黃云浩， 唐紅， 楊彥子

(武漢科技大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院， 武漢 430081)

近年來(lái)，“城市看?！钡那闆r頻頻發(fā)生，對(duì)居民的正常生活，社會(huì)公眾的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全都產(chǎn)生了巨大的威脅[1]。為解決城市內(nèi)澇問(wèn)題，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”的概念被首次提出，其是指城市在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對(duì)雨水帶來(lái)的自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，也可稱(chēng)之為“水彈性城市”[2]。海綿城市的命名是為了讓城市像海綿一樣，在降雨時(shí)能就地或就近吸收、存蓄、入滲和凈化雨水，從而補(bǔ)充地下水，實(shí)現(xiàn)城市雨水資源的有效利用; 在干旱缺水時(shí)將蓄存的水釋放出來(lái)，從而讓水在城市中更加“自然”地進(jìn)行傳輸和循環(huán)[3]。

然而從2012年海綿城市的提出至2021年9年時(shí)間，城市內(nèi)澇的問(wèn)題依然嚴(yán)重，海綿城市的建設(shè)進(jìn)度緩慢、成效不高。目前，海綿城市建設(shè)措施的研究方向多集中于解決路面硬化、打造“海綿體”等解決地表下滲問(wèn)題，而對(duì)于地下水的排滲與地下徑流卻鮮有關(guān)注。張盼盼[4]和楊明悅[5]分別基于CNKI(中國(guó)知網(wǎng))與Citespace通過(guò)文獻(xiàn)檢索的方式研究發(fā)現(xiàn)，低影響開(kāi)發(fā)技術(shù)是目前海綿城市研究的熱點(diǎn)與重點(diǎn)，但是目前研究的技術(shù)全部為雨水花園、透水鋪裝、雨水調(diào)蓄池等促進(jìn)雨水下滲或收集的設(shè)施，沒(méi)有關(guān)注地下環(huán)境的低影響開(kāi)發(fā)措施。而楊默遠(yuǎn)等[6]基于城市水循環(huán)提出“五水”轉(zhuǎn)換中，地下環(huán)境中的土壤水與地下水都是水循環(huán)過(guò)程中不可缺少的一環(huán)，并提出，目前針對(duì)深層入滲進(jìn)入地下水系統(tǒng)的水量與輸出過(guò)程的關(guān)注不足，是今后海綿城市建設(shè)的研究要點(diǎn)與發(fā)展方向之一。李蘭等[7]則在分析海綿城市建設(shè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題后表示，海綿城市的科學(xué)研究要在開(kāi)發(fā)微觀(guān)尺度建設(shè)的同時(shí)，從宏觀(guān)、中觀(guān)等不同尺度來(lái)打造海綿系統(tǒng)，形成海綿體網(wǎng)絡(luò)，而作為紐帶連接各個(gè)海綿設(shè)施節(jié)點(diǎn)的地下水運(yùn)移是海綿系統(tǒng)中不可或缺的部分。海綿城市的建設(shè)目標(biāo)是改善和優(yōu)化城市的水體循環(huán)，而城市的水體循環(huán)不僅包括地表徑流與管網(wǎng)排水還有重要的一環(huán)就是地表水的下滲與地下水的遷移，既然要改善城市的水體循環(huán)就要從全局考慮，優(yōu)化水循環(huán)的每一個(gè)步驟，而不是只重視地表水的排滲而忽視地下水的匯流。

在高樓林立的現(xiàn)代城市中，地下空間充斥著大量的地下建筑與地下結(jié)構(gòu)，數(shù)十米深的止水帷幕與地下連續(xù)墻猶如一個(gè)個(gè)“栓”阻塞了地下徑流的路線(xiàn)，影響地下水的流動(dòng)，而“堵塞”的地下水勢(shì)必會(huì)影響地表水下滲的速度，加劇城市內(nèi)澇。海綿城市的建設(shè)是要求改善城市的自然水體循環(huán)，其中減少地下結(jié)構(gòu)的阻礙作用并恢復(fù)自然水體的地下徑流是不可或缺的一環(huán)。因此，現(xiàn)通過(guò)COMSOL有限元軟件，對(duì)地下結(jié)構(gòu)的周邊地下環(huán)境進(jìn)行數(shù)值模擬，進(jìn)而研究地下結(jié)構(gòu)對(duì)地下水的阻礙作用并在此基礎(chǔ)上找到解決措施。

1 海綿城市概述與城市水循環(huán)

1.1 低影響開(kāi)發(fā)與海綿城市現(xiàn)狀

低影響開(kāi)發(fā)(low impact development,LID)起源于20世紀(jì)70年代的美國(guó)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展，低影響開(kāi)發(fā)的總體目標(biāo)是尊重場(chǎng)地的地下水資源和自然水循環(huán)，降低城市開(kāi)發(fā)對(duì)自然環(huán)境的影響，保護(hù)和恢復(fù)城市開(kāi)發(fā)前的自然水文特征[8]。中國(guó)“十二五”重大水專(zhuān)項(xiàng)課題對(duì)低影響開(kāi)發(fā)進(jìn)行了專(zhuān)項(xiàng)研究，并在深圳、嘉興等城市陸續(xù)開(kāi)展了大量的工程實(shí)踐[9]，之后在低影響開(kāi)發(fā)的思想下提出了海綿城市的概念。2013年12月12日，習(xí)近平總書(shū)記在《中央城鎮(zhèn)化工作會(huì)議》講話(huà)中強(qiáng)調(diào)了要建設(shè)自然存積、自然滲透、自然凈化的海綿城市，讓城市“彈性適應(yīng)”環(huán)境變化與自然災(zāi)害[10]，其建設(shè)目標(biāo)與低影響開(kāi)發(fā)的目標(biāo)一致，因而在建設(shè)中國(guó)海綿城市時(shí)可用低影響開(kāi)發(fā)作為指導(dǎo)思想和技術(shù)手段。

2014年11月，住建部出臺(tái)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建》，明確“海綿城市”的概念、建設(shè)路線(xiàn)、基本原則和技術(shù)方法[11]。2015年4月，住建部、水利部和財(cái)政部共同確定濟(jì)南、武漢、廈門(mén)和常德等16個(gè)城市作為海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市[12]。之后，國(guó)家政策性的將海綿城市建設(shè)分為新建城區(qū)的建設(shè)和舊改區(qū)域的建設(shè)：以目標(biāo)為導(dǎo)向，進(jìn)行局部的海綿體綜合設(shè)計(jì)；以綜合治理為導(dǎo)向，整改老舊水網(wǎng)、凈化污染水體、創(chuàng)設(shè)綠色生態(tài)環(huán)境[13]。在此期間，海綿城市在建設(shè)技術(shù)上取得進(jìn)展，推出了透水鋪裝、雨水花園、生態(tài)草溝、綠色屋頂、下沉式綠地、生物滯留帶、生態(tài)洼地等優(yōu)秀地表下滲設(shè)施，取得初步成果。

然而海綿城市的建設(shè)并不樂(lè)觀(guān)，截至2020年，海綿城市建設(shè)試點(diǎn)工作已進(jìn)行5年，期間曾發(fā)生過(guò)多次全國(guó)性強(qiáng)降雨事件，多數(shù)試點(diǎn)城市仍出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的城市內(nèi)澇現(xiàn)象[14]。5年時(shí)間，各個(gè)試點(diǎn)城市完成了多個(gè)海綿城市項(xiàng)目，但是在此期間，傳統(tǒng)城市化對(duì)地下空間的開(kāi)發(fā)并未停止，地鐵、多層地下室、地下連續(xù)墻無(wú)一不在加劇破壞自然水循環(huán)，并逐步將影響向更深的地下帶入，而其造成的影響確未被重視。

1.2 城市水體循環(huán)規(guī)律

水循環(huán)是通過(guò)地表徑流和地下徑流將水導(dǎo)入江海，江海通過(guò)蒸發(fā)等將水通過(guò)水汽運(yùn)輸以降雨的形式導(dǎo)回給地面。其中地下徑流是通過(guò)地表的植被、湖泊、濕地將降雨產(chǎn)生的非地表徑流水下滲到地下，形成地下水流向江海。

城市內(nèi)澇的根源就在于傳統(tǒng)的城市化對(duì)雨水徑流的巨大阻礙。人們?cè)诟脑熳匀坏倪^(guò)程中大幅度改變了地表的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)[15]，地面的大量硬化、鋼筋水泥取代河流、湖泊、濕地和綠地等都會(huì)造成不透水面的增加，使得地表積水難以排滲；地下建筑物與地下結(jié)構(gòu)的大量修建則會(huì)阻斷自然匯流通路，造成地下匯流時(shí)間延長(zhǎng)，進(jìn)一步拖慢地表排水的過(guò)程，加劇城市內(nèi)澇。

地下空間的開(kāi)發(fā)利用對(duì)地質(zhì)表層的自然環(huán)境會(huì)造成永久性破壞，特別是對(duì)于地下水資源有巨大的影響[16]。海綿城市作為地下水的自由遷移系統(tǒng)的體現(xiàn)，面對(duì)大規(guī)模的地基止水系統(tǒng)的建設(shè)，很大一部分作為地下障礙物阻礙海綿城市內(nèi)部的水體聯(lián)通，減少了土壤補(bǔ)水的通量，嚴(yán)重影響了整個(gè)海綿城市的水循環(huán)。本文研究提供了一個(gè)新的海綿城市建設(shè)思路，不僅要重視地面硬化等地面雨水排滲問(wèn)題，還要重視地下的水體循環(huán)，全局思考綜合對(duì)水系統(tǒng)進(jìn)行整治與防護(hù)。在新時(shí)代基于韌性思維的海綿城市理念下，需要發(fā)展健康的巖土工程，秉持低影響開(kāi)發(fā)的思想，為建設(shè)綠色先進(jìn)的海綿城市做貢獻(xiàn)。

2 地下隔水結(jié)構(gòu)對(duì)水體循環(huán)的阻礙影響研究

2.1 落底式止水帷幕止水特點(diǎn)

現(xiàn)階段面對(duì)復(fù)雜的基坑周邊環(huán)境，大型深基坑工程開(kāi)始較多的采用TRD(trench cutting re-mixing deep wall method)或CSM(cutter soil mixing)工法在基坑周邊建立作為地下連續(xù)墻與止水帷幕的水泥土攪拌墻，以起到支護(hù)和防滲的作用。無(wú)特殊情況下，止水帷幕為圍繞基坑周?chē)木匦嗡拿孢B續(xù)墻壁，如圖1所示，高亮藍(lán)色區(qū)域?yàn)橹顾∧?，其?nèi)部為基坑，外部為土體區(qū)域。

落底式止水帷幕是指水泥土攪拌墻的深度已達(dá)到不透水層的止水帷幕，在理論上落底式止水帷幕可以完全阻隔深基坑內(nèi)外的水力聯(lián)系，因此在落底式止水帷幕建成后會(huì)在地下空間形成一個(gè)矩形范圍的不透水區(qū)域，影響其周?chē)牡叵滤鲃?dòng)。

圖1 基坑止水帷幕示意圖Fig.1 Schematic diagram of foundation pit water stop curtain

2.2 研究方案與模型建立

影響地下徑流的因素很多，其中包括復(fù)雜的土層因素(土體類(lèi)別、土體分布、土層厚度)、地下徑流方向、地下或周邊河流因素等。由于影響因素復(fù)雜多變，實(shí)際工程中也很難找到相同的工程狀況，因此為找到較為普適的規(guī)律，本文的研究目標(biāo)是：在不考慮其他因素的情況下，僅研究單一地下隔水結(jié)構(gòu)對(duì)地下水徑流的阻礙影響。研究方案為采用COMSOL有限元軟件，建立二維地下隔水結(jié)構(gòu)的繞滲模型，對(duì)一個(gè)落底式止水帷幕及其周邊區(qū)域進(jìn)行數(shù)值模擬，計(jì)算出止水帷幕造成的流量阻礙。

模型物理場(chǎng)選用多孔介質(zhì)和地下水流模塊的達(dá)西定律，研究類(lèi)型選擇穩(wěn)態(tài)。在達(dá)西定律模塊中，對(duì)一個(gè)邊長(zhǎng)200 m，面積40 000 m2的落底式止水帷幕及其周邊1 000 m×800 m的矩形土體區(qū)域建模，默認(rèn)厚度為1 m。流體材料為水，密度1 000 kg/m3，動(dòng)力黏度0.001 Pa·s；多孔材料為細(xì)沙，孔隙率0.5，滲透率5×10-8m2。單向流動(dòng)，入出口每1 000 m的壓強(qiáng)差為147 000 Pa(每10 m的水頭差為0.15 m)，入口壓強(qiáng)大于出口壓強(qiáng)，非壓強(qiáng)方向的邊界采用對(duì)稱(chēng)邊界，即允許切向流動(dòng)但無(wú)法向流動(dòng)的邊界。止水帷幕采用內(nèi)壁邊界，不允許任何方向的流動(dòng)。

按物理場(chǎng)控制，較細(xì)化劃分網(wǎng)格，開(kāi)始模擬研究。計(jì)算結(jié)果選擇達(dá)西速度場(chǎng)，計(jì)算完成后對(duì)模擬區(qū)域的流速進(jìn)行積分，得到該區(qū)域地下水的瞬時(shí)總流量，即每秒的總流量；再對(duì)模擬區(qū)域上邊界與入口邊界的流速進(jìn)行積分，得到邊界處的線(xiàn)流量。

2.3 止水帷幕極限影響范圍的確定

為完整表現(xiàn)單一止水帷幕對(duì)地下徑流的影響以及止水帷幕對(duì)地下水流動(dòng)的極限影響范圍，模擬面積的選取應(yīng)該足夠大，取到止水帷幕不再有影響的邊界面積。模擬區(qū)域?yàn)榫匦危匦蔚膶挾确较驗(yàn)閴簭?qiáng)方向，坐標(biāo)軸中為x方向；矩形的高度方向?yàn)榉菈簭?qiáng)方向，坐標(biāo)軸中為y方向。確定區(qū)域面積時(shí)，建立兩個(gè)除有無(wú)止水帷幕外其他完全相同的兩個(gè)模型，通過(guò)改變高度、寬度的值，計(jì)算后進(jìn)行對(duì)比，最終確定不再對(duì)阻礙作用有影響的臨界面積。

2.3.1 模擬區(qū)域非壓強(qiáng)方向矩形高度的確定

止水帷幕對(duì)非壓強(qiáng)方向的影響相對(duì)較小，實(shí)驗(yàn)中由于邊界條件選取為對(duì)稱(chēng)邊界，不允許法向流動(dòng)，而止水帷幕會(huì)使帷幕附近產(chǎn)生y方向的流速，即產(chǎn)生y方向流動(dòng)的水流，因此模擬區(qū)域高度選取越小，數(shù)據(jù)顯示的止水帷幕產(chǎn)生的阻礙效果越強(qiáng)，即有止水帷幕和無(wú)止水帷幕的總流量差值越大，同時(shí)對(duì)上下邊界流速的影響也越大。

確定模擬區(qū)域高度時(shí)，由于上下邊界無(wú)法向流動(dòng)，當(dāng)高度取大于200 m時(shí)，上下線(xiàn)的線(xiàn)流量都將與無(wú)止水帷幕時(shí)一致，保持在7.35 m2，無(wú)法體現(xiàn)不同高度對(duì)阻礙作用的影響，因此確定高度對(duì)阻礙作用無(wú)影響的指標(biāo)為：在與無(wú)止水帷幕模型的對(duì)比中，兩模型總流量的差值與上下邊界流速極值保持穩(wěn)定不再變化。由于模型上下對(duì)稱(chēng)，上下邊界的流速一致，故實(shí)驗(yàn)記錄僅記錄上邊界流速極值。模擬時(shí)保持寬度為1 000 m，壓強(qiáng)為147 000 Pa，計(jì)算結(jié)果如圖2和圖3所示。

由數(shù)據(jù)可得，即使是影響較小的高度方向，邊長(zhǎng)200 m的止水帷幕也將對(duì)4 500 m高度范圍內(nèi)的地下水流動(dòng)造成影響。在4 500 m范圍內(nèi)，流量差值隨高度的增大而減小，且減小速度逐漸緩慢；上邊界的最高流速隨高度的增加而降低，最低流速隨高度的增加而增大，變化的幅度也在逐步減小。當(dāng)高度達(dá)到4 500 m時(shí)，流量差值將降到最低值503 m3，并且該值將不會(huì)再隨著高度的增加而產(chǎn)生變化；上邊界最高流速與最低流速此時(shí)已交匯并等于同等條件下無(wú)止水帷幕的流速0.007 35 m/s，且隨著高度的再次增加，該流速保持不變。

圖2 高度變化流量差值圖Fig.2 Height change flow difference diagram

圖3 高度變化流速對(duì)比圖Fig.3 Comparison diagram of height change and velocity

由此得出如下結(jié)論：邊長(zhǎng)200 m的止水帷幕在非壓強(qiáng)方向，會(huì)對(duì)附近土體中的地下水流動(dòng)產(chǎn)生較大影響，但隨著距離的增大，該影響逐漸減小，在距離達(dá)到4 500 m左右時(shí)將不再有影響。

2.3.2 模擬區(qū)域壓強(qiáng)方向矩形寬度的確定

止水帷幕對(duì)壓強(qiáng)方向的影響更大，影響范圍更遠(yuǎn)。確定模擬區(qū)域?qū)挾葧r(shí)，保持高度為800 m不變，保持147 000 Pa/km的壓強(qiáng)差不變，通過(guò)改變寬度計(jì)算不同寬度對(duì)阻礙作用的影響，改變寬度后按同比例調(diào)整壓強(qiáng)。寬度變化時(shí)，出入口流量將不再保持一致，而是隨著寬度的增大而增大，并逐步逼近無(wú)止水帷幕時(shí)的流量，因此確定寬度對(duì)阻礙作用無(wú)影響的指標(biāo)為：在與無(wú)止水帷幕模型的對(duì)比中，兩模型總流量的差值與出入口的流量保持穩(wěn)定不再變化。由于模型左右對(duì)稱(chēng)，出入口的流量一致，故實(shí)驗(yàn)記錄僅記錄入口處的流量。計(jì)算結(jié)果如圖4和圖5所示。

圖4 寬度變化流量差值圖Fig.4 Flow difference diagram of width change

圖5 寬度變化入口流量對(duì)比圖Fig.5 Comparison of inlet flow with width change

數(shù)據(jù)表明，止水帷幕在壓強(qiáng)方向的影響范圍非常大，即使將寬度設(shè)置為20 000 m，在入口處，對(duì)比無(wú)止水帷幕時(shí)的情況，還是會(huì)造成入口0.54%的流量削減。在2 000 m的范圍內(nèi)，止水帷幕對(duì)地下水流速的影響較大，隨著寬度的增加，入口處流量的增幅明顯，總流量的差值也快速增大。當(dāng)寬度達(dá)到2 000 m后，止水帷幕的影響效果顯著減小，隨著寬度的增加，入口處流量緩慢增加，并逐步向無(wú)止水帷幕時(shí)的入口線(xiàn)流量11.76 m2靠近，在寬度達(dá)到20 000 m時(shí)，入口處流量達(dá)到11.7 m2，與無(wú)止水帷幕時(shí)相比，兩者相差0.54%；伴隨流速的緩慢增加，總流量的差值也緩慢上漲，峰值將達(dá)到578 m3。

由此可得出結(jié)論：邊長(zhǎng)200 m的止水帷幕在壓強(qiáng)方向，會(huì)對(duì)地下水流動(dòng)產(chǎn)生范圍非常大的阻礙影響，在2 000 m范圍內(nèi)該影響較大且隨著距離的增加影響快速增大，之后影響的增加速度放緩，在20 000 m的邊界該影響的增長(zhǎng)微小但依然存在。

2.4 阻礙影響分析

由2.2節(jié)可知，邊長(zhǎng)200 m的止水帷幕將對(duì)周?chē)?0 000 m×4 500 m范圍內(nèi)的地下水流動(dòng)產(chǎn)生影響。數(shù)據(jù)表明，在該實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)，總流量差值會(huì)隨著高度的增加而減小，隨著寬度的增加而增大，并且變化速度隨著距離增加而逐漸減小，最后趨于穩(wěn)定?？偭髁坎钪惦S著寬度和高度的變化而變化，因此不同面積區(qū)域下的總流量差值不同。

為計(jì)算不同面積范圍內(nèi)止水帷幕產(chǎn)生的流量減少，將寬度與高度分為400、600、800、1 000、1 500、2 000、2 500、3 000、3 500、4 000 m的10組，分別組合為100種不同的面積，計(jì)算其流量差值，并將流量差值與無(wú)止水帷幕時(shí)的總流量之比作為阻礙影響的指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如表1與表2所示。數(shù)據(jù)表明，止水帷幕產(chǎn)生的總流量差值的最大值為土體面積4 000 m×400 m時(shí)的726.83 m3，最小值為400 m×4 000 m時(shí)的452.48 m3，此時(shí)產(chǎn)生的阻礙影響分別為6.18%與3.85%。由于當(dāng)面積增大時(shí)，無(wú)止水帷幕情況下總流量的增速較快，因此面積越大止水帷幕產(chǎn)生的阻礙影響百分比越小，其最大值為土體面積400 m×400 m時(shí)的39.56%，最小值為土體面積4 000 m×4 000 m時(shí)的0.46%，此時(shí)后者的總流量差值為539.65 m3大于前者的465.21 m3。

實(shí)際工程中，止水帷幕附近會(huì)有其他建筑影響，地下空間會(huì)有其他地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行阻礙，這些地下結(jié)構(gòu)會(huì)將較廣范圍的地下空間分割為不同范圍的區(qū)域，因此每組不同的范圍都可能有其對(duì)應(yīng)的實(shí)際工程，本文選取建筑相距較為普遍的1 000 m作為分析范圍。在1 000 m的范圍內(nèi)，止水帷幕將產(chǎn)生459.63～539.63 m3的流量削減，將會(huì)產(chǎn)生7.34%～39.56%的阻礙影響，這會(huì)對(duì)地下徑流產(chǎn)生較為嚴(yán)重的阻礙，從而影響城市的水體循環(huán)，加劇城市內(nèi)澇，威脅社會(huì)公眾的生產(chǎn)生活。

2.5 倒角對(duì)阻礙影響的變化

在1 000 m×800 m的實(shí)驗(yàn)區(qū)域中，分別對(duì)邊長(zhǎng)200 m止水帷幕的4個(gè)角進(jìn)行40 m的45°切角與倒圓角，保持面積40 000 m2不變，計(jì)算出不同倒角對(duì)止水帷幕阻礙作用的影響，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表1 不同面積總流量差值表Table 1 Flow difference of different areas

表2 不同面積阻礙影響百分比表Table 2 Percentage of impact of obstruction in different areas

表3 倒角模型數(shù)據(jù)表Table 3 Chamfer model data sheet

數(shù)據(jù)表明，在保持面積不變的情況下，適當(dāng)?shù)菇菚?huì)降低止水帷幕對(duì)地下水流動(dòng)的阻礙作用。對(duì)止水帷幕1/5處的4個(gè)角進(jìn)行45°的切角，將會(huì)降低止水帷幕5.326%的阻水作用；對(duì)止水帷幕1/5處的4個(gè)角進(jìn)行倒圓角，將會(huì)降低止水帷幕3.673%的阻水作用。其中45°切角的優(yōu)化效果大于倒圓角的優(yōu)化效果，主要原因是模型切角后的迎水面積要小于倒圓角后的面積，因此有效降低壓強(qiáng)方向止水帷幕迎水面積將會(huì)降低其對(duì)地下水流動(dòng)的阻礙作用。

由此可得出結(jié)論，在實(shí)際工程中，可以選擇施工難度相對(duì)簡(jiǎn)單，造價(jià)相對(duì)便宜的45°切角來(lái)降低止水帷幕的阻礙作用。

3 止水帷幕阻礙作用對(duì)海綿城市的影響

止水帷幕的阻礙作用對(duì)海綿城市的主要影響為：由于阻礙作用，使得地下水的排滲速度較慢，局部地下水水位更快上升，擠占地表水的入滲空間，降低地表水的下滲速度，最終導(dǎo)致止水帷幕附近海綿城市設(shè)施的效率下降。

目前，海綿城市設(shè)施的建設(shè)主要分為兩種，一種是使用透水混凝土、透水磚等透水材料鋪設(shè)透水路面；二是建設(shè)雨水花園、下沉式綠地、滲井、生物滯留帶等集中入滲設(shè)施，將附近不透水面(屋頂、路面等)導(dǎo)致的雨水徑流集中存蓄并入滲補(bǔ)給地下水。其中，雨水徑流集中入滲設(shè)施具有減緩城市內(nèi)澇、凈化水質(zhì)與涵養(yǎng)地下水的綜合功能，在海綿城市的建設(shè)中應(yīng)用較為廣泛[17]。針對(duì)雨水花園等集中入滲設(shè)施的使用，唐雙成等[18]和賈忠華等[19]研究發(fā)現(xiàn)集中式雨水徑流入滲設(shè)施會(huì)提高局部地下水水位，并且該過(guò)程會(huì)在降雨后短時(shí)間內(nèi)發(fā)生[20]。Machusick 等[21]在美國(guó)賓夕法尼亞州東南部地區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)降雨量大于 18 mm時(shí)，雨水徑流通過(guò)滲蓄設(shè)施向下入滲補(bǔ)給地下水，局部得到補(bǔ)給的地下水會(huì)凸起形成小丘，造成地下水水位波動(dòng)較大。止水帷幕的阻礙作用會(huì)使集中入滲后的地下水排滲難度加大，更易匯集成小丘，使地下水水位的波動(dòng)更大，并且隨著水位的上升，地下水的頂托作用逐漸發(fā)揮作用，使得地表水的入滲空間不足、下滲速度下降，最終導(dǎo)致集中入滲設(shè)施效率降低，更易發(fā)生較嚴(yán)重的溢流。

地下結(jié)構(gòu)對(duì)天然流場(chǎng)的阻隔或截?cái)鄷?huì)使得地下結(jié)構(gòu)兩側(cè)地下水的水位局部上升或下降，造成兩側(cè)水力梯度增大[22]，阻礙地下水的流通，降低附近海綿城市設(shè)施的效率。同時(shí)，較大幅度的水位變化會(huì)造成建筑物內(nèi)突水和增加附近建筑因浮托力而破壞的風(fēng)險(xiǎn)[23]，為城市的建設(shè)帶來(lái)隱患。

4 結(jié)論

海綿城市建設(shè)進(jìn)展緩慢，在低影響開(kāi)發(fā)的倡導(dǎo)下，要逐步恢復(fù)城市的自然水循環(huán)，這不僅要求我們關(guān)注地面硬化等地表排滲問(wèn)題，還要關(guān)注地下水匯流等地下徑流問(wèn)題。

影響地下徑流的因素有很多，但大體上可以得出如下結(jié)論：在相同情況下，相對(duì)于無(wú)落底式止水帷幕，落底式止水帷幕會(huì)對(duì)地下水的流動(dòng)產(chǎn)生較大影響，邊長(zhǎng)200 m的止水帷幕將對(duì)周?chē)?0 000 m×4 500 m范圍內(nèi)的地下水流動(dòng)造成影響。在1 000 m的范圍內(nèi)，落底式止水帷幕會(huì)造成地下徑流每秒7.34%～39.56%的流量削減，導(dǎo)致地下水匯流速度減慢，使得局部地下水水位提高，從而在降低附近海綿城市設(shè)施效率的同時(shí)增加附近建筑的安全隱患，不利于城市的健康發(fā)展。

實(shí)驗(yàn)表明，倒角與切角可以?xún)?yōu)化止水帷幕，降低止水帷幕的阻礙影響，其中45°切角造價(jià)便宜、施工簡(jiǎn)單、優(yōu)化效果較好，對(duì)邊長(zhǎng)200 m止水帷幕1/5處的4個(gè)角進(jìn)行切角可以減低止水帷幕5.326%的阻水作用，因此在實(shí)際工程中對(duì)止水帷幕進(jìn)行45°切角符合低影響開(kāi)發(fā)，有利于海綿城市建設(shè)。