城市雨水地表徑流特征分析、管理措施及展望

關鍵詞：地表徑流；徑流模型；雨水管理系統

中圖分類號：X52 文獻標志碼：A 文章編號：1003-5168（2025）13-0116-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.13.023

Analysis of Urban Stormwater Surface Runoff Characteristics，Management Measures， and Prospects

WU Hao'LI RuiyuanYANG Peiqi’ （1.Shaanxi Provincial Institute of Architectural Design（Group） Co.，Ltd.，Xi'an 71Oooo，China; 2.Xian Weiyuan Environmental Protection Technology Co.，Ltd.， Xi'an 71Ooo0，China; 3.Shaanxi Construction Sixth Engineering Group Co.，Ltd.，Xianyang 712ooo，China）

Abstract： [Purposes] This study investigates the characteristics of urban stormwater surface runof to provide a scientific basis for urban water management，aiming to achieve integrated objectives including water security assurance ，pollution reduction，and sustainable water resource utilization.[Methods] This study analyzes how urbanization and climate variability influence runof generation，as well as the theoretical basis of runoff control technologies.[Findings] Existing technical frameworks demonstrate preliminary effectiveness in runoff pollution control ，yet insufficient to mitigate urban flooding and water quality deterioration risks.[Conclusions] A \"Source-Convergence-Process\" （SCP） three-dimensional management framework is proposed to integrate technologies and achieve dynamic synergistic effects.Future efforts must prioritize constructing asystematic，intelligent，and eco-friendly integrated stormwater management system to mitigate urban flood risks，reduce runoff pollutant loads，and achieve sustainable utilization of stormwater resources.

.eywords： surface runoff; runoff model; stormwater management system

0 引言

及工業化水平的提高，城市內不透水面積顯著增加，導致在雨水沖刷下，地表徑流排放的不穩定性上升，并攜帶大量污染物進入水體，加劇了地表水隨著城市化進程的加速，城市規模的擴大，以

的污染狀況[1]。

極端降水模式異變加劇了徑流時空錯配。有研究顯示，暴雨激增流域污染物與病原體負荷，水傳播疾病與極端天氣事件呈顯著正相關[2]。城市空間硬化及新型污染物的涌現，進一步加劇了湖泊與地表水體污染治理、徑流調蓄的復合型技術困境。

本研究旨在構建“理論一工具一場景”三維響應框架，通過創新徑流過程模擬范式，完善多過程耦合管理理論體系，并研發多尺度動態決策支持平臺，為復雜城市化場景下的水環境安全保障提供“風險量化-過程調控-效益優化\"全鏈條技術支撐。

1地表徑流特征描述

地表徑流特征主要體現在徑流量和水質，受多種水文和環境因素影響。

1.1 徑流水質

地表徑流常含高濃度污染物，暴雨初期尤為顯著。Luo等3指出混合排水系統的污染物平均濃度最高，而工業排水系統和居民排水系統在總懸浮固體（TSS）和化學需氧量（COD）負荷上較高。Aryal等4研究了道路徑流特征，發現總懸浮固體（TSS）的輸送受地表徑流流速影響，且可能因具體事件而異。Paule-Mercado等5研究了徑流中的細菌污染，發現糞大腸菌群與TSS存在相關性。Taebi等則對伊朗伊斯法罕的非點源和點源年污染負荷進行了分析和估算，結果顯示在降雨量高的地區，非點源污染的年負荷高于點源，而在降雨量低的地區則相反。

1.2 初期沖刷

初期沖刷是指降雨事件中初期徑流所攜帶的污染物濃度顯著高于后期徑流的自然過程。目前主要通過分析污染物質量累積曲線與徑流量累積曲線的對應關系，來評估暴雨過程中污染物在集水區徑流中的分布特征。Bertrand-Krajewski等7建立了判定標準，當降雨徑流前 30% 的水量攜帶超過80% 的污染物總量時，即可確認存在顯著的初期沖刷效應[8]。Kumar等[9]基于其特定場地在不同暴雨事件期間產生的水質數據和徑流量，發現TSS、COD、總磷（T-P）、硝酸鹽氮（ Δ（O₃-N 與徑流量之間呈正相關。

1.3徑流模型與雨水管理系統

1.3.1徑流模型。徑流模型是水文學中研究重點，其模型可分為以下3類[10]。 ① 物理模型：基于物理定律和控制方程，描述流域響應的物理過程，適用于數據精確的情況。 ② 概念模型：通過水庫蓄水量和簡化的水文方程表征流域特性，適用于未詳細分析流域特征的場景。 ③ 經驗模型：屬于“黑箱\"模型，基于經驗參數，用于數據稀缺的流域，參數少，使用簡便，但準確度較低。

1.3.2雨水管理系統。現有的雨水管理工具城市雨水管理模型眾多，各有優勢且適配不同場景。MUSIC模型助力城市開發中雨水管理綠色基礎設施選型；CNT模型可組合不同綠色基礎設施（GI）技術，評估徑流削減與經濟性；SUSTAIN模型聚焦流量與污染控制方案制定，篩選高性價比雨水管理方案；WERF模型能分析綠色基礎設施對雨水污染治理效果，可模擬總氮等污染物； StormWISE 模型多用于研究綠色基礎設施項目在成本節約與污染負荷削減上的表現；VRRM模型模擬不同措施的徑流削減成效，有利于森林保護、減土壤擾動及降低不透水面積；SWMM模型專注雨水排水系統設計；DURMM模型借助電子表格輔助綠色基礎設施設計；BMP、LID模型于規劃層面估算綠色基礎設施實踐成本，開發對應電子表格應用]

多項研究借助不同工具，對綠色基礎設施（GI）措施的效果進行了分析。例如，Arjenaki等[應用SWMM模型發現，綠色屋頂和透水路面分別可使流域洪峰徑流減少 46% 和 21% 。Seo等[3]運用SWAT模型評估不同王地利用下GI措施的效果，結果顯示引入GI后，徑流與污染物均明顯減少。

2地表徑流處理系統

為緩解城市徑流所帶來的影響，目前已發展出多種地表徑流控制方法與系統，主要分為自然處理法和化學處理法。

2.1 自然處理系統

各自然處理系統治理效率匯總見表1。

2.1.1人工濕地。人工濕地在市政污水處理領域應用較廣，其能截留沉淀徑流懸浮物，借植物根系與微生物協同降解有機物及營養鹽，顯著提升水質。由表1可知，其TSS、TP和金屬去除率分別為58%～89%.12%～60%.29%～65% 。設計濕地需考慮進水、出水水質及現場特征，具體設計因素已有諸多報道[26]。但人工濕地占地大，在土地有限且使用成本高的城市郊區應用受限。此外，植物需定期收割，過量磷沉積會致系統磷含量增加，限制了其成為長期可持續、成本效益高的質量控制方法。

2.1.2蓄洪池。蓄洪池能夠在暴雨期截蓄超量徑流削峰防澇，重力沉降初濾懸浮物；聯動水位雨情分階段錯峰，規避復合洪峰；達標蓄水經調控回灌綠化，閉環洪澇-資源協同。但其溶解性污染物去除率不足 40% ，成本優勢下效能受限，作為高密度建成區防洪托底單元，需與生態滯留設施互補構建“工程-生態\"雙軌防線。

表1自然處理系統治理效率匯總

2.1.3雨水調蓄池。雨水調蓄池能夠在雨水徑流調控中作用突出：降雨時暫存過量雨水，削減洪峰、緩解管網壓力、降低內澇風險；雨停或管網排水恢復后，緩慢排放實現錯峰，并借沉淀等凈化初期雨水[19]。其與蓄洪池核心差異在于雨水調蓄池永久性水池且出口結構高置。凈化以重力沉降為主，微生物分解與水生植被吸收協同去除有機物和營養物。但流量超限或池水結冰/覆冰時，調蓄池易短路或沉降效能衰減[23]。

2.1.4砂濾。砂濾是常見且高效的水質凈化技術，在雨水徑流處理中發揮關鍵作用。雨水徑流攜帶污染物進入砂濾系統，先經濾層上部，砂粒孔隙形成物理屏障，截留大顆粒懸浮物，實現固液初分。隨徑流下滲至濾層中下部，生物膜及砂粒靜電吸附作用吸附溶解性污染物與膠體，化學吸附與離子交換協同降污[14]

2.1.5植物過濾帶。植物過濾帶通過植被的物理攔截、根系吸附及土壤的滲透與過濾作用，有效減緩徑流流速，促進懸浮顆粒物的沉積。由表1可知，其TSS、TP和金屬去除率分別在 54%～84% 、10%～43.1%和40%～55%[23]

2.1.6滲透池。滲透池通過土壤自然滲透，使雨水緩慢回補地下水，緩解城市排水壓力。同時，滲透池還能在徑流過程中過濾部分污染物，改善水質。根據土地可用性和地形，滲透池可以設計成不同的形狀[21]。暴雨時，應提供工程溢流結構。長時間儲存徑流會降低洼地的有效性，并可能導致厭氧條件，從而產生異味、蚊子等滋生問題。滲透池凈化形式致出水難以收集，在確定出水水質方面存在局限性，對滲透池的性能評估仍存在不足。

2.2 化學處理

雨水徑流的化學處理主要采用沉淀澄清技術，包括混凝-絮凝-沉淀法。使用明礬等化學物質可有效破壞水中膠體顆粒的穩定性，使其凝聚并通過沉淀作用從水中去除。目前，沉淀澄清技術已成功應用于處理雨水及合流制排水系統的溢流污水。向雨水或合流制排水系統溢流污水中添加聚合物可顯著提高沉降速率， Wood^[28] 等在溢流率為 30m/h 或更高時，TSS去除率可達 50%～95% 。

3地表徑流控制措施展望

未來地表徑流控制需建立源頭控制、集中治理、過程管控等3個維度的綜合管理體系。

① 源頭“海綿化\"改造。以“海綿城市\"為綱領，構建綠色基礎設施（GI網絡，實施“低影響開發（LID）減源-分布式調蓄控峰-城市更新資源循環\"三階協同，達成源頭減量、過程削峰、末端資源化閉環。

② 集中“區域-智能\"協同。跨域聯控平臺：建立跨流域、跨行政區劃徑流管控平臺，整合多源數據實現流域尺度模擬預警；智慧管網管理：部署智能監測設備與清淤機器人、智能閘門，提升應急響應效率；區域調蓄凈化：建設區域性雨水調蓄池，配套水質凈化設施。

③ 過程“全鏈-動態”調控。末端回用體系：采用分級處理工藝使雨水水質達標，用于非飲用水領域，緩解資源供需矛盾；分級預警響應：建立基于降雨強度、積水深度的分級預警機制，自動觸發應急預案；長效運維監督：制定GI運維標準，搭建公眾監督平臺，實現全流程長效管理。

4結論與討論

本研究通過分析城市雨水地表徑流，揭示其關鍵特征與管理要點。結果顯示，城市地表徑流污染嚴峻，不同土地利用類型集水因人類活動差異，徑流中污染物成分與含量各不相同。基于此，提出了城市雨水徑流控制需從源頭控制、集中治理、過程管控等3個維度協同發力，以應對徑流問題，實現城市水環境治理、防洪減災和水資源可持續利用目標，促進城市水資源合理利用與生態環境良性發展。

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