1.2 城市雨水径流对河流污染的现状

1.2.1 城市雨水径流污染对河流的影响

从20世纪60年代起，美国、日本等发达国家已经对城市降雨径流污染开展了研究，我国对城市地表水环境非点源污染的研究起步较晚，20世纪80年代初才开始对北京的城市径流污染进行研究，随后在上海、杭州、南京、苏州、成都、涪陵等城市也逐渐开展起来。

韩冰等^［17］针对北京市区2003—2004年12场降雨的地表径流水质进行了监测，监测结果见表1.2。从总体来看，将表1.2中的屋顶径流和路面径流的污染物浓度与我国2002年发布的地表水环境质量标准和污水综合排放标准相比较，可以得出几点结论：除屋顶径流的TP浓度在地表水Ⅴ类要求的限值以内，其他屋顶径流和路面径流的水质指标浓度均超过了地表水Ⅴ类要求的限值；TP浓度无论来自屋顶径流还是路面径流均超过了污水综合排放的三级标准，屋顶径流的COD_cr浓度在污水排放一级标准以内，路面径流的COD_cr浓度在污水排放二级标准以内，来自屋顶径流和路面径流的BOD₅浓度均未超过污水综合排放的三级标准，路面径流的SS浓度在污水排放的三级标准以内，而屋顶径流的SS浓度超过了三级标准。

由此可以看出，北京市城市地表径流排入任何地表水体都会对其造成污染，且城市地表径流大部分水质指标已经达到了污水综合排放的三级标准，因此，对待城市地表径流应该如对待污水一样处理^［17］。

李田等^［10］对上海市区2003—2005年径流水质进行监测，获得的22次降雨事件特征数据见表1.3。表1.3中各项水质参数的变差系数范围为0.69～1.57，说明数据的离散程度较高。这是因为为保证调查结果的代表性，所选取的采样点涵盖了从商业区到住宅庭院不同污染程度的区域。上海城区地表上海城区地表径流中COD、BOD₅和SS质量浓度中值或者均值均大大超过《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）三级标准^［18］，营养类污染物情况稍好。与国外相关研究结果相比，BOD₅与NH₃-N浓度之高更是突出。常静和刘敏等^［19］对上海市区2004年3月21日和6月24日两场降雨监测表明，上海中心城区路面径流主要污染物为TSS和COD_Cr，超出国家地表水Ⅴ类标准四倍多；总磷超出Ⅴ类水质标准两倍以上，氮素营养盐也受到不同程度的污染。

以上监测数据说明人口高度密集的上海市中心城区地面污染状况严重，因此，即使采用理想的分流制系统，不存在混接污水的影响，城区面源污染对城市水体水质的影响也是不容忽视的，特别是在发生了降雨排江事件的最初几天之内^［10］。

北京和上海城区雨水水质分析结果在我国应具有一定的代表性。考虑目前北京和上海城市地面环境状况、大气质量等在我国城市中至少属于中上等，因此，从定量和定性两方面分析判断，我国主要城市径流污染比一些发达国家的城市径流污染程度明显严重。

城市雨水径流污染具有晴天累积、雨天排放，突发性、高流量、重污染的特征，且污染物组成复杂，考虑到径流污染物输送的非连续性和爆发性，其污染负荷所占比例在降雨的短时段内会成倍升高，超过点源污染，对城市水体造成冲击性影响，严重制约城市水环境质量的彻底改善，许多城市暴雨后发生的水污染事件就是例证^［11］。

1.2.2 市政工程截污系统现状

市政工程截污系统主要分为截流式截污合流系统和分流式截污排水系统两大类^［20］。

截流式截污合流系统是将生活污水、工业废水和雨水混合在同一套沟道内截流进入污水厂的系统。其缺陷是当雨水径流量随着雨量增大时，合流污水流量将超出截流干沟的输水能力，出现部分溢出溢流井的混合污水（CSO）直接排入城市水体的情况，从而造成水体污染。现在国内的老城区大多采用截流式截污合流系统，甚至还存在合流后直接排入城市水体的情况。

分流式截污排水系统是将污水和雨水分别在两套或两套以上各自独立的沟道内截污排除的系统，污水入污水厂进行处理，雨水由专用沟道直接排入河道。我国 《室外排水设计规范》（GB 50014—2006）^[21]规定新建区域的排水系统应当采用分流制。目前，我国的新建城市和重要的工矿企业采用分流式系统。

我国城市规划大多倾向采用分流制排水系统来一劳永逸地解决或减轻城市水体污染。但分流制排水系统耗资巨大，旧合流制管系改建为分流制周期长、难度大、影响面宽，且分流仍然存在雨水径流污染的隐患。以北京为例，其城区屋面、道路雨水径流污染都非常严重，初期雨水的污染程度通常超过城市污水^[15]。城区的抽样调查还表明，雨水口被当作污水排放口，雨水井充塞垃圾的现象普遍；一些新建城市和城区采用的分流制还暴露出与污水管系的混接、错接等问题。晴天时雨水井和管道中滞留了大量垃圾和混接污水沉积物，在降雨过程中被初期雨水冲起排出。目前国内一些污水处理程度较高的城市，河湖水系雨水径流非点源污染严重，降雨后频繁出现水华现象，均与分流制管道雨水的直接排放有关^[22]。

综上所述，我们可以看出目前国内正在使用的排水系统都不能对雨水径流污染进行有效的控制。

1.2.3 城市雨水径流污染特征

城市雨水径流污染特征可总结为以下两点。

1.随机性强，突发性强，污染径流量大，组成复杂多变

径流污染受水文循环过程影响和支配，对于我国同一城市，在不同年份和季节，降雨事件通常具有随机性和突发性，从而导致径流污染的随机性和突发性；而城市地表垃圾清扫和堆积情况、污染物的意外倾倒、排水系统污染物的沉积情况等不确定性因素，无疑又强化了城市径流污染的随机性和突发性。

城市雨水径流污染晴天累积、雨天排放，径流中污染物浓度受多个因素的影响，其中降雨量和降雨强度是两个重要因素，雨强越大，雨水对城市下垫面的冲刷就越强；在相同的污染物累积量条件下，降雨量越大，径流中污染物浓度越低^［23］。径流污染物组成的复杂多变源于城市下垫面使用功能和状态的多样性。

城市径流污染来自分散的大面积市区，与区域的自然状况和降雨过程密切相关，随机性强，突发性强，污染径流量大，组成复杂多变，污染负荷时空变化幅度大，导致对径流污染的研究、控制和管理的难度很大。

2.初期径流污染物浓度高

在一次降雨过程中，城市降雨径流污染的排放一般存在初期冲刷效应，径流中污染物浓度的峰值一般提前于径流的峰值^［24］。所有污染物随降雨过程变化的总体趋势为雨水初期径流污染物浓度很高，随降雨历时的延长，污染物浓度逐渐下降并趋于稳定。初始浓度和达到稳定的浓度取决于汇水面性质、降雨条件、降雨的间隔时间和气温等多种因素^［25］。

据北京2000年测试资料，当一场雨的降雨量少于10mm时，最初2mm降雨形成的径流中包含了此场降雨径流COD总量的70%以上。当降雨量大于15mm时，最初2mm降雨形成的径流中包含了其COD总量的30%～40%。因此若将这部分体积较小但污染性很强的初期雨水径流分出，并使用多种方法对之进行分散型或集中型处置，那么雨水径流的污染总量能大大减少^［26］。