[科普中國]-暴雨徑流

暴雨徑流水質(zhì)特性概述

隨著城市化的飛速發(fā)展，地殼表層用地屬性構(gòu)成被快速改變，硬覆蓋率快速提升，由此引發(fā)的城市暴雨徑流污染已成為受納水體的主要污染源；在城市區(qū)域，交通道路面積廣，負(fù)荷重，道路暴雨徑流污染更為突出。國外對于城市道路暴雨徑流污染的研究起步較早，而國內(nèi)由于長期困于點(diǎn)源污染的整治，開始著手開展針對城市道路暴雨徑流的研究。隨著對城市道路暴雨徑流污染認(rèn)識的不斷深入，很多城市先后進(jìn)行了城市道路暴雨徑流污染的研究工作，結(jié)果大大豐富了國內(nèi)城市道路暴雨徑流的基礎(chǔ)資料，及時總結(jié)已有的研究成果，對于城市道路暴雨徑流研究的縱深推進(jìn)很有必要。城市交通道路是城市區(qū)域最主要的不透水下墊面類型，其旱期污染物累積量大、來源廣，由此導(dǎo)致城市道路暴雨徑流污染物濃度更高，污染成分更復(fù)雜。鑒于此，筆者針對城市道路暴雨徑流水質(zhì)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜合闡述，以期為城市道路暴雨徑流污染的有效防治提供參考。

1城市道路暴雨徑流水質(zhì)特性研究1.1城市道路暴雨徑流污染物濃度研究

城市道路暴雨徑流污染物濃度與交通負(fù)荷、周圍環(huán)境背景、環(huán)境衛(wèi)生管理水平等密切相關(guān)，不同研究地點(diǎn)得出的研究結(jié)果差異顯著。有研究表明，后期道路暴雨徑流水質(zhì)較初期徑流顯著改善，尤其是道路坡度較大的情況 。也有研究發(fā)現(xiàn)，城市道路暴雨徑流水質(zhì)甚至劣于生活污水，西安城市主干道南二環(huán)路暴雨徑流的研究發(fā)現(xiàn)，濃度遠(yuǎn)高于生活污水，筆者總結(jié)了不同學(xué)者在不同環(huán)境背景下得出的城市道路暴雨徑流污染物濃度水平。同時，關(guān)于城市道路暴雨徑流水質(zhì)的研究大多屬于宏觀觀測范疇，而對于降雨過程中污染物隨徑流遷移轉(zhuǎn)化的微觀過程研究還較少。

1.2城市道路暴雨徑流水質(zhì)影響因素研究大氣污染狀況、氣候特征、風(fēng)速以及人類活動強(qiáng)度等的區(qū)域差異，使得城市道路暴雨徑流污染物濃度水平的影響因素非常復(fù)雜 ，針對城市道路暴雨徑流水質(zhì)影響因素的研究主要有以下幾個方面。

（1）降雨雨情因素

降雨雨情因素包括降雨強(qiáng)度、降雨持續(xù)時間、前期干旱期、降雨雨型分布等。降雨強(qiáng)度越大，對地表累積污染物的沖刷強(qiáng)度也越大，可能導(dǎo)致污染物濃度的升高，也可能出現(xiàn)過大的暴雨徑流稀釋污染物濃度使得污染物濃度降低的現(xiàn)象。前期干旱期越長，地表累積污染物越多，可能引起暴雨徑流污染物濃度的升高。在澳門雅廉訪流域的調(diào)查結(jié)果表明，前期干旱期越長、降雨強(qiáng)度越大，污染物濃度越高。調(diào)查了東莞市同沙水庫集水區(qū)降雨徑流的水質(zhì)特性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)雨前干旱期、最大雨強(qiáng)、不透水率對污染負(fù)荷的影響程度最大。顏文濤等 研究了山地城市道路暴雨徑流水質(zhì)特性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，降雨強(qiáng)度對污染物濃度具有顯著影響，降雨強(qiáng)度越大，暴雨徑流的污染物濃度越高，其中大坡度路面暴雨徑流的污染物濃度受降雨強(qiáng)度的影響最為顯著，可能是道路坡度和降雨強(qiáng)度雙重影響的結(jié)果，這也說明了山地城市道路暴雨徑流可能蘊(yùn)含有更為突出的污染強(qiáng)度。研究認(rèn)為，前期晴天時間是影響城市徑流污染物濃度和賦存形態(tài)的主要因子。研究發(fā)現(xiàn)，污染物濃度與前期晴天數(shù)、降雨歷時均呈正相關(guān)關(guān)系，而與降雨量、降雨強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。然 而，也有研究指 出 前 期干 旱 時間與污染物濃度并不存在相關(guān)關(guān)系。等對慕尼黑高負(fù)荷交通道路暴雨徑流的研究表明，前期干旱期對污染物濃度沒有顯著影響，并把這種現(xiàn)象歸結(jié)于街道清掃、風(fēng)吹或交通引起的空氣擾動流失等因素。

（2）大氣干濕沉降

有研究表明，大氣沉降是暴雨徑流鎘、銅、鉛的重要來源，且大氣濕沉降占痕量重金屬總沉降的1%～10%，總沉降重金屬負(fù)荷占流域降雨徑流重金屬總負(fù)荷的57%～100%。此外，也有研究表明，大氣沉降是居民區(qū)暴雨徑流重金屬污染的主。

（3）其他因素

車伍等在對北京城區(qū)道路雨水徑流水質(zhì)的研究中發(fā)現(xiàn)，影響道路徑流水質(zhì)的最重要的因素有道路類型、降雨強(qiáng)度、路面污染狀況、氣溫、降雨間隔時間和降雨量等。此外，污染物釋放源也是影響道路暴雨徑流水質(zhì)的重要因素。有研究表明，交通工具剎車磨損是銅的來源，建筑墻板是銅、鋅、鉛、鎘的來源，輪胎磨損是鋅的來源，材料種類、建筑密度、交通強(qiáng)度、建筑物噴漆、地表表層滲瀝是居民區(qū)暴雨徑流重金屬的主要來源，而交通尾氣和金屬侵蝕是工業(yè)區(qū)暴雨徑流重金屬的主要來源。LEE等和申麗勤等總結(jié)了城市道路暴雨徑流污染物的主要來源。

2 城市道路暴雨徑流控制對策2．1 初期暴雨徑流控制量的確定

初期徑流污染物濃度較高，攜帶了場次降雨徑流一半以上的污染負(fù)荷，科學(xué)確定初期徑流量并加重點(diǎn)控制意義重大。初期徑流控制量識別的主流方法目前以M（V）曲線法為主，即對次降雨中的污染物，把累積污染負(fù)荷占整個次降雨過程總污染負(fù)荷的比值作為縱坐標(biāo)、把累積徑流量占整個次降雨過程總徑流量的比值作為橫坐標(biāo)，進(jìn)而建立 M（V）無量綱曲線，曲線偏離對角線越多，則初期沖刷現(xiàn)象越明顯。由于該方法具有一定的可操作性，并可以給出初期徑流體積比例，在城市道路暴雨徑流管理中得到了廣泛應(yīng)用。居民區(qū)屋面、商業(yè)區(qū)屋面、工業(yè)區(qū)屋面的初期徑流控制量分別為初期2mm降雨、初期5mm降雨、初期10mm降雨，居民區(qū)道路為初期4mm降雨，而商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)道路的暴雨徑流應(yīng)全部收集處理。然而，應(yīng)用該方法也有未發(fā)現(xiàn)初期沖刷現(xiàn)象的案例。SOLLERA等在對美國圣何塞8場降雨過程的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，初期沖刷現(xiàn)象并不總是存在。BAR－RETT等的研究發(fā)現(xiàn)，高速公路暴雨徑流只有微弱的初期沖刷現(xiàn)象。調(diào)查雨季初期沖刷現(xiàn)象對分流制和合流制排放水質(zhì)的影響，結(jié)果表明初期沖刷現(xiàn)象的發(fā)生頻率較低，不足以支撐雨季排放污染物處理設(shè)計需求。

2．2 科學(xué)選取/設(shè)計控制技術(shù)

城市道路暴雨徑流的控制技術(shù)有生態(tài)化技術(shù)和非生態(tài)化技術(shù)兩種。生態(tài)化技術(shù)主要包括雨水花園、生物滯留系統(tǒng)、淺草溝、綠色屋頂、河岸緩沖帶等，非生態(tài)化技術(shù)有滲透路面、沉沙井、棄流池等。一般情況下，城市道路暴雨徑流中的重金屬、總磷、有機(jī)物等污染物主要以顆粒態(tài)存在，故 TSS常被作為城市道路暴雨徑流的首要控制指標(biāo)，城市道路暴雨徑流控制技術(shù)對懸浮物或者以懸浮物為主要賦存形態(tài)的污染物有較高的去除能力，而對于氮、磷等溶解性營養(yǎng)鹽的控制效能則還需要進(jìn)一步穩(wěn)定和提高，尤其是對溶解性氮的調(diào)控效果。對于城市道路暴雨徑流控制措施的選取，可借鑒國外已有的研究成果，并通過研究實踐改良國外設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，使得控制技術(shù)的構(gòu)建能適應(yīng)國內(nèi)的環(huán)境背景，真正達(dá)到城市道路暴雨徑流水質(zhì)凈化的目的。

2．3 科學(xué)規(guī)劃，合理布局控制措施

盡管國外對于城市道路暴雨徑流控制技術(shù)的研究已有較長歷史，但國內(nèi)關(guān)于城市道路暴雨徑流控制的技術(shù)研發(fā)還處于起步階段，國外技術(shù)的中國化還有很長的路要走，國內(nèi)技術(shù)還有一定程度的升級空間，同時，管理部門之間的溝通協(xié)調(diào)力度不足，使得很多城市綠地的預(yù)置功能單一，往往沒有發(fā)揮其暴雨徑流調(diào)控的作用。加強(qiáng)城市規(guī)劃、園林管理、市政管理等城市管理部門之間的溝通與協(xié)調(diào)、將城市道路暴雨徑流污染控制納入城市化建設(shè)的整體規(guī)劃之中，并根據(jù)城市道路暴雨徑流污染隨機(jī)性、分散性的特點(diǎn)，針對性布局小型化、分散式的暴雨徑流管理措施，并對管理措施的調(diào)控效能進(jìn)行預(yù)評估，進(jìn)而構(gòu)建城市道路暴雨徑流控制的景觀網(wǎng)絡(luò)體系，是解決城市道路暴雨徑流污染的可行途徑。

3 結(jié)論與建議（1）城市道路暴雨徑流是城市面源污染的主要

貢獻(xiàn)體之一，其水質(zhì)影響因素眾多，氣象條件、衛(wèi)生管理水平、降雨雨情、交通負(fù)荷等因素的變化都會導(dǎo)致徑流污染物濃度的波動，不同環(huán)境背景下城市道路暴雨徑流污染物濃度水平差異較大，但有機(jī)物、重金屬、磷素等污染物以顆粒態(tài)為主要賦存形態(tài)是目前普遍認(rèn)同的研究結(jié)果。

（2）對于城市道路暴雨徑流污染的控制，宏觀上建議考慮將暴雨徑流控制技術(shù)與城市規(guī)劃有機(jī)結(jié)合起來，使得城市開發(fā)與城市道路暴雨徑流調(diào)控并舉，微觀上建議恰當(dāng)選取暴雨徑流控制技術(shù)，并注重控制技術(shù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的改良和優(yōu)化；同時，科學(xué)識別初期徑流的控制量也是城市道路暴雨徑流高效管理的重要手段。1