海綿城市建設中雨水徑流集中入滲對土壤和地下水影響研究進展

1.馬偉偉 2.王興起

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目前，中國正在大力推廣海綿城市建設，在海綿城市建設中，雨水花園、滲井、生物滯留等雨水徑流集中入滲措施應用較多。這類措施主要利用土壤基質這一天然“腎臟”，使降雨徑流攜帶的污染物經土壤基質的吸附、過濾、離子交換、微生物降解等物理、化學、生物作用得到自然凈化，然后下滲補給地下水或收集利用，具有減緩城市內澇、凈化水質與涵養(yǎng)地下水的綜合功能。由于城市雨水徑流存在嚴重的面源污染，且集中入滲的水量負荷與污染負荷強度大，長期集中入滲對土壤與地下水的影響程度、污染物在土壤和地下水中累積效應與污染風險大小等，都是各方面非常關注的科學問題

一、海綿城市概念的內涵

海綿城市，顧名思義就是城市如同海綿，對水能夠進行很好的吸收，同時也能凈化水質，從而更好地調節(jié)城市環(huán)境，實現澇時排水、儲水并實現水資源凈化，在城市生活或建設需要時為城市提供水資源。在城市經濟快速發(fā)展以及城市人口不斷增加的今天，城市供水、排水、水質等都或多或少存在一定的問題。為整體優(yōu)化城市的發(fā)展成效，科學提升城市的發(fā)展水平，不斷優(yōu)化城市水資源的利用率，實現城市供水、排水、儲水、凈化等系統的循環(huán)，應該積極踐行海綿城市的科學理念。要為城市經濟發(fā)展以及人們生產生活提供穩(wěn)定可靠的水源，也要保障城市具備良好的排水能力，避免在多雨天氣狀況下出現城市內澇問題；同時還要保障城市水系統的高效循環(huán)，使得城市具備良好的儲水能力，有效規(guī)避水資源的浪費與污染。

二、海綿城市雨水徑流集中入滲對土壤和地下水的影響

（一）對土壤的影響

海綿城市源頭措施處理的中后期雨水徑流攜帶的污染物較少(污染濃度較高的初期雨水徑流一般被棄流)，一般不考慮徑流雨水入滲對土壤的影響，但有研究表明，雨水徑流集中入滲會造成土壤污染。研究發(fā)現，從工業(yè)園區(qū)流出的雨水入滲會對滲透池的表層土壤造成嚴重污染；研究雨水花園中重金屬在土壤中的遷移特性，證實其會對土壤產生污染以美國特拉華州亨洛彭角州立公園運營時間超過25年的快速滲透池系統為研究對象，實地研究集中入滲對土壤中N 和P 濃度的影響，研究表明土壤中總磷明顯累積的深度大于1.5m，有機氮轉化為NO3-N 從土壤中滲出，累積不明顯可持續(xù)城市排水系統的普遍應用會對土壤造成影響。模擬研究流體中攜帶的污染物在土壤環(huán)境中的遷移行為和分布規(guī)律，研究表明，影響污染物遷移的因素有土壤容重、含水率、吸附分配系數、對流速度、水動力彌散速度、吸附降解、污染物排放方式、邊界條件等因素，其中對流是影響污染物遷移傳輸的動力和主要因素，降解會減少污染物總量，吸附導致污染物滯后遷移。

（二）海綿城市雨水徑流集中入滲對地下水水質的影響

研究表明，傳統污水滲透和再生水回灌會對地下水水質產生一定影響，可能影響到地下水的污染物主要有氮、磷、有機物、重金屬、細菌、病毒、新型有機物等。高速公路雨水徑流污染地下水潛力的研究，發(fā)現土壤滲濾過程并不能完全去除徑流中的污染物，特別是在缺乏土壤的喀斯特地貌地區(qū)，地下水更容易受到雨水徑流污染物的影響。對生活污水快速滲透池系統周圍的地下水進行研究，監(jiān)測數據表明氮磷在入滲點向周圍擴散。為評估雨水滲入對地下水水質的潛在影響，在洛杉磯和周邊地區(qū)開展了一項為期6年的監(jiān)測計劃，監(jiān)測成分主要包括金屬、營養(yǎng)素、有機物、細菌和新型污染物等，研究表明淺層地下水水質并沒有退化。以埃及薩達特市更新世含水層為研究對象，通過電阻率層析成像和水化學分析，研究了氧化塘污水滲透及其對地下水水質的影響，結果表明氧化塘滲出的廢水不是該地區(qū)更新世含水層地下水化學的主要控制因子。陳衛(wèi)平等總結了不同再生水回灌方式對地下水水質的影響，研究表明地下水中鹽分、硝態(tài)氮都有增加趨勢，重金屬污染風險較小，病原微生物對地下水的污染風險較小，但不能排除一些活性較強的病毒等污染地下水。

三、海綿城市建設在城市徑流污染控制中的應用

（一）蓄洪滲透系統

蓄洪滲透系統主要用于在暴雨期間存儲部分流量的徑流，待暴雨過后將這部分流量轉滲入地下，如滲渠、集水池、雨水罐、滲井、滲透性鋪裝等。香港即以水泵集水池的形式使用蓄洪滲透系統。該系統一方面可以對徑流進行洪峰流量的削減，降低下游排水管道的排水壓力，另一方面，也可以將部分污染物滯留在本系統中進行統一處置處理，從而降低下游徑流中的污染物含量，減輕污染物處理壓力。滲透性鋪裝是用滲透性材料制成的存儲地表水的設備。到該存儲區(qū)的徑流通過滲透表面下滲，如草、礫石、多孔鋪路磚等。透水表面讓雨水直接滲入底土，除了延緩雨水徑流，一個重要的功能是通過過濾和生物降解去除淤泥和污染。在澳大利亞，透水表面已用于停車場、住宅車道和人行道

（二）植被過濾帶

城市中的植被過濾帶在滲透傳輸徑流的過程中，可以使徑流中的顆粒物得以沉淀，并對徑流水質進行過濾，對中水污染物進行吸附，進而去除徑流中的部分污染物。植被過濾帶中的植物可以包括草、灌木、樹木等，不同類型的植被將會起到不同效果的污染物去除效果。植被過濾帶作為雨水徑流的初步處置場所，其處理效果將直接影響到后續(xù)海綿體對徑流的吸收容納，因此，應當合理設計植被過濾帶，使其能夠有效地治理好暴雨徑流，去除徑流中的污染物。

（三）以公共事務模式經管

雨水污染通常是所有居民造成的，因為地面不能保持潔凈是整個社區(qū)亂擲、亂倒、亂排所致?；凇叭巳宋廴救巳烁顿M”的道理，雨水污染防治所需費用也應由當地所有居民負擔。美國喬治王子郡之雨水污染防治及硬件工程措施的構建費用均是由當地居民以納稅方式負擔下來。因此，雨水管理與海綿城市需被納入地方公共事務系統中才符合“誰污染誰付費清理”的原則。

結語

在建設海綿城市的過程中，將可持續(xù)城市排水系統等觀念與中國的城市建設相結合，形成海綿城市的建設理念，對城市水體進行了統一管理。從而有效地兼顧城市面源污染的控制。