[科普中国]-暴雨径流

暴雨径流水质特性概述

随着城市化的飞速发展，地壳表层用地属性构成被快速改变，硬覆盖率快速提升，由此引发的城市暴雨径流污染已成为受纳水体的主要污染源；在城市区域，交通道路面积广，负荷重，道路暴雨径流污染更为突出。国外对于城市道路暴雨径流污染的研究起步较早，而国内由于长期困于点源污染的整治，开始着手开展针对城市道路暴雨径流的研究。随着对城市道路暴雨径流污染认识的不断深入，很多城市先后进行了城市道路暴雨径流污染的研究工作，结果大大丰富了国内城市道路暴雨径流的基础资料，及时总结已有的研究成果，对于城市道路暴雨径流研究的纵深推进很有必要。城市交通道路是城市区域最主要的不透水下垫面类型，其旱期污染物累积量大、来源广，由此导致城市道路暴雨径流污染物浓度更高，污染成分更复杂。鉴于此，笔者针对城市道路暴雨径流水质的研究现状进行了综合阐述，以期为城市道路暴雨径流污染的有效防治提供参考。

1城市道路暴雨径流水质特性研究1.1城市道路暴雨径流污染物浓度研究

城市道路暴雨径流污染物浓度与交通负荷、周围环境背景、环境卫生管理水平等密切相关，不同研究地点得出的研究结果差异显著。有研究表明，后期道路暴雨径流水质较初期径流显著改善，尤其是道路坡度较大的情况 。也有研究发现，城市道路暴雨径流水质甚至劣于生活污水，西安城市主干道南二环路暴雨径流的研究发现，浓度远高于生活污水，笔者总结了不同学者在不同环境背景下得出的城市道路暴雨径流污染物浓度水平。同时，关于城市道路暴雨径流水质的研究大多属于宏观观测范畴，而对于降雨过程中污染物随径流迁移转化的微观过程研究还较少。

1.2城市道路暴雨径流水质影响因素研究大气污染状况、气候特征、风速以及人类活动强度等的区域差异，使得城市道路暴雨径流污染物浓度水平的影响因素非常复杂 ，针对城市道路暴雨径流水质影响因素的研究主要有以下几个方面。

（1）降雨雨情因素

降雨雨情因素包括降雨强度、降雨持续时间、前期干旱期、降雨雨型分布等。降雨强度越大，对地表累积污染物的冲刷强度也越大，可能导致污染物浓度的升高，也可能出现过大的暴雨径流稀释污染物浓度使得污染物浓度降低的现象。前期干旱期越长，地表累积污染物越多，可能引起暴雨径流污染物浓度的升高。在澳门雅廉访流域的调查结果表明，前期干旱期越长、降雨强度越大，污染物浓度越高。调查了东莞市同沙水库集水区降雨径流的水质特性，结果发现雨前干旱期、最大雨强、不透水率对污染负荷的影响程度最大。颜文涛等 研究了山地城市道路暴雨径流水质特性，结果发现，降雨强度对污染物浓度具有显著影响，降雨强度越大，暴雨径流的污染物浓度越高，其中大坡度路面暴雨径流的污染物浓度受降雨强度的影响最为显著，可能是道路坡度和降雨强度双重影响的结果，这也说明了山地城市道路暴雨径流可能蕴含有更为突出的污染强度。研究认为，前期晴天时间是影响城市径流污染物浓度和赋存形态的主要因子。研究发现，污染物浓度与前期晴天数、降雨历时均呈正相关关系，而与降雨量、降雨强度呈负相关关系。然 而，也有研究指 出 前 期干 旱 时间与污染物浓度并不存在相关关系。等对慕尼黑高负荷交通道路暴雨径流的研究表明，前期干旱期对污染物浓度没有显著影响，并把这种现象归结于街道清扫、风吹或交通引起的空气扰动流失等因素。

（2）大气干湿沉降

有研究表明，大气沉降是暴雨径流镉、铜、铅的重要来源，且大气湿沉降占痕量重金属总沉降的1%～10%，总沉降重金属负荷占流域降雨径流重金属总负荷的57%～100%。此外，也有研究表明，大气沉降是居民区暴雨径流重金属污染的主。

（3）其他因素

车伍等在对北京城区道路雨水径流水质的研究中发现，影响道路径流水质的最重要的因素有道路类型、降雨强度、路面污染状况、气温、降雨间隔时间和降雨量等。此外，污染物释放源也是影响道路暴雨径流水质的重要因素。有研究表明，交通工具刹车磨损是铜的来源，建筑墙板是铜、锌、铅、镉的来源，轮胎磨损是锌的来源，材料种类、建筑密度、交通强度、建筑物喷漆、地表表层渗沥是居民区暴雨径流重金属的主要来源，而交通尾气和金属侵蚀是工业区暴雨径流重金属的主要来源。LEE等和申丽勤等总结了城市道路暴雨径流污染物的主要来源。

2 城市道路暴雨径流控制对策2．1 初期暴雨径流控制量的确定

初期径流污染物浓度较高，携带了场次降雨径流一半以上的污染负荷，科学确定初期径流量并加重点控制意义重大。初期径流控制量识别的主流方法目前以M（V）曲线法为主，即对次降雨中的污染物，把累积污染负荷占整个次降雨过程总污染负荷的比值作为纵坐标、把累积径流量占整个次降雨过程总径流量的比值作为横坐标，进而建立 M（V）无量纲曲线，曲线偏离对角线越多，则初期冲刷现象越明显。由于该方法具有一定的可操作性，并可以给出初期径流体积比例，在城市道路暴雨径流管理中得到了广泛应用。居民区屋面、商业区屋面、工业区屋面的初期径流控制量分别为初期2mm降雨、初期5mm降雨、初期10mm降雨，居民区道路为初期4mm降雨，而商业区、工业区道路的暴雨径流应全部收集处理。然而，应用该方法也有未发现初期冲刷现象的案例。SOLLERA等在对美国圣何塞8场降雨过程的调查中发现，初期冲刷现象并不总是存在。BAR－RETT等的研究发现，高速公路暴雨径流只有微弱的初期冲刷现象。调查雨季初期冲刷现象对分流制和合流制排放水质的影响，结果表明初期冲刷现象的发生频率较低，不足以支撑雨季排放污染物处理设计需求。

2．2 科学选取/设计控制技术

城市道路暴雨径流的控制技术有生态化技术和非生态化技术两种。生态化技术主要包括雨水花园、生物滞留系统、浅草沟、绿色屋顶、河岸缓冲带等，非生态化技术有渗透路面、沉沙井、弃流池等。一般情况下，城市道路暴雨径流中的重金属、总磷、有机物等污染物主要以颗粒态存在，故 TSS常被作为城市道路暴雨径流的首要控制指标，城市道路暴雨径流控制技术对悬浮物或者以悬浮物为主要赋存形态的污染物有较高的去除能力，而对于氮、磷等溶解性营养盐的控制效能则还需要进一步稳定和提高，尤其是对溶解性氮的调控效果。对于城市道路暴雨径流控制措施的选取，可借鉴国外已有的研究成果，并通过研究实践改良国外设计标准，使得控制技术的构建能适应国内的环境背景，真正达到城市道路暴雨径流水质净化的目的。

2．3 科学规划，合理布局控制措施

尽管国外对于城市道路暴雨径流控制技术的研究已有较长历史，但国内关于城市道路暴雨径流控制的技术研发还处于起步阶段，国外技术的中国化还有很长的路要走，国内技术还有一定程度的升级空间，同时，管理部门之间的沟通协调力度不足，使得很多城市绿地的预置功能单一，往往没有发挥其暴雨径流调控的作用。加强城市规划、园林管理、市政管理等城市管理部门之间的沟通与协调、将城市道路暴雨径流污染控制纳入城市化建设的整体规划之中，并根据城市道路暴雨径流污染随机性、分散性的特点，针对性布局小型化、分散式的暴雨径流管理措施，并对管理措施的调控效能进行预评估，进而构建城市道路暴雨径流控制的景观网络体系，是解决城市道路暴雨径流污染的可行途径。

3 结论与建议（1）城市道路暴雨径流是城市面源污染的主要

贡献体之一，其水质影响因素众多，气象条件、卫生管理水平、降雨雨情、交通负荷等因素的变化都会导致径流污染物浓度的波动，不同环境背景下城市道路暴雨径流污染物浓度水平差异较大，但有机物、重金属、磷素等污染物以颗粒态为主要赋存形态是目前普遍认同的研究结果。

（2）对于城市道路暴雨径流污染的控制，宏观上建议考虑将暴雨径流控制技术与城市规划有机结合起来，使得城市开发与城市道路暴雨径流调控并举，微观上建议恰当选取暴雨径流控制技术，并注重控制技术设计标准的改良和优化；同时，科学识别初期径流的控制量也是城市道路暴雨径流高效管理的重要手段。1