城市集水區(qū)非點源污染的系統(tǒng)調(diào)控方法初探

呂永鵬

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

1 集水區(qū)污染物的傳輸和調(diào)控過程

顧名思義，集水區(qū)（watershed）即為匯集水流的區(qū)域，常常被認為是非點源研究的理想單元[1]。城市集水區(qū)水環(huán)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(huán)境，排放時空特征明確，較易控制，包括集中排放的工業(yè)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(huán)境，其二是通過降雨和徑流的淋洗和沖刷，污染物經(jīng)過遷移、擴散及轉(zhuǎn)化等過程匯入水環(huán)境，見圖1[2]。目前全球已經(jīng)建立了點源污染的調(diào)控體系，而對非點源污染調(diào)控仍處于探索階段，論文嘗試對城市集水區(qū)非點源污染的系統(tǒng)調(diào)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(diào)控現(xiàn)狀及其局限性

發(fā)達國家和發(fā)展中國家的經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的點源污染已經(jīng)得到有效控制，點源調(diào)控體系已經(jīng)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(tǒng)的點源污染控制方法和體系難以應(yīng)用于非點源污染調(diào)控，而目前的非點源污染調(diào)控尚未形成體系，其有效性有待進一步檢驗[1]。

2.1 “源”調(diào)控現(xiàn)狀及其局限性

傳統(tǒng)的點源污染控制強調(diào)Reduce（減量）、Reuse（復(fù)用）及Recycle（再生），已經(jīng)被證明是行之有效的方法。目前，此三條原則已經(jīng)逐漸應(yīng)用于非點源污染調(diào)控，但存在諸多挑戰(zhàn)。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(zhì)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(qū)經(jīng)濟發(fā)達，土地開發(fā)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(zhì)主要取決于降水水質(zhì)、土地利用類型、道路清掃狀況。雖然，通過空氣質(zhì)量控制和優(yōu)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(zhì)量變化是一個更為復(fù)雜的過程，不僅與研究區(qū)域大氣污染物排放有關(guān)，還受周邊區(qū)域大氣質(zhì)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(zhàn)。

土地利用類型間的污染物輸出系數(shù)規(guī)律性不是十分明顯。根據(jù)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(jiān)測[1]，以TSS為例，第一次降雨事件中的EMC排序為商業(yè)>居住>綠地>交通>工業(yè)，第二次降雨事件中工業(yè)的EMC最大而商業(yè)最小，第三次降雨事件中工業(yè)的EMC小于交通，第四次降雨事件中綠地的EMC最大而商業(yè)最小。不同區(qū)域、不同土地利用類型的地表徑流水質(zhì)變化大，即使在同一區(qū)域的同一土地利用類型的地表徑流水質(zhì)變化仍然很大。這可能與不同區(qū)域的地表污染狀況和氣象條件等因素有關(guān)，國內(nèi)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(diào)控來有效減少地表徑流中的污染物，需要根據(jù)研究區(qū)域?qū)嶋H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(zhàn)。

圖1 集水區(qū)污染物的傳輸和調(diào)控過程示意圖

表1 點源與非點源污染特征及調(diào)控差異性

（2）復(fù)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(qū)而言，雖然有一些雨水利用案例，但是雨水利用的內(nèi)在驅(qū)動力不足，且存在諸多問題[7-8]，雨水和地表徑流的復(fù)用和再生有待進一步開展。

2.2 “過程”調(diào)控現(xiàn)狀及其局限性

污水納管是點源“過程”控制的核心手段，對區(qū)域水環(huán)境保護起到了至關(guān)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(qū)，地表徑流一般是通過管網(wǎng)收集。然而，暴雨期間地表徑流量很大，對管網(wǎng)負荷產(chǎn)生極大影響，往往會導(dǎo)致合流制泵站的大量污水溢流排入水體，對城市水環(huán)境產(chǎn)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(yīng)[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(diào)控的關(guān)鍵手段。上海臨港新城此類新開發(fā)區(qū)域的初始沖刷基本處于中等強度，而上海市中心城區(qū)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(qū)域差異性[1]。因此，需要針對不同的區(qū)域設(shè)計差異性的初期徑流調(diào)控方案，從而增加了非點源調(diào)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(yīng)，被認為是非點源“過程”調(diào)控的重要手段[1]。然而，對于城市集水區(qū)而言，有效綠地面積比例較低，難以發(fā)揮其對非點源污染物的削減效應(yīng)。

2.3 “匯”調(diào)控現(xiàn)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(jīng)被證明是行之有效的調(diào)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(zhàn)：

（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(diào)控缺乏管理對象；

（3）非點源排放十分分散，若單靠傳統(tǒng)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(qū)非點源污染的調(diào)控體系

3.1.1 調(diào)控原則

城市集水區(qū)非點源污染調(diào)控需要遵循以下原則：

（1）調(diào)控體系的系統(tǒng)性原則

非點源污染調(diào)控是一項系統(tǒng)工程，調(diào)控體系應(yīng)該具有系統(tǒng)性。調(diào)控體系一旦形成，將很難進行大幅度修改，調(diào)控體系的缺陷，可能在近期難以顯現(xiàn)，但會產(chǎn)生中長期的累積負面效應(yīng)，這可能導(dǎo)致區(qū)域水環(huán)境長期難以改善。

（2）調(diào)控模式的針對性原則

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

（3）調(diào)控技術(shù)的適應(yīng)性原則

國內(nèi)外已經(jīng)開發(fā)了諸多非點源控制的技術(shù)，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(shù)都有其適用的條件，因此，需要根據(jù)我國城市集水區(qū)非點源污染特征，研發(fā)具有一定適應(yīng)性和經(jīng)濟性的調(diào)控技術(shù)。

（4）調(diào)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(qū)均采用一致化的調(diào)控政策，不僅會增加行政成本，還可能難以起到預(yù)期的調(diào)控效果。因此，非點源調(diào)控政策應(yīng)該具有一定的靈活性和彈性。

3.1.2 調(diào)控體系

根據(jù)上述原則，初步構(gòu)建城市集水區(qū)非點源污染調(diào)控體系，見圖2。

圖2 城市集水區(qū)非點源污染調(diào)控體系

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

從調(diào)控內(nèi)容而言，“源”調(diào)控主要關(guān)注從規(guī)劃和設(shè)計角度考慮水敏感性[11]，從而對城市規(guī)劃和場地設(shè)計進行優(yōu)化，對土地利用進行調(diào)控，對雨水徑流實行減量、復(fù)用和再生；“過程”調(diào)控主要通過增加下凹式綠地面積，新建人工構(gòu)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(diào)控主要聚焦污染物排放的總量和濃度控制。

3.1.3 調(diào)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(yīng)顯著，被認為是非點源污染調(diào)控的有效手段。對于城市集水區(qū)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(fā)揮其對非點源污染物的削減效應(yīng)。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(tǒng)工程，并涉及多部門管理，見圖3。環(huán)保水務(wù)部門出于非點源調(diào)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(xiàn)有植被群落的目的，不提倡改造既有綠地；環(huán)衛(wèi)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(wǎng)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(guān)經(jīng)驗，由發(fā)展改革或建設(shè)交通等綜合部門與各利益相關(guān)部門成立協(xié)調(diào)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(shù)層面。借鑒國外相關(guān)經(jīng)驗，如澳大利亞水敏感城市設(shè)計中常用路牙缺口方式和不設(shè)路牙的方式來實現(xiàn)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(guī)劃層面。從城市總體規(guī)劃、土地利用規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境規(guī)劃等規(guī)劃層面提出將有效綠地面積比例作為城市建設(shè)（尤其是生態(tài)城市建設(shè)）的控制指標。

4 結(jié)論

（1）非點源污染調(diào)控等級越高，單位投資的污染調(diào)控效益越高，調(diào)控難度越小，可實施性越強，非點源調(diào)控等級應(yīng)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(diào)控的重要手段，需要借鑒國外路牙開口的經(jīng)驗，并通過綜合部門來協(xié)調(diào)解決增加有效綠地所涉及的管理邊界沖突。

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