路面径流对城市道路海绵工程的影响及其应对措施

孟翎冬 甄斌 段念

摘 要：路面径流是城市地表径流的种类之一，其受污染程度和对受纳基底的影响最为严重。同时，作为城市不透水地表的主要组成部分，路面也是削减地表径流的重要场所。城市道路海绵工程的建设要充分考虑路面径流污染，通过工程措施和技术手段，将其影响和危害降到最低，从而保障海绵工程设施的正常运转和功能的发挥。

关键词：路面径流污染 ；受纳基底 ；径流污染净化 ；海绵工程

城市范围内由于人类生产、生活等活动，会将泥沙颗粒物、氮磷营养元素、重金属、有机污染物等多种污染物排放到大气和城市下垫面（包括路面、屋面、硬质铺装场地等），在自然降雨过程中，上述各类污染物被雨水冲刷、淋溶，形成污染水体，部分以地表径流的形式迁移至城市绿地或自然水体等受纳基底，必然造成受纳基底的污染。

1 .路面径流污染来源

路面径流是城市地表径流的一种，相关研究表明，路面径流是污染效应最强的部分，对受纳基底的影响最为严重[1]。路面径流污染来源包括道路交通污染、雨水自身污染和大气降尘。国外大量研究证明，道路交通污染是其最主要的来源[2]。

道路交通污染种类众多，包括轮胎（橡胶）和路面材料（如沥青）磨损、车辆尾气排放、燃料不完全燃烧及润滑油泄漏产生的有毒有机污染物、载运有机化学等材料的泄漏、刹车连接等机械装置的磨损及其他因车辆运行产生的颗粒物等。其代表性水质指标包括悬浮物SS、有机污染物COD、重金属Pb、Zn、Cu、Cr、Ni以及矿物油类、氯化物、多环芳径等[3、4]。

2. 路面径流污染特征

污染物的分类方法众多，本文根据路面污染物溶于水的难易程度将其分为水溶性污染物和非水溶性污染物两类。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颗粒态的SS、重金属Pb、Cu、Cr、以及石油类产品等。

2.1 单场降雨径流污染变化特征

根据常规经验，降雨初期城市路面径流污染物浓度最大，经过一定时间的雨水冲刷，路面径流污染浓度会逐渐降低。这种经验、认识是基于所有路面污染物都易溶于水。因此，在处理路面径流污染时，可以采用初雨弃流的方法，在弃流一定时间或一定量的初期雨水后，便可将之后的路面径流直接排入周边绿地、水体等受纳基底，而不会对其造成污染。

经过一定时间的雨水冲刷，路面径流污染浓度会逐渐降低。这种经验、认识是基于所有路面污染物都易溶于水。因此，在处理路面径流污染时，可以采用初雨弃流的方法，在弃流一定时间或一定量的初期雨水后，便可将之后的路面径流直接排入周边绿地、水体等受纳基底，而不会对其造成污染。

然而，城市路面径流污染浓度并非简单随时间变化的一元线性关系，而是一个不断变化的、复杂的动态过程。因为水溶性污染物NH3-N、溶解态COD、Zn等的浓度在径流过程中相对稳定，并随径流过程逐渐减小；而径流中非水溶性的SS、COD、Pb、Cu、Cr等物质主要呈颗粒状态，其浓度受降雨强度的影响，如果降雨初期强度较小，其强度不足以冲刷掉的附着在路面的颗粒态污染物，并将其携带进入路面径流，则后期降雨强度较大时径流污染物浓度可能更高。

此外，单场降雨前期晴天时间越长，积累于地表的污染物越多，径流污染浓度降低所需雨水冲刷的时间也越长。

2.2 路面污染物季节变化特征

根据相关研究，路面径流中SS、COD和NH3-N浓度因季节不同变化显著，其中SS和COD呈现冬、春季浓度高、秋季浓度最小的趋势，而NH3-N则为夏季最低、冬季最高。而重金属Pb、Zn和溶解态COD、Zn的浓度季节差异不大。总体来说，城市路面径流污染浓度在雨季初期最大，随后逐渐减小，随着时间的推移又呈逐步增大的趋势[3]。

3 .路面径流污染对海绵工程的影响

城市海绵工程旨在通过生态控水设施的建设，充分发挥城市绿地、水系等对雨水的吸纳、蓄滞和缓释功能，有效削减城市径流污染负荷、缓解城市内涝，并实现雨水资源化利用，从而改善城市水环境，保护城市水安全。

海绵工程在城市道路上的应用打破了传统城市道路排水单一的“快排”模式。它试图通过将路面上的径流雨水引入道路附属绿地，并经绿地内的下沉式绿地、植草沟、雨水花园等海绵设施收纳、储存部分路面径流，从而起到对雨水的吸纳、蓄滞和缓释的作用，在一定程度上减轻市政排水管网的压力，为削减峰值径流赢得时间。

雨水花园等海绵设施收纳、储存部分路面径流，从而起到对雨水的吸纳、蓄滞和缓释的作用，在一定程度上减轻市政排水管网的压力，为削减峰值径流赢得时间。

然而，路面径流污染是城市地表径流中污染效应最强的部分，路面径流雨水直接进入绿地，其各种重金属及有机污染物将对植物生长造成不可逆转的毁坏。因此，应在道路绿地内布置初雨弃流装置、沉淀池、前置塘等水净化设施，在径流雨水进入绿地前，利用净化设施对进入绿地内的径流雨水进行预处理，防止径流雨水污染对绿地植被造成毁坏。但现有大部分城市道路附属绿地受到用地紧张等因素的制约，没有布置雨水净化设施的空间，这必将极大的影响城市道路海绵工程实施的可行性和可操作性。

此外，下沉式绿地、雨水花园等海绵设施在收纳径流雨水后，会在一定时间内形成渍水，影响部分植物的生长。而如果单纯采用耐水湿植物则会影响部分道路绿化功能的发挥和景观效果。

4 .路面径流污染应对措施

首先要加强道路日常养护、管理，将机械清洗与人工清扫相结合，定期打扫、清洗城市路面，清洗污水进入市政排水管网。清扫频率视道路交通流量和天气状况而定，机动车流量较大、且非雨季时应适当提高。通过高频率清洗，非水溶性污染物如颗粒态的SS、重金属等污染物不能长期大量附着在道路表面，对于降低雨期路面径流污染浓度，保障海绵设施植被正常生长起着重要作用。

其次，应开展路面径流污染净化设施建设，如过滤净化装置、渗透/生物滞蓄设施、植被过滤带等。根据相关研究，渗透/生物滞蓄设施对于TSS的去除率可达75%以上，对于重金属去除率最低的渗透池最低可达50%以上，最高的渗透沟渠对于重金属的去除率最高更是可达到99%；过滤净化装置的地下、地表砂滤对TSS的去除率可以达到70%-90%，对重金属的去除率可达到20%-90%，有机质过滤对路面油脂的去除率可达到90%[5]；宽度10米的植被过滤带对N、P等元素和COD 的削减作用可达到峰值，消减率在90%以上[6]。

此外，还应设置初雨弃流设施，每场降雨初期的雨水携带可溶性污染物浓度较高，针对此时段径流，初雨弃流设施可极大的降低特定污染物进入海绵设施的数量，减轻或避免对植物的损害。

5. 结论与建议

城市路面是径流污染的重要来源，包括悬浮物、重金属、石油类产品等在内的众多有机、无机污染物会对海绵设施尤其是植物造成严重的损害，导致海绵工程无法发挥其应有的吸纳、蓄滞和缓释径流的作用。同时，作为城市不透水地表的主要组成部分，城市路面也是削减地表径流的重要场所。因此，城市道路海绵工程对于城市水生态和水安全建设既是机遇又是挑战，在开展城市路面海绵工程建设时，要注重以下几个方面内容：

1、从规划层面着手，拓展道路绿地空间，为各项海绵设施和径流污染净化设施布局预留足够的空间。

2、充分认识路面径流污染的危害性，加大径流污染净化设施的建设力度，同时做好日常清理、维护工作，保障海绵设施运转的安全性。

3、优化合理布局下沉式绿地、雨水花园、植被缓冲带等海绵设施，延长海绵设施链，形成完整的海绵设施体系，从而更有效的发挥道路海绵工程蓄水、滞水、调蓄径流峰值的作用。

4、城市道路海绵设施具有吸纳、蓄滞和缓释径流的功能，但其不能取代市政排水设施的作用。城市道路海绵设施和市政排水设施应双管齐下、相互弥补各自的不足之处，共同保障城市的水环境和水安全。

参考文献

[1] 董欣，杜鹏飞，李志一，等.城市降雨屋面、路面径流水文水质特征研究[J].环境科学，2008，29（3）：607-612

[2] G Stotz. Investigations of the properties of the surface water run-off from federal highways in the FRG[J]. The Science of the Total Environment，1987，59：329-337

[3] 陈莹，西安市路面径流污染特征及控制技术研究[D]，长安大学博士学位论文，2011

[4] 申丽勤，车伍，李海燕，等.我国城市道路雨水径流污染状况及控制措施[J].中国给水排水，2009，25（4）：23-28

[5] U S Department of Transportation-Federal Highway Administration. Storm water B est Management Practices in an Ultra- Urban Setting：Se lection and Monitoring [EB /OL]. http： / /www. fhwa. dot. gov /environment/ultraurb / index. htm， 2008- 02- 06

[6] 李怀恩，邓娜，杨寅群，等.植被过滤带对地表径流中污染物的净化效果[J].农业工程学报，2010，26（7）：81-86