海绵城市建设中雨水径流集中入渗对土壤和地下水影响研究进展

1.马伟伟 2.王兴起

（1.身份证号码：4108211990****0072；2.身份证号码：4101821990****2937）

目前，中国正在大力推广海绵城市建设，在海绵城市建设中，雨水花园、渗井、生物滞留等雨水径流集中入渗措施应用较多。这类措施主要利用土壤基质这一天然“肾脏”，使降雨径流携带的污染物经土壤基质的吸附、过滤、离子交换、微生物降解等物理、化学、生物作用得到自然净化，然后下渗补给地下水或收集利用，具有减缓城市内涝、净化水质与涵养地下水的综合功能。由于城市雨水径流存在严重的面源污染，且集中入渗的水量负荷与污染负荷强度大，长期集中入渗对土壤与地下水的影响程度、污染物在土壤和地下水中累积效应与污染风险大小等，都是各方面非常关注的科学问题

一、海绵城市概念的内涵

海绵城市，顾名思义就是城市如同海绵，对水能够进行很好的吸收，同时也能净化水质，从而更好地调节城市环境，实现涝时排水、储水并实现水资源净化，在城市生活或建设需要时为城市提供水资源。在城市经济快速发展以及城市人口不断增加的今天，城市供水、排水、水质等都或多或少存在一定的问题。为整体优化城市的发展成效，科学提升城市的发展水平，不断优化城市水资源的利用率，实现城市供水、排水、储水、净化等系统的循环，应该积极践行海绵城市的科学理念。要为城市经济发展以及人们生产生活提供稳定可靠的水源，也要保障城市具备良好的排水能力，避免在多雨天气状况下出现城市内涝问题；同时还要保障城市水系统的高效循环，使得城市具备良好的储水能力，有效规避水资源的浪费与污染。

二、海绵城市雨水径流集中入渗对土壤和地下水的影响

（一）对土壤的影响

海绵城市源头措施处理的中后期雨水径流携带的污染物较少(污染浓度较高的初期雨水径流一般被弃流)，一般不考虑径流雨水入渗对土壤的影响，但有研究表明，雨水径流集中入渗会造成土壤污染。研究发现，从工业园区流出的雨水入渗会对渗透池的表层土壤造成严重污染；研究雨水花园中重金属在土壤中的迁移特性，证实其会对土壤产生污染以美国特拉华州亨洛彭角州立公园运营时间超过25年的快速渗透池系统为研究对象，实地研究集中入渗对土壤中N 和P 浓度的影响，研究表明土壤中总磷明显累积的深度大于1.5m，有机氮转化为NO3-N 从土壤中渗出，累积不明显可持续城市排水系统的普遍应用会对土壤造成影响。模拟研究流体中携带的污染物在土壤环境中的迁移行为和分布规律，研究表明，影响污染物迁移的因素有土壤容重、含水率、吸附分配系数、对流速度、水动力弥散速度、吸附降解、污染物排放方式、边界条件等因素，其中对流是影响污染物迁移传输的动力和主要因素，降解会减少污染物总量，吸附导致污染物滞后迁移。

（二）海绵城市雨水径流集中入渗对地下水水质的影响

研究表明，传统污水渗透和再生水回灌会对地下水水质产生一定影响，可能影响到地下水的污染物主要有氮、磷、有机物、重金属、细菌、病毒、新型有机物等。高速公路雨水径流污染地下水潜力的研究，发现土壤渗滤过程并不能完全去除径流中的污染物，特别是在缺乏土壤的喀斯特地貌地区，地下水更容易受到雨水径流污染物的影响。对生活污水快速渗透池系统周围的地下水进行研究，监测数据表明氮磷在入渗点向周围扩散。为评估雨水渗入对地下水水质的潜在影响，在洛杉矶和周边地区开展了一项为期6年的监测计划，监测成分主要包括金属、营养素、有机物、细菌和新型污染物等，研究表明浅层地下水水质并没有退化。以埃及萨达特市更新世含水层为研究对象，通过电阻率层析成像和水化学分析，研究了氧化塘污水渗透及其对地下水水质的影响，结果表明氧化塘渗出的废水不是该地区更新世含水层地下水化学的主要控制因子。陈卫平等总结了不同再生水回灌方式对地下水水质的影响，研究表明地下水中盐分、硝态氮都有增加趋势，重金属污染风险较小，病原微生物对地下水的污染风险较小，但不能排除一些活性较强的病毒等污染地下水。

三、海绵城市建设在城市径流污染控制中的应用

（一）蓄洪渗透系统

蓄洪渗透系统主要用于在暴雨期间存储部分流量的径流，待暴雨过后将这部分流量转渗入地下，如渗渠、集水池、雨水罐、渗井、渗透性铺装等。香港即以水泵集水池的形式使用蓄洪渗透系统。该系统一方面可以对径流进行洪峰流量的削减，降低下游排水管道的排水压力，另一方面，也可以将部分污染物滞留在本系统中进行统一处置处理，从而降低下游径流中的污染物含量，减轻污染物处理压力。渗透性铺装是用渗透性材料制成的存储地表水的设备。到该存储区的径流通过渗透表面下渗，如草、砾石、多孔铺路砖等。透水表面让雨水直接渗入底土，除了延缓雨水径流，一个重要的功能是通过过滤和生物降解去除淤泥和污染。在澳大利亚，透水表面已用于停车场、住宅车道和人行道

（二）植被过滤带

城市中的植被过滤带在渗透传输径流的过程中，可以使径流中的颗粒物得以沉淀，并对径流水质进行过滤，对中水污染物进行吸附，进而去除径流中的部分污染物。植被过滤带中的植物可以包括草、灌木、树木等，不同类型的植被将会起到不同效果的污染物去除效果。植被过滤带作为雨水径流的初步处置场所，其处理效果将直接影响到后续海绵体对径流的吸收容纳，因此，应当合理设计植被过滤带，使其能够有效地治理好暴雨径流，去除径流中的污染物。

（三）以公共事务模式经管

雨水污染通常是所有居民造成的，因为地面不能保持洁净是整个社区乱掷、乱倒、乱排所致。基于“人人污染人人付费”的道理，雨水污染防治所需费用也应由当地所有居民负担。美国乔治王子郡之雨水污染防治及硬件工程措施的构建费用均是由当地居民以纳税方式负担下来。因此，雨水管理与海绵城市需被纳入地方公共事务系统中才符合“谁污染谁付费清理”的原则。

结语

在建设海绵城市的过程中，将可持续城市排水系统等观念与中国的城市建设相结合，形成海绵城市的建设理念，对城市水体进行了统一管理。从而有效地兼顾城市面源污染的控制。