盧耀如院士答網(wǎng)友三問
2.以北京為例,城市排水問題如何得到解決?理想化來說,如果海綿城市的設(shè)施系統(tǒng)建立起來,土層中的地下水按設(shè)想的收集到飽和的程度,是否會在大暴雨時增加內(nèi)澇的幾率?
首先,要理解“海綿蓄水”的機(jī)理是什么?海綿蓄水是因為海綿體內(nèi)有許多空隙,可作為吸水充水的空間。但是空隙之間的海綿體結(jié)構(gòu)是緊密地有強(qiáng)度地連接在一起,充滿水的空隙,所產(chǎn)生的力量不能或不易沖毀海綿體的自身結(jié)構(gòu)。
土壤和砂層就不一樣,其蓄水空間就是土壤和砂層中間的空隙,而土顆粒和砂礫之間的凝聚力就不像海綿體那樣具有散性與彈性的結(jié)構(gòu)。土壤和砂層的過飽和就會使其顆粒間失去干燥時的凝聚力,產(chǎn)生液化。
我們站在河邊的沙灘上,表面上是干燥的,但是地下不深處就有地下水。如果我用腳輕輕地在干燥砂層表面拍打,不久砂層在腳的拍打下就向四周產(chǎn)生液化而沉陷,腳拍打的這一塊干沙表面就會出現(xiàn)一片水坑。如果城市下面的土層、砂層完全過飽和,那會在相應(yīng)的地勢條件下,引起砂土層液化并產(chǎn)生滑坡、泥石流等災(zāi)害。
土壤完全過飽和,水位上升使一般樹木的根部會完全處在地下水淹沒狀態(tài)下,就會使樹根爛掉而死亡。早期修建的官廳水庫,庫區(qū)有一片果林,因水庫蓄水后使地下水雍高,結(jié)果導(dǎo)致原有一片果林的根部全部浸沒而造成毀林事件。
北京還有黃土分布,黃土為多孔隙的土壤,具有濕陷性,就是說黃土的土體受水所浸沒就會產(chǎn)生濕陷性而造成沉降、崩塌、陷落,進(jìn)而產(chǎn)生滑坡、泥石流,使建筑物受損。
所以,用“海綿吸水”來反映城市抗大暴雨帶來的避災(zāi)效果,反而會添亂加重災(zāi)害的發(fā)生。
“土層中的地下水按設(shè)想收集到飽和的程度”,這說法不準(zhǔn)確。地下水面以下的土層都是飽和的,地下水位以上土層是充氣帶,水可垂直向下滲流,又稱垂直循環(huán)帶。水可通過地層的滲透而補(bǔ)給下面的飽水帶中地下水,這樣地下水面就會上升。在枯水期地下水面和洪水期高地下水面之間,就存在地下水的季節(jié)變動帶。關(guān)鍵在于,在城市中應(yīng)如何控制這一季節(jié)變動帶。要使城市中蓄積的地下水不至于使地下水完全充滿土層使之飽和,而應(yīng)當(dāng)使最高的地下水面所造成的抬高飽水帶(實際為抬高的季節(jié)變動帶)不至于誘發(fā)產(chǎn)生其他地質(zhì)災(zāi)害,從而對城市建筑物以及植物農(nóng)田等構(gòu)成危害,應(yīng)是最基本的原則。
所以,大城市,要使城市建筑所在的土層中都讓達(dá)到飽和狀態(tài),即所有土壤、砂層中孔隙全部充滿水,如海綿孔隙中都充滿水,那樣加劇內(nèi)澇災(zāi)害當(dāng)不可避免的,而誘發(fā)其他土、砂層的液化、滑動、毀壞植被,以及對城市生態(tài)惡化,對人民生命財產(chǎn)的損失,也是不言而喻的。
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