海綿城市規(guī)模優(yōu)化研究進(jìn)展

李翠梅，丁 錄

（蘇州科技大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215009）

為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)改革開(kāi)放40年來(lái)，城市建設(shè)速度和水平一直領(lǐng)先于世界各國(guó)，城市建設(shè)規(guī)模之大、城鎮(zhèn)化速度之快，是其他國(guó)家無(wú)法相比也基本無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。從衛(wèi)星地圖上可以看出，各個(gè)城市市域面積至少翻了一番，中心城區(qū)面積也至少擴(kuò)大了2～3倍。以蘇州為例，伍子胥建造的蘇州古城區(qū)面積及周邊不足40 km2，現(xiàn)在的蘇州中心城區(qū)（含蘇州工業(yè)園區(qū)、蘇州高新區(qū)、相城區(qū)、吳中區(qū)、吳江區(qū)）的面積至少有540 km2，是伍子胥造城時(shí)的11倍左右，是改革開(kāi)放前7～8倍，可見(jiàn)城市建設(shè)發(fā)展的規(guī)模之大和速度之快。

社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，給城市水生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)了嚴(yán)重的問(wèn)題，主要表現(xiàn)為水污染嚴(yán)重加劇、水環(huán)境面積縮減。國(guó)家水利系統(tǒng)對(duì)全國(guó)103個(gè)湖泊調(diào)查表明，全年總體水質(zhì)達(dá)到Ⅰ類(lèi)～Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的僅有23個(gè)，占調(diào)查湖泊總數(shù)的22．33%，監(jiān)測(cè)結(jié)果為Ⅳ、Ⅴ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的有55個(gè)，占調(diào)查湖泊總數(shù)的53．40%，監(jiān)測(cè)結(jié)果為劣Ⅴ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的有25個(gè)，占調(diào)查湖泊總數(shù)的24．27%；同時(shí)，全國(guó)有一半左右的城市地下水污染較為嚴(yán)重[1-3]。另有研究表明，城市化程度較高的城市，降雨徑流中化學(xué)需氧量（COD）含量較高，根據(jù)有關(guān)學(xué)者對(duì)上海、北京等地的調(diào)研表明，在排入城市地表水環(huán)境的COD總量中，地表徑流提供的COD含量超過(guò)30%[3-4]。在傳統(tǒng)的城市發(fā)展模式下，水環(huán)境逐漸遭到污染，水生態(tài)平衡逐漸被破壞，生態(tài)問(wèn)題也日益突出[5-6]。

研究表明，降雨徑流污染是水環(huán)境遭受破壞不可忽略的因素之一[7-8]。在城市化進(jìn)程中，城區(qū)面積的擴(kuò)張、土地利用類(lèi)型的變化等都會(huì)影響城市地表的透水性，滲透型下墊面逐漸減少，匯水面積逐漸增大，從而導(dǎo)致城市降雨徑流量大幅度增加，縮短雨洪峰值到來(lái)的時(shí)間[9-11]。與此同時(shí)，城市非點(diǎn)源污染問(wèn)題的日益加劇增加了城市地表的污染物累積量[12-14]，降雨徑流在匯至雨水管網(wǎng)的過(guò)程中不斷沖刷地表匯聚的大量污染物，將這些污染物帶入城市水體破壞水環(huán)境。大量研究數(shù)據(jù)顯示[15-17]，在降雨徑流初期，徑流中通常會(huì)攜帶大量的污染物，形成初期沖刷效應(yīng)，主要原因是相對(duì)于徑流中后期而言徑流初期的污染物總量和濃度都有一個(gè)較高的峰值，而初期沖刷效應(yīng)的發(fā)生往往會(huì)使城市水環(huán)境遭到嚴(yán)重的威脅。因此，大量的雨水監(jiān)測(cè)和模擬研究都曾針對(duì)雨水徑流初期各種高含量污染物進(jìn)行了控制與削減。但是，由于初期雨水污染面廣量大，碎片化的措施無(wú)法從根本上解決系統(tǒng)的污染問(wèn)題。同時(shí)，我國(guó)200多座城市近年來(lái)內(nèi)澇問(wèn)題突出，如何徹底解決雨水問(wèn)題成了焦點(diǎn)，海綿城市建設(shè)勢(shì)在必行。

2013年11月9日，習(xí)總書(shū)記在《關(guān)于〈中共中央關(guān)于全面深化改革若干重大問(wèn)題的決定〉的說(shuō)明》“山水林田湖是一個(gè)生命共同體，人的命脈在田，田的命脈在水，水的命脈在山，山的命脈在土，土的命脈在樹(shù)。用途管制和生態(tài)修復(fù)必須遵循自然規(guī)律。”2013年12月12日，在北京召開(kāi)了中央城鎮(zhèn)化工作會(huì)議，習(xí)近平總書(shū)記再次指出：在提升城市排水系統(tǒng)時(shí)，要在順應(yīng)自然的基礎(chǔ)上，優(yōu)先考慮把城市有限的雨水留下來(lái)，優(yōu)先考慮利用自然力量排水，建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的“海綿城市”。

至此，黨和國(guó)家從戰(zhàn)略高度指明了解決城市雨水問(wèn)題的根本途徑，進(jìn)行海綿城市建設(shè)就是要把城市內(nèi)澇和水環(huán)境污染作為一個(gè)整體來(lái)考慮，對(duì)城市的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行再構(gòu)造，為進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)彈性，將綠色基礎(chǔ)設(shè)施與灰色基礎(chǔ)設(shè)施有機(jī)結(jié)合，建設(shè)新型的生態(tài)城市，增強(qiáng)系統(tǒng)的自然積存、自然滲透、自然凈化能力。

海綿城市作為可以建立更好的城市水生態(tài)系統(tǒng)的一種有前景的策略而被提出和貫徹[18-20]，是目前我國(guó)城市水環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展雨洪管理的新概念[21-22]，它是基于模擬自然水文條件原理，采用源頭控制理念，以傳統(tǒng)雨水系統(tǒng)改造為起點(diǎn)，以LID（Low Impact Development）為主導(dǎo)[23-26]，實(shí)現(xiàn)雨洪綜合管理和利用。

2015年4月，我國(guó)財(cái)政部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部及水利部聯(lián)合發(fā)文，公布了首批的16個(gè)海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市，其分布圖如圖1所示。海綿城市的建設(shè)，可以更好地控制雨水徑流，解決城市內(nèi)澇問(wèn)題，有效削減徑流污染，改善水環(huán)境，提升城市各類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)功能，提高水資源保障能力。不少研究都曾針對(duì)不同的研究區(qū)域，構(gòu)建相應(yīng)的雨水管理模型，以模擬出的不同LID措施的水文水質(zhì)效果為目的，通過(guò)多方案比選確定適合所研究區(qū)域的海綿城市措施，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及環(huán)境整體效益的最優(yōu)化[27-29]。

圖1 海綿城市試點(diǎn)城市分布圖

然而，海綿城市的建設(shè)可以通過(guò)更有效率的方式去實(shí)施。起初，設(shè)計(jì)海綿城市措施時(shí)更著重于減少雨水徑流量、避免洪澇災(zāi)害，遵循能夠更好吸收雨水從而減少地面積水的重要準(zhǔn)則。后來(lái)，建設(shè)海綿城市時(shí)逐漸考慮到降雨徑流污染對(duì)受納水體和城市水環(huán)境帶來(lái)的巨大破壞，以徑流量控制率和徑流污染削減率為綜合規(guī)劃目標(biāo)。但相關(guān)理論研究和工程實(shí)例大都是基于其對(duì)整個(gè)徑流過(guò)程的水文水質(zhì)改善效果去設(shè)計(jì)海綿城市LID規(guī)模的，并未考慮到污染物濃度較大的徑流初期在整個(gè)雨水徑流污染過(guò)程中的特殊性，因此，利用LID技術(shù)緩解初期雨水沖刷效應(yīng)的效率還有待進(jìn)一步提高。

在降雨徑流的淋溶及沖刷作用下，城市地表徑流、農(nóng)藥化肥的大量使用、農(nóng)村牲畜糞便、土壤侵蝕、林木采伐等諸多活動(dòng)中產(chǎn)生的污染物擴(kuò)散性地進(jìn)入到水環(huán)境中，形成降雨徑流污染。自20世紀(jì)60年代起，降雨徑流污染開(kāi)始受到發(fā)達(dá)國(guó)家的關(guān)注。而到20世紀(jì)70年代后，隨著點(diǎn)源污染控制程度的提高，越來(lái)越多的人開(kāi)始從不同的角度認(rèn)識(shí)降雨徑流污染問(wèn)題，相應(yīng)的管理措施和控制技術(shù)被提出，研究建立降雨徑流模型。20世紀(jì)80年代初，我國(guó)開(kāi)展了全國(guó)范圍內(nèi)的湖泊、水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查和河流水質(zhì)規(guī)劃研究，也開(kāi)始關(guān)注和研究城市降雨徑流污染問(wèn)題，由此展開(kāi)了對(duì)降雨徑流污染的相關(guān)研究。近幾年，通過(guò)海綿城市建設(shè)的提出，降雨徑流污染的研究和控制工作也取得極大進(jìn)展[30]。

1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

自20世紀(jì)以來(lái)，生態(tài)城市的雨洪管理研究得到許多人的重視，城市雨水管理發(fā)展呈現(xiàn)多樣化趨勢(shì)，制定出了許多降雨徑流污染控制管理措施。1972年，美國(guó)通過(guò)了“污染控制修正案”，開(kāi)始推行“最佳流域管理措施（Best Management Practices，BMPs）”來(lái)控制洪峰流量和污染物，達(dá)到治理城市水資源面源污染的目的[31-33]。BMPs是一個(gè)或幾個(gè)措施的組合，被美國(guó)EPA定義為“任何能夠減少或預(yù)防水資源污染的方法、措施或操作程序，包括工程、非工程措施的操作和維護(hù)程度”[34]，在設(shè)計(jì)時(shí)要求切實(shí)可行的措施來(lái)使水質(zhì)達(dá)標(biāo)。其中，BMPs的工程性措施主要包括人工濕地、入滲溝、滲透性路面、滯留池、雨水罐等，用以增強(qiáng)地表滲透性、減緩徑流流速、延長(zhǎng)徑流路程，從而控制地表徑流，而非工程性措施的操作和維護(hù)程序主要指通過(guò)政策法規(guī)和規(guī)章制度的建立健全，以及BMPs知識(shí)的廣泛宣傳來(lái)約束人們的行為，以達(dá)到更好的管理和維護(hù)已建成的BMPs工程設(shè)施的目的。隨后，美國(guó)又提出了基于微觀尺度的“低影響開(kāi)發(fā)（LID）”模式[35]，即通過(guò)分散式的調(diào)控設(shè)施，維持自然水文功能，可滯納并蓄滲區(qū)域內(nèi)90%的地表徑流，凈化其中70%的懸浮固體，在充分回補(bǔ)地下水的同時(shí)，能夠達(dá)到緩解地表徑流、凈化徑流水體的作用，最終保護(hù)城市水環(huán)境，節(jié)約資源和能源。主要包括下凹式綠地、生態(tài)植草溝、生物滯留設(shè)施、綠色屋頂、滲透性路面等具體措施。LID模式可以充分開(kāi)發(fā)雨水的調(diào)蓄容積，適用性較強(qiáng)，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，同時(shí)可以美化景觀環(huán)境，節(jié)約成本。

澳大利亞提出了“水敏性城市設(shè)計(jì)（Water Sensitive Urban Design，WSUD）的方法以解決城市雨水凈化與回收利用問(wèn)題[36-37]。此方法基于城市設(shè)計(jì)與規(guī)劃的角度，主要包括不透水河道的改造、自然透水河道的建設(shè)、雨水集水箱的利用、涵水景觀的規(guī)劃、綠色屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)等多種非結(jié)構(gòu)性設(shè)施，規(guī)劃過(guò)程中減少了對(duì)傳統(tǒng)排水的依賴(lài)，可以在不同的時(shí)間和空間尺度下模擬城市雨洪管理計(jì)劃下的地表雨水徑流過(guò)程，也能定量評(píng)估雨洪管理工程的水量水質(zhì)指標(biāo)以及經(jīng)濟(jì)效益，致力于保護(hù)城市水環(huán)境改善、確保水質(zhì)安全，提高居民生活質(zhì)量。

英國(guó)推行了“可持續(xù)性城市排水系統(tǒng)（Sustainable Urban Drainage Systems，SUDS）”的雨水管理模式以緩解城市內(nèi)澇、同時(shí)實(shí)現(xiàn)雨水的回收利用[38-39]。此方法注重對(duì)地表水和地下水的可持續(xù)管理，具體工程措施有地表滲透性路面、滲塘、干/濕塘、受控雨水口、小型水庫(kù)、地下滲渠等，綜合考慮三個(gè)方面的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益，分別是城市降雨徑流量、地表徑流水質(zhì)、環(huán)境生態(tài)性。開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)的自然排水功能，減少對(duì)傳統(tǒng)排水方式的依賴(lài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水徑流的源頭吸收、過(guò)程管控、末端調(diào)蓄的全方位管理，強(qiáng)調(diào)了人與自然的可持續(xù)發(fā)展。

德國(guó)在類(lèi)似“海綿城市”的規(guī)劃建設(shè)中提出了“水的可持續(xù)利用理念”，致力于實(shí)現(xiàn)排水的零增長(zhǎng)[40]。此方法在保證供水安全的基礎(chǔ)上，借助可靠的技術(shù)發(fā)展徑流雨水的綜合管理和回收利用，其雨水管網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)城市地表的徑流處理包括源頭控制、中途轉(zhuǎn)輸、末端調(diào)蓄三個(gè)主要過(guò)程。德國(guó)利用其發(fā)達(dá)成熟的地下管網(wǎng)系統(tǒng)、先進(jìn)可靠的雨水綜合管理方法和規(guī)劃完善的城市綠化用地建設(shè)有效解決了地面積水問(wèn)題、地表徑流污染問(wèn)題、雨水回收利用問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了城市水生態(tài)系統(tǒng)的良好建設(shè)，其開(kāi)發(fā)后的水文特征也趨近開(kāi)發(fā)前的自然條件。

新西蘭基于水敏性城市和低影響開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)理念，借鑒了兩者的特點(diǎn)，開(kāi)始逐步倡導(dǎo)“低影響城市設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)（Low Impact Urban Design and Development，LIUDD）”的雨水管理模式[41]，實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水的綜合管控功能和效應(yīng)；日本也提出了雨水貯存滲透等相關(guān)措施，實(shí)現(xiàn)雨水的凈化和回收利用。面對(duì)城市中出現(xiàn)的不同類(lèi)型的雨水管理問(wèn)題，國(guó)際上很多國(guó)家和地區(qū)都采取了相應(yīng)的雨洪管理技術(shù)措施，其理論和方法都趨于成熟，相對(duì)于傳統(tǒng)的雨水快排模式而言，生態(tài)性的雨水綜合管理方法更經(jīng)濟(jì)高效，也都能在一定程度上有效地解決城市地表徑流污染問(wèn)題。

2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代，我國(guó)開(kāi)始對(duì)降雨徑流污染進(jìn)行深入的研究，由于諸多條件的限制，研究?jī)H僅局限在徑流污染的宏觀特征及污染物負(fù)荷的定量計(jì)算方面，并沒(méi)有形成相應(yīng)的完善的體系。20世紀(jì)90年代以后，針對(duì)降雨徑流污染管理措施和控制技術(shù)的相關(guān)研究和理論方法逐步被提出。2012年4月，在《2012低碳城市與區(qū)域發(fā)展科技論壇》中，首次提出了“海綿城市”的概念。海綿城市是中國(guó)特色城市雨水管理，也是一個(gè)綜合性的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，核心是構(gòu)建跨尺度的水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)通過(guò)構(gòu)建區(qū)域性城市防洪體系和綠色出行網(wǎng)格、保護(hù)生物多樣性、恢復(fù)棲息地等措施綜合解決洪澇、干旱、水體污染等一系列城市問(wèn)題。海綿城市的主要特征是自然積存、自然滲透、自然凈化，LID作為從源頭上實(shí)現(xiàn)雨水控制與利用的一種管理措施，能很好的實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，因此海綿城市的建設(shè)主要以LID的規(guī)劃設(shè)計(jì)為主導(dǎo)。

從我國(guó)海綿城市建設(shè)的規(guī)劃指導(dǎo)和相關(guān)文獻(xiàn)中可以看出，海綿城市的建設(shè)是集綜合性多樣性全方位為一體的生態(tài)建設(shè)，住建部指出其建設(shè)主要包括三個(gè)方面，分別是生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和修復(fù)建設(shè)、生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)建設(shè)以及低影響開(kāi)發(fā)建設(shè)。粟杰文等研究學(xué)者指出，海綿城市的規(guī)劃建設(shè)必須要遵循自然開(kāi)發(fā)和生態(tài)利用的原則，即以自然水文條件為基礎(chǔ)，減少對(duì)原有城市下墊面的改造，落實(shí)開(kāi)發(fā)城市中的透水性道路、綠化、排洪防澇工程等各系統(tǒng)的建設(shè)[42]。王國(guó)榮等學(xué)者研究認(rèn)為，LID建設(shè)的主體工作是針對(duì)城市內(nèi)的綠化用地、水系濕地以及道路廣場(chǎng)等進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)[43]。鞠茂森等人研究指出，海綿城市的建設(shè)首先要以政府為主導(dǎo)，其次是要增加相關(guān)審批環(huán)節(jié)并加強(qiáng)力度，與此同時(shí)，資金投入模式最好選用政府和社會(huì)資本合作（Public-private Partnerships，PPP）的方式，且需要增加配套的財(cái)務(wù)管理環(huán)節(jié)；海綿城市建設(shè)過(guò)程中，可以通過(guò)獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制鼓勵(lì)還未進(jìn)行相關(guān)建設(shè)的城市，也可以通過(guò)一系列宣傳推廣活動(dòng)動(dòng)員社會(huì)全體成員加入其中，同時(shí)可以適當(dāng)爭(zhēng)取國(guó)際范圍內(nèi)的合作[44]。

海綿城市雖然在近幾年才被提出，但其折射出的水資源管理理念早已在歷史建筑和工程實(shí)例中得以應(yīng)用。例如，金朝時(shí)期建造的團(tuán)城位于北京市北海公園內(nèi)，其地面鋪設(shè)所采用的倒梯形青磚之間均保留了縫隙以便雨水下滲，其中，部分青磚還設(shè)置了孔洞，雨水可以通過(guò)孔洞進(jìn)入地下涵洞，從而達(dá)到排放雨水的目的；古代揚(yáng)州構(gòu)造的水系格局貫穿整座城市，除了為應(yīng)對(duì)濕潤(rùn)多雨的氣候外，更主要是方便地表徑流快速通過(guò)受納水體排除。而如今，關(guān)于海綿城市建設(shè)的系統(tǒng)性研究工作正在逐步開(kāi)展。

我國(guó)關(guān)于海綿城市的研究工作涉及領(lǐng)域較廣泛，包括公共建筑、廣場(chǎng)、生態(tài)保護(hù)區(qū)、住宅、城市新建城區(qū)、公園綠地等，研究范圍在逐步擴(kuò)大，與此同時(shí)，研究?jī)?nèi)容和研究成果也在不斷豐富。王曉昌等研究學(xué)者將海綿城市的LID建設(shè)理念應(yīng)用于深圳市某體育中心，通過(guò)體育中心的SWMM雨水管理模型模擬出的水文水質(zhì)數(shù)據(jù)，評(píng)估LID措施的雨洪管控效果，結(jié)果顯示LID的應(yīng)用使得體育中心的年徑流總量得到一定控制，徑流污染也得到一定削減，改善效果明顯。王思思等人通過(guò)研究總結(jié)并編制了適用于嘉興市的分散式雨水控制利用技術(shù)，其研究結(jié)果為L(zhǎng)ID雨水系統(tǒng)的建設(shè)管理以及規(guī)劃設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。陳文立等充分利用海綿城市的建設(shè)理念，針對(duì)濕陷性黃土地區(qū)某小區(qū)的雨水系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)規(guī)劃實(shí)踐，遵循從源頭控制的原則，通過(guò)一系列措施減緩了小區(qū)雨水管網(wǎng)的排水壓力，同時(shí)也減少了地面積水量，降低了小區(qū)內(nèi)澇發(fā)生的幾率。此外，海綿城市的設(shè)計(jì)理念也逐漸運(yùn)用到越來(lái)越多的城市建設(shè)中，涵蓋的范圍較廣。除了已有的工程應(yīng)用和建筑設(shè)計(jì)外，當(dāng)前正在推行的試點(diǎn)城市建設(shè)也在為今后全國(guó)范圍內(nèi)的海綿城市建設(shè)提供借鑒與參考的價(jià)值，促進(jìn)海綿城市向更先進(jìn)的方向發(fā)展。對(duì)于影響城市水環(huán)境和水生態(tài)系統(tǒng)良性發(fā)展的城市地表徑流污染問(wèn)題，也可以通過(guò)一系列海綿城市措施來(lái)改善和處理。

目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)降雨徑流污染問(wèn)題所提出的管理措施和控制技術(shù)都有較好的應(yīng)用。然而，海綿城市措施大都是基于整個(gè)降雨徑流過(guò)程去設(shè)計(jì)其規(guī)模的，不一定能很好地應(yīng)用于污染物濃度相對(duì)較高的初期雨水徑流。如果初期雨水水質(zhì)不能得到改善，那整個(gè)徑流過(guò)程的雨水水質(zhì)也很難得以提升，因此，初期雨水徑流污染控制是整個(gè)雨水徑流污染控制的關(guān)鍵。要想更好地應(yīng)用海綿城市，更大限度地緩解降雨徑流污染，在合理規(guī)劃的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出能高效緩解雨水徑流初期沖刷效應(yīng)的海綿城市LID最優(yōu)規(guī)模是十分必要的。

3 海綿城市規(guī)模優(yōu)化研究趨勢(shì)

海綿城市LID的規(guī)模大都是基于整個(gè)徑流過(guò)程去規(guī)劃和設(shè)計(jì)的，如何基于雨水初期徑流過(guò)程優(yōu)化LID規(guī)模以提高初期污染物的去除效率，探索改善徑流初期水質(zhì)、避免發(fā)生污染物初期沖刷效應(yīng)的LID最優(yōu)設(shè)計(jì)規(guī)模，緩解徑流污染問(wèn)題，成為當(dāng)前海綿城市研究的新趨勢(shì)。

城市初期雨水污染物來(lái)源主要是地表積累和徑流沖刷。在旱期形成污染物的儲(chǔ)備和增長(zhǎng)，在降雨期，積累污染物隨地表徑流匯集至雨水管網(wǎng)而后排入受納水體。此外，城市地表徑流污染的其他來(lái)源，包括大氣降塵、城市下墊面改造以及雨水系統(tǒng)。

地表累積污染物主要來(lái)源于施工現(xiàn)場(chǎng)建材廢棄物、城市居民生活垃圾、大氣顆粒物沉降、機(jī)動(dòng)車(chē)輛尾氣污染等，各種污染組分以不同的狀態(tài)積聚并附著于城市地表，為城市地表徑流污染的發(fā)生埋下了隱患。

城市地塊不同類(lèi)型的功能區(qū)和下墊面所對(duì)應(yīng)的地表污染物類(lèi)型也不相同，而污染物的類(lèi)型也決定了徑流污染的危險(xiǎn)程度。城市地表不透水性部分主要由道路、屋頂、廣場(chǎng)、停車(chē)場(chǎng)、廠區(qū)等組成，透水性部分主要包括綠地、公園、低密度居住區(qū)等，而不透水表面的污染是雨水徑流中主要的污染源。城市道路作為不透水地表的主要下墊面類(lèi)型，其污染源更是影響降雨徑流污染程度的主要因素。Ellis和Kobringer等學(xué)者在對(duì)路面降雨徑流的相關(guān)研究中提到：路面徑流中攜帶的污染物以固體顆粒物SS為主，其污染來(lái)源主要包括大氣干濕沉降、冰鹽的使用、運(yùn)輸物的泄露以及輪胎的磨損等[45-47]。

在城市化的進(jìn)程中，大氣污染日益嚴(yán)重，濕沉降的作用也越來(lái)越明顯。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，30%以上的國(guó)土面積遭受酸雨侵蝕，50%的城市降雨平均PH在5．6以下。更有Whipple W等人的研究結(jié)果顯示：城市屋面雨水徑流中，降雨作用帶來(lái)約25%的S、N和5%的P含量；城市道路及廣場(chǎng)的雨水徑流中，降雨作用帶來(lái)的S和P比例分別約占40%、13%，而N比例幾乎占100%[48]。此外，在霧霾天氣不斷惡化的今天，大氣干沉降作用下帶來(lái)的污染物含量和種類(lèi)也逐漸增多，增加了對(duì)城市水環(huán)境的威脅。

城市地表徑流伴隨著污染物的遷移轉(zhuǎn)化，在整個(gè)降雨徑流過(guò)程中，徑流污染物與地表徑流并不是始終按固定比例進(jìn)入地表水體的，初期雨水徑流污染物濃度明顯高于后期，對(duì)受納水體造成嚴(yán)重的污染，對(duì)城市水環(huán)境造成一定的影響，此類(lèi)現(xiàn)象稱(chēng)為污染物初期沖刷效應(yīng)，也是污染物沖刷的獨(dú)特現(xiàn)象。

目前，污染物的初期沖刷效應(yīng)主要針對(duì)一些常規(guī)污染物展開(kāi)研究，通常包括懸浮固體顆粒物SS、化學(xué)需氧量COD、生化需氧量BOD、氮元素、磷元素、部分重金屬物質(zhì)等污染指標(biāo)。城市地表中，易發(fā)生污染物初期沖刷效應(yīng)的區(qū)域主要是不滲透性下墊面，包括道路、廣場(chǎng)、屋頂、停車(chē)場(chǎng)、廠區(qū)等，而滲透性下墊面的土壤層通常對(duì)雨水徑流有一定吸收作用，同時(shí)也能不同程度地削減徑流污染負(fù)荷。降雨事件發(fā)生時(shí)，污染物的初期沖刷效應(yīng)一般只基于某一場(chǎng)降雨事件或某一個(gè)降雨過(guò)程而產(chǎn)生，但Soller和Lee等研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)，季節(jié)變化對(duì)城市雨水徑流水質(zhì)影響很大，但前提條件是要處于一些特定的氣候環(huán)境下[49]。

關(guān)于初期沖刷效應(yīng)的定量識(shí)別方法，Lee等提出了初期沖刷系數(shù)b的概念[50-51]，定量計(jì)算45°對(duì)角線與無(wú)量綱累積M（V）曲線間的平衡距離，b小于1的情況下則表明發(fā)生污染物的初期沖刷，b大于1，則表明沒(méi)有發(fā)生初期沖刷效應(yīng)。另有很多研究學(xué)者通過(guò)計(jì)算初期沖刷率MFFn的大小來(lái)判斷初期沖刷效應(yīng)是否發(fā)生，其含義明確且計(jì)算方法也相對(duì)簡(jiǎn)便。不少學(xué)者利用MFF20/40來(lái)判定[52]，即徑流過(guò)程前20%的徑流量中若含有超過(guò)40%的污染負(fù)荷量，則表明發(fā)生初期沖刷效應(yīng)；也有學(xué)者通過(guò)MFF25/50來(lái)判定，即若前25%的徑流量中攜帶了50%以上的污染物則表明發(fā)生了污染物初期沖刷效應(yīng)；此外，還有不少研究利用MFF20/80、MFF30/80來(lái)作為初期沖刷是否發(fā)生的判定依據(jù)。Saget、Bertrand-Krajewski曾在多場(chǎng)降雨徑流事件中利用MFF30/80的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷污染物初期沖刷的發(fā)生與否，結(jié)果表明，極少有地表徑流過(guò)程發(fā)生過(guò)初期沖刷效應(yīng)，這主要是MFF30/80的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)過(guò)于嚴(yán)格[53-54]。因此，針對(duì)初期沖刷效應(yīng)進(jìn)行的相關(guān)研究中，利用合理的判斷標(biāo)準(zhǔn)能提高研究成果的準(zhǔn)確性和可靠性，對(duì)徑流污染物的高效控制具有指導(dǎo)意義。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，海綿城市的建設(shè)在我國(guó)正在大規(guī)模開(kāi)展，政府將海綿城市建設(shè)納入國(guó)家綠色發(fā)展的戰(zhàn)略框架，為城市建設(shè)投入了大量的經(jīng)費(fèi)，且所采取的措施通常以總的徑流控制率和污染物消減率為考核指標(biāo)，缺少針對(duì)海綿城市最優(yōu)規(guī)模和關(guān)鍵性指標(biāo)的研究，尤其是針對(duì)初期雨水沖刷過(guò)程的最優(yōu)規(guī)?？刂蒲芯枯^少，建議海綿城市系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)增加最優(yōu)規(guī)模相關(guān)內(nèi)容和避免雨水沖刷的關(guān)鍵性指標(biāo)，最大限度的發(fā)揮控效果，促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展。