暴雨徑流特性概述

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(fù)荷重，道路暴雨徑流污染更為突出。國(guó)外對(duì)于城市道路暴雨徑流污染的研究起步較早，而國(guó)內(nèi)由于長(zhǎng)期困于點(diǎn)源污染的整治，開始著手開展針對(duì)城市道路暴雨徑流的研究。隨著對(duì)城市道路暴雨徑流污染認(rèn)識(shí)的不斷深入，很多城市先后進(jìn)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(guó)內(nèi)城市道路暴雨徑流的基礎(chǔ)資料，及時(shí)總結(jié)已有的研究成果，對(duì)于城市道路暴雨徑流研究的縱深推進(jìn)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(lái)源廣，由此導(dǎo)致城市道路暴雨徑流污染物濃度更高，污染成分更復(fù)雜。鑒于此，筆者針對(duì)城市道路暴雨徑流水質(zhì)的研究現(xiàn)狀進(jìn)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。

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(fù)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(diǎn)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(yuǎn)高于生活污水，筆者總結(jié)了不同學(xué)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(shí)，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(cè)范疇，而對(duì)于降雨過(guò)程中污染物隨徑流遷移轉(zhuǎn)化的微觀過(guò)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(fēng)速以及人類活動(dòng)強(qiáng)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(fù)雜 ，針對(duì)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(gè)方面。

（1）降雨雨情因素

降雨雨情因素包括降雨強(qiáng)度、降雨持續(xù)時(shí)間、前期干旱期、降雨雨型分布等。降雨強(qiáng)度越大，對(duì)地表累積污染物的沖刷強(qiáng)度也越大，可能導(dǎo)致污染物濃度的升高，也可能出現(xiàn)過(guò)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(zhǎng)，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(zhǎng)、降雨強(qiáng)度越大，污染物濃度越高。調(diào)查了東莞市同沙水庫(kù)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(qiáng)、不透水率對(duì)污染負(fù)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(qiáng)度對(duì)污染物濃度具有顯著影響，降雨強(qiáng)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(qiáng)度的影響最為顯著，可能是道路坡度和降雨強(qiáng)度雙重影響的結(jié)果，這也說(shuō)明了山地城市道路暴雨徑流可能蘊(yùn)含有更為突出的污染強(qiáng)度。研究認(rèn)為，前期晴天時(shí)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(shí)均呈正相關(guān)關(guān)系，而與降雨量、降雨強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。然 而，也有研究指 出 前 期干 旱 時(shí)間與污染物濃度并不存在相關(guān)關(guān)系。等對(duì)慕尼黑高負(fù)荷交通道路暴雨徑流的研究表明，前期干旱期對(duì)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(fēng)吹或交通引起的空氣擾動(dòng)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(lái)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(fù)荷占流域降雨徑流重金屬總負(fù)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(duì)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(qiáng)度、路面污染狀況、氣溫、降雨間隔時(shí)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(lái)源，建筑墻板是銅、鋅、鉛、鎘的來(lái)源，輪胎磨損是鋅的來(lái)源，材料種類、建筑密度、交通強(qiáng)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(lái)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(lái)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(lái)源。

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(chǎng)次降雨徑流一半以上的污染負(fù)荷，科學(xué)確定初期徑流量并加重點(diǎn)控制意義重大。初期徑流控制量識(shí)別的主流方法以M（V）曲線法為主，即對(duì)次降雨中的污染物，把累積污染負(fù)荷占整個(gè)次降雨過(guò)程總污染負(fù)荷的比值作為縱坐標(biāo)、把累積徑流量占整個(gè)次降雨過(guò)程總徑流量的比值作為橫坐標(biāo)，進(jìn)而建立 M（V）無(wú)量綱曲線，曲線偏離對(duì)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(duì)美國(guó)圣何塞8場(chǎng)降雨過(guò)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(duì)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(jì)需求。

2．2 科學(xué)選取/設(shè)計(jì)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(jī)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(biāo)，城市道路暴雨徑流控制技術(shù)對(duì)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(duì)于氮、磷等溶解性營(yíng)養(yǎng)鹽的控制效能則還需要進(jìn)一步穩(wěn)定和提高，尤其是對(duì)溶解性氮的調(diào)控效果。對(duì)于城市道路暴雨徑流控制措施的選取，可借鑒國(guó)外已有的研究成果，并通過(guò)研究實(shí)踐改良國(guó)外設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，使得控制技術(shù)的構(gòu)建能適應(yīng)國(guó)內(nèi)的環(huán)境背景，真正達(dá)到城市道路暴雨徑流水質(zhì)凈化的目的。

2．3 科學(xué)規(guī)劃，合理布局控制措施

盡管國(guó)外對(duì)于城市道路暴雨徑流控制技術(shù)的研究已有較長(zhǎng)歷史，但國(guó)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(guó)外技術(shù)的中國(guó)化還有很長(zhǎng)的路要走，國(guó)內(nèi)技術(shù)還有一定程度的升級(jí)空間，同時(shí)，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(yù)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(qiáng)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(jī)性、分散性的特點(diǎn)，針對(duì)性布局小型化、分散式的暴雨徑流管理措施，并對(duì)管理措施的調(diào)控效能進(jìn)行預(yù)評(píng)估，進(jìn)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。

（1）城市道路暴雨徑流是城市面源污染的主要

貢獻(xiàn)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(fù)荷等因素的變化都會(huì)導(dǎo)致徑流污染物濃度的波動(dòng)，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(jī)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(rèn)同的研究結(jié)果。

（2）對(duì)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(jī)結(jié)合起來(lái)，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(dāng)選取暴雨徑流控制技術(shù)，并注重控制技術(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的改良和優(yōu)化；同時(shí)，科學(xué)識(shí)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

中國(guó)有許多小流域短缺水文觀測(cè)資料，需要間接計(jì)算其設(shè)計(jì)洪水：特別對(duì)可能最大洪水的計(jì)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(cè)和水文圖集，已不能夠適應(yīng)新的要求，為此組織了全國(guó)規(guī)模的可能最大暴雨和暴雨等值線圖的繪制過(guò)程，編制了全國(guó)分省區(qū)的《暴雨徑流查算圖表》。在《圖表》的編制過(guò)程中，共使用了約10000個(gè)雨量站，氣象站15000站年的暴雨資料，約1500個(gè)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(dǎo)文件，以統(tǒng)一全國(guó)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，最終成果經(jīng)地區(qū)綜合平衡，?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）、部?jī)杉?jí)嚴(yán)格審查驗(yàn)收，并經(jīng)水利電力部批準(zhǔn)在全國(guó)采用：編寫了《編制全國(guó)暴雨徑流查算圖表技術(shù)報(bào)告及各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）主要成果》：進(jìn)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(yàn)、編輯和使用說(shuō)明。

暴雨徑流查算圖表暴雨分析結(jié)果

編圖之前，全國(guó)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(jì)到20世紀(jì)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(guó)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(shí)測(cè)和調(diào)查最大暴雨分布圖；調(diào)研了各地區(qū)的暴雨歷時(shí)經(jīng)驗(yàn)公式，各種歷時(shí)的時(shí)程分配和面分布、設(shè)計(jì)雨型，典型雨圖以及各種歷時(shí)的暴雨時(shí)面深關(guān)系。編制過(guò)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(jìn)行產(chǎn)流計(jì)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(guò)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(guò)程。編圖經(jīng)驗(yàn)表明，在濕潤(rùn)地區(qū)，損失量占設(shè)計(jì)雨量的比例很小，降雨強(qiáng)度對(duì)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(jìn)行計(jì)算。在干旱、半干旱地區(qū)，設(shè)計(jì)雨量相對(duì)較小，而損失量相對(duì)較大，降雨強(qiáng)度的影響較大，宜用考慮便于強(qiáng)影響的扣損法進(jìn)行產(chǎn)流計(jì)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(yàn)單位線法、納什瞬時(shí)單位線法和推理公式法，進(jìn)行洪水過(guò)程或洪峰流量計(jì)算。方法的參數(shù)，如瞬時(shí)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(zhǎng)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(jì)算參數(shù)值。在匯流分析過(guò)程中，搜集大量歷史洪水調(diào)查資料，編印了場(chǎng)次特大洪水專輯。

暴雨徑流查算圖表成果綜合檢驗(yàn)

《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(jìn)行全國(guó)匯總和拼圖，對(duì)相鄰地區(qū)的成果，進(jìn)行綜合平衡和協(xié)調(diào)。為控制成果的質(zhì)量，一般都通過(guò)了下列步驟：（1）對(duì)各種等值線圖和各種參數(shù)地區(qū)分布規(guī)律，進(jìn)行了宏觀分析，發(fā)現(xiàn)了特異值區(qū)時(shí)，要研究其原因；（2）將《圖表》查算的設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)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(jì)洪水作比較；（5）用不同計(jì)算方法對(duì)成果作比較。最后按多種方法、綜合分析、合理選定的原則，對(duì)《圖表》的合理性作出判斷，各項(xiàng)成果均附有編輯說(shuō)明和使用說(shuō)明，說(shuō)明編輯目的、資料依據(jù)、編制方法、使用范圍和注意事項(xiàng)等，并附有計(jì)算實(shí)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(duì)象，詳細(xì)闡述了SWMM模型構(gòu)建、參數(shù)率定、水文分析計(jì)算等實(shí)際應(yīng)用中的具體操作過(guò)程。