海绵化小区径流污染削减效果监测分析与研究

李小风 柴同志 杨超

摘 要：海绵城市建设即采用源头生态化技术控制面源污染，面源污染与地面径流正相关，且污染物在降雨初期及小雨情况下浓度较高，因此，控制面源污染即控制初期地表径流。本文通过监测小区海绵化后出口流量及污染物浓度变化，研究在小雨条件下污染物浓度削减效果，分析指标之间的相关性。

关键词：海绵城市 面源污染 径流

中图分类号：TU992 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）01（a）-0130-02

城市降雨地表径流造成的面源污染已成为城市水环境污染的重要因素[1]。径流污染是一个涉及多介质、多时空尺度和多污染物的复杂过程。区域气候、降雨特征，土地利用类型、强度、不透不面积的比例，排水体制，以及城市规划管理等因素都对径流污染的形成具有重要影响。降雨前地表污染物的累积状况与降雨特征是影响城市径流污染程度的主要因素，即使降雨量近似相同的降雨事件，径流污染负荷也存在明显的差异[2]。建成区污染物浓度明显比规划新城高，雨量越大初期污染物浓度超高，中雨到暴雨降雨条件下污染物浓度20min左右趋于稳定，暴雨中污染物浓度在5min内降低50%；15min内降低70%～80%[3]。道路中交通量对面源污染物浓度影响较大，交通量越大径流中有机含量超高，胶体态有机碳和大分子类色氨酸蛋白物质含量越多[4]。

透水混凝土路面对雨水径流有一定的净化效果，但透水混凝土去除各种污染物的机理研究不足，面层材料和微生物对污染物净化贡献不清[5]。绿地进行海绵化改造，增加生物滞留塘等可实现初期雨水面源污染年削减率58%，屋顶绿化对径流污染具有较大作用[6]。透水铺装去除径流中TP、COD和TSS等污染物效果较好，而对TN的去除效果较差，混凝土缝隙透水砖铺面对NH4+-N去除效果明显优于透水混凝土[7]。下凹式绿地污染物去除效率高，对COD、TP、TN、SS 的平均去除率分别为56.3%、72.1%、47.1%、74.3%[8]。

海绵城市建设中，雨水花园、透水铺装、生物滞留塘、屋顶绿化等构筑物已在国内外解决初期径流污染中广泛采用，而海绵城市年径流总量控制率指标主要用于控制中小降雨事件。因此，本文主要研究中小降雨事件中，海绵化对小区径流污染物削减效果，分析相关指标相关性。

1 实证分析

1.1 项目概况

武汉市残疾人康复中心建成于2014年，项目占地面积10605m2，其中：硬质屋面面积为1461m2，小区道路面积为3529m2，广场铺装面积为2260m2，绿地面积为3356m2。区域综合雨量径流系数0.61，存在局部积水问题。项目68%的区域为硬质地面，绿化区占32%，并且现状植物长势较差，植物退化较严重，部分黄土裸露生态性差，现状下垫面对面源污染控制较弱。

1.2 方案设计

康复中心海绵城市建设与公益事业结合，以康复重建为主题，解决积水问题，控制面源污染，提升生态环境。坚持“小雨不湿鞋、大雨不内涝、热岛有缓解、水体不黑臭”的目标，水体不黑臭治理路径以源头技术措施为重点，采取滞排卵石沟截水、生态透水停车场滤水、空中雨水花园控水、透水路面拦水、生物滞留带净水等多种方式实现对径流及污染的控制。

项目共计建设绿化屋面420m2；透水铺装（含生态停车场、透水砖、透水沥青）5700m2、下凹绿地（雨水花园、生物滞留带）720m2。

1.3 效果分析

监测海绵改造后排口处流量、SS、TP、TN、COD等指标变化。降雨量与排口出流量直接相关，降雨量通过排口处流量间接反映。本次监测4场小降雨事件，降雨强度均在在3～5mm/h，日降雨量20～30mm。

（1）流量与SS的关系。连续监测排口流量和SS，降雨过程中每5min取一个样，共采取60个数据。数据显示小雨条件下流量与SS变化幅度均不大，没有极端峰值出现。通过相关性分析，发现两者负相关，但相关性不显著。因此，小雨条件下，海绵改造对固体污染物有较好削减效果，出水SS浓度稳定，监测SS平均值为18.43mg/L。

（2）流量与TP、TN、COD的关系。其中2场雨进行多指标监测，包括流量、TP、TN、COD和SS，共取样35个。各指标变化曲线如图2所示。TP、TN、COD浓度均值分别为0.30 mg/L、7.29mg/L、25.89mg/L。TP和COD达到地表水环境质量Ⅳ类标准，说明海绵化对污染溶解态污染具有较强去除能力，满足海绵城市建设目标要求。TN超过Ⅴ类标准，TN超标可能与植物栽植时施加人工肥有關。

通过流量与TP、TN、COD相关性分析，计算结果如图1所示：TP、COD与流量的相关系数分别为0.44和0.55，具有正相关性，显著性在0.01级别（双尾），相关性显著。分析显示，TN与流量相关性较弱。

相关性分析说明小雨时，降雨强度增加，冲刷携带污染物浓度增加，此处不能证明大雨条件下降雨强度与污染物浓度的关系。

2 结论

（1）海绵城市建设对控制面源污染效果较好，尤其对TP、COD、SS去除效果较好，可以满足地表水环境质量要求。植物栽植时应尽量减少人工肥投放。（2）降雨强度较小时，径流中SS携带量基本保持稳定，TP、COD呈现出与降雨强度一定的正相关性。因此，海绵城市建设中应采用更多措施，控制溶解态污染物的排放。

参考文献

[1] Macklin M G.Fluxes and storage of sediment-associated heavy metals in floodplain systems：assessment and river basin management issues at a time of rapid environmental change[J].Floodplain processes，1996（13）：441-459.

[2] 尹澄清.城市面源污染的控制原理和技术[M].中国建筑工业出版社，2009.

[3] 李畅，涂晓杰，秦雅琪，等.南宁市道路初期雨水径流污染物浓度分析[J].环境工程，2017，35（7）：70-75.

[4] 于振亚，杜晓丽，王蕊，等.交通密度对道路雨水径流溶解性有机物污染特性的影响[J].环境科学学报，2017（3）：71.

[5] 吴梦柯，赵金辉，林晨彤，等.透水混凝土路面净化雨水径流研究进展[J].现代化工，2017，37（10）：25-30.

[6] 钱军，付浩.低影响开发设施对城市面源污染入河量影响分析[A].2017城市发展与规划论文集[C].2017.

[7] 金建荣，李田，时珍宝.高地下水位地区透水铺装控制径流污染的现场实验[J].环境科学，2017，38（6）：2379-2384.

[8] 张晓菊，董文艺.下凹式绿地径流污染控制与径流量消减影响因素分析[J].环境科学与技术，2017，40（2）：113-117.