城市道路集雨灌溉中的水质及其污染物控制研究现状
发布时间：2022-01-07
摘要：收集道路雨水径流作为路边绿化带灌溉补充水源，不仅能够提高雨水资源利用效率，而且可以大大降低城市绿地养护成本。道路径流水质特点以及污染物控制情况对道路集雨灌溉实现起着至关重要的作用。我国道路雨水水质及污染物控制研究尚处于初级阶段，应针对绿地对灌溉水质特殊要求，进一步开展雨水水质和污染物控制研究，以及雨水冲刷过后植被质量、土壤理化性质变化情况研究，并且根据道路绿化带乔灌草的不同特性开发相应节水灌溉措施。
关键词：道路径流;集雨灌溉;径流水质;污染物控制
0引 言
在我国城市化进程中，市政道路里程数快速增长，不透水路面面积急剧增加，导致径流系数增大，径流量成倍增加，道路积水严重，如不及时将雨水排走，将会严重阻碍交通[13。道路里程数快速增长也意味着道路绿化带面积迅速增加，绿化带维护养护需水量也相应增大。我国一些城市采用tl来水浇灌绿地现象还相当普遍‘21，这不仅加剧了城市用水紧张，更提高了绿地灌溉养护成本。一方面大量宝贵的雨水资源白自流走，另一方面路边绿化带又不得不采用自来水进行人工浇灌，造成了水资源的双重浪费。
目前我国各地城市修建的主要道路都相当宽阔，可以收集的雨水量亦相当可观，所以就近收集道路径流作为路边绿化带灌溉补充水源，不仅可以减少管道长度、节省管网造价、提高雨水利用效率，而且可以大大降低绿地养护成本。
但是，随着我国城市化快速发展，道路径流水质风险也相应增加，城市道路雨水利用难度大大增大，植物生长和灌溉设备对水质又有其特殊要求，因此有必要对我国现有城市道路径流水质以及污染物控制研究现状进行总结和分析，为收集道路雨水对绿化带进行灌溉提供借鉴，并为今后道路雨水利用研究提供参考。
1我国城市道路径流水质研究进展
1.1道路径流水质污染源
路面径流主要污染源来自于路面沉积物、行人和车辆的交通垃圾等¨]，由于雨水对大气的淋洗作用，使得雨水中杂质还含有空气中的尘埃和大气污染物，另外路面类型及路面污染状况、气温、降雨强度、降雨量和降雨间隔时间都会影响道路雨水水质[“，所以路面径流水质与绿地、屋面等其他城市下垫面径流水质相比，具有更明显的偶然性和波动性[5]，加大了雨水利用难度。
1.2道路径流水质指标
道理径流水质常规指标很多，其中包括：COD、BOD等有机物污染指标，ss、浊度、色度等悬浮物浊度指标，TN、TP、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、溶解磷、高锰酸盐、硫酸盐、氯化物等无机盐类污染指标，Fe、zn、Pb、Mn等金属类污染指标，以及挥发酚、石油、表面活性剂、营养物等其他污染物质指标。
选择指标是迸行水质测量分析的前提。COD和Ss是其中最重要的2个指标，分别代表有机物污染程度和悬浮固体数量，是雨水径流中最主要污染物质。目前我国城市径流水质研究大都围绕这2个指标来进行，其中车伍等入重点从这2个指标入手对城市道路径流水质进行了深入分析[4]。也有学者从各个指标人手对雨水水质进行系统研究，白月华等人从重金属、微生物、阴阳离子以及常规指标4个方面对城市径流水质进行了全面分析[6]。
1.3道路径流水质变化规律
道路径流水质主要污染物为路面沉积物和垃圾等，路面初期污染物含量很高，但是在降雨过程中，雨水不断对路面造成冲刷，使得道路表面污染物含量不断变化。道路雨水水质含量变化直接影响路面雨水利用形式和利用效率，所以很多学者针对径流水质随着降雨历时的变化规律进行了研究。
汪慧贞等在对北京市交通繁忙道路的研究中认为，当一场雨降雨量少于10 rnil2时，最初2 innl降雨形成的径流中包含了此场雨水径流COD总量的70%以上，当降雨量大于15 mm 时，最初2 rnin降雨形成的径流中包含了其COD总量的30%～40孵引。赵剑强等人在对公路径流调查研究中认为，污染物浓度在降雨初期径流量达到最大值之前，径流所有污染物浓度同时达到最大值，其值高于算术平均浓度的3～4倍，降雨初期径流污染物负荷要比中后期大得多[7]。郭凤台等人通过试验研究认为，虽然初期路面径流污染物浓度较高，但随着降雨历时进行浓度下降，pH值、氯、总磷、溶解磷、总铁、锌、B()D、NH3 一N、挥发酚等均符合灌溉水质标准，只有悬浮物、铅、COD超标，若采取相应措施，控制超标项目浓度，路面径流完全适合于绿地灌溉L8】。
可见随着降雨量的增加，路面污染物数量不断减少，路面径流对环境的污染程度会大大降低，因此如果将这部分体积较小但污染性很强的初期径流分出，并使用多种方法对之进行分散或集中处置，那么雨水径流污染物总量能大大减少[3]。
1.4道路径流水质指标相关性
道路径流污染指标众多，加大了雨水水质研究和污染物控制复杂程度，研究各污染指标之间的相关性，可以为道路雨水径流水质检测、定量分析及制定有效控制措施提供非常重要的依据，一些学者已经开始针对雨水径流污染指标之间的相关性进行了研究，并得出了重要结论。
张亚东等对北京城区路面雨水径流水质进行分析，结果表明，COD和ss有很好的相关性，如城区主要道路雨水径流的 SS约为COD的1～2倍，COD与T()C及与TN、TP也都具有一定的相关性[9]。任玉芬等研究认为道路径流含量与COD、 TN、TP浓度之间有较好的相关性，相关系数均达0.85以上，可以通过城市下垫面的清洁除去大部分污染物质[10]。
诸多研究已经为我国城市道路雨水利用奠定了一定理论基础，然而目前我国关于城市雨水水质的研究大部分还是针对城市综合径流水质而言，针对道路径流水质研究还很少，并且大多数研究集中在对北京等主要城市，不同发展水平城市、城市不同功能区域、不同道路径流水质都会有差异，我国目前对城市道路径流水质系统研究还很缺乏，以道路雨水作为灌溉用水的水质研究更处于相对空白阶段。
2污染物控制方法及其研究现状
城市道路雨水水质差，加大了雨水利用难度，所以很多学者开始对雨水污染控制进行研究。道路径流污染物控制手段主要包括2个方面：一是采取适当措施降低雨水径流污染物总量;二是利用植被和土壤对雨水水质的净化作用。
2.1采取措施降低道路径流污染物总量
除了加强路面环境卫生管理和清扫外，可以在雨水主要通道设置栅格或滤网等截污装置，弃除初期雨水，经过沉淀、过滤等一系列措施来降低径流污染物总量。朱贵良等开发研制了适用于城市道路雨水人口的截污套件，能够有效拦截雨水中粒径≥2 mm以上的颗粒状固体污垢，提高路面雨水水质[11。。韩志强等指出应在道路设计阶段考虑对道路路面径流初期雨水进行收集、处理，并提出了初期雨水收集、处理的建设性方案[1引。陈玉成等从污染物积累、冲刷、输送角度全面详细分析了城市地表径流污染产生的过程、污染特征、影响因素、污染物类型及其来源，提出从污染物产前、产中以及产后等3个环节全方位地削减城市径流污染的对策与措施[1“。
2.2利用植被土壤对雨水水质的净化作用
2.2.1利用植被对雨水水质的净化作用
王娟等认为草地可以大量滞留许多有害金属，吸收地表污物，树木根系可以吸收水中溶解质，减少水中细菌含量。在草坪特有的草皮层中，生活着大量絮结草坪的草须状根系，能吸收和降解溶于雨水中的酚、氰、铬、锌等有机化合物，使得含有毒有害物质的雨水得到过滤和净化[1“。许萍等针对人工土植物系统对北京城区雨水径流的净化作用及其规律进行了研究，通过对COD、Ss、TN和TP等指标监测分析，认为人工土植物系统主要通过人工土层和植物的过滤、截留、物理和化学吸附、化学分解、生物氧化以及生物的吸收等作用对径流雨水起着显著的净化作用[1引。
2.2.2利用土壤对雨水水质的净化作用
还有大量学者针对土壤对雨水水质净化作用进行了研究。车伍等研究结果表明：土壤渗透对油毡屋面径流中的难降解 COD有较强去除能力，净化效果与渗透深度密切相关[1引。姜凌等考察了土壤(厚度1 m，土砂比5：1)对某高速公路路面径流雨水中污染物的去除效果，认为土壤层对、N、P、重金属均具有一定去除能力口71。薛迎春等对不同岩性垂直净化能力分析得出，砂、砂砾石或其他岩性包气带对水中的污染物均有较强净化作用‘埔]。郑西来等通过在不同土柱内加不同浓度原油水溶液或加原油后用清水淋滤，得出平均有85%的石油残留在0 ～10 c111深度土层内，平均有90%的石油残留在20 crIl以上土层内[1引。李志萍等通过对3种不同介质包气带对排污河渠中铅的去除模拟实验研究发现，不同介质对排污河渠中的铅都具有去除和净化功能[20|。
诸多研究角度大多集中在土壤及植被对雨水净化作用上，证明具有良好渗透性能的土壤和植被对雨水水质有着明显净化作用，径流下渗后可以去除大部分污染物质，不但不会污染地下水而且还可以补充地下水，应该充分利用土壤和植被对雨水的净化能力，把雨水引入绿地，减轻城市污水管网压力。
目前尚缺乏针对被雨水冲刷过后植被质量以及土壤理化性质的变化研究，只有很少学者对植被耐淹性作了初步探讨。其中，任树梅等研究认为集水区面积与绿地面积比值为5时，最长蓄水时间为21 h，小于绿地一般植物耐淹时间，不会影响绿地植物生长[21|。张思聪等认为绿地低于路面5锄、10锄时，绿地淹水历时为12.2～25.3 h，不会影响绿地生长[z2|。
3结语
(1)我国道路雨水水质研究尚处于初级阶段，道路雨水水质研究还很少，今后应借鉴国外在此方面先进经验，结合绿地对灌溉水质特殊要求，针对不同城市、不同区域、不同路面形式、不同季节、不同降雨类型对雨水径流水质进行系统研究，建立路面径流污染物冲刷排放数学模型。
(2)积极开拓思路，多学科多部门，综合利用各种手段对雨水污染物加以控制，目前很多学者已尝试利用景观生态学理论解决城市非点源污染问题%孔]，为道路集雨灌溉提供系统理论基础。
(3)不同土壤对雨水净化作用和储蓄作用不同，不同植被对外界抵抗能力也不尽相同，应根据道路雨水水质特点，全面研究不同土壤、不同植物对雨水中主要有害物质的安全承受上限，以及在被雨水冲刷过后，植被质量以及土壤理化性质的变化情况，为道路绿化带树种选择提供依据。
(4)乔灌草管理方式不同，灌溉措施不同，对水源水质要求也不相同，应结合道路绿化带乔灌草的不同特性研究不同节水灌溉措施。乔灌木灌溉对水源过滤要求较低，城市道路雨水水质在经过道路清洁管理后既可满足要求，草坪草管理精细，很多自动喷灌装置对水源过滤要求相对较高，道路雨水必须经过严格的过滤净化作用才可应用。——论文作者：赵慧芳，苏德荣，赵会娟
