2024·节能降碳宣传周--天津节能降碳先进技术网络展播
5月13日-19日为2024年全国节能宣传周，天津市科技局定于局官网和微信公众号组织“2024·节能宣传周--天津节能降碳先进技术网络展播”活动，宣传我市节能降碳科技成果，
今天展播的技术名称：
天津城建大学是天津市属普通高等学校，以“发展城市科学，培育建设人才”为办学宗旨，秉承“依托行业，强化特色，质量为本，追求卓越”的办学理念，践行“重德重能、善学善建”的校训精神，立足天津、面向全国、放眼世界，服务新型城镇化和城市现代化进程。近五年，获批国家级科研项目138项，省部级科研项目325项；年均科技经费1亿元左右；获得省部级以上科技奖励48项。有4个省部级重点实验室，1个国家工程中心、9个省部级工程中心等科技平台18个；出版学术著作50余部；发明专利授权129件。
天津城建大学在软土特性与地下工程、结构安全与防灾减灾、水处理与环境治理、历史建筑保护与城市更新、绿色建筑与建筑节能、城镇化与新农村建设等领域取得了一批标志性成果，在天津市处于领先地位。近5年来承担了大量科技服务工作，主持完成了天津站交通枢纽工程、天津文化中心工程、滨海新区围海造陆工程等重大科技项目，为天津市发展提供了科技支撑。已经形成了城市规划、城市建设、城市管理三大学科群，分别对应城市建设与发展的三个阶段，正在形成和发展的其它四个学科群是：生态城市、智慧城市、城市经济、城市文化学科群。其中生态城市、智慧城市学科群服务于中国新型城镇化发展需求；城市经济、城市文化学科群完善了学校学科体系，围绕城市科学构成了较为完整的城市学科体系。
1.技术简介
技术领域为生态环境保护技术。目前已取得15项知识产权。
1.1 技术原理及工艺流程
雨水在土层中由上至下渗透时具有速度慢、效率低等特点，往往难以下渗。采用滤芯渗井作为竖向通道，让雨水由地表流至渗井后再向四周渗透，能大幅度提高下渗效率。①大幅度增大雨水下渗面积；②变串联渗透为并联渗透，能充分利用粉黏层、粉砂层、砂层良好的渗透性；③大幅度缩短渗透路径，缩短雨水到达非饱和土层孔隙需要的时间；④滤芯渗井布置在透水地面/路面/雨水花园/下沉绿地/旱溪之下，能通过透水层和反滤层顺利实现上下衔接和协同。
以非饱和土层孔隙作为雨水收储空间，储水能力巨大。以地下水位深2米为例，若孔隙比为0.5（较常见值偏小），则每平米储水可达0.6m3左右。我市的年降水量一般不超过600mm，若将其一次性全部储存于土层中，理论上也是可行的。考虑降雨前土层已有一定含水量和全年降雨并非一次到达地面正反两方面的影响，将雨水储存于土层孔隙的方案是可行的。
图1技术原理和施工流程
2.1 技术成果适用性
降水量的季节分配不均和用水量的相对稳定，导致天津内涝和缺水并存的结构性缺水问题严重。以2022年为例，全市平均降水584.7mm，降水总量69.69亿立方米，比多年平均值567.1mm偏多3.1%。全市地表水资源11.0242亿立方米，比多年平均值10.1703亿立方米偏多8.4%。地下水资源6.7863亿立方米，比多年平均值5.7756亿立方米偏多17.5%。即便如此，2022年与2021年相比全市地下水位依然呈下降趋势，全部为下降区和相对稳定区，平均下降0.44m，蓄水量减少0.8936亿立方米。其中下降区（下降0.5m以上）面积占34.3%，水位平均下降0.81m，相对稳定区（下降小于等于0.5m）面积占65.7%，水位平均下降0.24m。
显然，如果所有降雨都能得到合理利用而不是当作内涝水和城市积水排除，即使没有南水北调和引滦入津等外来水资源，地下水也可实现供大于求或供求平衡，不致出现地下水位下降现象，满足生活、生产、生态用水更应该不成问题。可见，天津缺水的原因很大程度上在于水资源自然供应的结构性失衡，即夏季的大量降水不得不当作内涝水和积水排除掉而不是加以有效储存。
2.2技术创新性及先进性
（1）雨水下渗速度快：采用滤芯渗井+表层模式+外排模式复合方案，能提高雨水下渗效率120倍以上。
（2）不影响地面其他功能：滤芯渗井是一种埋置于浅部土层的竖向渗水构件，埋设之后即可铺设透水砖、透水路面，设置雨水花园、下沉绿地等表层设施，不影响地面其他使用功能。
（3）综合效能强：能消纳85%以上的年降水量。既可消除城市积水或消减城市内涝程度，又可补充地下水即将雨水作为资源储存在土层中以备生态生活之用。
（4）维护方便：若某个滤芯渗井无法正常工作，雨水会自动通过透水砖和砂层或其他水平通道转移至附近其他滤芯渗井中入渗。另外，可随时替换或在附近重新设置滤芯渗井以替换损坏渗井。
（5）成本低、工期短：在地面钻孔，孔内放置渗透性滤芯，再铺设砂层即可。具有造价低、工期短优势。
（6）对环境影响小：在地面钻孔，孔内放置滤芯即可，不用大面积开挖，不改变地形地貌，不产生泥浆等副产品。
（7）绿色环保：可采用废弃混凝土生成的粗骨料和细骨料制作滤芯，具有绿色、环保、废物资源化利用等特点。
（8）具有自洁净功能：以透水砖（透水混凝土路面）、土工布、反滤砂石、滤芯渗井为主要特色的雨水下渗和收储模式，具有过滤与自洁净功能，可实现地表水与地下水的生态联络。
（9）协同性强：滤芯渗井与透水路面、雨水花园、下沉广场等表层模式和下水管网外排模式组合应用，具有可充分利用已有成熟技术的优势。
（10）低碳生态：以浅部非饱和土层作为储水空间，不需要任何人造储水设施，且储水量巨大。以孔隙比0.3、非饱和土层2米计，每百平米储水量达46m3。
（11）适用性广：只需钻孔下放滤芯即可，占用空间小。适用于城市更新尤其是老旧小区、老旧厂房、老旧街区和城中村更新中的地表建设改造。
2.3 节能减碳或污染防治效果
（1）增大雨水下渗面积30~100倍：滤芯渗井是一个圆柱体，当水沿滤芯半径向四周土体渗透时，其有效渗透面积等于柱面和截面面积之和，如图1所示。可见，设置滤芯渗井后渗透面积大幅度增加。
（2）改善渗流状态，缩短渗流路径：浅层土具有明显的成层性，其水平渗透系数往往是竖向渗透系数的3~8倍。设置滤芯渗井后，雨水由从地表向下渗流改为从滤芯柱面沿径向水平直接进入深部土层。一方面，渗流路径能缩短70%以上；另一方面，改串联渗流为并联渗流，渗流模式得到了显著优化，渗透效率明显提高。
（3）以土层孔隙作为雨水收储空间，低碳生态：天津地区地下水位在2米左右，土的孔隙比在0.35~0.65之间。据此得到每平米土层储水能力在0.6m3~0.8m3之间，而本地区的年降水量约为500~600毫米。即使将全年降雨量一次性储存于土中，也能满足储存容量要求，且地表不会出现积水现象。由此可见，该方案不需要专门储水存水设施。另外，将雨水储存于土层中，低碳生态，是真正意义上的海绵化。
3. 技术示范情况
相关技术已经应用于天津、合肥、长治等地的老旧小区改造。图2为应用于山西长治维特小区改造项目实况，图3为应用于武清黄庄工业园改造项目。
（a）施工图一角
（b）施工现场1
（c）施工现场2
图2山西长治老旧小区改造项目
（a）平面布置
（b）施工现场
（c）改造后效果
图3天津武清工业园区老旧厂区改造
天津市科技局
2024年5月18日
联系人：社农处樊少杰022-58832812
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