下凹式绿地控制城市雨水径流污染研究进展

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(南京工业大学，江苏南京211816)

城市雨水径流是面源污染的主要来源，通常携带大量的污染物，如营养物质、悬浮物、重金属、油脂类有机物、毒性有机物及病原微生物等[1]。张志彬等[2]研究表明，道路雨水径流中SS、COD、BOD5、TN、TP浓度分别为528.81、284.76、65.88、7.41、0.71 mg/L，均高于地表水V类标准。李瑞等[3]研究发现，降雨径流排放的Mn、Cr、Cu、Ni分别占道路径流总排放污染负荷的66.13%、7.75%、39.84%、45.30%。Feng等[4]研究指出，TN、TP、TSS和COD是雨水径流的主要污染物，若这些污染物直接排入受纳水体，不仅会导致城市水环境污染，还会严重威胁生态系统及人类健康。因此对城市降雨径流的处理与利用不仅可以有效缓解水资源日益短缺的局面，而且对改善城市水环境质量和城市内涝问题具有重大的意义。

随着中国城镇化快速发展，地表不透水面积不断增加，由此引发一系列问题，如城市内涝、城区面源污染及地下水补给减少等。作为一种高效的绿地雨水调蓄技术，下凹式绿地通过下凹空间可以充分蓄集下渗雨水、削减暴雨径流量和峰值、净化地表径流污染，同时还具有建设成本低、维护管理简单、调节气候、缓解热岛效应以及具有景观价值等诸多功能和优点，并已经成为发达国家广泛采用的现代暴雨最佳管理措施之一[5-6]。中国在2005年《国家园林城市标准》中提出，城镇绿地率要达到38%，这为建设下凹式绿地提供了基础条件[7]。尤其是随着中国海绵城市的不断建设，作为快速消纳暴雨径流的有效措施，下凹式绿地被广泛使用在住宅区、公园、校园和道路等领域。但是当前主要集中于下凹式绿地调蓄效果等径流消纳方面的研究，对于下凹式绿地去除径流污染物的机理和影响以及去除能力的因素等方面研究较少，有待进一步研究以发挥下凹式绿地对城市雨水水量和水质的综合处理效果。

1 下凹式绿地净化雨水径流污染

表1 下凹式绿地净化径流污染效果 %

下凹式绿地对降雨径流有良好的净化效果，但是由于降雨特征(降雨强度、雨量)、绿地特征(绿地的覆盖度、土壤类型及植被类型)以及设计条件(下凹深度、面积、坡度及沙土比)等不同[23]，因而对不同污染物的削减率有所差异。选择合适的填料及植物类型，设计适宜的绿地面积及坡度等会显著增加系统的净化效果。总的来说，下凹式绿地对COD的去除率最大，其次是对TP的去除，对氮也有一定的削减效果，但与其他污染物相比，其削减率最低。

2 下凹式绿地净化机理探究

田文龙等[10]认为磷在降雨径流中主要以有机磷和正磷酸盐、聚磷酸盐等无机磷的形式存在，下凹式绿地对磷的去除主要通过土壤吸附，与钙、铁、铝等形成不溶性沉淀物以及植物、微生物的吸收作用。Pan等[20]研究表明，磷的去除涉及物理、化学和生物作用，主要依靠植物根系吸收，或与铁、钙等金属形成螯合态或络合态化合物被固定在土壤中，还有小部分磷被微生物摄取，用于自身细胞合成。Hunt等[26]发现填充介质对系统除磷至关重要，选择本底含磷量少的填料可以增加系统除磷效果。

Zhang等[17]指出由于TSS颗粒粒径普遍较大，在过滤的过程中，这些物质容易被植被根系和土壤截留吸收，随着土壤基质厚度增加，由于大气复氧的作用导致微生物降解和植被吸收作用加强，污染物被土壤介质进一步吸附截留。田文龙等[10]研究表明，下凹式绿地几乎可以完全截留径流中的重金属，主要是因为金属在土壤层中发生了离子交换、胶体微粒的物理吸附或化学反应而生成螯合物等复杂的物理化学反应，从而导致大量金属元素被截留在土壤基质中。

Yi等[18]研究指出，COD去除率从35.5% 降到27.6%，可能是降雨强度增大，雨水径流量增多，停留时间减少，导致土壤吸附作用和微生物分解作用减弱，对COD的去除率降低。Hou等[8]认为COD的去除主要通过植被叶冠的截留和根茎吸收，后经过离子交换作用、氧化还原反应、化学反应及土壤微生物的共同作用降解并去除径流中的COD。田文龙等[10]认为COD与TSS之间存在正相关关系，可通过增大对TSS的去除，降低COD的出水浓度。Pan等[20]则认为下凹式绿地对有机物的去除率高，是由于有机物被好氧微生物分解后被植物吸收的原因。Li等[27]和Gregory等[28]认为下凹式绿地对COD的去除作用主要依靠土壤胶体颗粒吸附、植物的吸收吸附以及微生物降解。

3 结论与展望

下凹式绿地作为城市绿化的重要组成部分，不仅可以快速消纳暴雨径流量和削减径流污染，还可以补给地下水、美化环境等。目前对于下凹式绿地蓄渗能力及其影响因素的研究已较深入，但对径流中污染物的净化机理及相关影响因素的研究尚不够深入，其设计与实践还不够成熟。如何优化下凹式绿地的设计以提高其水质净化效果是今后研究的重点之一。这主要包括2个方面的内容：①深入研究下凹式绿地对各种污染物的去除效果及机制，如土壤及填料基质、微生物、植物的耦合作用机制等，明确影响下凹式绿地水质净化效果的因素，使下凹式绿地与城市建设有机结合， 更好地解决地表径流污染；②既能满足水力负荷条件，又能使净化效果达到最大化的下凹式绿地的各种设计参数，加强优化下凹式绿地净化能力措施的研究，根据径流中污染物的种类、特征开发出吸附效果好、成本低、绿色环保的填料介质，通过试验筛选出净化能力强的植物等。作为一种新型的城市雨水管控措施，下凹式绿地将在缓解城市水体污染和水资源短缺等方面发挥着重要的作用。