（环境科学专业论文）城市绿地对径流污染物削减效应的研究.pdf

摘要 城市绿地是城市生态系统的重要组成部分，也是城市生态系统维持和改善的 重要因素，在城市水循环和污染控制过程中有着十分重要的地位和作用。利用城 市绿地减少雨水径流污染是一种自然有效，成本低廉，具有长远生态价值的方法。 据此，结合上海市中心城区及新城市化地区的特点和需要，本文对城市绿地系统 和降雨系统进行模拟，研究了城市绿地系统对径流污染物的去除效果并对去除机 理进行了初步探讨，为城市绿地的规划及建设提供理论依据。本文试验结论如下： 1 绿地系统对径流污染物有较好的去除效果，降雨重现期为一年一遇、三年一 遇和五年一遇时，历时2 h 的降雨过程中，绿地系统对c o d 、n h 4 n 、n 0 3 - n 、 有机氮、t n 及r p 的去除率分别为2 8 5 9 红5 0 9 、3 1 7 0 o - - 5 1 3 、1 8 8 4 1 9 、 1 9 7 七2 1 、1 5 0 r 3 0 2 和2 6 1 , 4 1 1 。降雨1 h 内，绿地系统对各污 染指标去除率较高，l h 后去除率明显下降。 2 在污染物总量控制方面，对于一年一遇、三年一遇和五年一遇降雨重现期， 2 h 的降雨过程中，绿地系统对径流雨水中有机物总量、氮和磷总量的去除率 分别为4 7 6 - - 6 1 3 、4 8 3 - - 6 4 4 和4 1 3 0 0 - - 5 0 9 。 3 植物作为绿地系统的重要组成部分，在径流污染物去除过程中起着重要作用， 与裸土相对照，模拟绿地系统对径流雨水中c o d 、n i - h + - n 及t p 削减率分别 提高o g - 7 7 个百分点、1 3 6 2 个百分点和1 9 胡2 个百分点。 4 对于连续进行7 d 的降雨实验，第1 d 降雨，各土壤层对径流中c o d 和n i - 1 4 + n 去除率最高，分别为4 0 0 * o - - 5 0 0 和6 7 1 一7 5 2 ，第2 d - - , 6 d 降雨，降低至 2 7 3 - - 4 6 4 和4 3 9 扣7 0 8 。在0 c m - 11 0 c m 土壤层内，绿地系统对径流雨水 中t n 、t p 去除率随绿地土壤深度的增加而增大。 5 实际绿地系统对地表径流污染物中c o d 、n h 4 + - n 和t p 平均去除率分别为 4 4 4 、5 6 6 和4 2 - 3 ：中等降雨强度的去除率较高，为7 0 r 8 0 0 , 6 ；降雨初 期绿地对径流雨水中c o d 、n h 4 + - n 和t p 的去除效果比降雨后期分别提高 1 6 7 个百分点、1 6 5 个百分点和5 5 8 个百分点。 6 降雨过程中，污染物主要是通过土壤颗粒及植物根系的吸附截留等作用去除， 降雨o 5 h 内污染物质主要被0 c m - 1 5 e m 层土壤所吸附，2 h 后各土壤层对有机 质、氮、磷的吸附能力基本相同。降雨后的第2 d - s d , 主要发生土壤微生物对 吸附于土壤颗粒表面及植物根系表面的污染物质的降解作用，降雨后 1 4 1 7 d ，土壤有机质、全氮、全磷基本恢复到降雨前水平，土壤得到再生。 关键词：城市绿地；雨水径流；去除效果；削减机理： 6 a b s t r a c t a so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tc o m p o n e n t so fc i t ye c o s y s t e m ，t h ec i t yg r e e n b e l t h a sg r e a te f f e c to nw 栅c y c l ea n dp o l l u t i o nc o n t r 0 1 w h i c hi sb e n i f i c i a lt om a i n t a i n a n di m p r o v ec i t ye c o s y s t e m i ti san a t u r a la n de f f e c t i v ew a yt oc o n t r o lr u n o f f p o l l u t a n tw i t hl o wc o s ta n dl o n g - t e r me c o l o g i c a le f f e c t st h r o u g hg r e e n b e l t b a s e do n t h ec h a r a c t e r sa n dn e e d so fc e n t r a ld i s t r i c to fs h a n g h a i i ti su r g e n tt os t u d yt h ee f f e c t o fg r e e n b e l to np o h l n i o nc o n t r o li ta l s oh a si m p o r t a n ti n s t r u c t i o n a lm e a n i n gt os a v e t h ec i t yw a t e rr e s o l l l e sa n dp r o t e c tt h ec i t yw a t e re n v i r o n m e n t t h ea u t h o rs t u d i e st h e p o l l u t a n tl e m o v a lm e c h a n i s mo fs t r o m w a t e rr u n o f ft h r o u g ha r t i f i c i a lg r e e n b e l ta n d r a i n f a l ld e v i c ea n dg e t st h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ： 1 t h ec i t yg r e e n b e l th a sg o o de f f e c t so np o l l u t a n tc o n t r 0 1 明d e s i g n e dr e p e t i t i o n p e r i o d so fr a i n f a l la r co n ey e a r , t h r e ey e a r sa n de v e r yf i v ey e a r s d u r i n gr a i n f a l l l a s t i n gt w oh o u r s ，t h er e m o v a le f f i c i e n c i e s o fc o d ，n h 4 + - n ，n 0 3 - n ，o r g a n i c n i t r o g e n , t na n dt pa r e2 8 5 p 5 0 9 ，3 1 7 - - 5 1 3 ，1 8 8 - - 4 1 9 ，1 9 7 3 2 1 ， 1 8 0 3 0 2 a n d2 6 1 - - - 4 1 1 r e s p e c t i v e l y n 圮r e m o v a le f f i c i e n c i e sc h a n g ew i t h d i f f e r e n ti n t e n s i f i e sa n dd e c r e a s er a p i d l yi nt h ep r o c e s so f r a i n f a l l 2 t h ec i t yg r e e n b e l th a sg r e a te f f e c to nt o t a lq u a n t i t yc o n t r 0 1 w i 也t h er a i n f a l l i n t e n s i t i e so f3 61 1 1 1 1 1 h 。5 0 衄一h - l ，5 7t o n i h 1 ，t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fo r g a n i c m a t t e r , n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sa r e4 7 6 - - 6 1 3 4 8 3 - - 6 4 4 a n d4 1 3 5 0 9 r e s p e c t i v e l y 3 a sa l li m p o r t a n tc o m p o n e n to ft h eg r e e n b e l t ，p l a n t sp l a ya ni m p o r t a n tr o l ei n r e m o v a lo fr u n o f fp o l l u t a n t s c o m p a r e d 、析t l lb a r es o i l t h er e m o v a le f f i c i e n c i e so f c o d ，n h 4 + - na n dt pa r ei n c r e a s e db y0 8 - - 7 7 ，1 3 - - 6 2 a n d1 9 - 9 2 r e s p e c t i v e l y 4 d u r i n gs e v e n d a yl a s t i n gr a i n f a l l t h ef a s td a yr e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d , n i - - 1 4 + n a r e4 0 0 0 , - - 5 0 o ，6 7 1 - 一7 5 2 ，h i g h e rt h a nt h eo t h e rd a y s a n dt h er e m o v a l e f f i c i e n c yo f p o l l u t a n t sh a sg r e a tr e l e v a n c ew i t hd e p t ho f s o i l e s p e c i a lf o rt na n d 1 1 p 5 a c t u a lc i t yg r e e n b e l ts y s t e ma l s oh a sg r e a te f f e c to np o l l u t a n tr e m o v a l 1 1 把a v e r a g e r e m o v a le f f i c i e n c i e so fc o d n h 4 * - na n dt pa r e4 4 4 ，5 6 6 a n d4 2 3 r e s p e c t i v e l y t h ef u n c t i o no ft h eg r e e n b e l to nr e m o v i n gt h ep o l l u t a n t si nr a i n w a t e r d i f f e r su n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n s ，s u c ha sd i f f e r e n tr a i n f a l li n t e n s i t i e s ，i n i t i a ls t a g ea n d l a t e rs t a g ei nas a i l l er a i n f a l l n 圮p o l l u t a n t sr e m o v a le f f i c i e n c i e si nm o d e r a t er a i na r e b e t t e rt h a nt h a ti nl i g h tr a i n f a l la n dd o w n f a l l , a l s oi ni n i t i a ls t a g et h a nt h a ti nl a t t e r s ( 5 ) m o s tp o l l u t a n t sm - oc u td o w nb ya d s o r p t i o na n di n t e r c e p t i o no fs o i la n dt h e # a n t 7 r o o ts y s t e md u r i n gr a i n f a l l h a l fa nh o u ra f t e rt h er a i nb e g i n s ，p o l l u t a n t sa r em a i n l y a d s o r b e db yt o p s o i l d 啦t h er a i nb r e a k ，t h ep o l l u t a n ta d s o r b e db yg r e e n b e l tw 觞 d e c o m p o s e db ys o i lm i c r o o r g a n i s m s ，w h i c hm a i n l yt a k ep l a c eo nt h es e c o n dt ot h e e i g h t hd a ya f t e rt h er a i n t h eo r g a n i cm a t t e r sa r ed e c o m p o s e db yb a c | 【e r i a la n d n i t r o g e n sa ”d e c o m p o s e db yn i 乜 i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o n , w h i c ho c c l , l r s o nt i m f i f t ht ot i ce i g h t hd a ya f t e rr a i n a n d1 4 1 7d a y sl a t e r t h ec o n t e n t so fo r g a n i cm a t e r , ina n dt pr e d u c et ot h el e v e l sb e f o r er a i nb a s i c a l l y k e yw o r d s ：c i t yg r e n b c l t ；s t o r m w a t c rr u n o f f ；p o l l u t a n tr e m o v a l ；m e c h a n i s m 8 第一章绪论 1 1 课题背景 随着城市化进程的加快以及人们生活水平的提高，城市的需水量逐渐增加， 城市的水资源短缺和水质污染问题己引起各国的广泛关注和不安【l j 。长期以来， 人们认为点源污染是造成城市水环境质量下降的主要原因，耗费大量资金来减少 污水的排放，取得了一定的效果。但是结果表明，即使点源污染达到“零排放” 水平，仍然不能保证城市水环境质量，降雨径流的淋溶和冲刷使大气、地面以及 土壤中的污染物扩散性地进入她表水，仍然是城市水环境污染的重要因素。 上海地处长江和太湖流域的最下游，过境水资源丰富，但是由于人类活动及 自然变化造成的水质型缺水己成为困扰上海的一大难题。2 0 0 6 年上半年苏州河 及其主要支流的市区段水体氨氮( n i - 1 4 + - n ) 含量高达6 m g - l 1 2 0 m g l ，为地表 水v 类标准( 上海市中心城区河流现状功能定位标准) 的3 1 0 倍，一些河流溶 解氧( d o ) 不足l m g l 1 ，河流透明度仅为2 0 c m - - - 4 0 c m ，与景观娱乐用水水质标 准要求相去甚远。原因就是合流制排水系统雨天溢流、分流制排水系统雨水管道 和污水管道污混接及降雨初期径流等造成的污染。径流进入江河导致的水体污染 仍是普遍和突出的问题，城市雨水径流污染治理已不容忽视。 通过土壤、植被系统等蓄积、利用雨水资源和净化雨水径流污染，是目前发 达国家城市雨水利用及污染控制中的主要手段之一。城市绿地是城市生态环境的 重要承载体之一。随着近十年来上海城市建设的快速发展，上海市政府十分重视 城市绿化建设，城市集中绿地、住宅区绿地和道路绿化等各种类型绿地面积不断 扩大，上海城市绿地面积增加了3 倍以上，2 0 0 4 年城市绿化覆盖率达到3 6 o ， 并建成国家园林城市。由于过去在城市绿地系统的规划、设计及建设中往往多重 视其景观效果及休闲价值，而对城市绿地在城市水分循环和面源污染控制中的作 用重视不足，更未列专题开展系统研究。城市绿地系统建设理念的改变，使得绿 地诸多的生态环境效应得到重视，其中对雨水径流和地表污染物的削减作用日益 得到关注。城市绿地是城市生态系统的重要组成部分，也是城市生态系统维持和 改善的重要因素，在城市水循环和污染控制过程中有着十分重要的作用和地位。 用城市绿地来降解雨水径流中污染物质是一种自然有效，成本低廉，具有长远生 态价值的方法。据此，结合上海市中心城区及新城市化地区的特点和实际需要， 在2 0 0 4 年度上海市科委重大科技攻关项目“中心城区和新城市化地区面源污染 控制关键技术与示范研究( 0 4 d z l 2 0 2 4 ) ”的子课题的资助下，本课题开展了城市绿 地系统对雨水径流污染削减效应研究，旨在为城市绿地的规划与建设提供参考依 据。 9 1 2 城市绿地系统及生态环境功能 所谓绿地，是指绿色的地面，由透水性下垫面上覆盖绿色植物构筑而成，是 从“开阔的空间”这一概念引入的。它不是狭义上的绿地，从更广阔的意义上来说 的，绿地可以认为是存在子城市中的自然，也就是公园、树林、运动场、广场、 高尔夫球场、农田、草地、各种公共场所的附设绿地以及水体( 河流、湖泊) 等。 城市绿地系统是城市中一种特殊的生态系统 2 1 。是由城市中不同类型、性质和规 模的各种绿地构成的一个城市绿色环境体系。该系统一方面能为城市居民提供良 好的生活环境，为城市生物提供适宜的生境，另方面能增强城市景观的自然性、 促进城市居民与自然的和谐共生，在维持城市生态平衡、改善城市生态中发挥着 重要的作用【引。 城市下垫面复杂，不同的城市从地质地貌和河湖水系等自然条件到布局形式 和环境状况都有不同特点，因此绿地的类型也是多种多样的。按照不同的分类标 准，城市绿地可以划分为不同的类型。目前为大多数人认可九类法将绿地系统分 为以下九类：公园绿地、生产绿地、防护绿地、居住区绿地、道路绿地、附属绿 地、城周景观生态保护地、城周经济林地及城周防护林地【4 】。 城市绿地作为城市自然生态系统的重要组成部分，具有重要的生态服务功 能。它在一定的时空范围内为人类社会提供的产出构成生态服务功效。城市绿地 系统的生态环境效应主要包括嘲： 8 ，改善气候：城市绿地夏季能使气温降低，冬季则可使气温略有升高，植被的 蒸腾作用还能增加空气的湿度。此外，植被，特别是林地还可以降低风速，促进 空气对流删。 b 净化空气，吸滞粉尘：植物能吸收一定数量的污染物质，如s 0 2 、h f 、c 1 2 、 n x o 及重金属粉尘等。绿色植物对粉尘也有明显的阻挡、过滤和吸附作用。 c 降低噪声：不仅树枝繁茂的密林可以隔音和吸音，草坪也具有相同的作用。 在城市交通干线，道路两侧，以乔木配合女贞或小叶黄杨，宽度在2 3 m ，即可 衰减交通噪声嘲。 d 防灾减灾：茂密的森林可以起到防火的作用，乔木与灌木相闯的多层林，枝 叶不加修剪时效果更明显。城市森林对于地震和暴雨、洪峰、河流泛滥、滑坡、 崖崩等都有防护效果。 e 保持水土改善水文条件：城市绿地通过其对雨水的阻挡、截流和风速的减弱， 以及植物根系对土壤的固定作用起到蓄水保土的作用。 杀灭病毒，吸收有毒有害气体：城市绿色植物可以杀灭大气中的病毒，一是树 木能减少灰尘，减少细菌载体，因而也就减少了附着在灰尘上的细菌；二是许多 树木能分泌挥发性的杀菌素，具有杀菌和抑菌的能力。 1 0 g 保护生物多样性：城市绿地系统，尤其是保留下来的天然森林、半天然森林 和人工森林，以及灌丛和草地等，是生物多样化的载体，对维护生物多样性具有 重要的作用。 k 对径流雨水的调蓄和污染物去除方面的作用：城市绿地不仅可以减少地表雨 水径流量，土壤和植物根系对雨水径流中的悬浮物、杂质等也能起到一定的削减 作用。植被和绿地土壤可以滞留大量有害的金属，树木的根系可以吸收水中的溶 解质，减少水中细菌含量，絮结的草坪草须状根系能吸收和降解溶于雨水中的酚、 氰、铬、锌等有机化合物，使得含有毒有害物质的雨水得到过滤和净化。 随着城市化进程的不断推进，大面积的天然植被和耕地逐渐被街道、工厂、 住宅等建筑物所替代，城市绿地作为城市中留存下来的具有重要生态作用的功能 区域，它的重要性不言而喻。随着人类生活水平的提高，对环境的要求也越来越 高，因此人们在发展经济的同时，对城市绿地的建设也逐渐重视起来，对于城市 绿地的生态作用也给予更加客观的评价。 1 3 上海城市地表径流污染状况 城市地表径流污染是指在降雨过程中雨水及其形成的径流流经城市地面 时，聚集一系列污染物质( 如原油、n 、p 、有毒物质、有机物等) ，随之进入水体， 污染地表水或地下水1 9 1 。美国清洁水法修正案定义非点源污染为“污染物以广域 的、分散的、微量的形式进入地表及地下水体”，即面源污染【l 哪。广义的面源污 染包括城市面源污染和农业面源污染。城市面源污染是随降雨径流产生的城市区 域内的分散污染源，它主要通过降雨径流的淋溶和冲刷作用，从大气、地面和土 壤分别进入地表水和地下水中，进而造成水环境污染【l l 】。典型的城市面源污染则 指雨水径流污染。 随着城市化进程的加快，城市土地利用类型发生了巨大的改变，原有的植被、 土壤等半渗水性和渗水性路面被人工建筑物所代替，城市治水空间被侵占，不透 水区域迅速扩大，改变了流域水文过程。城市地表不透水面积的增加，随之带来 了地表径流量的增加、地面汇流时间的缩短、径流量峰值加大、达到峰值的时间 缩短，以及合流制管溢流量的变化等，这为城市地表径流污染的发生提供了动力 条件。 1 3 1 城市面源污染特点及危害 城市面源污染具有强度大，污染负荷时空变化幅度宽，研究、控制和处理的 难度大等特点【1 扣1 3 1 ，往往会造成严重的后果。据统计【l 扣1 6 1 ，美国水体中9 2 - - - 9 8 的s s ，5 8 一7 9 的总氮( t n ) ，5 3 多扣8 7 的总磷( t p ) 以及9 8 的大肠杆菌是 由城市和农业面源污染带来的。我国对滇池污染问题的调查研究结果表明【1 7 1 ，工 业废水、城市污水及面源污染在水环境污染中所占比例分别为9 、2 4 和6 7 ， 非点源污染已成为水质恶化的主要原因之一。滇池湖泊流域的大青河，暴雨期悬 浮物浓度比平时均值高2 2 倍，亚硝酸盐氦高达平时均值的1 6 3 倍，宝象河暴雨 期最大悬浮物浓度是非暴雨期的1 0 6 倍”a - - 2 0 。因此研究城市面源污染的特征、 来源及处理措施十分必要。 1 3 2 上海城区地表径流水质调查 城市地表累积的各种污染物质是城市地表径流污染发生的主要物质基础。一 般来说，城市降雨径流中的污染物来自三方面：降雨、地表面和下水道系统。 城市地表径流的污染物质比较复杂，这些污染物大体可以分为以下几类：悬浮固 体、c o d 、氮磷、重金属、油脂类物质等 2 j 】。 1 3 2 1 上海市城市面源污染现状 上海市位于长江三角洲前缘的平原河网地区，地下水位较高，河湖纵横，有 江南“鱼米之乡”的美誉，经过一个多世纪的发展，上海已经逐渐形成了世界上主 要的特大型城市之一，也是我国重要的工业基地、港口、经济金融、贸易和信息 中心全市陆地面积6 3 4 0 5k i n 2 ，其中外环线以内主城区面积6 1 0k m 2 。2 0 0 3 年 底上海市常住人口1 7 0 0 万嘲，平均密度高达2 1 1 6 人k m 2 。上海属亚热带海洋性 季风气候，全年雨量适中，季节分配比较均匀。降水受冬夏季风的交替影响，形 成了全年3 个多雨期和3 个少雨期，即春雨期、梅雨期和秋雨期为多雨期；盛夏、 秋后期和冬季为少雨期。全年雨量1 1 4 9 哪，降雨日数1 3 2 d ，占全年总日数的 3 6 表t 1 为上海平均气温及降雨量1 2 3 1 衰1 1 上海地区全年平均气温及降雨量 由于上海是在老城区的基础上建立起来的，还存在诸多的问题，如排水系统 不完善，雨、污混接现象严重等。通过合流污水治理一期和二期工程，城区生活 污水和工业废水的截流输送比例已超过7 0 ，污水经过竹园、白龙港、石洞口等 污水处理厂处理后外排，有效地控制了城区点源污染。然而，城市面源污染对上 海市水体污染的危害更加突出，已成为城市发展亟待解决的问题。上海的城市面 源污染控制正处于起步阶段，相关法规多没有建立完善。在城市建设中，常常因 为缺乏强有力的法规依托和经济支持而使得一些控制措施没法落实到位。因此除 了需要加强对基本数据的储备和技术的研究外，还需要了解国外控制径流污染的 措施和先进经验，因地制宜，选用适合上海市实际情况的解决方法。 1 3 2 2 上海城区地表径流水质监测结果与分析 乱不同功能区地表径流水质监测 同济大学林莉蜂等人脚】对上海市不同路面雨水径流水质特性和负荷进行了 调查研究，并取得了大量成果，具体见表1 2 - 1 3 。 表1 2 上海市不同区域路面雨水径流事件平均浓度 表1 3 上海市不同区域路面雨水径流污染负荷估算值 根据对上海路面径流雨水水质测定情况，可将上海不同区域路面雨水污染状 况分为三个等级：轻度污染区域、中度污染区域和重度污染区域。轻度污染区域 c o d 、b o d 5 、s s 、n h 4 + - n 、t p 和t n 浓度平均值分别为1 2 7m g l - 、5 3m g l 1 、 9 9m g l 1 、2 4 lm g l 1 、o 2 9m g l - 1 和4 7 1n a g l 1 ，中度污染区域和重度污染区 域各污染物浓度分别为轻度污染区域污染物浓度的2 - 3 倍和3 - 4 倍。从对上海市 不同区域路面雨水径流污染负荷估算值来看，污染物类型主要为c o d 和s s ； b o d s 占c o d 的比例为3 0 4 - 3 8 2 ，可生化性较好m j 。 b 屋面径流雨水水质 由于在一场降雨过程中，各种污染物浓度随时间的变化而发生变化，在估计 污染负荷时，美国一般采用单场降雨污染物平均浓度( e m c ，e v e n tm e a n c o n c e n t r a t i o n ) 来表示径流污染物浓度。e m c 是单场降雨中单位质量径流中所含 污染物组分的平均浓度，其值等于单场降雨径流中的总污染物质量除以总径流 量。用事件平均浓度( e m c ) 来描述水质调查结果更加可靠，可以更加准确的 反映径流污染负荷f 矧。 屋面作为城区不透水区域的一个重要组成部分，在城市面源污染中占有很大 比例，它是承接大气干、湿沉降的主要载体，在城市下垫面中所占比例很大。上 海城区屋面面积占整个不透水区域面积的5 0 以上，其屋面材料主要包括三种类 型：一是沥青屋面，主要用在旧建筑物，如老式公房与公共建筑屋面；二是混凝 土屋面，主要用在新建建筑屋面中应用比较广泛；三是瓦屋面，主要用在新建建 筑面，但以多层和小高层建筑为主。 同济大学李贺等人【2 7 】对上海城区屋面雨水径流水质进行了监测分析，表1 4 为屋面雨水径流污染e m c 统计值。 表1 4 屋面雨水径流污染物e m c 统计值 由表可以看出屋面雨水径流中s s 、c o d 为主要污染物，其中值浓度分别为 7 6 9m g l 1 、4 2 6m g l 。n i - 1 4 + n 浓度较高，e m c 最大值为4 1 2m g l 1 ，中值 浓度也有1 6 1m g l ，远高出了国外的研究结果。通过0 3 年- 0 6 年对天然降雨 的n i - h + - n 进行的6 次监测，天然降雨中n i - 1 4 + - n 平均浓度高达1 1 2m g l - 1 ，说 明大气是上海城区屋面径流中n 0 3 n 的主要来源。 c 排水系统径流水质 上海市代表性排水系统包括合流制和分流制排水系统，通过对排水系统水质 情况进行调查可以获得径流雨水对排水系统的污染负荷。本文选取了上海市3 个 具有代表性的合流制系统作为研究对象，包括鞍山系统、江西北系统以及成都北 系统表1 5 为3 个合流制系统的e m c 统计值。 1 4 表i ，5 不同合流制系统e m c 统计值 合流制系统排江污染物c o d 、b o d 5 、s s 、n i - h + - n 的e m c 中值浓度分另i j 为 3 5 1m g l 、1 4m g l 、1 7 5m g - l 。和1 1 6m g l 。其中鞍山系统排江污染物e m c 值最高，其c o d 、b o d 5 、s s 及n i - 1 4 + _ n 的e m c 中值浓度分别为4 8 4m g l - 1 、 1 7 5m g u 、5 2 9n a g l 1 和1 7 2m g l 1 分流制排水系统选取了新客站系统、芙蓉江系统、北新径系统和金杨系统作 为研究对象，研究结果见表1 6 。 由表可以看出新客站系统、芙蓉江系统和北新泾系统排江污染物浓度较高， 金杨系统和金桥2 # 系统的排江污染物浓度较低，这与区域功能及雨水泵站采取 的措施有关。金桥2 # 系统属于住宅区，人口和车流较少，再加上每天排放“旱 流污水”，有效控制了沉积物的累积。 表1 6 不同分流制系统e m c 统计值 1 4 城市地表径流污染控制方法及研究进展 受城市环境因素和汇水面材料的影响，城区雨水受到相当程度的污染，如果 将这些雨水直接排入排水管道势必污染地下水源。另外面源污染还会降低河流、 湖泊的旅游价值，加快河道淤积速度。因此雨水中污染物的控制是控制面源污染 一个最关键的问题。 1 4 1 城市地表径流污染控制方法 城市地表径流污染的削减策略包括体积负荷、浓度负荷以及由此产生的污染 总量等3 个方面的削减，削减体积负荷就是减少城市地表径流总量，削减浓度负 荷就是减少径流污水中的污染物含量，削减污染总量就是减少进入城市受纳水体 中污染物的总和 2 8 】。根据这一策略，对地表径流污染物的控制主要从以下几个方 1 6 面进行考虑：其一是对源的控制，将雨水径流污染物从源头上控制在最低限度： 其二是对污染物扩散途径的控制，通过研究雨水径流污染物输送和扩散机理，采 取适当的措施，减少污染物排入地下或地表水体的数量；其三是终端治理，通过 自然生态技术或人工净化技术来降解带入水体的径流污染物1 2 9 】。 1 4 1 1 控制源头污染物 将污染源头控制在最低限度，从根本上降低路面径流中污染物的含量，是 污染防治的根本。但是面源污染源具有动态性，空间位置和排放量都难以进行准 确的定量化，因此将总量控制思想引入非点源污染的防治，必须寻求一条与点源 污染总量控制有所不同的技术路线和方法f 3 。地表径流中的污染物种类和形态极 其复杂，它们主要来源于地表沉积物、大气沉降物、水土流失物以及下水道系统， 因此，控制降雨径流造成的面源污染的关键在于控制以上几个污染源头p 2 1 。 a 及时清除地表沉积物 地表沉积物是径流污染物的主要来源。地表沉积物包含有许多物质，如行人 抛弃豹废物、建造和拆除房屋的废土，垃圾，汽车漏油与排放的尾气、轮胎磨损、 从空气中沉降的污染物等，其组分和含量受土地利用状况、大气沉降、交通、人 口密度等因素的影响【3 孤。地表污染物以各种形式积蓄在街道、阴沟和其它与排水 系统直接相连接的不透水地表上刖l 。 城市径流中夹带有大量的悬浮物，它主要来自交通工具锈蚀产生的碎屑物 质、机动车产生的废气、大气干湿沉降物、轮胎和刹车摩擦产生的物质以及居民 烟囱释放出的烟尘等。定时对地面进行清扫，尤其是交通繁忙的路段，并扩大城 市街道面的清扫范围，改进清扫方式，提高清扫频率和效率。这样可以有效的减 少排入水体中的s s 、石油类、重金属等污染物含量。例如打扫落叶和碎草可减 少进入水体的磷总量的3 0 q 0 。通过控制垃圾来减少街道垃圾堆积率，对进 城车辆进行清洗可以减少街面尘土堆积量：加强对施工现场、机修厂、停车场废 弃物的管理，控制城市绿地肥料，农药的使用；使用污染性小的屋面材料等措施 均可成为降低地表径流源头污染物的方法。 b 控制大气污染物浓度 大气沉降物是仅次于地表沉积物的第二大来源，它既包括以降尘为代表的大 气干沉降，也包括降雨、降雪、降雾等湿沉降。屋面径流雨水中只有1 0 , - , 2 5 的氮、2 5 的硫和5 的磷来自降雨，而在街道商场的停车场、商业区和交通繁 忙街道产生的径流中，几乎所有氮、1 6 4 0 的硫和1 3 的磷来自降雨，这是 由于这些地段行人及车辆较多，空气污染严重。另外，由于大气污染导致的酸沉 降也对城市地表径流产生一定的作用。严格执行烟尘控制规定，控制工业排放的 废气减少空气中的污染物质，防止因降雨造成的二次污染。此外，控制汽车尾气 1 7 排放，控制沙尘暴以减少空气中的悬浮物质p ”。 城市水土流失主要是指在城市的开发建设中，因人为活动扰动地表和地下岩 土层而破坏原始下垫面结构或堆置废弃物、构筑人工坡面而造成的水土资源的破 坏和流失。城市水土流失也是造成面源污染的重要因素。由于城市水土流失主要 是人为造成的，更需要严格控制。在新城建设和老城改造时，制定严格的土地使 用规划，严禁大规模的盲目裸露开发建设，建立科学的管理办法和制度。同时城 市透水区域要加大绿化绿地建设，美化环境，保护土壤，防止侵蚀p ”。 d 实现雨污分流 在合流制排水系统里，污水和雨水掺混在一起输送到受纳水体或污水处理 厂当雨水径流流速较大时，排水管网中无雨时沉积下来的污染物被冲起并带走， 成为径流污染物的又一来源。在下水道系统中，流速缓慢期间，一部分流动的污 染物受拦截，沉积在下水道系统中，在发生暴雨或高速流动时，它们可能重新悬 浮，成为“初始冲刷”的一部分。由于雨水水质复杂、水质波动性大，会影响城市 污水处理厂的正常运行【3 蚋。分流制排水体制可以使雨、污分流，雨水管道的沉积 物以可沉降的无机固体为主，同时也会出现少量沉积有机成分，这样就为微生物 创造了适宜环境，微生物生长并繁殖，可以降解部分污染物质。因此城市工业和 生活污水与城市地表径流应通过不同的途径排入各纳污河段p 卿。 1 4 1 2 控制径流系数 通过控制径流系数来控制污染物的扩散途径，可以减少污染物排入地下或地 表水体的数量【4 0 j 。 a 植被控制 植被控制是利用地表密植的植物，对地表径流中的污染物进行截流，它能够 在地表径流输送的过程中将污染物从径流中分离出来，从而达到保护受纳水分的 目的。植被控制包括植草渠道和漫流两种。植草渠道即在输送地表径流的沟、渠 中密植草皮以防止土壤侵蚀，并提高悬浮固体的沉降效率。s c h v a l e r 等人研究结 果表明，设计及管理良好的植草渠道可去除7 0 的s s ，3 0 的t p ，2 5 的t n ， 5 0 - 9 0 的各种金属物质。l i t t l e l 4 1 】等人则发现油脂的去除率可达6 7 - 9 3 ，s s 和v s s 至少可达到6 5 。地表漫流是过滤理论的应用，它是在坡度较小的带状 地面密植草皮使水流发散成为面流，从而过滤污染物质并提高土壤渗透性能的一 种方法。若有条件还可适当改良土壤性质，用人工配土替代渗透系数太小的天然 土壤，以增加土壤对径流雨水的渗透和净化能力。 b 刷用各种渗透设施【4 2 】 渗滤系统是使地表径流雨水暂时存储起来，并渗透到地下的一种暴雨径流控 制方法。根据城市土壤性质、地质条件、地下水位等实际情况，使用渗透池、渗 透明渠、渗透管沟等多种渗透设施，不仅可以控制径流量，对路面径流中的污染 物也有很好的去除效果。其中草皮砖是渗透设施中较为典型的一种。草皮砖是带 有各种形状空隙的混凝土块，开孔率可达2 0 - , - 3 0 ，多用于城区各类停车场、 生活小区及道路边。草皮砖地面因有草类植物生长，能有效地净化雨水径流及调 节大气温度和湿度【4 3 】。试验证明它对于重金属如铅、锌、铬等有一定去除效果 7 】。 1 4 1 3 汇处理 所谓汇处理是指将雨水径流进行收集贮存，利用物理、化学及生物方法集中 处理，一般情况下是指经过排水管网以后的雨水径流通过自然生态技术或人工净 化技术来降解径流污染物。雨水径流汇处理技术措施主要包括：物化处理工艺、 渗透净化工艺和人工湿地等【4 耵。 8 物化处理工艺 雨水净化工艺视水质和使用目的确定。若出水作为杂用水，则处理工艺的选 择应以简便、实用为原则，优先考虑混凝、沉淀、过滤等物化处理方案。参考屋 面雨水径流自然沉淀和混凝沉淀试验的结果，当自然沉淀时间超过9 0 m i n 时， c o d 去除率达到3 0 ；混凝沉淀对c o d 及s s 的去除率明显高于自然沉淀【4 9 l 。 但混凝沉淀工艺增加了投药设备，成本较高。如果有足够的停留时间，自然沉淀 是一种简单而有效的处理方法。 b 人工渗透净化技术 雨水通过天然土壤或人工土层渗透，不仅可以补充地下水，防止地面下沉， 还能够减少径流量，减轻城市排水设施的负荷。目前使用的主要有植物渗水塘、 缓滤渗水池、渗透池等。 植物渗水塘：由河道或浅湖泊改造而成，需保持一定的水位且护坡上种植植 物。此种渗水塘的渗透能力很强，植物根系中富集大量的微生物可分解雨水中的 污染物。 缓滤渗水池：与渗水塘相比，缓滤渗水池的池底有密实的滤层。排入池内的 雨水渗过覆土层、砾石层和砂滤层后被收集，排入渗透设备或地表水体。沉泥较 多时可设置积泥井以便定期排泥。缓滤渗水池的主要优点是抗干扰性好，适用于 对工业区和道路雨水的净化【剐。 渗透池：分为地面渗透池和地下渗透池，当土地可得且渗透性能良好时可采 用地面渗透池，渗透池中种植沉水植物、浮水植物和挺水植物各种水生植物。这 与人工湿地相似，可以利用塘内浮游动物、水生植物和微生物组成的生态系统对 径流雨水中的污染物迸行降解消化，提高塘内蓄水的水质，又可为生物提供栖息 地，同时改善了周围的生态环境。 滞留池：滞留池去除颗粒状污染物的基本机理是沉淀，其效率取决于滞留池 1 9 的规模、流域面积、暴雨特征等，分干式滞留池和湿式滞留池两种 5 1 - 5 2 】。干式 滞留池与污水处理中的平流沉淀池类似，地表径流在池中滞留、沉淀，以悬浮固 体为主的污染物得以大量去除。湿式滞留池是池中平时保持有一定水量的滞留 池，在控制地表径流污染方面优于干式滞留池，其原因是干式滞留池在前一场降 雨中沉积的污染物会在后一场降雨径流初期被冲出。另外，湿式滞留池中的生物 作用对一些可溶性营养物质也有很好的去除效果。g r e b 对美国威斯康星州 m a d i s o n 市区0 9 6k m 2 的流域采用5 6 7 0m 2 ( 占流域面积的0 6 ) 的湿式滞留池 处理系统的调查结果表明，测试的1 6 场暴雨的s s 去除率平均可达8 7 5 3 1 。 c 利用人工湿地处理暴雨径流 随着人工湿地技术应用的推广，人工湿地处理城市雨水径流的研究也日趋增 多，在路面径流污染控制方面在国外得到了广泛的应用。湿地是一种高效的控制 地表径流污染的措施，它可以同化径流中大量的悬浮物或溶解性物质。研究表明 酬，暴雨径流在人工湿地中停留7 2 h ，s s 的去除率可达9 5 。g e r r , j 5 5 强过研究 处理雨水径流的人工湿地中铅和碳氢化合物的变化，认为人工湿地对两种污染物 有较明显的去除效果，并提出沉淀是两种污染物去除的主要机制。s c h o l e s 等研 究表明，人工湿地植物对重金属的吸收对人工湿地去除重金属起到非常重要的作 用。另有一项研究表i 明 5 6 1 ，人工湿地能有效地去除来自城市暴雨水沉积塘污水中 的约3 9 的正磷酸盐、4 6 的s s 、5 0 的溶解性铜。j a m e s 等p 7 】采用人工湿地处 理了3 3 场暴雨径流，测试结果表明，各种污染物的去除效果良好，n h 4 + - n 的去 除效果在第1 年要好于第2 年，可能是由于沉积物的积累、湿地中氧的含量降低 造成的。人工湿地处理生活污水在英国、美国等发达国家已经非常盛行，并且收 到良好的处理效果。徐丽花等人【5 司研究了人工湿地对暴雨径流污染，结果表明； 不同填料、不同植物的人工湿地对暴雨径流的中污染物的去除效果不同。同济大 学的杨敦 5 9 】等人模拟研究了潜流式人工湿地处理系统控制暴雨径流污染的问题， 结果表明，这种湿地系统对t p 、c o d 、t n 的去除效率分别可达8 0 、9 0 、9 5 ， 说明人工湿地系统对控制暴雨径流产生的面源污染有较好的净化作用【删。 在实际应用中，可将以上几种方法组合使用。植被控制可用在径流流动的各 个环节，可作为径流的收集和输送系统，可单独使用，也可与其它系统结合使用 6 1 - - 6 3 。 1 4 2 国内外研究进展 1 4 2 1 国外研究进展 西方国家在点源污染得以控制的背景下关注地表径流污染，研究工作从概念、 理论、研究方法、管理手段乃至新技术应用逐步发展，相关文献众多，覆盖面广。 乱研究方法 利用数学模型模拟城市地表径流污染的形成是研究径流污染来源和扩散的 有效手段。早期的研究集中以土地利用对河流水质产生影响的认识为基础，对降 雨径流污染特征，影响因子、单场暴雨和长期平均污染负荷输出等方面进行了研 究，其具体研究方法是建立统计模型，进而建立污染负荷与流域土地利用或者径 流量之间的统计关系唧】。常用的水质模型有：城市污染模拟模型( u p s m ) ，化学污 染物径流负荷与流失模型( c r