路面徑流對城市道路海綿工程的影響及其應(yīng)對措施

孟翎冬 甄斌 段念

摘 要：路面徑流是城市地表徑流的種類之一，其受污染程度和對受納基底的影響最為嚴(yán)重。同時，作為城市不透水地表的主要組成部分，路面也是削減地表徑流的重要場所。城市道路海綿工程的建設(shè)要充分考慮路面徑流污染，通過工程措施和技術(shù)手段，將其影響和危害降到最低，從而保障海綿工程設(shè)施的正常運轉(zhuǎn)和功能的發(fā)揮。

關(guān)鍵詞：路面徑流污染 ；受納基底 ；徑流污染凈化 ；海綿工程

城市范圍內(nèi)由于人類生產(chǎn)、生活等活動，會將泥沙顆粒物、氮磷營養(yǎng)元素、重金屬、有機(jī)污染物等多種污染物排放到大氣和城市下墊面（包括路面、屋面、硬質(zhì)鋪裝場地等），在自然降雨過程中，上述各類污染物被雨水沖刷、淋溶，形成污染水體，部分以地表徑流的形式遷移至城市綠地或自然水體等受納基底，必然造成受納基底的污染。

1 .路面徑流污染來源

路面徑流是城市地表徑流的一種，相關(guān)研究表明，路面徑流是污染效應(yīng)最強(qiáng)的部分，對受納基底的影響最為嚴(yán)重[1]。路面徑流污染來源包括道路交通污染、雨水自身污染和大氣降塵。國外大量研究證明，道路交通污染是其最主要的來源[2]。

道路交通污染種類眾多，包括輪胎（橡膠）和路面材料（如瀝青）磨損、車輛尾氣排放、燃料不完全燃燒及潤滑油泄漏產(chǎn)生的有毒有機(jī)污染物、載運有機(jī)化學(xué)等材料的泄漏、剎車連接等機(jī)械裝置的磨損及其他因車輛運行產(chǎn)生的顆粒物等。其代表性水質(zhì)指標(biāo)包括懸浮物SS、有機(jī)污染物COD、重金屬Pb、Zn、Cu、Cr、Ni以及礦物油類、氯化物、多環(huán)芳徑等[3、4]。

2. 路面徑流污染特征

污染物的分類方法眾多，本文根據(jù)路面污染物溶于水的難易程度將其分為水溶性污染物和非水溶性污染物兩類。其中，水溶性污染物包括NH3-N、水溶性COD、水溶性Zn等，非水溶性污染物包括顆粒態(tài)的SS、重金屬Pb、Cu、Cr、以及石油類產(chǎn)品等。

2.1 單場降雨徑流污染變化特征

根據(jù)常規(guī)經(jīng)驗，降雨初期城市路面徑流污染物濃度最大，經(jīng)過一定時間的雨水沖刷，路面徑流污染濃度會逐漸降低。這種經(jīng)驗、認(rèn)識是基于所有路面污染物都易溶于水。因此，在處理路面徑流污染時，可以采用初雨棄流的方法，在棄流一定時間或一定量的初期雨水后，便可將之后的路面徑流直接排入周邊綠地、水體等受納基底，而不會對其造成污染。

經(jīng)過一定時間的雨水沖刷，路面徑流污染濃度會逐漸降低。這種經(jīng)驗、認(rèn)識是基于所有路面污染物都易溶于水。因此，在處理路面徑流污染時，可以采用初雨棄流的方法，在棄流一定時間或一定量的初期雨水后，便可將之后的路面徑流直接排入周邊綠地、水體等受納基底，而不會對其造成污染。

然而，城市路面徑流污染濃度并非簡單隨時間變化的一元線性關(guān)系，而是一個不斷變化的、復(fù)雜的動態(tài)過程。因為水溶性污染物NH3-N、溶解態(tài)COD、Zn等的濃度在徑流過程中相對穩(wěn)定，并隨徑流過程逐漸減小；而徑流中非水溶性的SS、COD、Pb、Cu、Cr等物質(zhì)主要呈顆粒狀態(tài)，其濃度受降雨強(qiáng)度的影響，如果降雨初期強(qiáng)度較小，其強(qiáng)度不足以沖刷掉的附著在路面的顆粒態(tài)污染物，并將其攜帶進(jìn)入路面徑流，則后期降雨強(qiáng)度較大時徑流污染物濃度可能更高。

此外，單場降雨前期晴天時間越長，積累于地表的污染物越多，徑流污染濃度降低所需雨水沖刷的時間也越長。

2.2 路面污染物季節(jié)變化特征

根據(jù)相關(guān)研究，路面徑流中SS、COD和NH3-N濃度因季節(jié)不同變化顯著，其中SS和COD呈現(xiàn)冬、春季濃度高、秋季濃度最小的趨勢，而NH3-N則為夏季最低、冬季最高。而重金屬Pb、Zn和溶解態(tài)COD、Zn的濃度季節(jié)差異不大。總體來說，城市路面徑流污染濃度在雨季初期最大，隨后逐漸減小，隨著時間的推移又呈逐步增大的趨勢[3]。

3 .路面徑流污染對海綿工程的影響

城市海綿工程旨在通過生態(tài)控水設(shè)施的建設(shè)，充分發(fā)揮城市綠地、水系等對雨水的吸納、蓄滯和緩釋功能，有效削減城市徑流污染負(fù)荷、緩解城市內(nèi)澇，并實現(xiàn)雨水資源化利用，從而改善城市水環(huán)境，保護(hù)城市水安全。

海綿工程在城市道路上的應(yīng)用打破了傳統(tǒng)城市道路排水單一的“快排”模式。它試圖通過將路面上的徑流雨水引入道路附屬綠地，并經(jīng)綠地內(nèi)的下沉式綠地、植草溝、雨水花園等海綿設(shè)施收納、儲存部分路面徑流，從而起到對雨水的吸納、蓄滯和緩釋的作用，在一定程度上減輕市政排水管網(wǎng)的壓力，為削減峰值徑流贏得時間。

雨水花園等海綿設(shè)施收納、儲存部分路面徑流，從而起到對雨水的吸納、蓄滯和緩釋的作用，在一定程度上減輕市政排水管網(wǎng)的壓力，為削減峰值徑流贏得時間。

然而，路面徑流污染是城市地表徑流中污染效應(yīng)最強(qiáng)的部分，路面徑流雨水直接進(jìn)入綠地，其各種重金屬及有機(jī)污染物將對植物生長造成不可逆轉(zhuǎn)的毀壞。因此，應(yīng)在道路綠地內(nèi)布置初雨棄流裝置、沉淀池、前置塘等水凈化設(shè)施，在徑流雨水進(jìn)入綠地前，利用凈化設(shè)施對進(jìn)入綠地內(nèi)的徑流雨水進(jìn)行預(yù)處理，防止徑流雨水污染對綠地植被造成毀壞。但現(xiàn)有大部分城市道路附屬綠地受到用地緊張等因素的制約，沒有布置雨水凈化設(shè)施的空間，這必將極大的影響城市道路海綿工程實施的可行性和可操作性。

此外，下沉式綠地、雨水花園等海綿設(shè)施在收納徑流雨水后，會在一定時間內(nèi)形成漬水，影響部分植物的生長。而如果單純采用耐水濕植物則會影響部分道路綠化功能的發(fā)揮和景觀效果。

4 .路面徑流污染應(yīng)對措施

首先要加強(qiáng)道路日常養(yǎng)護(hù)、管理，將機(jī)械清洗與人工清掃相結(jié)合，定期打掃、清洗城市路面，清洗污水進(jìn)入市政排水管網(wǎng)。清掃頻率視道路交通流量和天氣狀況而定，機(jī)動車流量較大、且非雨季時應(yīng)適當(dāng)提高。通過高頻率清洗，非水溶性污染物如顆粒態(tài)的SS、重金屬等污染物不能長期大量附著在道路表面，對于降低雨期路面徑流污染濃度，保障海綿設(shè)施植被正常生長起著重要作用。

其次，應(yīng)開展路面徑流污染凈化設(shè)施建設(shè)，如過濾凈化裝置、滲透/生物滯蓄設(shè)施、植被過濾帶等。根據(jù)相關(guān)研究，滲透/生物滯蓄設(shè)施對于TSS的去除率可達(dá)75%以上，對于重金屬去除率最低的滲透池最低可達(dá)50%以上，最高的滲透溝渠對于重金屬的去除率最高更是可達(dá)到99%；過濾凈化裝置的地下、地表砂濾對TSS的去除率可以達(dá)到70%-90%，對重金屬的去除率可達(dá)到20%-90%，有機(jī)質(zhì)過濾對路面油脂的去除率可達(dá)到90%[5]；寬度10米的植被過濾帶對N、P等元素和COD 的削減作用可達(dá)到峰值，消減率在90%以上[6]。

此外，還應(yīng)設(shè)置初雨棄流設(shè)施，每場降雨初期的雨水?dāng)y帶可溶性污染物濃度較高，針對此時段徑流，初雨棄流設(shè)施可極大的降低特定污染物進(jìn)入海綿設(shè)施的數(shù)量，減輕或避免對植物的損害。

5. 結(jié)論與建議

城市路面是徑流污染的重要來源，包括懸浮物、重金屬、石油類產(chǎn)品等在內(nèi)的眾多有機(jī)、無機(jī)污染物會對海綿設(shè)施尤其是植物造成嚴(yán)重的損害，導(dǎo)致海綿工程無法發(fā)揮其應(yīng)有的吸納、蓄滯和緩釋徑流的作用。同時，作為城市不透水地表的主要組成部分，城市路面也是削減地表徑流的重要場所。因此，城市道路海綿工程對于城市水生態(tài)和水安全建設(shè)既是機(jī)遇又是挑戰(zhàn)，在開展城市路面海綿工程建設(shè)時，要注重以下幾個方面內(nèi)容：

1、從規(guī)劃層面著手，拓展道路綠地空間，為各項海綿設(shè)施和徑流污染凈化設(shè)施布局預(yù)留足夠的空間。

2、充分認(rèn)識路面徑流污染的危害性，加大徑流污染凈化設(shè)施的建設(shè)力度，同時做好日常清理、維護(hù)工作，保障海綿設(shè)施運轉(zhuǎn)的安全性。

3、優(yōu)化合理布局下沉式綠地、雨水花園、植被緩沖帶等海綿設(shè)施，延長海綿設(shè)施鏈，形成完整的海綿設(shè)施體系，從而更有效的發(fā)揮道路海綿工程蓄水、滯水、調(diào)蓄徑流峰值的作用。

4、城市道路海綿設(shè)施具有吸納、蓄滯和緩釋徑流的功能，但其不能取代市政排水設(shè)施的作用。城市道路海綿設(shè)施和市政排水設(shè)施應(yīng)雙管齊下、相互彌補(bǔ)各自的不足之處，共同保障城市的水環(huán)境和水安全。

參考文獻(xiàn)

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[3] 陳瑩，西安市路面徑流污染特征及控制技術(shù)研究[D]，長安大學(xué)博士學(xué)位論文，2011

[4] 申麗勤，車伍，李海燕，等.我國城市道路雨水徑流污染狀況及控制措施[J].中國給水排水，2009，25（4）：23-28

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[6] 李懷恩，鄧娜，楊寅群，等.植被過濾帶對地表徑流中污染物的凈化效果[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2010，26（7）：81-86