噪聲尤為明顯，影響了居民的生活與工作。(3)傳統(tǒng)城市路面為不透水結構，雨水通過路表排除，泄流能力有限，當遇到大雨或暴雨時，雨水容易在路面匯集，大量集中在機動車和自行車道上，導致路面大范圍積水。(4)不透水路面使城市空氣濕度降低，加速了城市熱島效應的形成。(5)不透水路面是死亡性地面，會影響地面的生態(tài)系統(tǒng)，它使水生態(tài)無法正常循環(huán)，打破了城市生態(tài)系統(tǒng)的平衡，影響了植被的正常生長。透水性鋪裝材

8、料的類型透水性鋪裝材料透水性混凝土材料透水性水泥混凝土透水性瀝青透水磚陶瓷透水磚混凝土透水磚砂基透水磚自潔式透水磚自然型透水材料透水性新材料砂基透水磚石米地毯透水混凝土的定義 透水混凝土又稱多孔混凝土，無砂混凝土，透水地坪。是由骨料、水泥和水拌制而成的一種多孔輕質混凝土，它不含細骨料， 由粗骨料表面包覆一薄層水泥漿相互粘結而形成孔穴均勻分布的蜂窩狀結構， 故具有透水、透氣和重量輕的特點。圖為彩色透水混凝土陶粒的定義 陶粒就是以黏土、各種頁巖、粉煤灰、礦渣、生物污泥、河底泥等為主要原料，經粉磨加工成球狀，烘干燒結成的一種人造輕骨料，一般用來取代混凝土中的石子。 陶?？勺鳛榻ㄖ?、構筑物、海綿城市

9、、污水處理、濕地浮床等領域的材料。具體說明如下：（1）陶粒部分替代或完全替代粗骨料制備成陶?；炷粒蓽p輕建筑物自重，并且保溫性、抗?jié)B透性和耐火性強。此外，裝配式建筑結構構件、高層建筑保溫砌塊、大跨度混凝土構件、地基回填澆筑等均可廣泛采用本產品。（2）本產品因具有較多孔隙，能吸收并可蓄部分雨水，消除城市內澇。另外，炎熱時本產品中水分蒸發(fā)外放，可減輕城市熱島效應，因此是建設海綿城市比較理想的海綿體材料，并可應用在建筑綠色屋頂無土栽培和透水路面鋪設等場合。（3）本產品質輕、孔隙率高、表面積大，有足夠的機械強度，吸附力強，化學性能穩(wěn)定，且價格較活性炭便宜，可用于污水治理等工業(yè)濾料。（4）超輕通孔的陶

10、粒由于孔隙分布均勻，滲透能力強、吸水性強，可用于微生物、綠色植物的栽培。將其用于浮床生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)等，有利于植物根系生長，可凈化各種水系，是處理富營養(yǎng)化水體的理想方式。綠色屋頂1、植被層2、100150mm 厚改良土3、土工布過濾層：應保證雨水下滲過程中，改良土中細微顆粒不被流失，同時具有豎向下滲能力4.1520 mm 厚凹凸型排（蓄）水板：將下滲的雨水快速地以平面排水方式排除，保證雨水轉輸的效果5、柔性保護層6、防水層：保證過量雨水不對結構層造成侵害，保證綠色屋頂的安全7、普通防水層8、20 mm厚乳化瀝青膨脹珍珠巖局部調坡9、3060 mm 厚聚苯乙烯泡沫塑料板10、20 mm 厚

11、13 水泥砂漿找平層11、鋼筋混凝土屋面板通過濾、滲、防的措施，保證了綠色屋頂在雨水徑流總量控制的效果。透水性鋪裝的生態(tài)功能（1）排水透水， 有效減少地表徑流。雨水可以迅速下滲至城市土壤中，還原為地下水，在減少地面徑流的同時，使城市下墊面可以與大氣進行直接的水、氣交換。此外，由于地表徑流的減小， 其攜帶地面污染物的能力也隨之減少，從而降低了對自然水體污染的機會。（2）儲水蓄水， 生態(tài)環(huán)保功能顯著。（3）降低熱島效應。由于透水性鋪裝良好的通透性，其表面的溫度與濕度要比非透水性鋪裝更為均衡，即在高溫季節(jié)，透水路面要更為涼爽；而干燥季節(jié)其表面要更為濕潤， 這在一定程度上起到了降溫加濕的作用。相對更好

12、的透水性和透氣性也使得城市下墊面的生態(tài)空間得到更好的保護，植物根系能得到充足的養(yǎng)分，間接起到了改善空氣質量的作用。（4）吸收噪音、減少反射。透水性材料中多孔隙的結構使其能吸收聲波，而路面積水的及時下滲也避免了其反光對行人車輛造成的干擾。2.2 海綿城市-蓄即把雨水留下來，要尊重自然的地形地貌，使降雨得到自然散落?，F(xiàn)在人工建設破壞了自然地形地貌后，短時間內水匯集到一個地方，就形成了內澇。所以要把降雨蓄起來，以達到調蓄和錯峰。而當下海綿城市蓄水環(huán)節(jié)沒有固定的標準和要求，地下蓄水樣式多樣，總體常用形式有兩種：塑料模塊蓄水、地下蓄水池。2.3 海綿城市-滯 其主要作用是延緩短時間內形成的雨水徑流量。例

13、如，通過微地形調節(jié)，讓雨水慢慢地匯集到一個地方，用時間換空間。通過“滯”，可以延緩形成徑流的高峰。具體形式總結為三種：雨水花園、生態(tài)滯留池、滲透池、人工濕地。2.4 海綿城市-凈 通過土壤的滲透，通過植被、綠地系統(tǒng)、水體等，都能對水質產生凈化作用。因此，應該蓄起來，經過凈化處理，然后回用到城市中。 雨水凈化系統(tǒng)根據區(qū)域環(huán)境不同從而設置不同的凈化體系，根據城市現(xiàn)狀可將區(qū)域環(huán)境大體分為三類：居住區(qū)雨水收集凈化、工業(yè)區(qū)雨水收集凈化、市政公共區(qū)域雨水收集凈化。根據這個三種區(qū)域環(huán)境可設置不同的雨水凈化環(huán)節(jié)，而現(xiàn)階段較為熟悉的凈化過程分為三個環(huán)節(jié)：土壤滲濾凈化、人工濕地凈化、生物處理。雨水凈化系統(tǒng)三大區(qū)域

14、環(huán)境：居住區(qū)： 由于居住區(qū)內建筑面積和綠化面積較大，雨水沖刷過后大量水體可以經生態(tài)滯留區(qū)、雨水花園、滲透池收集起來經過土壤過濾下滲道模塊蓄水池中，相對來說雨水徑流量較少。 所以利用海綿城市雨水收集系統(tǒng)將雨水惠存、下滲、過濾然后經過生物技術凈化之后就可以大量用于綠化灌溉、沖廁、洗車等方面。工業(yè)區(qū)： 工業(yè)區(qū)有別于居住區(qū)，相對來說綠地面積較少，硬質場地和建筑較多，再加上工業(yè)產物的影響，所以在海綿城市雨水收集和凈化環(huán)節(jié)就要格外注意下滲雨水的截污環(huán)節(jié)。經過承載海綿城市原理的園林設施對工業(yè)污染物的過濾之后，雨水經過土壤下滲道模塊蓄水池，在這個過程中設置截污處理對下滲雨水進行第二次的凈化，進入模塊蓄水池之后

15、配合生物技術再次凈化后再次的循環(huán)利用到冷卻水補水、綠化灌溉、混凝土攪拌等方面。市政公共區(qū)： 市政公共區(qū)域雨水收集凈化對比前兩個區(qū)域環(huán)境有著不一樣的方面，綠地面積大，不同地區(qū)山體高程不同所以導致徑流量不同，并且河流、湖泊面積較大，所以減緩雨水沖刷對山體表面的沖擊破壞和對水源的直接污染是最為重要的問題。就上述問題來講，市政區(qū)域雨水凈化在雨水收集方面要考慮生態(tài)滯留區(qū)和植物緩沖帶對山體的維護作用以及對河流、湖泊的過濾作用。在雨水調蓄方面主要使用調蓄池來對下滲雨水進行調蓄，凈化后的水一方面用于市政綠化和公廁沖廁，一方面排入河流、湖泊補給水原，解決了水資源短缺的問題。2.5 海綿城市-用 用水措施是海綿城

16、市雨水處理的最終環(huán)節(jié)。將收集凈化好的雨水在各方面進行利用，減少對自來水的需求，緩解用水壓力。德國的城市雨水利用方式主要有三種：一、是屋面雨水集蓄系統(tǒng)，收集的雨水經簡單處理后，用于家庭、公共場所和企業(yè)的非飲用水；二、是雨水截污與滲透系統(tǒng)，道路雨洪通過下水道排入沿途大型蓄水池或通過滲透補充地下水；三、是生態(tài)小區(qū)雨水利用系統(tǒng)。小區(qū)沿著排水道修建可滲透淺溝，表面植有草皮，供雨水徑流時下滲，超過滲透能力的雨水則進入雨洪池或人工濕地。三、海綿城市的應用實例1.國家試點第一批試點城市： 2015年4月2日，根據財政部網站消息，海綿城市建設試點城市名單正式公布。根據競爭性評審得分，排名在前16位的城市分別是（

17、按行政區(qū)劃序列排列）：遷安、白城、鎮(zhèn)江、嘉興、池州、廈門、萍鄉(xiāng)、濟南、鶴壁、武漢、常德、南寧、重慶、遂寧、貴安新區(qū)和西咸新區(qū)。三、海綿城市的應用實例第二批試點城市： 2016年4月27日，根據財政部網站消息，財政部、住房城鄉(xiāng)建設部、水利部日前公示2016年中央財政支持海綿城市建設試點城市名單，根據競爭性評審得分，排名在前14位的城市進入2016年中央財政支持海綿城市建設試點范圍，名單如下(按行政區(qū)劃序列排列)：北京、天津、大連、上海、寧波、福州、青島、珠海、深圳、三亞、玉溪、慶陽、西寧和固原。2.效果怎么樣？ 據中國經濟周刊記者不完全統(tǒng)計，第一批試點的16個海綿城市中有10個發(fā)生內澇；第二批試點的14個海綿城市中有9個發(fā)生內澇。總體計算，目前已納入試點的30個城市中，共有19個城市發(fā)生內澇，占比63%。這其中包括北京、天津、重慶等直轄市，還包括福州、武漢、濟南、南寧等多個