城市集水區非點源污染的系統調控方法初探

呂永鵬

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

1 集水區污染物的傳輸和調控過程

顧名思義，集水區（watershed）即為匯集水流的區域，常常被認為是非點源研究的理想單元[1]。城市集水區水環境污染物來源豐富，分類多樣，但取得共識的污染源分類是點源和非點源。前者系污染物集中從排污口進入水環境，排放時空特征明確，較易控制，包括集中排放的工業廢水和生活污水；后者系污染物排放具有時空上的不確定性，排放途徑有二，其一是通過泄漏、分散排放等途徑匯入水環境，其二是通過降雨和徑流的淋洗和沖刷，污染物經過遷移、擴散及轉化等過程匯入水環境，見圖1[2]。目前全球已經建立了點源污染的調控體系，而對非點源污染調控仍處于探索階段，論文嘗試對城市集水區非點源污染的系統調控方法進行初步探討，以期為城市非點源污染管理提供參考。

2 非點源污染調控現狀及其局限性

發達國家和發展中國家的經濟發達地區的點源污染已經得到有效控制，點源調控體系已經被證明是行之有效的。然而，鑒于點源和非點源污染之間的顯著差異性，見表1，從而使得傳統的點源污染控制方法和體系難以應用于非點源污染調控，而目前的非點源污染調控尚未形成體系，其有效性有待進一步檢驗[1]。

2.1 “源”調控現狀及其局限性

傳統的點源污染控制強調Reduce（減量）、Reuse（復用）及Recycle（再生），已經被證明是行之有效的方法。目前，此三條原則已經逐漸應用于非點源污染調控，但存在諸多挑戰。具體而言：

（1）減量的不確定性

非點源減量包括水量削減和水質削減兩個方面。由于非點源污染主要依附于降雨和地表徑流，因此，可以通過增加滲水下墊面從而削減地表徑流量。然而，城市集水區經濟發達，土地開發密度大，難以大量增加滲水下墊面來從源頭削減地表徑流量。

此外，地表徑流水質主要取決于降水水質、土地利用類型、道路清掃狀況。雖然，通過空氣質量控制和優化道路清掃方案可以在一定程度上減少地表徑流中的污染物。然而，空氣質量變化是一個更為復雜的過程，不僅與研究區域大氣污染物排放有關，還受周邊區域大氣質量的深刻影響。此外，清掃頻率的加大以及清掃方式的改變可能需要一個過程，這為非點源污染源頭減量化提出了較大挑戰。

土地利用類型間的污染物輸出系數規律性不是十分明顯。根據呂永鵬對上海臨港新城的不同土地利用的污染物進行的監測[1]，以TSS為例，第一次降雨事件中的EMC排序為商業>居住>綠地>交通>工業，第二次降雨事件中工業的EMC最大而商業最小，第三次降雨事件中工業的EMC小于交通，第四次降雨事件中綠地的EMC最大而商業最小。不同區域、不同土地利用類型的地表徑流水質變化大，即使在同一區域的同一土地利用類型的地表徑流水質變化仍然很大。這可能與不同區域的地表污染狀況和氣象條件等因素有關，國內外諸多研究也證明了這一觀點[3-4]。因此，如何通過土地利用調控來有效減少地表徑流中的污染物，需要根據研究區域實際情況進行深入研究。這些均為非點源污染源頭減量化提出了較大挑戰。

圖1 集水區污染物的傳輸和調控過程示意圖

表1 點源與非點源污染特征及調控差異性

（2）復用和再生的不確定性

降雨和地表徑流的利用是非點源水量削減的重要途徑。1970年代以來，德國、美國、日本、英國、澳大利亞、新西蘭等國家進行了大量的城市雨水利用研究和實踐[5-6]，我國北京、上海、南京、深圳等城市相繼開展了一些雨水利用的研究與實踐。然而，對于城市集水區而言，雖然有一些雨水利用案例，但是雨水利用的內在驅動力不足，且存在諸多問題[7-8]，雨水和地表徑流的復用和再生有待進一步開展。

2.2 “過程”調控現狀及其局限性

污水納管是點源“過程”控制的核心手段，對區域水環境保護起到了至關重要的作用。然而，由于非點源具有時空上的不確定性，加之成本問題，難以通過納管的方式對所有地表徑流進行收集后到污水廠進行處理。此外，雖然在高度城市化地區，地表徑流一般是通過管網收集。然而，暴雨期間地表徑流量很大，對管網負荷產生極大影響，往往會導致合流制泵站的大量污水溢流排入水體，對城市水環境產生沖擊影響[9]。

諸多研究表明，城市降雨地表徑流存在初始沖刷效應[1,3-4]，從而提出針對初期徑流進行控制可能是非點源污染過程調控的關鍵手段。上海臨港新城此類新開發區域的初始沖刷基本處于中等強度，而上海市中心城區初始沖刷強度較大，從而表明城市降雨地表徑流的初始沖刷強度存在區域差異性[1]。因此，需要針對不同的區域設計差異性的初期徑流調控方案，從而增加了非點源調控的難度。

綠地尤其是有效綠地（可接納客地徑流的綠地，主要包括下凹式綠地和地勢綠地）對非點源污染物的削減效應，被認為是非點源“過程”調控的重要手段[1]。然而，對于城市集水區而言，有效綠地面積比例較低，難以發揮其對非點源污染物的削減效應。

2.3 “匯”調控現狀及其局限性

總量控制和濃度控制是點源“匯”控制的主要手段，已經被證明是行之有效的調控方式。然而，由于非點源的“匯”在時空上具有較大的不確定性，使得非點源總量控制和濃度控制難以實施[1]。具體而言，非點源的總量控制和濃度控制面臨以下挑戰：

（1）非點源的排放總量和排放濃度難以準確確定，從而使得考核標準難以制定；

（2）非點源排放主體尚不確定，從而使得非點源調控缺乏管理對象；

（3）非點源排放十分分散，若單靠傳統行政命令的管理模式，不僅管理成本劇增而且難以奏效。

3 城市集水區非點源污染的調控體系

3.1.1 調控原則

城市集水區非點源污染調控需要遵循以下原則：

（1）調控體系的系統性原則

非點源污染調控是一項系統工程，調控體系應該具有系統性。調控體系一旦形成，將很難進行大幅度修改，調控體系的缺陷，可能在近期難以顯現，但會產生中長期的累積負面效應，這可能導致區域水環境長期難以改善。

（2）調控模式的針對性原則

國際上已經有許多較為成熟的調控模式，如美國的最佳管理措施模式和低影響發展模式、英國的可持續城市排水系統模式、新西蘭的低影響城市設計和發展模式、澳大利亞的水敏感城市設計模式以及德國的分散式雨水管理系統模式等。針對我國城市集水區非點源污染特征，選擇一種和多種適合的調控模式，對其進行修正和集成，實現調控模式的區域化和本土化。

（3）調控技術的適應性原則

國內外已經開發了諸多非點源控制的技術，如雨水塘、雨水花園、人工濕地、滲透井、滲透池、生物滯蓄池、植被溝、植被過濾帶等。然而每種技術都有其適用的條件，因此，需要根據我國城市集水區非點源污染特征，研發具有一定適應性和經濟性的調控技術。

（4）調控政策的靈活性原則

由于非點源具有時空上的不確定性，若政策彈性較小，對任何集水區均采用一致化的調控政策，不僅會增加行政成本，還可能難以起到預期的調控效果。因此，非點源調控政策應該具有一定的靈活性和彈性。

3.1.2 調控體系

根據上述原則，初步構建城市集水區非點源污染調控體系，見圖2。

圖2 城市集水區非點源污染調控體系

對于調控等級和程序，根據國際經驗，調控等級越高，單位投資的污染調控效益越高，調控難度越小，可實施性越強，因此，非點源調控等級應該遵循從“源-過程-匯”的順序，從高級到低級進行。

從調控內容而言，“源”調控主要關注從規劃和設計角度考慮水敏感性[11]，從而對城市規劃和場地設計進行優化，對土地利用進行調控，對雨水徑流實行減量、復用和再生；“過程”調控主要通過增加下凹式綠地面積，新建人工構筑物來削減暴雨徑流污染物，通過改造合流制泵站，并對初期徑流納管處理；“匯”調控主要聚焦污染物排放的總量和濃度控制。

3.1.3 調控邊界沖突的解決途徑

有效綠地對非點源污染物的削減效應顯著，被認為是非點源污染調控的有效手段。對于城市集水區而言，近幾十年來，雖然綠地面積逐年增加，然而其有效綠地面積比例較低，難以發揮其對非點源污染物的削減效應。增加有效綠地面積比例看似十分簡單的問題，實則是一項系統工程，并涉及多部門管理，見圖3。環保水務部門出于非點源調控的目的，需要通過切斷路牙并降低綠地的高度來增加有效綠地面積比例；道路交通部門出于路面保護的目的，需要保留路牙；綠化部門出于保護現有植被群落的目的，不提倡改造既有綠地；環衛部門出于解決建筑垃圾出路的目的，不提倡興建下凹式綠地；通信部門出于保護地下網線的目的，不提倡興建下凹式綠地。

建議從以下幾個方面入手來解決多部門管理邊界沖突：

（1）從管理層面。借鑒國外相關經驗，由發展改革或建設交通等綜合部門與各利益相關部門成立協調和推進委員會，進一步明確管理邊界，劃清管理邊界，解決邊界沖突。

（2）從技術層面。借鑒國外相關經驗，如澳大利亞水敏感城市設計中常用路牙缺口方式和不設路牙的方式來實現有效綠地的增加[11]，可為我國路牙改造提供參考。

圖3 增加有效綠地所涉及的管理邊界沖突及解決途徑示意圖

（3）從規劃層面。從城市總體規劃、土地利用規劃、生態環境規劃等規劃層面提出將有效綠地面積比例作為城市建設（尤其是生態城市建設）的控制指標。

4 結論

（1）非點源污染調控等級越高，單位投資的污染調控效益越高，調控難度越小，可實施性越強，非點源調控等級應該遵循從“源-過程-匯”的順序，從高級到低級進行。

（2）有效綠地是指可接納客地徑流的綠地，主要包括下凹式綠地和地勢綠地等，是非點源調控的重要手段，需要借鑒國外路牙開口的經驗，并通過綜合部門來協調解決增加有效綠地所涉及的管理邊界沖突。

[1]呂永鵬.平原河網地區城市集水區非點源污染過程模擬與系統調控管理研究[D].上海:華東師范大學,2011.

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