初期雨水污染管控現(xiàn)狀問(wèn)題與對(duì)策研究

初曉冶

(上海勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200335)

1 引言

城市化的發(fā)展導(dǎo)致硬化的下墊面面積增加，進(jìn)而導(dǎo)致城市的不透水性增加，也可能導(dǎo)致降雨徑流總量增加,下墊面污染物積累量增加,積累速率加大。雨水沖刷不透水下墊面表面后通過(guò)徑流匯集直接排入水體或由城市排水管網(wǎng)進(jìn)入受納水體,而初期雨水往往累積了空氣和地表等下墊面中的污染物，集中了降雨過(guò)程中主要污染物負(fù)荷，致使初期雨水面源污染成為城市水環(huán)境的威脅，逐漸引起學(xué)者和社會(huì)關(guān)注。但在學(xué)術(shù)研究和實(shí)際的管理工作中，初期雨水污染問(wèn)題和管理仍然處于初級(jí)階段，存在一定的可拓展方向及管控體系的完善空間。

2 不同層面初期雨水的定義

2.1 學(xué)術(shù)科研的層面

在學(xué)術(shù)科研層面，對(duì)初期雨水的定義角度不同，存在多種定義方式。針對(duì)雨水徑流污染相關(guān)問(wèn)題，國(guó)外學(xué)者的研究起始時(shí)間相對(duì)國(guó)內(nèi)較早，20世紀(jì) 90 年代最初開(kāi)始的相關(guān)研究主要集中關(guān)注于城市雨水徑流的“初期沖刷”現(xiàn)象，與“初期雨水”緊密相關(guān)。初次沖刷的最初概念是指在徑流過(guò)程圖中早期階段輸送不成比例的大量污染物質(zhì)的現(xiàn)象[1]，降雨的最初階段的雨水是污染最嚴(yán)重的一部分的觀點(diǎn)被眾多學(xué)者接受[1～4]，但是具體到“初期”的定義及特征描述存在一定差異。有學(xué)者通過(guò)累計(jì)污染污染物總含量的累積分?jǐn)?shù)與總徑流體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線對(duì)初期沖刷進(jìn)行描述定義，如定義污染沖刷為降雨污染物累積百分比和流量累積百分比隨時(shí)間累積的無(wú)量綱曲線之間的偏差達(dá)到最大值時(shí)的部分[4,5]。也有學(xué)者認(rèn)為污染物的質(zhì)量累積曲線高于徑流流量體積曲線即是初期重沖刷現(xiàn)象[6]。還有部分學(xué)者進(jìn)一步進(jìn)行了相對(duì)嚴(yán)格的定量描述，例如認(rèn)為在降雨徑流的前 30%中轉(zhuǎn)移了至少 80%的污染負(fù)荷時(shí)才為初期沖刷現(xiàn)象[7,8]。另外有學(xué)者利用以累計(jì)污染物質(zhì)量累計(jì)徑流量曲線表示，以45°的斜率線表示降雨污染物濃度隨著降雨徑流過(guò)程均勻不變的假定情況，初期沖刷即當(dāng)高于45°斜率標(biāo)準(zhǔn)線[2]。類(lèi)似的定義還有在間隔(0、t)期間所有瞬間的標(biāo)準(zhǔn)化累積質(zhì)量負(fù)荷m(t)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化徑流量v(t)，則在時(shí)間t出現(xiàn)初次沖刷，初次沖洗的強(qiáng)度可用累積污染物質(zhì)量曲線中與對(duì)角線的偏差來(lái)量化表示[6]。針對(duì)下墊面為道路的固體遷移的研究表明初次沖洗發(fā)生在大多數(shù)降雨事件中，低流量降雨事件的初次沖洗較弱[1]。通常認(rèn)為，初期雨水沖刷的強(qiáng)度與匯水面積、降雨強(qiáng)度、不透水面積和前期干旱情況相關(guān)，且有很多相關(guān)研究證明其強(qiáng)度與降雨強(qiáng)度和不透水占比成正比，與匯水面積成反比[2,9]。而因各研究中對(duì)初次沖刷或初期雨水的定義的角度和方法可能不同，常采用不同的采樣策略和數(shù)據(jù)收集方法，可能得出不一致的結(jié)論，無(wú)法對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行比較分析。

2.2 法律法規(guī)的管理層面

在法律規(guī)范層面，目前我國(guó)對(duì)初期雨水的定義也存在差異。因石油化工行業(yè)的的功能特性，可能導(dǎo)致其初期雨水污染風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)其他城市區(qū)域的初期雨水污染風(fēng)險(xiǎn)和影響更大，在此以石油化工行業(yè)的初期雨水管控為例。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《化工建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50483—2009)中對(duì)初期雨水的定義為是一次降雨過(guò)程的前10～20 min的降水量[10]，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《石油化工企業(yè)給水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SH 3015—2003)中定義初期雨水指工廠污染區(qū)域內(nèi)降雨初期的雨水，按照降水量15～30 mm計(jì)算[11]。其余主要涉及的標(biāo)準(zhǔn)有住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《石油化工污水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50747—2012)、《化工建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50483—2009)和石化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《石油化工企業(yè)給水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SH 3015—2019)，以及石油企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《事故狀態(tài)下水體污染的預(yù)防與控制技術(shù)要求》(Q/SY/1190-2013)，各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)初期雨水或污染雨水的定義和相應(yīng)調(diào)節(jié)池容積計(jì)算的比較見(jiàn)表1[10～12]。由表2可見(jiàn)，目前的石油化工行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中主要是存在是從降雨時(shí)間和降雨強(qiáng)度角度定義的區(qū)別[12，13]。

表1 不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)初期/污染雨水的定義及調(diào)節(jié)池容積計(jì)算差異

表2 不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)事故池中雨水部分容積計(jì)算差異

3 初期雨水污染管控現(xiàn)狀

3.1 初期雨水污染控制措施現(xiàn)狀

初期雨水污染的管控措施從管控過(guò)程上可以分為源頭的收集或棄流、過(guò)程的切換和處理、末端的雨水排放，其中實(shí)際硬性措施主要集中在前兩個(gè)環(huán)節(jié)，末端排放控制以政策標(biāo)準(zhǔn)約束為主。關(guān)于初期雨水的收集或棄流量的探討及棄流裝置的設(shè)計(jì)，已有部分學(xué)者開(kāi)展了相關(guān)研究，有學(xué)者就初期雨水棄流量進(jìn)行了理論分析，提出綜合考慮環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益情況下，初期雨水截流量的多少根據(jù)沖刷理論截流的污染物負(fù)荷率和徑流初始濃度、沖刷時(shí)間、降雨強(qiáng)度息息相關(guān)[14]。還有學(xué)者提出初期雨水棄流量應(yīng)從多方面綜合考慮，包括項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)條件、匯水面特性、管渠系統(tǒng)大小、污染狀況、控制目的 (雨水利用或污染控制) 和設(shè)計(jì)的工藝系統(tǒng)等要素[15]。初期雨水棄流裝置主要有典型的容積法棄流方式、水流切換方式(小管棄流)，針對(duì)棄流裝置設(shè)計(jì)有學(xué)者進(jìn)行了總結(jié)和創(chuàng)新研究，例如提出來(lái)新型的可僅用1/n的初期雨水量來(lái)實(shí)施對(duì)全部初期雨水棄流量的控制并可自動(dòng)運(yùn)行的高效棄流裝置[15]，還有學(xué)者設(shè)計(jì)提出兼具自動(dòng)控制雨水的流向和人工手動(dòng)閘閥功能的雨水截( 棄) 流檢查井[16]。有學(xué)者系統(tǒng)性的提出一種不需電氣控制或人工操作即可實(shí)現(xiàn)初期雨水自動(dòng)棄流的初期雨水自動(dòng)棄流系統(tǒng)[17]。

初期雨水收集池實(shí)際上可分為2種，一種為源頭收集，即在污染區(qū)域設(shè)置雨水收集池；另一種為末端收集，即在污染區(qū)域的最終雨水排放口設(shè)置初期雨水收集池。關(guān)于初期雨水收集池容積的大小目前缺乏相關(guān)規(guī)范，部分企業(yè)將事故池兼做雨水池，存在發(fā)生事故時(shí)初期雨水進(jìn)入事故池從而帶來(lái)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。初期雨水和后期清凈雨水的切換方式主要可以分為人工手動(dòng)、自動(dòng)電控。電動(dòng)控制形式主要存在設(shè)施成本和后期運(yùn)維成本高的缺點(diǎn)。人工切換主要存在的缺點(diǎn)主要為控制性差，即較難掌控好在初期雨水和清凈雨水的節(jié)點(diǎn)，可能出現(xiàn)初期雨水沒(méi)有完全被截流而直接由雨水管道排放污染環(huán)境，或者有清凈雨水一起被按照初期雨水截流，進(jìn)而導(dǎo)致需要處理的污水量增加，增加經(jīng)濟(jì)成本。此外，也有學(xué)者從開(kāi)展利用生態(tài)措施來(lái)解決或緩解初期雨水污染問(wèn)題，例如有學(xué)者通過(guò)設(shè)計(jì)由卵石、礫石、沸石及植物組合形成的梯級(jí)生態(tài)緩沖系統(tǒng)對(duì)初期雨水進(jìn)行凈化并取得一定成效[18]。還有學(xué)者系統(tǒng)地研究了海綿設(shè)施可應(yīng)用于初期雨水的處理技術(shù)與方法，分析了綠色屋頂、生物滯留池、雨水濕地系統(tǒng)、下凹式綠地、植草溝等的適用條件和特點(diǎn)[19]。

3.2 政策管控層面

在初期雨水污染管控上，單一針對(duì)初期雨水管控的政策相對(duì)較少，主要是體現(xiàn)在相關(guān)城市建設(shè)規(guī)劃或管理意見(jiàn)中。以石油化工行業(yè)領(lǐng)域?yàn)槔趪?guó)家層面上，2012年國(guó)家環(huán)境保護(hù)部下發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)化工園區(qū)環(huán)境保護(hù)工作的意見(jiàn)》(環(huán)發(fā)〔2012〕54號(hào))中提出園區(qū)內(nèi)企業(yè)應(yīng)實(shí)現(xiàn) “清污分流，雨污分流”，實(shí)現(xiàn)廢水分類(lèi)收集、分質(zhì)處理。少有部分地區(qū)陸續(xù)出臺(tái)相關(guān)政策，以降雨強(qiáng)度相對(duì)較大、城市發(fā)展速度相對(duì)較快、環(huán)保工作相對(duì)先進(jìn)的長(zhǎng)三角地區(qū)為例，已經(jīng)出臺(tái)的代表性政策如表3。降雨作為自然氣候因素其強(qiáng)度具不可控性，由表3可知，降雨徑流污染的源頭控制方式除基礎(chǔ)硬性設(shè)施的市政管網(wǎng)需雨污分流、設(shè)置雨水截止閥等，一般是采用從產(chǎn)生徑流的下墊面層面進(jìn)行控制，例如初期雨水收集調(diào)節(jié)與綠地公園和人工濕地系統(tǒng)綜合建設(shè)，此外，近年來(lái)國(guó)內(nèi)開(kāi)始試點(diǎn)的海綿城市或韌性城市建設(shè)，即通過(guò)減少不透水鋪裝，增加透水鋪裝，以建設(shè)海綿設(shè)施布設(shè)來(lái)減少?gòu)搅魑廴尽?guó)家層面上國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布的《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》(國(guó)辦發(fā)〔2015〕75號(hào))提出通過(guò)“海綿城市”建設(shè)，綜合采取“滲、滯、蓄、凈、用、排”等措施，最大限度地減少城市開(kāi)發(fā)建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。并提出要將70%的降雨就地消納和利用。且意見(jiàn)中明確提出要實(shí)施雨污分流，控制初期雨水污染，排入自然水體的雨水須經(jīng)過(guò)岸線凈化。

表3 部分地區(qū)雨水管理及污染防治相關(guān)政策法規(guī)

4 存在的問(wèn)題

(1)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，對(duì)初期雨水的定義存在差異，有規(guī)范中以降雨時(shí)間為衡量標(biāo)準(zhǔn)[10]，有規(guī)范以降雨強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)[11，12]，有規(guī)范提到以污染物濃度為標(biāo)準(zhǔn)， 規(guī)定初期徑流棄流量應(yīng)按下墊面實(shí)測(cè)收集雨水的CODcr、SS、色度等污染物濃度確定[25]。然而，以濃度定義初期沖刷時(shí)會(huì)遇到問(wèn)題，因?yàn)闈舛热Q于流量。有可能在降雨開(kāi)始時(shí)產(chǎn)生最高濃度，例如在前10%的時(shí)間，但在這段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的污染物負(fù)荷比降雨中任何其他10%的時(shí)間都要少[26]。同時(shí)《建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術(shù)規(guī)范》( GB50400-2016)中指出當(dāng)無(wú)資料時(shí)，屋面棄流徑流厚度可采用2～3 mm，地面棄流可采用3～5 mm。地方規(guī)范《雨水控制與利用工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(DB11/685—2013)規(guī)定，一般屋面的初期徑流厚度取1～3 mm，小區(qū)路面取2～5 mm，市政路面取7～15 mm[27]。可以看出，目前關(guān)于初期雨水的定義或棄流量存在一定爭(zhēng)議。此外，如前文所述，目前關(guān)于初期雨水的學(xué)術(shù)研究中定義也多有不同[1～9,14～17]。

(2)由于初期雨水的定義欠明確導(dǎo)致的落實(shí)到實(shí)際的建設(shè)和管理工作中所帶來(lái)的一些問(wèn)題。例如企業(yè)在建設(shè)項(xiàng)目過(guò)程中，初期雨水與后期清凈雨水的切換如何進(jìn)行，以降雨的水質(zhì)污染物濃度、降雨強(qiáng)度還是以降雨時(shí)間為依據(jù)，以多長(zhǎng)時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)，均尚未形成系統(tǒng)規(guī)范，以針對(duì)上海化學(xué)工業(yè)園區(qū)內(nèi)企業(yè)的調(diào)查為例，在調(diào)查問(wèn)卷反饋的企業(yè)中，有針對(duì)初期雨水進(jìn)行判定的企業(yè)中，68%的企業(yè)是從降雨的時(shí)間角度進(jìn)行定義，10%的企業(yè)從雨水水質(zhì)角度進(jìn)行判定，22%企業(yè)考慮水位和水質(zhì)對(duì)初期雨水進(jìn)行判定[28]，究其原因本質(zhì)都是涉及到初期雨水的定義問(wèn)題，由此可見(jiàn)從實(shí)際操作落實(shí)的可行性和控制初期雨水污染負(fù)荷的目的實(shí)現(xiàn)性2個(gè)方面均有待探討和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的完善。而目前采取的較多的按照降雨時(shí)間對(duì)初期雨水的管控中，人工操作或控制過(guò)程中可能出現(xiàn)因響應(yīng)不及時(shí)或管理不嚴(yán)格導(dǎo)致的初期雨水未完全被收集處理[29]。

(3)初期雨水經(jīng)過(guò)處理之后的雨水排放標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題上，《建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術(shù)規(guī)范》( GB50400-2016)中提到排入城市地表水體的雨水水質(zhì)應(yīng)滿足該水體的水質(zhì)要求[25]。在環(huán)境行業(yè)實(shí)際工作中，關(guān)于雨水的排放執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)仍有待明確：一方面，對(duì)于建設(shè)主體會(huì)造成困擾，例如2019年和2020年有企業(yè)分別提出針對(duì)企業(yè)的雨水排放標(biāo)準(zhǔn)和初期雨水處理后的具體排放標(biāo)準(zhǔn)，生態(tài)環(huán)境部部長(zhǎng)信箱回復(fù)分別為“企業(yè)雨水管理應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行該行業(yè)相應(yīng)排放標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求”[30]和“為控制污染雨水，多項(xiàng)排放標(biāo)準(zhǔn)已將初期雨水或污染雨水納入管控范圍，要求達(dá)標(biāo)排放”[31]。可能并未完全解決疑問(wèn)，因?yàn)槟壳耙杨C布的行業(yè)污染排放標(biāo)準(zhǔn)主要集中在污染風(fēng)險(xiǎn)較大的工業(yè)類(lèi)等行業(yè)，且僅部分行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)明確提到污染雨水排放，例如《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》等。另一方面，對(duì)于環(huán)保管理和環(huán)保咨詢等工作帶來(lái)挑戰(zhàn)，具體可能涉及到環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作、環(huán)保竣工驗(yàn)收工作中，例如行業(yè)環(huán)保竣工驗(yàn)收導(dǎo)則中，石油煉制、紡織染整、 滌綸、粘膠纖維、制藥等少數(shù)行業(yè)導(dǎo)則中明確將雨水排放作為驗(yàn)收監(jiān)測(cè)指標(biāo)且明確了監(jiān)測(cè)因子，其余非工業(yè)類(lèi)行業(yè)尚不明確。建設(shè)項(xiàng)目的雨水排放應(yīng)執(zhí)行哪一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)仍需要進(jìn)行合理性探討，不同性質(zhì)項(xiàng)目或者行業(yè)的環(huán)保竣工驗(yàn)收中雨水排放關(guān)注指標(biāo)的欠規(guī)范化等，以及相關(guān)工作的導(dǎo)則規(guī)范中針對(duì)初期雨水污染問(wèn)題的管控有待健全。

5 對(duì)策建議

(1)雨水管理理念：借鑒其他國(guó)家的雨水管理經(jīng)驗(yàn)，例如美國(guó)的最佳管理措施(BMPs：Best Management Practices)和低影響開(kāi)發(fā)理念(LID:)，澳大利亞水敏感城市設(shè)計(jì)(WSUD:WaterSensitive Urban Design)、英國(guó)的“可持續(xù)性城市排水系統(tǒng)”(SUDS: Sustainable Urban Drainage System )，同時(shí)結(jié)合我國(guó)的各區(qū)域的環(huán)境現(xiàn)狀、基礎(chǔ)建設(shè)情況、經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況，探索適合我國(guó)國(guó)情的雨水管理思路和路徑。我國(guó)目前已在部分城市開(kāi)展以低影響開(kāi)發(fā)理念為基礎(chǔ)的海綿城市建設(shè)，已經(jīng)取得一定成績(jī)，但由于對(duì)雨水管控的認(rèn)識(shí)仍處在相對(duì)初級(jí)的階段，在實(shí)施和效果考核中遇到諸多問(wèn)題與挑戰(zhàn)[32]，因此需要加強(qiáng)對(duì)雨水管理理念的深入研究。

(2)管控制度體系：以解決針對(duì)初期雨水的定義爭(zhēng)議問(wèn)題為例，從污染管控角度考慮，初期雨水本質(zhì)是指需要管控的污染影響最大的一部分雨水，主要目的在于避免或減輕其污染影響，從這個(gè)層面，解決初期雨水概念的爭(zhēng)議問(wèn)題也就是解決由此帶來(lái)的實(shí)際建設(shè)以及管理中的管控對(duì)象不明確的問(wèn)題。建議可從源頭、過(guò)程、末端全過(guò)程的角度對(duì)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行逐步完善，源頭上例如雨水收集池或調(diào)節(jié)池等硬件設(shè)施的技術(shù)規(guī)范細(xì)化，過(guò)程上解決污染雨水與清凈雨水的切換相關(guān)規(guī)范，末端以加強(qiáng)雨水排放口管理以及雨水排放標(biāo)準(zhǔn)健全為重點(diǎn)。同時(shí)可分行業(yè)、分項(xiàng)目性質(zhì)、分環(huán)境影響程度逐步健全雨水管控制度體系、環(huán)保管理與咨詢領(lǐng)域的相關(guān)法律法規(guī)。例如參考美國(guó)國(guó)家污染物排放削減(NPDES)許可證制度、德國(guó)柏林“雨水費(fèi)”制度，優(yōu)先考慮對(duì)污染風(fēng)險(xiǎn)較大的行業(yè)或企業(yè)實(shí)行雨水排放許可制度。

(3)技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐：加強(qiáng)雨水水質(zhì)及流量監(jiān)測(cè)設(shè)施、監(jiān)測(cè)方法的技術(shù)創(chuàng)新創(chuàng)造，形成標(biāo)準(zhǔn)化、兼具科學(xué)性和可實(shí)施性的雨水監(jiān)測(cè)流程和方法，進(jìn)而為相關(guān)環(huán)境管理和環(huán)境評(píng)價(jià)工作提供硬件支撐與保障。

6 結(jié)論與展望

目前的研究領(lǐng)域和法律法規(guī)中對(duì)初期雨水的內(nèi)涵或定義存在不同，原因主要是定義的角度不同，影響初期雨水污染的要素較多，管控的對(duì)象和目標(biāo)不夠明確，在實(shí)際管理管控中需要考慮可操作性、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)成本的平衡，因此制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定完善需要進(jìn)行充分的論證和系統(tǒng)考慮，具有一定難度，需要在管理理念上向國(guó)外借鑒學(xué)習(xí)的同時(shí)加深對(duì)初期雨水的內(nèi)涵研究。而在氣候變化的大背景下，在社會(huì)發(fā)展和城市建設(shè)的過(guò)程中，雨水徑流污染問(wèn)題不容忽視，相關(guān)工作不可或缺，需要相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員、管理部門(mén)，基于我國(guó)的建設(shè)現(xiàn)狀情況和管理現(xiàn)狀，從分行業(yè)、分地區(qū)、分影響程度等角度逐步健全適合我國(guó)的雨水管理制度體系。