城市雨水径流污染控制研究

摘要：简要介绍了国内外研究进展以及雨水径流污染的全程控制措施。

关键词：雨水；径流污染；污染控制

中图分类号：TU991文献标识码： A

近年来，我国现代化进程的不断加速，在经济飞速发展的同时，我们的资源也在不断的被消耗，特别是作为“生命之源”的水资源更是出现了紧缺的现象。我国是一个水资源短缺，降水时空分布严重不均的国家，而实现雨水的资源化利用则是改善人民生产生活环境的有效措施。雨水径流水质能否满足使用要求,其水质状况直接影响雨水利用途径和成本，因此雨水水质控制是现代城市雨水利用的重要组成部分。

1 雨水径流污染的来源

根据传统水环境污染的发生类型，可把污染源分成为点源和非点源。点源是指有固定排放点的污染来源，指工业废水及城市生活污水，由排放口集中排放。非点源是指时空上无法定点监测的、与大气、水文、土壤、植被、地质、地貌、地形等环境条件和人类活动密切相关的,可随时随地发生的,直接对大气、土壤、水构成污染的污染物来源。暴雨径流,即通常意义(狭义)的非点源污染,是与降水过程伴随进行的地表径流污染。降雨径流污染指在降雨过程中雨水及其形成的地表径流冲刷地面污染物，通过排水渠道或直接进入江河湖泊，造成地表水污染。城市雨水径流污染的主要原因有以下两个方面：

1.1 大气污染

工厂生产、居民生活大量使用化石燃料排放出的大量废气和烟尘造成了严重的大气污染，而雨水在降落过程中对大气中的污染物起到溶解、淋洗、冲刷的作用，空气中的污染物大范围的转移到水体，引起水体污染。

1.2 地表污染物

城市地表大部分为不透水面，降雨尤其是暴雨落到地面后迅速形成径流，冲刷并挟带地表污染物形成暴雨径流污染。城市降雨径流中含有悬浮耗氧物质、营养物质、有毒物质、油脂类物质等多种污染物。这些污染物随径流进入江河湖泊，造成了水污染。有学者对扬州市[1]、天津市[2]、珠海市[3]等城市市区雨水径流污染进行了深入研究，并认为每年由城市地表径流造成的污染负荷相当于城市污水处理厂排放的污染负荷，城市地表径流水中污染物、重金属及碳氢化合物的浓度在数量级上与未经处理的城市污水基本相同。可见，城市地表径流污染的危害是相当大的。研究城市地表径流的污染特性及其排污规律，寻找可行的污染控制技术及对策，为政府部门对面源污染的控制管理决策提供科学依据具有重要意义。

2 国内外城市雨水径流污染的研究进展

非点源污染研究在发达国家,特别是美国研究历史较长且非常活跃。但70年代初进行的非点源污染研究仅是在非点源污染特征、影响因素、单场暴雨和长期平均污染负荷输出等方面的初步认识研究。70年代中后期的非点源污染研究有很大发展,影响因素和宏观特征研究由相关因素分析和时空差异分析转向与非点源污染控制密切相关的主控因子和源区(危险区域)空间分析。80年代非点源污染基础研究地域范围广、类型多样(新增生物源),因素分析和污染物(特别是农药)迁移机理研究更加深入。进入90年代,非点源污染的研究更加活跃,与非点源污染控制相关的影响因子研究层出不穷。微生物的迁移成为非点源污染物迁移、转化研究的新生长点。非点源污染的管理和控制方面的研究以美国的“最佳管理措施”最具代表性。它起源于70年代后期,发展于80年代初期,成型于80年代中后期。

国内对城市雨水径流污染的研究起步比较晚，从八十年代北京城市径流污染研究开始，其后，分别在上海、南京、苏州、成都、杭州等市开展了这方面的工作。但由于点源污染矛盾一直突出，对城市径流污染未予以足够重视。最初国内城市径流污染的研究仅局限于其宏观特征和污染负荷定量计算模型。九十年代以后，我国城市径流污染研究开始活跃，建立了许多计算径流污染负荷的模型，有通过实测资料或统计分析方法建立的基于污染负荷与径流量之间的线性和非线性关系的黑箱模型，有基于负荷发生的运动机理的概念模型，有基于水力学基础的运动波模型等。其中一些成功的案例有：陈民东等[4]研究了建立了邯郸市雨水污染物冲刷模型，得出邯郸市雨水中污染物的浓度与降雨量呈拟合度很好的指数关系, 确定出该市屋面、路面初期雨水弃流量为3 mm和6 mm, 能分别去除COD总量的78.3%与77.9%；王业雷等[5]分析了南昌市区非点源特征：径流冲刷具有初期效应，在一场降雨过程中,占总径流量20％或25％的初期径流,冲刷排放了径流排污量的50％；潘国庆,车伍等[6]提出径流水质变化一般较好的符合一阶冲刷模型对中国31个主要城市近30年的降雨资料(降雨量日值)进行了统计分析,得出控制90%降雨(场次)所产生径流的径流污染控制量的设计降雨量,提出年降雨量为>1000、(500-1000)和

3 雨水径流污染的控制

各国学者对雨水径流污染的来源和危害都有了较清楚的认知，对其的控制也有了适合本国条件的技术和方案。[7]城市雨水径流污染的控制主要有以下两大方面：

3.1 技术性措施控制

3.1.1源头控制

源头控制是指从源头上控制污染物的产生量，将污染物控制在最低限度。这其中最重要的一项就是对城市空气质量的控制。从城市工业排放的废气从污染物水平和总量两方面进行严格管理，减少大气的干湿沉降。

3.1.2扩散途径控制

扩散途径控制是指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。例如扩大城市清扫的范围，提高清扫质量和频率；改善城市土地使用类型的结构，减少径流的排放量；对产生污染较大的地面材料进行更换。

采用透水地面如嵌草砖等代替不透水地面，可减小城市的径流系数，滞留雨水并使更多的径流渗入到土壤中，减少径流总量。[8、9]植物还可以延长径流时间，削减径流峰值流量，并且可以对径流中的有机污染物进行一定程度的拦截和分解，减少径流污染水平。[10、11、12]有研究表明，当土层深1 m时,垂直渗透径流的COD去除率为65%,当水平渗透距离超过5m时,COD去除率也可达40%。[13]

3.1.3终端控制

终端控制是指采用净化技术处理带入水体的径流污染物。雨水调蓄池和人工湿地是两种较常用的工艺。

雨水调蓄池将初期雨水截留在池内，降雨后期再将池内的雨水缓慢排出。调蓄池既削减了洪峰的大小，又减小了初期雨水的污染，但并未削减污染物总量。[14、15]如名古屋的若宫大通蓄水池(316 m×47 m×10 m),建于城市街道下面，最大贮留量约为1.0×105m3。[16]

在城市中利用现有公园、池塘改造或修建人工湿地，既可以调蓄雨水，对径流水质又有一定的净化效果。湿地本身具有一定的沉淀效果，各种水生植物既可以分解吸收污染物，湿地中的砂子等基质对于污染物也有着吸附和过滤作用。[17]

3.2 非技术性措施控制

在暴雨径流污染的管理机制中 , 技术是治理和改善的直接动力 , 而政策法规会加速治理管理的成效。在美国 , 国会结合研究进展积极立法 , 1972 年联邦水污染控制法(FWPCA)首次明确提出控制非点源污染 , 提出了 “最佳管理措施” (BMPs)。1977年的《清洁水法》进一步强调非点源污染控制的重要性。1987年的水质法案(修正案)则建立了控制非点源污染的国家计划，明确要求各州对非点源污染进行系统的识别和管理 , 并给予资金支持。由于国家有完善的政策法规 , 对暴雨径流污染的管理形成了一个体系 , 从而形成了环境资源化和环保服务产业化 , 通过环境、社会、经济资源的优化配置达到社会、经济的持续发展和环境质量的持续改善。

我国现行法律对非点源污染的控制则较少。我国现行的《水污染防治法》仍重点着力与对点源污染的控制治理，虽然有《环境保护法》、《水污染防治法》中有部分关于非点源污染的限制性规定，但这些规定仍局限于对污染物排放的控制和治理上，对非点源污染的治理力度不大。

4 结语

我国幅员辽阔、各地自然条件迥异、经济发展也不平衡，加之非点源污染产生机理的特殊性等原因，在控制非点源污染方面需要因地制宜。非点源污染物的迁移转化机理的研究会更加深入，非点源污染数学模型将成为下一步研究的重点。非点源污染问题的合理解决是对城市发展的巨大贡献，使城市变得更美好。

参考文献

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投稿人资料：

姓名：何流（1986~），男，武汉理工大学土木工程与建筑学院，在读硕士研究生

研究方向：水污染控制理论及应用

课题来源：巢湖流域城市水污染控制及水环境治理技术研究与综合示范