余瑞彰

　　摘要：本文通过对城市绿地功能和城市径流污染形成过程及其特征的描述，说明城市绿地在控制径流污染方面的重要性。简要地回顾了国内外对城市径流雨水污染及控制的研究，提出径流污染控制管理的方法和措施，以期为我国城市雨水径流污染控制提供参考和借鉴。
　　关键字：城市绿地；径流污染；污染物
引言
近年来我国城市建设飞速发展，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，城市降雨量的90%是经屋面、混凝土和沥青路面等不透水表面形成径流。同时，污染物随径流形成了径流污染，径流中的污染物质也比较复杂，主要为悬浮固体、cod、氮磷、重金属离子和油脂类物质等，如果不采取措施减少径流污染的产生，对城市环境将造成严重的污染。城市绿地作为城市中保存下来的具有重要生态作用的功能区域，在去除径流污染方面起到了一定的作用。
一、城市绿地的概念和功能
　　随着人类生活水平的提高，对环境的要求也越来越高，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了更加客观的评价。所谓城市绿地系统，是指由一定质与量的各类绿地相互联系、相互作用而形成的绿色有机整体，即城市中不同类型、性质和规模的各种绿地共同构建而成的一个稳定的城市绿色环境体系。[1]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，另一方面能增加城市景观的自然性、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。
城市绿地作为城市自然生态系统的重要组成部分，能在一定的时空范围内为人类社会提供生态服务，其生态环境效应包括改善气候、防灾减灾、保持水土改善水文条件、杀灭病毒、吸收有毒有害气体、保护生物多样性、对径流雨水的调蓄和污染物去除等。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也能起到一定的削减作用，也可以滞留大量有害的金属离子，植物根系可以吸收水中的溶解物质（如小分子物质），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。
二、 城市雨水径流污染物特征
　　目前国际上提出的降雨径流污染，是指在径流雨水的淋溶和冲刷作用下，大气、地面和土壤中的污染物扩散性地进入地表水和地下水中而造成水环境污染[2]，它包括输入(污染物积聚)、转化（污染物冲刷）、输出（污染物输送）等3个子系统。
　　 降雨↓
地表沉积物—→地表径流—→下水道—→受纳水体
　　由于雨水径流污染来自分散的大面积土地，他与区域的自然状况和降雨过程密切相关，所以雨水径流污染的形成具有较大的随机性、偶然性、广泛性，污染负荷时空变化幅度大，研究、控制和处理的难度大。[2]
　　降雨对径流污染物的贡献，主要是降雨淋洗空气污染物，特别是工业区这一现象尤为明显，而雨水径流污染物含量由两部分组成，一部分为降水污染物背景值，另一部分为降水通过大气而引起的湿沉降。其中背景值一般比较稳定，地表污染物可被认为是雨洪径流污染物的主要部分[3]。
雨水径流污染因降雨特征、大气污染状况、城市下垫面状况、地表清扫状况以及排水体制的不同而有所差异。降雨强度、降雨历时以及两场降雨之间的间隔都直接影响对地表污染的冲刷量；降雨历时越长，则后期径流的污染物浓度越小；两场降雨间隔越短，径流水质越好。大气污染状况决定降雨初期雨水中污染物含量。不同下垫面情况直接影响径流的产汇流过程以及雨水对污染物的冲刷和传输，从而影响径流污染的浓度和负荷。城市地表清扫的频率及效果影响地表污染物的数量。城市排水体制主要分为分流制和合流制，从理论上分析，分流制有利于保护水环境质量。

 
三、 国内外研究进展
1. 建立数学模型研究雨水径流污染
　　建立数学模型模拟城市地表径流污染的形成和特征是研究城市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，对雨水径流污染特征、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。[4]在众多非点源水质模型中，hspf、dr3m-qual、swmm（城市水管理模型）、storm（城市地表径流数学模型）是四个主要的模型，[5]此后的非点源模型都是基于这四个模型开展研究。到20世纪80年代，美国农业部（usda）研究所开发的cream（化学污染物径流负荷流失模型），采用了美国农业部水土保持局scs水文模型来计算暴雨径流，[6]充分考虑了污染物在土壤中的物理、化学形态和分布状况，为城市径流污染模型的发展提供了很好的经验。进入20世纪90年代后，在对过去城市径流面源污染模型多年应用经验进行总结的基础上，不断完善和提高已建立的模型，推出新的模型。随着计算机技术飞速发展和3s技术及gis、arc/info等新技术，为城市径流污染的研究提供了很大的便利，gis技术被引入城市地表径流污染的研究中，其分层处理数据的功能极大地方便了径流污染的模拟、预测和管理决策，目前，gis技术已用于水环境模型库管理、土地利用方式对径流污染的影响方面的研究。[7]同时，与面源污染负荷估算相关的流域开发方向、面源污染管理模型和风险评价成为本时期应用模型研究的最新突破点。
　　国内对城市面源污染规律控制的研究起步较晚，我国最早的面源污染研究始于20世纪80年代的湖泊富营养化调查，而对城市面源污染的研究在后来才开始发展。在模型研究方面，相关研究多局限于城区径流污染的宏观特征和污染负荷定量计算模型的研究，在研究手段上也采用了人工模拟试验技术、遥感技术以及3s技术等新技术，提高了城市面源污染负荷模型的精度，推进了面源污染的量化工作。
　　20世纪80年代，我国城市非点源污染研究仅局限于城区径流污染的宏观特征和污染负荷定量计算模型的研究。其中污染负荷定量计算模型研究的方向有3个方面：径流量与污染负荷相关性分析、水量单位线和污染物负荷的研究以及地表物质累积规律。同时由于研究的需要遥感技术以及人工模拟实验技术都运用到城市非点源污染研究领域。到20世纪90年代后，分雨强计算城区径流污染负荷为城市径流污染负荷定量计算提供了新的研究方法。[8]随着3s技术在城市非点源污染研究中的应用，推进了非点源污染的量化工作，提高了城市降水非点源污染负荷模型的精度。
对城区水环境非点源污染的模型研究主要集中在对降雨径流污染负荷的估算上，然而由于通过实测河流水质资料反推径流污染物负荷的做法不够准确，因此应采用间接的方法，从分析城市地表物累积规律出发模拟计算污染的负荷量。进入20世纪90年代后，开始了具体的模拟径流有机污染物和无机悬浮物对河流水质的影响研究[9]。
　　2. 城市雨水径流污染特征
　　德国在街道雨水径流方面的研究比较全面，xanthopoulos对waldstadt城路面雨水径流进行了研究，结果表明路面是城市雨水径流中ss的主要来源，ss浓度高达6.1×103mg/l，平均浓度比屋面雨水径流中ss的浓度高10倍，进入管道的固体颗粒有90%来自于路面。[10]lee等研究表明初始冲刷可以用一种数据分析方法来计算。[11]通过用这种方法研究表明回流区域面积越小，其初始冲刷现象就会越明显。同时在暴雨过程中不同功能区污染物单位负荷不同，高密度的居民区＞低密度的居民区＞工业区＞未开发的区域。[12]法国的研究者对巴黎市中心4个屋面（2瓦，1石板，1锌板）、3个庭院和6个街道取样点的16场降雨数据结果见表1[13]。
表1 法国巴黎三种汇水面雨水径流污染物浓度

屋面径流庭院径流街道径流 最小最大中值最小最大中值最小最大中值 ss/mg/l 3 304 29 22 490 74 49 498 92.5 cod/mg/l 5 318 31 34 580 95 48 964 131 bod/mg/l 1 27 4 9 143 17 15 141 36 hc/ug/l 37 823 108 125 216 161 115 4032 508 cd/ug/l 0.1 32 1.3 0.2 1.3 0.8 0.3 1.8 0.6 cu/ug/l 3 247 37 13 50 23 27 191 61 pb/ug/l 16 2764 493 49 225 107 71 523 133 zn/ug/l 802 38061 3422 57 1359 563 246 3839 550 　　choe等人对在对韩国清州市不同类型的城市径流雨水水质特征进行调查时显示，住宅区雨水径流污染物浓度比工业区要高，而不同类型住宅区或不同工业类型之间的差异并不明显，调查结果见表2[14]。
表2 韩国清州不同区域路面雨水径流污染物浓度（单位：mg/l）

组分 bod5 cod ss tkn tp 住
宅
区多户 76.2 211.2 145.8 4.46 1.21 单户 125.3 226.0 414.1 6.81 2.85 商业 168.8 501.4 276.1 14.08 1.88 平均 123.4 312.9 278.7 8.45 1.98 工
业
区金属 58.8 11.8 88.3 4.40 2.60 食品 34.2 71.7 90.7 3.60 1.30 纺织 36.1 50.0 139.8 7.20 1.90 平均 43.0 45.5 106.3 5.07 1.93 总平均 83.2 196.5 192.5 6.76 1.96 　　车武等人的研究表明：掌握城区雨水径流水质及其主要的影响因素是有效地利用城区雨水资源和控制城区面源污染的基础。根据北京1998~2000年大量的雨水径流水质数据表明，城市雨水径流的水质很差，初期径流的污染甚至超过城市污水。北京城区研究结果表明，控制屋面2mm~3mm和路面10mm左右的初期径流可大幅度减少污染物的输送量，控制污染较重的初期雨水径流可有效地控制城市面源污染负荷。[15]吴慧芳、陈卫等人的研究表明：城市径流中的污染物主要来自降水、地表和下水道系统，其中地表径流是径流污染物的主要组成部分。[3]赵剑强对西安市雨水径流进行监测，结果发现城市路面雨水径流中ss和cod浓度很高，可生物降解性较差。[16]同济大学林莉峰等人对上海市不同路面雨水径流水质特征进行了大量的研究，[17]其结果见表3。
表3 上海市不同区域路面雨水径流平均浓度（单位：mg/l）
区域类型 cod bod5 ss nh3-n tp tn 轻度污染区域平均值 127 53 99 2.41 0.29 4.71 中 值 97 40 83 1.63 0.17 4.71 变差系数 1.15 1.51 0.49 1.03 0.95 0.48 中度污染区域平均值 247 66 295 3.29 0.71 7.17 中 值 191 68 248 2.95 0.67 7.31 变差系数 0.69 0.45 0.75 0.65 0.62 0.46 重度污染区域平均值 588 227 354 8.03 0.73 12.76 中 值 326 99 320 5.99 0.40 10.99 变差系数 0.97 1.21 0.61 0.68 0.74 0.58
　　3. 城市雨水径流污染控制和管理
　　发达国家对城市雨水径流污染控制与管理起步时间较早，积累了许多新的思路和经验，有较完善的技术和法规体系。其中，最具代表性的是美国制定的最佳管理措施bmps(best management practices)[18]。它是一个或几个措施的组合，目的是防治和削减径流污染物进入受纳水体，使之符合水质目标，并要求在经济和技术上能切实可行。德国在20世纪90年代已基本实现对城市雨水的污染控制，最典型的措施是修建大量的雨水池截流处理合流制和分流制管系的污染雨水，以及采取分散式源头生态措施削减和净化雨水。
　　有学者总结了国外城市面源污染综合管理措施后指出[19]：加强地方权力不仅可以保证满足雨水处理、公共卫生安全保护，而且还可以保证防洪、城市生态环境保护等多项任务；其次，制定雨水排放量和排放水质标准也是城市面源污染的重要环节。它能够在法律法规上提供必要量化尺度，便于实施；再者，源头控制不仅能减少径流量，同时还可以净化径流水质，因此源头控制是关键易行的措施；最后，雨水管理费用的筹集要根据各个国家不同的国情现状，采取不同的方式。
　　目前城市地表径流污染的削减策略主要从体积负荷、浓度负荷以及污染总量等方面进行削减，[20]所采取的控制办法大致可分为几个方面：其一对源头的控制，将雨水径流污染从源头上控制在最低限度，如增加道路清扫频率、控制大气污染等；其二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；其三为终端治理，通过各种物理、化学、物化或生化的技术来降解径流污染物。[15]
　　控制源头是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，因此控制降雨径流造成的面源污染的关键在于控制污染源头：（1）及时清除地表沉积物；（2）控制大气污染物浓度；（3）实现雨污分流。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，比如控制植被的种植密度，利用植被对地表径流中的污染物进行截流；利用各种渗透设施可以控制径流量，对路面径流中的污染物也有很好的去除效果。雨水径流的处理措施主要包括物化处理工艺、渗透净化工艺和人工湿地等。在实际的应用中，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，也可与其他系统结合使用。
　　吕淑华在城市绿地对径流污染物削减效应的研究中得出[21]：降雨1h内，绿地系统对各污染指标的去除率较高，1h后去除率明显下降，2h后各土壤层对有机质、氮、磷的吸附能力基本相同，降雨后2~8d，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14~17d，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。李贺通过聚类分析得出,降雨特性中不同因素对污染物浓度影响的大小依次为：前期晴天数降雨强度、累积降雨量降雨历时[10]。这说明屋面雨水径流水质整体上受大气沉降等污染物累积效应的影响最大，而受雨水冲刷作用的影响次之。
　　我国对径流污染的控制及管理基本上是借鉴外国的经验，所采取的措施为：增加街道的清扫频率，提高清扫质量；要求过往车辆进行清洗，减少街面尘土堆积量；对主要污染源进行控制，如汽车尾气和工业排放的粉尘和烟尘；增加绿地面积，减少径流污染。在今后的研究和管理中，应找寻适合中国国情的模型和管理方法。

四、展望
从目前国内外对城市径流污染的研究状况来看，在今后的研究中将出现如下几种特征：（1）由于新技术的发展，城市径流污染模型与3s、gis等技术的结合是未来发展的重点；
　　（2）更多的关注于实际径流雨水的污染物削减过程的研究；
　　（3）各国应充分考虑本国的实际情况，自主研发适合本国径流污染情况的模型；
　　（4）充分发挥bmps的管理和控制手段，实现经济与环境可持续发展。

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　　（作者 上海市华东师范大学环境科学系硕士研究生）