科研力 | 当暴雨来袭,城市如何终结“看海”模式?

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怎样才能破解城市道路逢暴雨必涝、一下雨就淹的困境?西交利物浦大学的研究人员发现了一种城市路面材料的新方案,该方案可减少50%的城市内涝,同时还有助于净化雨水。

这种材料就是“石灰华”,属于石灰石的一种,常用于制作厨房台面和家用瓷砖。实验显示,石灰华路面能促进雨水渗透到地下、从而能减少因暴雨引起的地表径流量,而且在此过程中还能有效减少雨水中的多种重金属污染物。

西浦土木工程系的唐小南博士介绍说,石灰华作为一种行之有效而又环保的路面材料,有助于缓解城市洪涝灾害这一全球性问题。

“城市洪涝对于全球很多地方而言都是一个不小的挑战。在气候变化的影响下,这个问题还将更加严峻。”他说。

据唐博士介绍,像混凝土这样的传统路面材料,由于吸水性能不够好,在大雨时会产生大量的地表径流;而在城市里,一旦地表径流无处疏通就会产生很大的危害,由于城市排水通道容量有限,就可能导致洪涝灾害。

“我们希望通过这项研究找到一种路面替代材料,帮助我们建设更加智能的城市;也就是说,让城市建设所使用的材料能够有助于处理暴雨带来的大量积水。”唐博士说。

在研究中,唐小南博士的团队发现石灰华有两个显著优点:它能降低城市内涝的发生几率,还能降低洪水中的重金属含量。

据西交利物浦大学与英国利物浦大学联合培养的博士生Hamidreza Rahimi介绍,初步实验结果显示,石灰华路面可以使雨水中的铜、铅、锌元素的含量降低90%以上,同时可以减少多达50%的地表径流。

“石灰华如此优异的秘密,在于其多孔性。同时,石灰华成本低廉、便于获取。” Rahimi说。

“石灰华是一种多孔材料,有点像海绵,有很多细小的孔洞——事实上,这些孔洞降低了这种材料在目前市场上的经济价值。” Rahimi补充道,“如果你买一卡车的石灰华——我在做研究时就买了这么多——卖的人会问你为什么要买。石灰华因为多孔,被看作是一种废料,因为人们在民宅建筑中所需要的是光滑无孔的石材。”

据介绍,石灰华这种材料的分布范围很广,尤其在火山附近非常常见。然而,能够满足现代家庭建设和装修所需的石灰华仅占40%,其他60%都被当作废料丢弃。

“我们可以利用这些废料来提高城市安全,改善城市环境。”Rahimi说。

尽管研究发现经过石灰华净化的水并不适合饮用,但Rahimi 认为,这些水可以有其他多种重要用途。

“当雨水混合了城市路面上的尘土,就产生了重度污染的水,这些污水不经过复杂昂贵的处理过程是无法再次使用的。”Rahimi说。

世界卫生组织要求水质必须达到相应的标准才能适用于不同的用途。经过石灰华净化的水虽然不能饮用,但可以用于农业灌溉。

“现在世界各国都在花费很大代价提高农业用水的质量,想象一下我们只需要使用一种不同的城市路面材料就可以达到同样的目的,这样能节省大量开支。”

该项研究成果发表于今年的《国际应用科学期刊(International Journal of Applied Sciences)》,Hamidreza Rahimi是论文第一作者。据他介绍,这篇论文可能是该应用研究领域的第一篇科研论文。

“石灰华用于城市路面还需要更进一步的研究和探索,以找到如何设计和使用这种材料的最佳方案,从而最大程度地发挥其在防洪和水污染治理方面的潜能。”他说。

Rahimi的博士生导师唐小南博士(上图)在洪水水力学和水治理领域已从事研究工作超过15年,此项研究是唐博士在西浦的多个研究课题之一。近年来,唐博士获得了包括国家自然科学基金在内的多项研究经费支持,用来研究河道如何减少区域洪涝,以及植被在控制城市河流和湿地水污染方面所发挥的作用。

(记者:Rosanna Galvin 翻译:肖波强 编辑:石露芸 摄影:王皓晨 其他图片来源:Shutterstock、图虫创意)

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