1.2 城市雨水徑流對河流污染的現狀

1.2.1 城市雨水徑流污染對河流的影響

從20世紀60年代起，美國、日本等發達國家已經對城市降雨徑流污染開展了研究，我國對城市地表水環境非點源污染的研究起步較晚，20世紀80年代初才開始對北京的城市徑流污染進行研究，隨后在上海、杭州、南京、蘇州、成都、涪陵等城市也逐漸開展起來。

韓冰等^［17］針對北京市區2003—2004年12場降雨的地表徑流水質進行了監測，監測結果見表1.2。從總體來看，將表1.2中的屋頂徑流和路面徑流的污染物濃度與我國2002年發布的地表水環境質量標準和污水綜合排放標準相比較，可以得出幾點結論：除屋頂徑流的TP濃度在地表水Ⅴ類要求的限值以內，其他屋頂徑流和路面徑流的水質指標濃度均超過了地表水Ⅴ類要求的限值；TP濃度無論來自屋頂徑流還是路面徑流均超過了污水綜合排放的三級標準，屋頂徑流的COD_cr濃度在污水排放一級標準以內，路面徑流的COD_cr濃度在污水排放二級標準以內，來自屋頂徑流和路面徑流的BOD₅濃度均未超過污水綜合排放的三級標準，路面徑流的SS濃度在污水排放的三級標準以內，而屋頂徑流的SS濃度超過了三級標準。

由此可以看出，北京市城市地表徑流排入任何地表水體都會對其造成污染，且城市地表徑流大部分水質指標已經達到了污水綜合排放的三級標準，因此，對待城市地表徑流應該如對待污水一樣處理^［17］。

李田等^［10］對上海市區2003—2005年徑流水質進行監測，獲得的22次降雨事件特征數據見表1.3。表1.3中各項水質參數的變差系數范圍為0.69～1.57，說明數據的離散程度較高。這是因為為保證調查結果的代表性，所選取的采樣點涵蓋了從商業區到住宅庭院不同污染程度的區域。上海城區地表上海城區地表徑流中COD、BOD₅和SS質量濃度中值或者均值均大大超過《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）三級標準^［18］，營養類污染物情況稍好。與國外相關研究結果相比，BOD₅與NH₃-N濃度之高更是突出。常靜和劉敏等^［19］對上海市區2004年3月21日和6月24日兩場降雨監測表明，上海中心城區路面徑流主要污染物為TSS和COD_Cr，超出國家地表水Ⅴ類標準四倍多；總磷超出Ⅴ類水質標準兩倍以上，氮素營養鹽也受到不同程度的污染。

以上監測數據說明人口高度密集的上海市中心城區地面污染狀況嚴重，因此，即使采用理想的分流制系統，不存在混接污水的影響，城區面源污染對城市水體水質的影響也是不容忽視的，特別是在發生了降雨排江事件的最初幾天之內^［10］。

北京和上海城區雨水水質分析結果在我國應具有一定的代表性。考慮目前北京和上海城市地面環境狀況、大氣質量等在我國城市中至少屬于中上等，因此，從定量和定性兩方面分析判斷，我國主要城市徑流污染比一些發達國家的城市徑流污染程度明顯嚴重。

城市雨水徑流污染具有晴天累積、雨天排放，突發性、高流量、重污染的特征，且污染物組成復雜，考慮到徑流污染物輸送的非連續性和爆發性，其污染負荷所占比例在降雨的短時段內會成倍升高，超過點源污染，對城市水體造成沖擊性影響，嚴重制約城市水環境質量的徹底改善，許多城市暴雨后發生的水污染事件就是例證^［11］。

1.2.2 市政工程截污系統現狀

市政工程截污系統主要分為截流式截污合流系統和分流式截污排水系統兩大類^［20］。

截流式截污合流系統是將生活污水、工業廢水和雨水混合在同一套溝道內截流進入污水廠的系統。其缺陷是當雨水徑流量隨著雨量增大時，合流污水流量將超出截流干溝的輸水能力，出現部分溢出溢流井的混合污水（CSO）直接排入城市水體的情況，從而造成水體污染。現在國內的老城區大多采用截流式截污合流系統，甚至還存在合流后直接排入城市水體的情況。

分流式截污排水系統是將污水和雨水分別在兩套或兩套以上各自獨立的溝道內截污排除的系統，污水入污水廠進行處理，雨水由專用溝道直接排入河道。我國 《室外排水設計規范》（GB 50014—2006）^[21]規定新建區域的排水系統應當采用分流制。目前，我國的新建城市和重要的工礦企業采用分流式系統。

我國城市規劃大多傾向采用分流制排水系統來一勞永逸地解決或減輕城市水體污染。但分流制排水系統耗資巨大，舊合流制管系改建為分流制周期長、難度大、影響面寬，且分流仍然存在雨水徑流污染的隱患。以北京為例，其城區屋面、道路雨水徑流污染都非常嚴重，初期雨水的污染程度通常超過城市污水^[15]。城區的抽樣調查還表明，雨水口被當作污水排放口，雨水井充塞垃圾的現象普遍；一些新建城市和城區采用的分流制還暴露出與污水管系的混接、錯接等問題。晴天時雨水井和管道中滯留了大量垃圾和混接污水沉積物，在降雨過程中被初期雨水沖起排出。目前國內一些污水處理程度較高的城市，河湖水系雨水徑流非點源污染嚴重，降雨后頻繁出現水華現象，均與分流制管道雨水的直接排放有關^[22]。

綜上所述，我們可以看出目前國內正在使用的排水系統都不能對雨水徑流污染進行有效的控制。

1.2.3 城市雨水徑流污染特征

城市雨水徑流污染特征可總結為以下兩點。

1.隨機性強，突發性強，污染徑流量大，組成復雜多變

徑流污染受水文循環過程影響和支配，對于我國同一城市，在不同年份和季節，降雨事件通常具有隨機性和突發性，從而導致徑流污染的隨機性和突發性；而城市地表垃圾清掃和堆積情況、污染物的意外傾倒、排水系統污染物的沉積情況等不確定性因素，無疑又強化了城市徑流污染的隨機性和突發性。

城市雨水徑流污染晴天累積、雨天排放，徑流中污染物濃度受多個因素的影響，其中降雨量和降雨強度是兩個重要因素，雨強越大，雨水對城市下墊面的沖刷就越強；在相同的污染物累積量條件下，降雨量越大，徑流中污染物濃度越低^［23］。徑流污染物組成的復雜多變源于城市下墊面使用功能和狀態的多樣性。

城市徑流污染來自分散的大面積市區，與區域的自然狀況和降雨過程密切相關，隨機性強，突發性強，污染徑流量大，組成復雜多變，污染負荷時空變化幅度大，導致對徑流污染的研究、控制和管理的難度很大。

2.初期徑流污染物濃度高

在一次降雨過程中，城市降雨徑流污染的排放一般存在初期沖刷效應，徑流中污染物濃度的峰值一般提前于徑流的峰值^［24］。所有污染物隨降雨過程變化的總體趨勢為雨水初期徑流污染物濃度很高，隨降雨歷時的延長，污染物濃度逐漸下降并趨于穩定。初始濃度和達到穩定的濃度取決于匯水面性質、降雨條件、降雨的間隔時間和氣溫等多種因素^［25］。

據北京2000年測試資料，當一場雨的降雨量少于10mm時，最初2mm降雨形成的徑流中包含了此場降雨徑流COD總量的70%以上。當降雨量大于15mm時，最初2mm降雨形成的徑流中包含了其COD總量的30%～40%。因此若將這部分體積較小但污染性很強的初期雨水徑流分出，并使用多種方法對之進行分散型或集中型處置，那么雨水徑流的污染總量能大大減少^［26］。