暴雨徑流

1.1城市道路暴雨徑流污染物濃度研究

城市道路暴雨徑流污染物濃度與交通負荷、周圍環(huán)境背景、環(huán)境衛(wèi)生管理水平等密切相關(guān)，不同研究地點得出的研究結(jié)果差異顯著。有研究表明，后期道路暴雨徑流水質(zhì)較初期徑流顯著改善，尤其是道路坡度較大的情況 。也有研究發(fā)現(xiàn)，城市道路暴雨徑流水質(zhì)甚至劣于生活污水，西安城市主干道南二環(huán)路暴雨徑流的研究發(fā)現(xiàn)，濃度遠高于生活污水，筆者總結(jié)了不同學者在不同環(huán)境背景下得出的城市道路暴雨徑流污染物濃度水平。同時，關(guān)于城市道路暴雨徑流水質(zhì)的研究大多屬于宏觀觀測范疇，而對于降雨過程中污染物隨徑流遷移轉(zhuǎn)化的微觀過程研究還較少。

1.2城市道路暴雨徑流水質(zhì)影響因素研究大氣污染狀況、氣候特征、風速以及人類活動強度等的區(qū)域差異，使得城市道路暴雨徑流污染物濃度水平的影響因素非常復雜 ，針對城市道路暴雨徑流水質(zhì)影響因素的研究主要有以下幾個方面。

（1）降雨雨情因素

降雨雨情因素包括降雨強度、降雨持續(xù)時間、前期干旱期、降雨雨型分布等。降雨強度越大，對地表累積污染物的沖刷強度也越大，可能導致污染物濃度的升高，也可能出現(xiàn)過大的暴雨徑流稀釋污染物濃度使得污染物濃度降低的現(xiàn)象。前期干旱期越長，地表累積污染物越多，可能引起暴雨徑流污染物濃度的升高。在澳門雅廉訪流域的調(diào)查結(jié)果表明，前期干旱期越長、降雨強度越大，污染物濃度越高。調(diào)查了東莞市同沙水庫集水區(qū)降雨徑流的水質(zhì)特性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)雨前干旱期、最大雨強、不透水率對污染負荷的影響程度最大。顏文濤等 研究了山地城市道路暴雨徑流水質(zhì)特性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，降雨強度對污染物濃度具有顯著影響，降雨強度越大，暴雨徑流的污染物濃度越高，其中大坡度路面暴雨徑流的污染物濃度受降雨強度的影響最為顯著，可能是道路坡度和降雨強度雙重影響的結(jié)果，這也說明了山地城市道路暴雨徑流可能蘊含有更為突出的污染強度。研究認為，前期晴天時間是影響城市徑流污染物濃度和賦存形態(tài)的主要因子。研究發(fā)現(xiàn)，污染物濃度與前期晴天數(shù)、降雨歷時均呈正相關(guān)關(guān)系，而與降雨量、降雨強度呈負相關(guān)關(guān)系。然 而，也有研究指 出 前 期干 旱 時間與污染物濃度并不存在相關(guān)關(guān)系。等對慕尼黑高負荷交通道路暴雨徑流的研究表明，前期干旱期對污染物濃度沒有顯著影響，并把這種現(xiàn)象歸結(jié)于街道清掃、風吹或交通引起的空氣擾動流失等因素。

（2）大氣干濕沉降

有研究表明，大氣沉降是暴雨徑流鎘、銅、鉛的重要來源，且大氣濕沉降占痕量重金屬總沉降的1%～10%，總沉降重金屬負荷占流域降雨徑流重金屬總負荷的57%～100%。此外，也有研究表明，大氣沉降是居民區(qū)暴雨徑流重金屬污染的主。

（3）其他因素

車伍等在對北京城區(qū)道路雨水徑流水質(zhì)的研究中發(fā)現(xiàn)，影響道路徑流水質(zhì)的最重要的因素有道路類型、降雨強度、路面污染狀況、氣溫、降雨間隔時間和降雨量等。此外，污染物釋放源也是影響道路暴雨徑流水質(zhì)的重要因素。有研究表明，交通工具剎車磨損是銅的來源，建筑墻板是銅、鋅、鉛、鎘的來源，輪胎磨損是鋅的來源，材料種類、建筑密度、交通強度、建筑物噴漆、地表表層滲瀝是居民區(qū)暴雨徑流重金屬的主要來源，而交通尾氣和金屬侵蝕是工業(yè)區(qū)暴雨徑流重金屬的主要來源。LEE等和申麗勤等總結(jié)了城市道路暴雨徑流污染物的主要來源。

（1）城市道路暴雨徑流是城市面源污染的主要

貢獻體之一，其水質(zhì)影響因素眾多，氣象條件、衛(wèi)生管理水平、降雨雨情、交通負荷等因素的變化都會導致徑流污染物濃度的波動，不同環(huán)境背景下城市道路暴雨徑流污染物濃度水平差異較大，但有機物、重金屬、磷素等污染物以顆粒態(tài)為主要賦存形態(tài)是普遍認同的研究結(jié)果。

（2）對于城市道路暴雨徑流污染的控制，宏觀上建議考慮將暴雨徑流控制技術(shù)與城市規(guī)劃有機結(jié)合起來，使得城市開發(fā)與城市道路暴雨徑流調(diào)控并舉，微觀上建議恰當選取暴雨徑流控制技術(shù)，并注重控制技術(shù)設(shè)計標準的改良和優(yōu)化；同時，科學識別初期徑流的控制量也是城市道路暴雨徑流高效管理的重要手段。 2100433B

隨著城市化的飛速發(fā)展，地殼表層用地屬性構(gòu)成被快速改變，硬覆蓋率快速提升，由此引發(fā)的城市暴雨徑流污染已成為受納水體的主要污染源；在城市區(qū)域，交通道路面積廣，負荷重，道路暴雨徑流污染更為突出。國外對于城市道路暴雨徑流污染的研究起步較早，而國內(nèi)由于長期困于點源污染的整治，開始著手開展針對城市道路暴雨徑流的研究。隨著對城市道路暴雨徑流污染認識的不斷深入，很多城市先后進行了城市道路暴雨徑流污染的研究工作，結(jié)果大大豐富了國內(nèi)城市道路暴雨徑流的基礎(chǔ)資料，及時總結(jié)已有的研究成果，對于城市道路暴雨徑流研究的縱深推進很有必要。城市交通道路是城市區(qū)域最主要的不透水下墊面類型，其旱期污染物累積量大、來源廣，由此導致城市道路暴雨徑流污染物濃度更高，污染成分更復雜。鑒于此，筆者針對城市道路暴雨徑流水質(zhì)的研究現(xiàn)狀進行了綜合闡述，以期為城市道路暴雨徑流污染的有效防治提供參考。

2．1 初期暴雨徑流控制量的確定

初期徑流污染物濃度較高，攜帶了場次降雨徑流一半以上的污染負荷，科學確定初期徑流量并加重點控制意義重大。初期徑流控制量識別的主流方法以M（V）曲線法為主，即對次降雨中的污染物，把累積污染負荷占整個次降雨過程總污染負荷的比值作為縱坐標、把累積徑流量占整個次降雨過程總徑流量的比值作為橫坐標，進而建立 M（V）無量綱曲線，曲線偏離對角線越多，則初期沖刷現(xiàn)象越明顯。由于該方法具有一定的可操作性，并可以給出初期徑流體積比例，在城市道路暴雨徑流管理中得到了廣泛應(yīng)用。居民區(qū)屋面、商業(yè)區(qū)屋面、工業(yè)區(qū)屋面的初期徑流控制量分別為初期2mm降雨、初期5mm降雨、初期10mm降雨，居民區(qū)道路為初期4mm降雨，而商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)道路的暴雨徑流應(yīng)全部收集處理。然而，應(yīng)用該方法也有未發(fā)現(xiàn)初期沖刷現(xiàn)象的案例。SOLLERA等在對美國圣何塞8場降雨過程的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，初期沖刷現(xiàn)象并不總是存在。BAR－_RETT等的研究發(fā)現(xiàn)，高速公路暴雨徑流只有微弱的初期沖刷現(xiàn)象。調(diào)查雨季初期沖刷現(xiàn)象對分流制和合流制排放水質(zhì)的影響，結(jié)果表明初期沖刷現(xiàn)象的發(fā)生頻率較低，不足以支撐雨季排放污染物處理設(shè)計需求。

2．2 科學選取/設(shè)計控制技術(shù)

城市道路暴雨徑流的控制技術(shù)有生態(tài)化技術(shù)和非生態(tài)化技術(shù)兩種。生態(tài)化技術(shù)主要包括雨水花園、生物滯留系統(tǒng)、淺草溝、綠色屋頂、河岸緩沖帶等，非生態(tài)化技術(shù)有滲透路面、沉沙井、棄流池等。一般情況下，城市道路暴雨徑流中的重金屬、總磷、有機物等污染物主要以顆粒態(tài)存在，故 TSS常被作為城市道路暴雨徑流的首要控制指標，城市道路暴雨徑流控制技術(shù)對懸浮物或者以懸浮物為主要賦存形態(tài)的污染物有較高的去除能力，而對于氮、磷等溶解性營養(yǎng)鹽的控制效能則還需要進一步穩(wěn)定和提高，尤其是對溶解性氮的調(diào)控效果。對于城市道路暴雨徑流控制措施的選取，可借鑒國外已有的研究成果，并通過研究實踐改良國外設(shè)計標準，使得控制技術(shù)的構(gòu)建能適應(yīng)國內(nèi)的環(huán)境背景，真正達到城市道路暴雨徑流水質(zhì)凈化的目的。

2．3 科學規(guī)劃，合理布局控制措施

盡管國外對于城市道路暴雨徑流控制技術(shù)的研究已有較長歷史，但國內(nèi)關(guān)于城市道路暴雨徑流控制的技術(shù)研發(fā)還處于起步階段，國外技術(shù)的中國化還有很長的路要走，國內(nèi)技術(shù)還有一定程度的升級空間，同時，管理部門之間的溝通協(xié)調(diào)力度不足，使得很多城市綠地的預置功能單一，往往沒有發(fā)揮其暴雨徑流調(diào)控的作用。加強城市規(guī)劃、園林管理、市政管理等城市管理部門之間的溝通與協(xié)調(diào)、將城市道路暴雨徑流污染控制納入城市化建設(shè)的整體規(guī)劃之中，并根據(jù)城市道路暴雨徑流污染隨機性、分散性的特點，針對性布局小型化、分散式的暴雨徑流管理措施，并對管理措施的調(diào)控效能進行預評估，進而構(gòu)建城市道路暴雨徑流控制的景觀網(wǎng)絡(luò)體系，是解決城市道路暴雨徑流污染的可行途徑。

中國有許多小流域短缺水文觀測資料，需要間接計算其設(shè)計洪水：特別對可能最大洪水的計算，尤感資料不足。1975年8月，江淮上游發(fā)生的特大洪水，引起各方面極大重視，原有的水文手冊和水文圖集，已不能夠適應(yīng)新的要求，為此組織了全國規(guī)模的可能最大暴雨和暴雨等值線圖的繪制過程，編制了全國分省區(qū)的《暴雨徑流查算圖表》。在《圖表》的編制過程中，共使用了約10000個雨量站，氣象站15000站年的暴雨資料，約1500個流域23000次暴雨洪水資料：制定了《暴雨徑流查算圖編制提綱》等技術(shù)指導文件，以統(tǒng)一全國技術(shù)標準，最終成果經(jīng)地區(qū)綜合平衡，省（自治區(qū)、直轄市）、部兩級嚴格審查驗收，并經(jīng)水利電力部批準在全國采用：編寫了《編制全國暴雨徑流查算圖表技術(shù)報告及各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）主要成果》：進行了系統(tǒng)的技術(shù)總結(jié)和論證。

包括暴雨分析成果、產(chǎn)流分析結(jié)果、匯流分析成果等主要內(nèi)容，以及成果的綜合和檢驗、編輯和使用說明。

暴雨徑流查算圖表暴雨分析結(jié)果

編圖之前，全國只有1h和24h暴雨等值線圖，且系列段，資料條件較差。這次編圖，暴雨資料一般統(tǒng)計到20世紀70年代末和80年代初，站數(shù)成倍增加，并使用了大量自記雨量記錄。這次共編制了全國24h、1h和10min的暴雨均值和變差系數(shù)（Cv）等值線圖，24h可能最大暴雨等值線圖，24h實測和調(diào)查最大暴雨分布圖；調(diào)研了各地區(qū)的暴雨歷時經(jīng)驗公式，各種歷時的時程分配和面分布、設(shè)計雨型，典型雨圖以及各種歷時的暴雨時面深關(guān)系。編制過程中，建立了包括暴雨天氣成因，暴雨天氣系統(tǒng)分析等內(nèi)容的暴雨檔案。

暴雨徑流查算圖表產(chǎn)流分析成果

采用相關(guān)和扣損兩類方法進行產(chǎn)流計算。在相關(guān)法中，一般以前期影響雨量（Pa）為參數(shù)，建立暴雨徑流關(guān)系。在扣損法中，多采用降雨過程按下滲曲線或產(chǎn)流期平均損失率扣除損失量的方法，求得凈雨過程。編圖經(jīng)驗表明，在濕潤地區(qū)，損失量占設(shè)計雨量的比例很小，降雨強度對產(chǎn)流的影響不明顯，一般可采用Pa為參數(shù)的暴雨徑流關(guān)系進行計算。在干旱、半干旱地區(qū)，設(shè)計雨量相對較小，而損失量相對較大，降雨強度的影響較大，宜用考慮便于強影響的扣損法進行產(chǎn)流計算?！秷D表》中提供了水文分區(qū)、分區(qū)暴雨徑流關(guān)系曲線、下滲曲線以及前期影響雨量、平均下滲率等圖表。

暴雨徑流查算圖表匯流分析成果

各地區(qū)大多采用經(jīng)驗單位線法、納什瞬時單位線法和推理公式法，進行洪水過程或洪峰流量計算。方法的參數(shù)，如瞬時單位線中的m1、m2（n、K），推理公式中匯流參數(shù)（m），均與流域因素如流域面積（F）、河道長度（L）、河道坡降（J）等建立相關(guān)關(guān)系，以便將匯流分析規(guī)律移用于短缺水文資料的地區(qū)，《圖表》提供了不同水文分區(qū)的各種計算參數(shù)值。在匯流分析過程中，搜集大量歷史洪水調(diào)查資料，編印了場次特大洪水專輯。

暴雨徑流查算圖表成果綜合檢驗

《圖表》是在一定的技術(shù)要求下，由各省區(qū)（自治區(qū)、直轄市）分頭編制，然后進行全國匯總和拼圖，對相鄰地區(qū)的成果，進行綜合平衡和協(xié)調(diào)。為控制成果的質(zhì)量，一般都通過了下列步驟：（1）對各種等值線圖和各種參數(shù)地區(qū)分布規(guī)律，進行了宏觀分析，發(fā)現(xiàn)了特異值區(qū)時，要研究其原因；（2）將《圖表》查算的設(shè)計暴雨推求設(shè)計洪水結(jié)果，與有流量系列河流的洪水頻率分析成果做比較；（3）將成果與歷史特大洪水作比較；（4）將成果與已有工程設(shè)計洪水作比較；（5）用不同計算方法對成果作比較。最后按多種方法、綜合分析、合理選定的原則，對《圖表》的合理性作出判斷，各項成果均附有編輯說明和使用說明，說明編輯目的、資料依據(jù)、編制方法、使用范圍和注意事項等，并附有計算實例 。

本書系統(tǒng)介紹了暴雨徑流管理模型SWMM的原理、發(fā)展歷程和操作方法。以北京香山地區(qū)、亦莊地區(qū)和東升園小區(qū)為對象，詳細闡述了SWMM模型構(gòu)建、參數(shù)率定、水文分析計算等實際應(yīng)用中的具體操作過程。