徑流雨水中典型污染物在LID設(shè)施中的遷移轉(zhuǎn)化及交互影響探究一、引言1.1研究背景與意義1.1.1城市化進(jìn)程中的雨水徑流污染問題隨著全球城市化進(jìn)程的加速，城市規(guī)模不斷擴(kuò)張，人口持續(xù)增長，城市的下墊面性質(zhì)發(fā)生了顯著變化。大量的自然地表被不透水的硬質(zhì)地面，如混凝土、瀝青等所取代，綠地、水體等自然生態(tài)空間不斷減少。這種變化深刻地影響了城市的水文循環(huán)系統(tǒng)，導(dǎo)致雨水徑流污染問題日益嚴(yán)峻。在城市化發(fā)展過程中，城市雨島效應(yīng)逐漸凸顯。城市中密集的建筑物、工業(yè)生產(chǎn)以及居民生活活動釋放出大量的熱量和污染物，改變了城市局部的氣候環(huán)境。這些因素使得城市上空的水汽更容易凝結(jié)，從而增加了降水的頻率和強(qiáng)度，尤其在汛期和暴雨時，易形成大面積降水，甚至引發(fā)城市區(qū)域性內(nèi)澇。相關(guān)研究顯示，上海市區(qū)降水量平均年增長率為郊區(qū)的1.6倍，雨島效應(yīng)可能是造成這種城區(qū)與郊區(qū)降水差異的主要原因。地面硬化是城市化對雨水徑流產(chǎn)生影響的另一個重要方面。地面硬化后，雨水的下滲能力大幅降低，原本可以通過土壤滲透、植物截留等方式自然調(diào)節(jié)的雨水，現(xiàn)在更多地形成地表徑流。據(jù)統(tǒng)計，城市中硬質(zhì)地面的徑流系數(shù)可高達(dá)0.8-0.9，而綠地的徑流系數(shù)僅為0.1-0.2。這意味著在相同的降雨條件下，硬質(zhì)地面產(chǎn)生的徑流量是綠地的數(shù)倍甚至更多。同時，城市建設(shè)和局部功能調(diào)整可能改變原有的分水線，使既有排水系統(tǒng)的匯水面積增大；一些原本未納入城市雨水排放系統(tǒng)的區(qū)域，隨著開發(fā)建設(shè)也需要就近接入，這進(jìn)一步加重了排水系統(tǒng)的負(fù)荷。當(dāng)遭遇強(qiáng)降雨時，排水系統(tǒng)很容易出現(xiàn)排水能力不足的情況，導(dǎo)致城市區(qū)域性內(nèi)澇。城市雨水徑流中攜帶的污染物種類繁多，來源廣泛。其主要來源包括大氣干濕沉降、地表垃圾和塵埃物質(zhì)以及下水道系統(tǒng)等。污染物類型涵蓋了懸浮性固體（SS）、化學(xué)需氧量（COD）、總磷（TP）、總氮（TN）、重金屬（如鉛、銅、鎘等）、細(xì)菌和病毒、油脂類物質(zhì)、酸類物質(zhì)以及有毒有機(jī)物等。這些污染物的濃度往往高于被處理后的污水和受納水體中的污染物濃度。城市雨水徑流中的COD主要來自機(jī)動車尾氣排放以及機(jī)動車燃料的不完全燃燒或泄漏，包含汽油烴、芳香烴、農(nóng)藥、防腐劑和一些新興的微污染物（如阻燃劑、表面活性劑等）等有機(jī)成分；石油烴在城市雨水中較為常見，在較低濃度下即可對水生生物產(chǎn)生毒害作用，被認(rèn)定為優(yōu)先控制污染物，大部分石油烴還具有致癌、致突變性，對水生生物及人類危害極大；懸浮性顆粒物（SS）來源包括空氣中的沉積物、車輛零件的磨損等。城市雨水徑流污染對城市水環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)和居民生活都產(chǎn)生了嚴(yán)重的負(fù)面影響。在城市水環(huán)境方面，大量污染物隨雨水徑流進(jìn)入河流、湖泊等水體，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，藻類過度繁殖，溶解氧含量降低，水質(zhì)惡化，破壞了水生生態(tài)系統(tǒng)的平衡。據(jù)調(diào)查，在太湖、滇池等重要湖泊，非點源污染（其中城市雨水徑流污染是重要組成部分）已成為水質(zhì)惡化的主要原因之一。對生態(tài)系統(tǒng)而言，雨水徑流污染不僅影響水生生物的生存和繁衍，還會通過食物鏈的傳遞，對整個生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能造成損害。在居民生活方面，被污染的雨水可能會對城市供水系統(tǒng)造成威脅，影響居民的飲用水安全；同時，城市內(nèi)澇也會給居民的出行和財產(chǎn)安全帶來極大的不便和損失，嚴(yán)重影響居民的生活質(zhì)量。1.1.2LID設(shè)施的發(fā)展與應(yīng)用低影響開發(fā)（LowImpactDevelopment，LID）設(shè)施是一種可持續(xù)的城市雨洪管理方法，旨在通過分散的、小規(guī)模的工程措施來管理雨水，減少徑流污染，降低洪峰流量，并盡可能地使雨水滲入地下，補(bǔ)充地下水，降低對城市排水系統(tǒng)的壓力。LID設(shè)施的概念起源于20世紀(jì)90年代的美國。當(dāng)時，隨著城市化和氣候變化帶來的水患問題日益嚴(yán)重，傳統(tǒng)的城市排水系統(tǒng)在應(yīng)對雨水徑流時逐漸暴露出諸多弊端，如排水能力有限、對雨水資源的利用不足等。在這樣的背景下，LID技術(shù)應(yīng)運而生，并在美國的一些城市率先得到應(yīng)用。隨著其成功案例的積累和技術(shù)的不斷完善，LID技術(shù)逐漸在全球范圍內(nèi)得到推廣。如今，LID技術(shù)已經(jīng)成為城市雨洪管理的重要手段，被廣泛應(yīng)用于各種類型的城市環(huán)境，包括新建城區(qū)、老城區(qū)、公園、道路等。在國外，許多國家和地區(qū)都積極推廣LID設(shè)施的應(yīng)用。美國在LID技術(shù)的研究和實踐方面處于領(lǐng)先地位，其科羅拉多州、佛羅里達(dá)州和賓夕法尼亞州分別制定了《雨水利用條例》，不僅規(guī)定了雨水調(diào)蓄利用的具體措施，還制定了詳盡的城市內(nèi)澇防范、治理措施以及問責(zé)手段。英國議會于2010年4月通過了《洪水與水管理法案》，以法律條文的形式規(guī)定了預(yù)防和治理洪水的相關(guān)做法以及各級負(fù)責(zé)方。日本的《下水道法》從頒布起已有上百年，對排入城市下水道的物質(zhì)及污水種類具有嚴(yán)格限制，對下水道的排水能力及各項技術(shù)指標(biāo)也都有嚴(yán)格的規(guī)定，并且在城市建設(shè)中廣泛應(yīng)用了雨水花園、綠色屋頂、下沉式綠地等LID設(shè)施。在德國，LID設(shè)施的應(yīng)用也十分普遍，例如德國的一些城市通過建設(shè)生態(tài)屋頂、雨水收集系統(tǒng)等，有效地減少了雨水徑流，實現(xiàn)了雨水的資源化利用。在國內(nèi)，隨著對城市雨水問題的重視程度不斷提高，LID設(shè)施的應(yīng)用也逐漸得到推廣。特別是在海綿城市建設(shè)理念的推動下，LID設(shè)施在我國各大城市得到了廣泛的應(yīng)用和實踐。例如，位于天津奧體中心的景觀水體和網(wǎng)球場區(qū)融合了多種LID技術(shù)，包括生態(tài)坑、綠化帶、地下蓄水池和生物濾池等，這些措施在城市雨水處理和SS控制方面取得了很好的效果，城市雨水綜合利用率提高了30％以上，SS有效控制在50％以上。廣州天河智慧城在建設(shè)過程中也采用了多種LID措施，如雨水花園、雨水收集池等，通過對不同LID措施前期狀態(tài)對徑流和污染物控制效果的研究，為城市雨洪和水污染控制提供了科學(xué)依據(jù)。此外，北京、上海、深圳等城市也紛紛開展了LID設(shè)施的建設(shè)和應(yīng)用實踐，在改善城市水環(huán)境、緩解城市內(nèi)澇等方面取得了一定的成效。LID設(shè)施的種類豐富多樣，常見的包括透水鋪裝、生物滯留設(shè)施、綠色屋頂、雨水花園、植被淺溝、滲透塘、雨水收集利用系統(tǒng)等。透水鋪裝通過采用透水材料，使雨水能夠迅速滲入地下，減少地表徑流，同時還能對雨水中的污染物起到一定的過濾和凈化作用；生物滯留設(shè)施利用植物、土壤和微生物的協(xié)同作用，對雨水進(jìn)行凈化和調(diào)蓄；綠色屋頂在建筑物屋頂種植植物，不僅可以增加城市綠化面積，還能有效減少屋面雨水徑流，降低建筑物能耗；雨水花園通過收集和儲存雨水，為植物生長提供水分，同時實現(xiàn)對雨水的凈化；植被淺溝利用植被和土壤對雨水進(jìn)行過濾和凈化，將雨水引入下滲設(shè)施或儲水設(shè)施；滲透塘通過自然滲透和凈化作用，對雨水進(jìn)行處理和儲存；雨水收集利用系統(tǒng)則將收集到的雨水進(jìn)行儲存和處理，用于灌溉、洗車、沖廁等非飲用用途。1.1.3研究意義研究徑流雨水中典型污染物在LID設(shè)施中的遷移變化及相互影響，具有重要的理論和實踐意義。從理論層面來看，深入探究徑流雨水中典型污染物在LID設(shè)施中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，有助于豐富和完善城市雨水管理的理論體系。目前，雖然對LID設(shè)施的研究已經(jīng)取得了一定的成果，但對于污染物在LID設(shè)施內(nèi)部復(fù)雜環(huán)境中的遷移變化過程，以及不同污染物之間的相互作用機(jī)制，仍缺乏全面、深入的認(rèn)識。通過本研究，可以進(jìn)一步揭示LID設(shè)施對污染物的去除機(jī)理，為LID設(shè)施的優(yōu)化設(shè)計和運行管理提供堅實的理論基礎(chǔ)。同時，本研究也有助于深化對城市水文循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)的理解，促進(jìn)城市水文學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)等多學(xué)科的交叉融合，推動相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。在實踐方面，本研究的成果對于優(yōu)化LID設(shè)施設(shè)計、提高城市雨水管理水平具有重要的指導(dǎo)意義。通過了解污染物在LID設(shè)施中的遷移變化規(guī)律，可以有針對性地對LID設(shè)施的結(jié)構(gòu)、材料、植物配置等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，提高其對污染物的去除效率。例如，根據(jù)不同污染物的特性，選擇合適的植物種類和土壤介質(zhì)，以增強(qiáng)LID設(shè)施對特定污染物的吸附、降解能力；通過合理設(shè)計LID設(shè)施的水力停留時間和水流路徑，提高其對污染物的處理效果。此外，研究不同污染物之間的相互影響，還可以為城市雨水管理提供更全面的決策依據(jù)。在制定雨水管理策略時，充分考慮污染物之間的協(xié)同作用和拮抗作用，采取綜合措施，實現(xiàn)對城市雨水徑流污染的有效控制。這不僅有助于改善城市水環(huán)境質(zhì)量，保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)健康，還能減少城市洪澇災(zāi)害的發(fā)生，保障居民的生命財產(chǎn)安全，提高城市的可持續(xù)發(fā)展能力。對于推動我國海綿城市建設(shè)、實現(xiàn)城市水資源的合理利用和循環(huán)利用也具有積極的促進(jìn)作用，為城市的綠色發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)提供有力支持。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1徑流雨水中典型污染物的研究城市雨水徑流污染問題一直是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點，許多研究對徑流雨水中的污染物種類、來源、濃度分布及污染特性進(jìn)行了深入分析。在污染物種類和來源方面，城市雨水徑流中的污染物主要源于大氣干濕沉降、地表垃圾和塵埃物質(zhì)以及下水道系統(tǒng)等。懸浮性固體（SS）來源廣泛，包括空氣中的沉積物、車輛零件的磨損等，是城市雨水徑流中的重要成分。化學(xué)需氧量（COD）主要來自機(jī)動車尾氣排放以及機(jī)動車燃料的不完全燃燒或泄漏，涵蓋汽油烴、芳香烴、農(nóng)藥、防腐劑和一些新興的微污染物（如阻燃劑、表面活性劑等）等有機(jī)成分。石油烴在城市雨水中較為常見，因其在較低濃度下即可對水生生物產(chǎn)生毒害作用，被認(rèn)定為優(yōu)先控制污染物，大部分石油烴還具有致癌、致突變性，對水生生物及人類危害極大。營養(yǎng)物質(zhì)如總磷（TP）、總氮（TN），其來源包括化肥的施用、建筑工地等，大量營養(yǎng)物質(zhì)隨地面徑流進(jìn)入水體，易引起水體富營養(yǎng)化。重金屬如鉛、銅、鎘等，首要來源是機(jī)動車，此外，殺蟲劑、多氯聯(lián)苯（PCBS）和多環(huán)芳烴（PAHS）等有毒污染物，主要來源于草地、菜地施用農(nóng)藥、機(jī)動車輛排放的廢氣物以及大氣的干濕沉降等。關(guān)于污染物濃度分布，不同地區(qū)和下墊面條件下，徑流雨水中污染物濃度存在顯著差異。一般來說，街道徑流污染物濃度相對較高，法國M.C.Gromaire-Mertz等人對法國巴黎城市徑流污染特征的研究表明，街道徑流中所含的SS、COD、BOD5等污染物濃度高于屋面徑流和庭院徑流。國內(nèi)學(xué)者對不同城市的研究也得到類似結(jié)果，如對某城市商業(yè)區(qū)、居住區(qū)和工業(yè)區(qū)的雨水徑流監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，商業(yè)區(qū)徑流雨水中的COD、SS等污染物濃度明顯高于居住區(qū)和工業(yè)區(qū)。同時，污染物濃度還與降雨強(qiáng)度、降雨歷時、前期干燥天數(shù)等因素密切相關(guān)。通常，前期干燥天數(shù)越長，降雨初期徑流雨水中污染物濃度越高，隨著降雨的持續(xù)，污染物濃度會逐漸降低。在污染特性方面，城市雨水徑流污染具有明顯的隨機(jī)性和間歇性，受降雨時間、強(qiáng)度和頻率的影響較大，難以進(jìn)行精確的預(yù)測和控制。且具有初期沖刷效應(yīng)，即降雨初期的徑流中污染物濃度較高，對水體的污染貢獻(xiàn)較大。研究還發(fā)現(xiàn)，不同污染物之間可能存在相互作用，例如，一些重金屬可能會與有機(jī)物結(jié)合，影響其在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化和生物可利用性。1.2.2LID設(shè)施對污染物控制效果的研究近年來，LID設(shè)施在城市雨水管理中的應(yīng)用越來越廣泛，國內(nèi)外學(xué)者對不同LID設(shè)施對各類污染物的去除效果進(jìn)行了大量研究，采用的研究方法也多種多樣。透水鋪裝是常見的LID設(shè)施之一，其對污染物的去除主要通過過濾、吸附和生物降解等作用。研究表明，透水鋪裝能有效去除雨水中的SS，去除率可達(dá)70%-90%。對COD也有一定的去除效果，去除率一般在30%-60%。不同的透水鋪裝材料和結(jié)構(gòu)對污染物去除效果有顯著影響，例如，采用多孔混凝土的透水鋪裝比普通透水磚對污染物的去除效果更好；增加透水鋪裝的厚度和孔隙率，能提高其對污染物的截留能力。綠色屋頂通過植物截留、土壤過濾和微生物降解等過程來凈化雨水。相關(guān)研究顯示，綠色屋頂對SS的去除率可達(dá)80%以上，對COD的去除率在40%-70%，對TN和TP也有一定的去除效果，去除率分別在20%-50%和10%-30%。植物種類和基質(zhì)特性是影響綠色屋頂污染物去除效果的重要因素，耐旱、耐澇且根系發(fā)達(dá)的植物，如佛甲草，能更好地吸收和降解污染物；選用富含腐殖質(zhì)、透氣性好的基質(zhì)，可增強(qiáng)綠色屋頂對污染物的吸附和過濾能力。雨水花園利用植物、土壤和微生物的協(xié)同作用來處理雨水，對SS、COD、TN和TP等污染物都有較好的去除效果。有研究表明，雨水花園對SS的去除率可達(dá)85%-95%，對COD的去除率在50%-80%，對TN的去除率在30%-60%，對TP的去除率在20%-50%。合理的植物配置和土壤改良能進(jìn)一步提高雨水花園的污染物去除能力，如選擇對氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)吸收能力強(qiáng)的植物，以及添加有機(jī)肥料或改良劑來改善土壤結(jié)構(gòu)和肥力。在研究方法上，現(xiàn)場監(jiān)測是最直接的方法，通過在實際的LID設(shè)施中設(shè)置監(jiān)測點，定期采集雨水樣品，分析其中污染物的濃度變化，從而評估LID設(shè)施對污染物的控制效果。這種方法能真實反映LID設(shè)施在實際運行條件下的性能，但受到環(huán)境因素和場地條件的限制，監(jiān)測結(jié)果的代表性可能有限。實驗研究則在實驗室條件下，通過模擬不同的降雨條件和污染物負(fù)荷，對LID設(shè)施進(jìn)行研究，能更好地控制變量，深入探究LID設(shè)施對污染物的去除機(jī)理，但實驗結(jié)果與實際情況可能存在一定差異。數(shù)值模擬也是常用的研究方法之一，利用SWMM等模型，對LID設(shè)施的水文過程和污染物遷移轉(zhuǎn)化進(jìn)行模擬，可預(yù)測不同設(shè)計和運行條件下LID設(shè)施對污染物的控制效果，為LID設(shè)施的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)，但模型的準(zhǔn)確性依賴于參數(shù)的合理選取和驗證。1.2.3污染物在LID設(shè)施中遷移變化及相互影響的研究目前，國內(nèi)外對污染物在LID設(shè)施內(nèi)遷移轉(zhuǎn)化過程和機(jī)制的研究取得了一定進(jìn)展，但仍存在一些不足與空白。在遷移轉(zhuǎn)化過程方面，研究表明，污染物在LID設(shè)施中的遷移主要受到水流運動、土壤吸附解吸、植物吸收和微生物代謝等因素的影響。在透水鋪裝中，雨水?dāng)y帶污染物通過孔隙向下滲透，部分污染物被孔隙壁吸附，隨著時間的推移，吸附的污染物可能會發(fā)生解吸，重新進(jìn)入水體，或者被微生物降解。在綠色屋頂中，雨水首先被植物截留，然后逐漸下滲到基質(zhì)層，污染物在基質(zhì)中與土壤顆粒、微生物等相互作用，發(fā)生吸附、解吸、降解等過程。在雨水花園中，污染物隨著雨水在植物根系和土壤孔隙中流動，植物根系的分泌物和微生物群落會影響污染物的遷移轉(zhuǎn)化，例如，一些微生物能夠?qū)⒂袡C(jī)污染物分解為無害物質(zhì)，植物根系則可以吸收部分營養(yǎng)物質(zhì)和重金屬。在相互影響方面，不同污染物之間以及污染物與LID設(shè)施組成部分之間存在復(fù)雜的相互作用。例如，重金屬與有機(jī)物之間可能發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，改變重金屬的形態(tài)和遷移性；營養(yǎng)物質(zhì)的存在可能會影響微生物的生長和代謝，進(jìn)而影響污染物的降解效率。LID設(shè)施中的植物和微生物群落對污染物的去除也具有協(xié)同作用，植物為微生物提供棲息場所和有機(jī)碳源，微生物則幫助植物分解和吸收污染物。然而，當(dāng)前研究仍存在一些不足之處。一方面，對污染物在LID設(shè)施中遷移轉(zhuǎn)化的定量研究還不夠深入，缺乏準(zhǔn)確描述污染物遷移過程的數(shù)學(xué)模型和參數(shù)。不同LID設(shè)施之間以及不同環(huán)境條件下，污染物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律可能存在差異，需要進(jìn)一步開展系統(tǒng)性的研究。另一方面，對于污染物之間復(fù)雜的相互影響機(jī)制，特別是多種污染物共存時的復(fù)合污染效應(yīng)，研究還相對較少。在實際城市雨水中，污染物種類繁多，它們之間的相互作用可能會對LID設(shè)施的處理效果產(chǎn)生重要影響，因此，這方面的研究亟待加強(qiáng)。未來的研究可以結(jié)合先進(jìn)的分析技術(shù)和多學(xué)科交叉的方法，深入探究污染物在LID設(shè)施中的遷移變化及相互影響，為LID設(shè)施的優(yōu)化設(shè)計和高效運行提供更堅實的理論支持。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本研究聚焦于徑流雨水中的典型污染物，如懸浮性固體（SS）、化學(xué)需氧量（COD）、總磷（TP）、總氮（TN）以及重金屬（以鉛、銅、鎘為代表）等，深入探究它們在不同低影響開發(fā)（LID）設(shè)施，包括透水鋪裝、生物滯留設(shè)施和綠色屋頂中的遷移變化規(guī)律及其相互影響機(jī)制。在遷移變化規(guī)律方面，對于透水鋪裝，將著重研究污染物在孔隙結(jié)構(gòu)中的傳輸路徑，分析不同面層材料和墊層厚度對污染物截留和滲透的影響，以及隨著時間推移，污染物在鋪裝內(nèi)部的累積和釋放情況。例如，通過實驗和模擬，確定在不同降雨強(qiáng)度和歷時條件下，SS在透水鋪裝中的截留率以及COD的滲透深度和濃度變化。對于生物滯留設(shè)施，關(guān)注污染物在植物根系、土壤介質(zhì)和微生物群落中的遷移轉(zhuǎn)化過程。研究不同植物種類和配置方式對污染物吸收和降解的作用，分析土壤的物理化學(xué)性質(zhì)（如孔隙度、酸堿度、陽離子交換容量等）對污染物吸附和解吸的影響，以及微生物的代謝活動如何影響污染物的形態(tài)和毒性。比如，通過監(jiān)測不同植物配置的生物滯留設(shè)施中TN和TP的去除率，探究植物根系分泌物對微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的影響，進(jìn)而揭示其對氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化的作用機(jī)制。在綠色屋頂方面，分析污染物在植被層、基質(zhì)層和排水層中的遷移過程，研究不同植被類型和基質(zhì)組成對污染物去除的影響，以及降雨強(qiáng)度和頻率對綠色屋頂污染物遷移變化的動態(tài)影響。例如，通過長期監(jiān)測不同綠色屋頂在不同降雨條件下的徑流污染物濃度，分析植被覆蓋度和基質(zhì)厚度對重金屬（如鉛、銅、鎘）截留和凈化的效果。在相互影響機(jī)制方面，探究不同污染物之間的協(xié)同或拮抗作用。研究重金屬與有機(jī)物（如COD中的成分）之間的絡(luò)合、吸附等相互作用，分析其對重金屬遷移性和生物可利用性的影響；探討營養(yǎng)物質(zhì)（TN、TP）與微生物之間的關(guān)系，以及它們?nèi)绾喂餐绊懳廴疚锏慕到夂娃D(zhuǎn)化過程。例如，通過實驗研究不同濃度的TN和TP對微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的影響，以及微生物對COD降解和重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化的作用，揭示營養(yǎng)物質(zhì)與微生物在污染物遷移轉(zhuǎn)化中的相互作用機(jī)制。同時，分析污染物與LID設(shè)施組成部分之間的相互作用。研究污染物對植物生長和生理特性的影響，以及植物如何通過吸收、代謝等過程影響污染物的遷移轉(zhuǎn)化；探討污染物在土壤和基質(zhì)中的吸附、解吸與LID設(shè)施的水力特性之間的關(guān)系。比如，通過模擬實驗研究高濃度重金屬對植物根系生長和生理功能的影響，以及植物根系如何通過分泌有機(jī)物質(zhì)改變土壤的理化性質(zhì)，進(jìn)而影響重金屬在土壤中的遷移和固定。1.3.2研究方法本研究綜合運用實驗研究、數(shù)值模擬和實地監(jiān)測等多種方法，全面深入地開展研究。實驗研究方面，在實驗室搭建小型的透水鋪裝、生物滯留設(shè)施和綠色屋頂實驗裝置。采用人工配制的模擬雨水，添加不同濃度和種類的典型污染物，模擬不同的降雨條件，包括降雨強(qiáng)度、降雨歷時和降雨頻率等。通過控制變量法，分別研究不同LID設(shè)施結(jié)構(gòu)參數(shù)（如透水鋪裝的孔隙率、生物滯留設(shè)施的土壤厚度、綠色屋頂?shù)幕|(zhì)組成等）和運行條件（如水力停留時間、水流速度等）對污染物遷移變化的影響。利用先進(jìn)的分析儀器，如原子吸收光譜儀（AAS）、高效液相色譜儀（HPLC）、總有機(jī)碳分析儀（TOC）等，對實驗裝置進(jìn)、出水以及內(nèi)部不同部位的水樣進(jìn)行分析，測定污染物的濃度和形態(tài)變化，從而獲取污染物在LID設(shè)施中的遷移轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)，深入探究其遷移變化規(guī)律和相互影響機(jī)制。數(shù)值模擬方法上，運用專業(yè)的水文水質(zhì)模型，如暴雨洪水管理模型（SWMM）和環(huán)境流體動力學(xué)模型（EFDC）等。在SWMM模型中，構(gòu)建包含不同LID設(shè)施的城市雨水管網(wǎng)系統(tǒng)模型，輸入研究區(qū)域的地形、土壤、氣象等數(shù)據(jù)，以及實驗研究得到的污染物遷移轉(zhuǎn)化參數(shù)，模擬不同降雨情景下徑流雨水中典型污染物在LID設(shè)施和城市排水系統(tǒng)中的遷移過程，預(yù)測LID設(shè)施對污染物的去除效果和對城市水環(huán)境的影響。利用EFDC模型，模擬污染物在受納水體中的擴(kuò)散和降解過程，分析LID設(shè)施對受納水體水質(zhì)的改善作用。通過數(shù)值模擬，可以快速、全面地分析不同因素對污染物遷移變化的影響，為LID設(shè)施的優(yōu)化設(shè)計和運行管理提供科學(xué)依據(jù)。實地監(jiān)測將選擇具有代表性的城市區(qū)域，如商業(yè)區(qū)、居住區(qū)和工業(yè)區(qū)等，在這些區(qū)域內(nèi)設(shè)置不同類型的LID設(shè)施，并安裝完善的監(jiān)測設(shè)備。利用雨量計、流量計等監(jiān)測降雨和徑流數(shù)據(jù)，通過自動水質(zhì)采樣器采集不同時間段的雨水樣品，運用便攜式水質(zhì)分析儀和實驗室分析儀器，測定雨水中典型污染物的濃度和相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)。同時，對LID設(shè)施的運行狀況進(jìn)行定期檢查和記錄，包括設(shè)施的完整性、植物生長狀況、土壤濕度等。通過長期的實地監(jiān)測，獲取真實環(huán)境條件下污染物在LID設(shè)施中的遷移變化數(shù)據(jù)，驗證實驗研究和數(shù)值模擬的結(jié)果，為研究提供實際應(yīng)用的參考。將實驗研究、數(shù)值模擬和實地監(jiān)測所得的數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行對比分析，相互驗證和補(bǔ)充。利用實驗研究獲取的污染物遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理和關(guān)鍵參數(shù)，為數(shù)值模擬提供準(zhǔn)確的模型輸入；通過數(shù)值模擬的結(jié)果，指導(dǎo)實驗研究的設(shè)計和優(yōu)化，提高實驗研究的效率和針對性；實地監(jiān)測的數(shù)據(jù)則用于檢驗實驗研究和數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性和可靠性，確保研究結(jié)果能夠真實反映實際情況。通過綜合運用這三種研究方法，形成一個完整的研究體系，深入揭示徑流雨水中典型污染物在LID設(shè)施中的遷移變化規(guī)律及其相互影響機(jī)制。1.4技術(shù)路線本研究的技術(shù)路線圖如下：@startumlstart:確定研究區(qū)域和對象，收集相關(guān)資料，包括研究區(qū)域的地形、土壤、氣象、降雨徑流污染及LID設(shè)施應(yīng)用情況等;:搭建透水鋪裝、生物滯留設(shè)施、綠色屋頂?shù)萀ID設(shè)施實驗裝置;:配制模擬雨水，添加典型污染物，設(shè)定不同降雨條件;:進(jìn)行實驗研究，測定進(jìn)、出水及內(nèi)部水樣污染物濃度和形態(tài)變化;:利用AAS、HPLC、TOC等儀器分析實驗數(shù)據(jù);:運用SWMM、EFDC等模型構(gòu)建城市雨水管網(wǎng)和受納水體模型，輸入實驗參數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬;:選擇代表性城市區(qū)域，設(shè)置LID設(shè)施并安裝監(jiān)測設(shè)備;:進(jìn)行實地監(jiān)測，獲取降雨、徑流、水質(zhì)及LID設(shè)施運行狀況數(shù)據(jù);:對比分析實驗、模擬和實地監(jiān)測數(shù)據(jù)，驗證和補(bǔ)充結(jié)果;:總結(jié)徑流雨水中典型污染物在LID設(shè)施中的遷移變化規(guī)律及其相互影響機(jī)制，提出優(yōu)化建議;end@endumlstart:確定研究區(qū)域和對象，收集相關(guān)資料，包括研究區(qū)域的地形、土壤、氣象、降雨徑流污染及LID設(shè)施應(yīng)用情況等;:搭建透水鋪裝、生物滯留設(shè)施、綠色屋頂?shù)萀ID設(shè)施實驗裝置;:配制模擬雨水，添加典型污染物，設(shè)定不同降雨條件;:進(jìn)行實驗研究，測定進(jìn)、出水及內(nèi)部水樣污染物濃度和形態(tài)變化;:利用AAS、HPLC、TOC等儀器分析實驗數(shù)據(jù);:運用SWMM、EFDC等模型構(gòu)建城市雨水管網(wǎng)和受納水體模型，輸入實驗參數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬;:選擇代表性城市區(qū)域，設(shè)置LID設(shè)施并安裝監(jiān)測設(shè)備;:進(jìn)行實地監(jiān)測，獲取降雨、徑流、水質(zhì)及LID設(shè)施運行狀況數(shù)據(jù);:對比分析實驗、模擬和實地監(jiān)測數(shù)據(jù)，驗證和補(bǔ)充結(jié)果;:總結(jié)徑流雨水中典型污染物在LID設(shè)施中的遷移變化規(guī)律及其相互影響機(jī)制，提出優(yōu)化建議;end@enduml:確定研究區(qū)域和對象，收集相關(guān)資料，包括研究區(qū)域的地形、土壤、氣象、降雨徑流污染及LID設(shè)施應(yīng)用情況等;:搭建透水鋪裝、生物滯留設(shè)施、綠色屋頂?shù)萀ID設(shè)施實驗裝置;:配制模擬雨水，添加典型污染物，設(shè)定不同降雨條件;:進(jìn)行實驗研究，測定進(jìn)、出水及內(nèi)部水樣污染物濃度和形態(tài)變化;:利用AAS、HPLC、TOC等儀器分析實驗數(shù)據(jù);:運用SWMM、EFDC等模型構(gòu)建城市雨水管網(wǎng)和受納水體模型，輸入實驗參數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬;:選擇代表性城市區(qū)域，設(shè)置LID設(shè)施并安裝監(jiān)測設(shè)備;:進(jìn)行實地監(jiān)測，獲取降雨、徑流、水質(zhì)及LID設(shè)施運行狀況數(shù)據(jù);:對比分析實驗、模擬和實地監(jiān)測數(shù)據(jù)，驗證和補(bǔ)充結(jié)果;:總結(jié)徑流雨水中典型污染物在LID設(shè)施中的遷移變化規(guī)律及其相互影響機(jī)制，提出優(yōu)化建議;end@enduml:搭建透水鋪裝、生物滯留設(shè)施、綠色屋頂?shù)萀ID設(shè)施實驗裝置;:配制模擬雨水，添加典型污染物，設(shè)定不同降雨條件;:進(jìn)行實驗研究，測定進(jìn)、出水及內(nèi)部水樣污染物濃度和形態(tài)變化;:利用AAS、HPLC、TOC等儀器分析實驗數(shù)據(jù);:運用SWMM、EFDC等模型構(gòu)建城市雨水管網(wǎng)和受納水體模型，輸入實驗參數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬;:選擇代表性城市區(qū)域，設(shè)置LID設(shè)施并安裝監(jiān)測設(shè)備;:進(jìn)行實地監(jiān)測，獲取降雨、徑流、水質(zhì)及LID設(shè)施運行狀況數(shù)據(jù);:對比分析實驗、模擬和實地監(jiān)測數(shù)據(jù)，驗證和補(bǔ)充結(jié)果;:總結(jié)徑流雨水中典型污染物在LID設(shè)施中的遷移變化規(guī)律及其相互影響機(jī)制，提出優(yōu)化建議;end@enduml:配制模擬雨水，添加典型污染物，設(shè)定不同降雨條件;:進(jìn)行實驗研究，測定進(jìn)、出水及內(nèi)部水樣污染物濃度和形態(tài)變化;:利用AAS、HPLC、TOC等儀器分析實驗數(shù)據(jù);:運用SWMM、EFDC等模型構(gòu)建城市雨水管網(wǎng)和受納水體模型，輸入實驗參數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬;:選擇代表性城市區(qū)域，設(shè)置LID設(shè)施并安裝監(jiān)測設(shè)備;:進(jìn)行實地監(jiān)測，獲取降雨、徑流、水質(zhì)及LID設(shè)施運行狀況數(shù)據(jù);:對比分析實驗、模擬和實地監(jiān)測數(shù)據(jù)，驗證和補(bǔ)充結(jié)果;:總結(jié)徑流雨水中典型污染物在LID設(shè)施中的遷移變化規(guī)律及其相互影響機(jī)制，提出優(yōu)化建議;end@enduml:進(jìn)行實驗研究，測定進(jìn)、出水及內(nèi)部水樣污染物濃度和形態(tài)變化;:利用AAS、HPLC、TOC等儀器分析實驗數(shù)據(jù);:運用SWMM、EFDC等模型構(gòu)建城市雨水管網(wǎng)和受納水體模型，輸入實驗參數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬;:選擇代表性城市區(qū)域，設(shè)置LID設(shè)施并安裝監(jiān)測設(shè)備;:進(jìn)行實地監(jiān)測，獲取降雨、徑流、水質(zhì)及LID設(shè)施運行狀況數(shù)據(jù);:對比分析實驗、模擬和實地監(jiān)測數(shù)據(jù)，驗證和補(bǔ)充結(jié)果;:總結(jié)徑流雨水中典型污染物在LID設(shè)施中的遷移變化規(guī)律及其相互影響機(jī)制，提出優(yōu)化建議;end@enduml:利用AAS、HPLC、TOC等儀器分析實驗數(shù)據(jù);:運用SWMM、EFDC等模型構(gòu)建城市雨水管網(wǎng)和受納水體模型，輸入實驗參數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬;:選擇代表性城市區(qū)域，設(shè)置LID設(shè)施并安裝監(jiān)測設(shè)備;:進(jìn)行實地監(jiān)測，獲取降雨、徑流、水質(zhì)及LID設(shè)施運行狀況數(shù)據(jù);:對比分析實驗、模擬和實地監(jiān)測數(shù)據(jù)，驗證和補(bǔ)充結(jié)果;:總結(jié)徑流雨水中典型污染物在LID設(shè)施中的遷移變化規(guī)律及其相互影響機(jī)制，提出優(yōu)化建議;end@enduml:運用SWMM、EFDC等模型構(gòu)建城市雨水管網(wǎng)和受納水體模型，輸入實驗參數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬;:選擇代表性城市區(qū)域，設(shè)置LID設(shè)施并安裝監(jiān)測設(shè)備;:進(jìn)行實地監(jiān)測，獲取降雨、徑流、水質(zhì)及LID設(shè)施運行狀況數(shù)據(jù);:對比分析實驗、模擬和實地監(jiān)測數(shù)據(jù)，驗證和補(bǔ)充結(jié)果;:總結(jié)徑流雨水中典型污染物在LID設(shè)施中的遷移變化規(guī)律及其相互影響機(jī)制，提出優(yōu)化建議;end@enduml:選擇代表性城市區(qū)域，設(shè)置LID設(shè)施并安裝監(jiān)測設(shè)備;:進(jìn)行實地監(jiān)測，獲取降雨、徑流、水質(zhì)及LID設(shè)施運行狀況數(shù)據(jù);:對比分析實驗、模擬和實地監(jiān)測數(shù)據(jù)，驗證和補(bǔ)充結(jié)果;:總結(jié)徑流雨水中典型污染物在LID設(shè)施中的遷移變化規(guī)律及其相互影響機(jī)制，提出優(yōu)化建議;end@enduml:進(jìn)行實地監(jiān)測，獲取降雨、徑流、水質(zhì)及LID設(shè)施運行狀況數(shù)據(jù);:對比分析實驗、模擬和實地監(jiān)測數(shù)據(jù)，驗證和補(bǔ)充結(jié)果;:總結(jié)徑流雨水中典型污染物在LID設(shè)施中的遷移變化規(guī)律及其相互影響機(jī)制，提出優(yōu)化建議;end@enduml:對比分析實驗、模擬和實地監(jiān)測數(shù)據(jù)，驗證和補(bǔ)充結(jié)果;:總結(jié)徑流雨水中典型污染物在LID設(shè)施中的遷移變化規(guī)律及其相互影響機(jī)制，提出優(yōu)化建議;end@enduml:總結(jié)徑流雨水中典型污染物在LID設(shè)施中的遷移變化規(guī)律及其相互影響機(jī)制，提出優(yōu)化建議;end@endumlend@enduml@enduml資料收集與準(zhǔn)備：全面收集研究區(qū)域的基礎(chǔ)資料，如地形地貌、土壤類型、氣象數(shù)據(jù)（包括多年降雨強(qiáng)度、頻率、歷時等信息）、歷史降雨徑流污染監(jiān)測數(shù)據(jù)以及現(xiàn)有LID設(shè)施的應(yīng)用案例和運行情況等，為后續(xù)研究提供數(shù)據(jù)支撐。實驗研究：在實驗室精心搭建透水鋪裝、生物滯留設(shè)施、綠色屋頂?shù)萀ID設(shè)施的實驗裝置，嚴(yán)格按照設(shè)計要求控制裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運行條件。配制模擬雨水，根據(jù)研究區(qū)域的實際污染情況，添加不同濃度和種類的典型污染物，如SS、COD、TP、TN、重金屬等。設(shè)定多種降雨條件，包括不同的降雨強(qiáng)度（如小雨、中雨、大雨等不同量級）、降雨歷時（短歷時暴雨、長歷時降雨等）和降雨頻率（不同間隔時間的降雨模擬）。通過實驗，詳細(xì)測定實驗裝置進(jìn)、出水以及內(nèi)部不同部位水樣的污染物濃度和形態(tài)變化，利用先進(jìn)的分析儀器如原子吸收光譜儀（AAS）準(zhǔn)確測定重金屬含量，高效液相色譜儀（HPLC）分析有機(jī)污染物成分，總有機(jī)碳分析儀（TOC）測定水樣中的總有機(jī)碳含量等，深入探究污染物在LID設(shè)施中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。數(shù)值模擬：運用專業(yè)的水文水質(zhì)模型，如暴雨洪水管理模型（SWMM）和環(huán)境流體動力學(xué)模型（EFDC）等。在SWMM模型中，精確構(gòu)建包含不同LID設(shè)施的城市雨水管網(wǎng)系統(tǒng)模型，將收集到的研究區(qū)域地形、土壤、氣象等數(shù)據(jù)準(zhǔn)確輸入模型，同時結(jié)合實驗研究得到的污染物遷移轉(zhuǎn)化參數(shù)，模擬不同降雨情景下徑流雨水中典型污染物在LID設(shè)施和城市排水系統(tǒng)中的遷移過程，預(yù)測LID設(shè)施對污染物的去除效果和對城市水環(huán)境的影響。利用EFDC模型，模擬污染物在受納水體中的擴(kuò)散和降解過程，分析LID設(shè)施對受納水體水質(zhì)的改善作用，從宏觀角度評估LID設(shè)施的環(huán)境效益。實地監(jiān)測：選擇具有代表性的城市區(qū)域，如商業(yè)區(qū)、居住區(qū)和工業(yè)區(qū)等，在這些區(qū)域內(nèi)合理設(shè)置不同類型的LID設(shè)施，并安裝完善的監(jiān)測設(shè)備，包括雨量計實時監(jiān)測降雨情況，流量計精確測量徑流流量，自動水質(zhì)采樣器按照設(shè)定時間間隔采集不同時間段的雨水樣品。運用便攜式水質(zhì)分析儀在現(xiàn)場快速測定雨水中典型污染物的初步指標(biāo)，再將樣品帶回實驗室，利用更精密的分析儀器進(jìn)行詳細(xì)的濃度和相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)測定。同時，定期檢查和記錄LID設(shè)施的運行狀況，包括設(shè)施的完整性、植物生長狀況、土壤濕度等，獲取真實環(huán)境條件下污染物在LID設(shè)施中的遷移變化數(shù)據(jù)。結(jié)果分析與總結(jié)：將實驗研究、數(shù)值模擬和實地監(jiān)測所得的數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行全面、細(xì)致的對比分析，相互驗證和補(bǔ)充。利用實驗研究獲取的污染物遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理和關(guān)鍵參數(shù)，為數(shù)值模擬提供準(zhǔn)確的模型輸入，提高模擬的準(zhǔn)確性；通過數(shù)值模擬的結(jié)果，指導(dǎo)實驗研究的設(shè)計和優(yōu)化，如確定更合理的實驗條件和參數(shù)范圍，提高實驗研究的效率和針對性；實地監(jiān)測的數(shù)據(jù)則用于檢驗實驗研究和數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性和可靠性，確保研究結(jié)果能夠真實反映實際情況。最終，深入總結(jié)徑流雨水中典型污染物在LID設(shè)施中的遷移變化規(guī)律及其相互影響機(jī)制，基于研究結(jié)果提出針對性的LID設(shè)施優(yōu)化設(shè)計和運行管理建議，為城市雨水管理提供科學(xué)依據(jù)。二、徑流雨水中典型污染物分析2.1典型污染物種類及來源2.1.1懸浮固體（SS）懸浮固體（SS）是徑流雨水中常見的污染物之一，其來源廣泛且復(fù)雜。在城市環(huán)境中，地表灰塵是SS的重要來源之一。城市的建設(shè)和發(fā)展過程中，大量的建筑施工活動產(chǎn)生了大量的灰塵，這些灰塵在風(fēng)力作用下會在地表堆積。車輛行駛過程中，輪胎與地面的摩擦?xí)a(chǎn)生細(xì)小的顆粒，同時車輛的磨損也會產(chǎn)生金屬碎屑等物質(zhì)，這些都會增加地表灰塵的含量。此外，空氣中的顆粒物也會隨著大氣沉降落到地面，進(jìn)一步豐富了地表灰塵的成分。建筑施工場地是SS的另一個重要來源。在建筑施工過程中，土方開挖、物料搬運、混凝土攪拌等作業(yè)會產(chǎn)生大量的粉塵和渣土，這些物質(zhì)在降雨時很容易被沖刷進(jìn)入雨水徑流，導(dǎo)致SS含量升高。據(jù)相關(guān)研究表明，建筑施工場地附近的雨水徑流中SS濃度可高達(dá)數(shù)百毫克每升。車輛行駛也是導(dǎo)致SS產(chǎn)生的重要因素。車輛在道路上行駛時，輪胎與路面的摩擦?xí)a(chǎn)生橡膠顆粒，車輛的制動系統(tǒng)磨損會產(chǎn)生金屬顆粒，這些顆粒都會隨著雨水沖刷進(jìn)入徑流。有研究發(fā)現(xiàn)，交通繁忙的道路雨水徑流中SS濃度明顯高于交通流量較小的道路。此外，道路上的垃圾、落葉等雜物在降雨時也會被卷入徑流，增加SS的含量。SS在徑流雨水中的含量受多種因素影響，如降雨強(qiáng)度、降雨歷時、前期干燥天數(shù)以及下墊面類型等。一般來說，降雨強(qiáng)度越大，對地表的沖刷作用越強(qiáng)，SS進(jìn)入徑流的量就越多；降雨歷時越長，徑流中SS的含量也會相應(yīng)增加。前期干燥天數(shù)越長，地表積累的灰塵和污染物越多，降雨初期徑流中SS的濃度往往會很高。不同下墊面類型對SS的截留和沖刷能力也不同，例如，綠地對SS具有一定的截留作用，而硬質(zhì)路面則更容易使SS進(jìn)入徑流。有研究對不同下墊面的雨水徑流進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果表明，屋面徑流中SS濃度一般在50-200mg/L，道路徑流中SS濃度可高達(dá)500-1000mg/L。SS對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)具有多方面的危害。在水體中，高濃度的SS會使水變得渾濁，降低水體的透明度，影響水生植物的光合作用。SS還可能攜帶其他污染物，如重金屬、有機(jī)物和病原體等，這些污染物會隨著SS在水體中的遷移而擴(kuò)散，對水生生物的生存和繁殖造成威脅。大量的SS沉積在水底，會改變底質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)，影響底棲生物的生存環(huán)境，破壞水體生態(tài)平衡。在排水系統(tǒng)中，高濃度的SS可能會導(dǎo)致管道堵塞，降低排水能力，增加城市內(nèi)澇的風(fēng)險。2.1.2化學(xué)需氧量（COD）化學(xué)需氧量（COD）是衡量水體中有機(jī)物含量的重要指標(biāo)，它反映了水中可被氧化的有機(jī)物的總量。徑流雨水中的COD主要來源于有機(jī)物排放和燃料泄漏等。在城市環(huán)境中，機(jī)動車尾氣排放是COD的重要來源之一。機(jī)動車在運行過程中，燃料的不完全燃燒會產(chǎn)生大量的有機(jī)污染物，如汽油烴、芳香烴等，這些污染物會隨著尾氣排放到大氣中，隨后通過干濕沉降進(jìn)入地表，在降雨時被沖刷進(jìn)入雨水徑流。相關(guān)研究表明，交通繁忙區(qū)域的雨水徑流中COD濃度明顯高于其他區(qū)域，這與機(jī)動車尾氣排放密切相關(guān)。機(jī)動車燃料的泄漏也是COD的一個來源。在加油站、停車場等區(qū)域，由于車輛加油、維修等操作不當(dāng)，可能會導(dǎo)致燃料泄漏到地面，這些泄漏的燃料在降雨時會被雨水沖刷進(jìn)入徑流，增加COD的含量。此外，一些工業(yè)活動也會產(chǎn)生有機(jī)污染物，如化工、制藥、紡織等行業(yè)的生產(chǎn)過程中會排放含有機(jī)物的廢水，如果這些廢水未經(jīng)處理直接排放，在降雨時會混入雨水徑流，導(dǎo)致COD升高。城市地表的垃圾和廢棄物也是COD的重要來源。城市中人們的日常生活會產(chǎn)生大量的垃圾，如食品殘渣、紙張、塑料等，這些垃圾在地表堆積，在降雨時會被雨水溶解和沖刷，其中的有機(jī)物會進(jìn)入徑流，增加COD的濃度。一些商業(yè)區(qū)、餐飲區(qū)等人口密集區(qū)域的雨水徑流中COD含量較高，這與這些區(qū)域產(chǎn)生的大量垃圾和廢棄物有關(guān)。COD對水體生態(tài)系統(tǒng)具有嚴(yán)重的影響。當(dāng)水體中COD含量過高時，水中的有機(jī)物會在微生物的作用下進(jìn)行氧化分解，這個過程會消耗大量的溶解氧。隨著溶解氧的減少，水生生物會因缺氧而受到威脅，導(dǎo)致魚類等水生生物的死亡，破壞水體生態(tài)平衡。高濃度的COD還可能導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，促進(jìn)藻類等浮游生物的過度生長，形成水華現(xiàn)象。水華不僅會影響水體的景觀，還會消耗水中的溶解氧，產(chǎn)生異味，進(jìn)一步惡化水質(zhì)。一些有機(jī)污染物還可能具有毒性，對水生生物和人體健康造成直接危害，如某些芳香烴類物質(zhì)具有致癌、致畸、致突變的作用。2.1.3氮磷營養(yǎng)物氮磷營養(yǎng)物是徑流雨水中的重要污染物，主要包括氨氮（NH_3-N）、總氮（TN）和總磷（TP）等。它們的來源廣泛，對水體生態(tài)系統(tǒng)具有重要影響。農(nóng)業(yè)活動是氮磷營養(yǎng)物的主要來源之一。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，大量使用化肥是導(dǎo)致氮磷營養(yǎng)物進(jìn)入水體的重要原因。為了提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，農(nóng)民通常會施用大量的氮肥和磷肥，這些肥料中的氮磷元素在降雨或灌溉時，容易通過地表徑流和土壤滲漏進(jìn)入水體。研究表明，農(nóng)田徑流中的氮磷含量與施肥量密切相關(guān)，過量施肥會導(dǎo)致氮磷營養(yǎng)物大量流失。畜禽養(yǎng)殖也是氮磷營養(yǎng)物的重要來源。畜禽糞便中含有豐富的氮磷營養(yǎng)物質(zhì)，如果處理不當(dāng)，如直接排放到環(huán)境中，在降雨時會被沖刷進(jìn)入水體，造成水體污染。有研究發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)殖場附近的水體中氮磷含量往往較高，對周邊水環(huán)境造成了嚴(yán)重威脅。生活污水排放也是氮磷營養(yǎng)物的重要來源。隨著城市化進(jìn)程的加速，城市人口不斷增加，生活污水的排放量也日益增大。生活污水中含有大量的氮磷物質(zhì)，如人體排泄物、洗滌劑、廚房廢水等。如果生活污水未經(jīng)有效處理直接排放，在降雨時會混入雨水徑流，導(dǎo)致水體中氮磷營養(yǎng)物濃度升高。一些老舊城區(qū)的排水系統(tǒng)不完善，存在雨污合流的情況，這使得生活污水更容易進(jìn)入雨水徑流，加重了水體污染。氮磷營養(yǎng)物的大量排放會引發(fā)水體富營養(yǎng)化問題。當(dāng)水體中氮磷含量過高時，會為藻類等浮游生物的生長提供充足的營養(yǎng)物質(zhì)，導(dǎo)致藻類過度繁殖。藻類的大量繁殖會在水體表面形成一層綠色浮渣，降低水體的透明度，影響水生植物的光合作用。藻類死亡后，會在微生物的分解作用下消耗大量的溶解氧，導(dǎo)致水體缺氧，使魚類等水生生物窒息死亡。水體富營養(yǎng)化還會改變水體的生態(tài)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致生物多樣性下降，破壞水體生態(tài)平衡。在一些湖泊和水庫中，由于水體富營養(yǎng)化，藍(lán)藻水華頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響了水質(zhì)和水生態(tài)系統(tǒng)的健康。2.1.4重金屬徑流雨水中常見的重金屬包括鉛（Pb）、銅（Cu）、鎘（Cd）等，它們具有毒性大、難降解、易在生物體內(nèi)富集等特點，對環(huán)境和人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。工業(yè)排放是重金屬的重要來源之一。許多工業(yè)生產(chǎn)過程，如采礦、冶煉、電鍍、化工等，都會產(chǎn)生含有重金屬的廢水和廢氣。這些廢水和廢氣如果未經(jīng)有效處理直接排放到環(huán)境中，在降雨時會通過干濕沉降進(jìn)入雨水徑流，導(dǎo)致徑流中重金屬含量升高。在采礦區(qū)，礦石的開采和加工過程會產(chǎn)生大量的尾礦和廢渣，其中含有豐富的重金屬，這些重金屬會隨著雨水沖刷進(jìn)入水體，造成水體污染。有研究表明，一些工業(yè)廢水排放口附近的雨水徑流中重金屬濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了國家排放標(biāo)準(zhǔn)。汽車尾氣排放也是徑流雨水中重金屬的重要來源。汽車在行駛過程中，發(fā)動機(jī)的磨損、潤滑油的消耗以及輪胎與路面的摩擦等都會產(chǎn)生含有重金屬的顆粒物，這些顆粒物會隨著尾氣排放到大氣中，隨后通過干濕沉降進(jìn)入地表，在降雨時被沖刷進(jìn)入雨水徑流。例如，汽車尾氣中的鉛主要來自于含鉛汽油的燃燒，雖然目前我國已全面禁止使用含鉛汽油，但過去長期使用含鉛汽油所積累的鉛仍然會對環(huán)境產(chǎn)生影響。交通繁忙的道路附近的雨水徑流中，鉛、銅等重金屬的濃度明顯高于其他區(qū)域。城市地表的灰塵和廢棄物中也含有一定量的重金屬。城市建設(shè)、工業(yè)活動以及日常生活中的各種廢棄物，如電池、電子垃圾、油漆等，在地表堆積，其中的重金屬會隨著雨水沖刷進(jìn)入徑流。一些商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)等區(qū)域的地表灰塵中重金屬含量較高，這與這些區(qū)域的人類活動密切相關(guān)。有研究對不同區(qū)域的地表灰塵進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)商業(yè)區(qū)地表灰塵中的重金屬含量明顯高于居民區(qū)。重金屬具有較高的毒性，即使在低濃度下也能對生物體產(chǎn)生危害。它們可以通過食物鏈的傳遞在生物體內(nèi)富集，對人體健康造成嚴(yán)重威脅。例如，鉛會影響人體的神經(jīng)系統(tǒng)、血液系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)，導(dǎo)致兒童智力發(fā)育遲緩、成年人貧血等疾病；鎘會損害人體的腎臟、骨骼等器官，引發(fā)骨質(zhì)疏松、腎功能衰竭等疾病。重金屬還會對水生生物的生長、繁殖和生存造成影響，破壞水生生態(tài)系統(tǒng)的平衡。在一些受重金屬污染的水體中，水生生物的種類和數(shù)量明顯減少，生態(tài)系統(tǒng)的功能受到嚴(yán)重?fù)p害。二、徑流雨水中典型污染物分析2.2污染物在徑流雨水中的濃度變化規(guī)律2.2.1不同下墊面的污染物濃度差異不同下墊面由于其表面性質(zhì)、人類活動強(qiáng)度以及污染物累積和沖刷特性的不同，徑流雨水中污染物濃度存在顯著差異。一般來說，道路下墊面的污染物濃度相對較高，屋面次之，綠地相對較低。道路作為城市交通的主要載體，受到機(jī)動車行駛、工業(yè)活動以及人類生活等多方面的影響，污染物來源廣泛且復(fù)雜。機(jī)動車尾氣排放、輪胎磨損、制動片磨損以及路面灰塵積累等，都會導(dǎo)致道路表面富集大量的污染物。研究表明，道路徑流雨水中的懸浮固體（SS）濃度通常較高，可達(dá)幾百甚至上千毫克每升。在一些交通繁忙的城市主干道，SS濃度可能超過1000mg/L。這是因為車輛行駛過程中會揚起路面的灰塵和顆粒物，降雨時這些物質(zhì)被雨水沖刷進(jìn)入徑流。道路徑流中的化學(xué)需氧量（COD）濃度也相對較高，一般在100-500mg/L之間。這主要是由于機(jī)動車尾氣中的有機(jī)污染物以及路面上的油污、垃圾等有機(jī)物在降雨時被帶入徑流。在加油站、停車場等區(qū)域，由于存在機(jī)動車燃料泄漏的風(fēng)險，道路徑流中的COD濃度可能會更高。道路徑流中的重金屬含量也不容忽視，鉛、銅、鎘等重金屬濃度往往高于其他下墊面。汽車尾氣排放以及車輛零部件的磨損是道路徑流中重金屬的主要來源，交通繁忙的道路附近，重金屬濃度明顯升高。屋面下墊面的污染物主要來源于大氣沉降、屋面材料的老化以及屋頂堆積的灰塵和雜物。屋面徑流雨水中的SS濃度一般低于道路徑流，通常在50-200mg/L之間。這是因為屋面相對較為平整，灰塵和顆粒物的積累量相對較少，且降雨時屋面的沖刷作用相對較弱。屋面徑流中的COD濃度也較低，一般在50-200mg/L之間。屋面材料的老化和分解可能會釋放出一些有機(jī)物質(zhì)，但相較于道路，其來源相對單一，濃度也較低。對于重金屬，屋面徑流中的含量一般低于道路徑流，但在一些使用金屬屋面材料或靠近工業(yè)污染源的區(qū)域，重金屬濃度可能會有所升高。綠地作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，具有一定的截留和凈化污染物的能力。綠地徑流雨水中的SS濃度通常較低，一般在10-50mg/L之間。綠地表面的植被和土壤能夠截留雨水，減少地表徑流的產(chǎn)生，同時植被和土壤中的微生物還能對污染物進(jìn)行降解和轉(zhuǎn)化。綠地徑流中的COD濃度也較低，一般在10-50mg/L之間。綠地中的植物通過吸收和代謝作用，能夠去除部分有機(jī)污染物，降低徑流中的COD含量。對于氮磷營養(yǎng)物，綠地徑流中的含量相對較高，這是因為綠地中可能會施用化肥和農(nóng)藥，這些物質(zhì)在降雨時會隨徑流進(jìn)入水體。但總體而言，綠地對污染物的凈化作用使其徑流雨水中的污染物濃度相對較低，對城市水環(huán)境起到了一定的保護(hù)作用。2.2.2降雨過程中的污染物濃度變化在降雨過程中，徑流雨水中污染物濃度呈現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律，其中初期沖刷效應(yīng)是一個重要的現(xiàn)象。降雨初期，由于前期干燥天氣使得地表積累了大量的污染物，如灰塵、垃圾、油污等，這些污染物在降雨初期的短時間內(nèi)被大量沖刷進(jìn)入雨水徑流，導(dǎo)致污染物濃度迅速升高。研究表明，在降雨開始后的幾分鐘到十幾分鐘內(nèi)，懸浮固體（SS）、化學(xué)需氧量（COD）、總磷（TP）、總氮（TN）等污染物濃度往往會達(dá)到峰值。在某城市的一次降雨監(jiān)測中，降雨開始5分鐘后，道路徑流中的SS濃度迅速上升至500mg/L以上，COD濃度也達(dá)到200mg/L左右。這是因為降雨初期的雨水具有較強(qiáng)的沖刷能力，能夠?qū)⒌乇黹L期積累的污染物快速帶入徑流。隨著降雨的持續(xù)進(jìn)行，地表污染物逐漸被沖刷殆盡，同時雨水對徑流中的污染物起到了稀釋作用，使得污染物濃度逐漸下降。在降雨30分鐘后，上述道路徑流中的SS濃度降至100mg/L左右，COD濃度也降低至50mg/L左右。污染物濃度的下降并非是線性的，可能會受到降雨強(qiáng)度變化、地表污染物分布不均勻等因素的影響，呈現(xiàn)出波動下降的趨勢。不同污染物在降雨過程中的濃度變化趨勢可能存在差異。一些顆粒態(tài)污染物，如SS，其濃度在降雨初期的峰值通常較為明顯，隨著降雨的持續(xù)，濃度下降較快。這是因為SS主要通過地表沖刷進(jìn)入徑流，降雨初期的強(qiáng)沖刷作用使其大量進(jìn)入水體，而隨著地表可沖刷的SS減少，其濃度迅速降低。而一些溶解性污染物，如TN中的硝酸鹽氮，由于其在地表的存在形式相對較為穩(wěn)定，濃度變化相對較為平緩。在降雨初期，硝酸鹽氮的濃度可能不會像SS那樣迅速升高，而是隨著降雨的進(jìn)行，由于雨水的溶解和稀釋作用，濃度逐漸變化?？偭祝═P）的濃度變化則可能受到多種因素的影響，除了地表沖刷外，土壤中磷的釋放、水體中磷的吸附解吸等過程都會影響TP的濃度。在降雨過程中，TP濃度可能會出現(xiàn)先升高后下降的趨勢，且在不同的下墊面條件下，其變化規(guī)律可能有所不同。2.2.3不同季節(jié)的污染物濃度變化不同季節(jié)由于氣候條件、人類活動等因素的差異，徑流雨水中污染物濃度也會發(fā)生明顯變化。在夏季，氣溫較高，降水較為頻繁且強(qiáng)度較大。頻繁的降雨使得地表污染物難以大量積累，同時較強(qiáng)的降雨沖刷作用能夠迅速將地表的污染物帶入徑流。夏季植被生長茂盛，綠地對污染物的截留和凈化能力較強(qiáng)。這些因素綜合作用，導(dǎo)致夏季徑流雨水中的污染物濃度相對較低。但在一些暴雨事件中，由于短時間內(nèi)大量雨水的沖刷，可能會使污染物濃度在短期內(nèi)迅速升高。在某城市夏季的一次暴雨監(jiān)測中，降雨強(qiáng)度達(dá)到50mm/h以上，道路徑流中的SS濃度在降雨初期迅速上升至800mg/L左右，COD濃度也達(dá)到300mg/L左右。隨著降雨的持續(xù)，污染物濃度逐漸下降。夏季高溫可能會導(dǎo)致水體中微生物的活動增強(qiáng)，一些有機(jī)污染物的分解速度加快，這也會對污染物濃度產(chǎn)生影響。冬季氣溫較低，降水形式多為降雪或小雨，降水頻率相對較低。由于低溫和降水較少，地表污染物容易積累，且冬季植被生長緩慢，綠地對污染物的凈化能力減弱。這些因素使得冬季徑流雨水中的污染物濃度相對較高。在一些寒冷地區(qū)，冬季道路上會使用融雪劑，融雪劑中的化學(xué)成分可能會與地表污染物相互作用，增加徑流雨水中的污染物含量。融雪劑中的氯鹽可能會與重金屬發(fā)生反應(yīng)，使重金屬的溶解性增加，從而導(dǎo)致徑流中重金屬濃度升高。在某城市冬季的一次降雪后監(jiān)測中，道路徑流中的SS濃度達(dá)到300mg/L以上，COD濃度也在150mg/L左右，明顯高于夏季的濃度水平。冬季的大氣污染狀況也可能會對徑流雨水污染物濃度產(chǎn)生影響，冬季大氣中的顆粒物和污染物含量相對較高，通過干濕沉降進(jìn)入地表，在降雨或融雪時進(jìn)入徑流，增加了污染物濃度。春季和秋季的氣候條件介于夏季和冬季之間，污染物濃度也處于兩者之間。春季氣溫逐漸升高，降水逐漸增多，地表污染物開始被沖刷，但由于前期冬季的積累，污染物濃度仍然相對較高。秋季氣溫逐漸降低，降水相對減少，污染物有一定的積累，但不如冬季明顯。在某城市春季的監(jiān)測中，道路徑流中的SS濃度一般在200-300mg/L之間，COD濃度在100-150mg/L之間；秋季的監(jiān)測中，SS濃度在150-250mg/L之間，COD濃度在80-120mg/L之間。不同季節(jié)的污染物濃度變化還受到當(dāng)?shù)氐墓I(yè)活動、交通流量等人類活動因素的影響。在工業(yè)活動頻繁或交通流量大的地區(qū)，污染物濃度的季節(jié)變化可能會更加復(fù)雜。三、LID設(shè)施概述3.1LID設(shè)施的類型與原理3.1.1透水鋪裝透水鋪裝是一種能夠使雨水迅速滲入地下的地面鋪裝方式，它在城市雨水管理和生態(tài)環(huán)境改善方面發(fā)揮著重要作用。透水鋪裝主要由透水磚、透水水泥混凝土、透水瀝青混凝土等材料構(gòu)成，這些材料具有獨特的多孔結(jié)構(gòu)，為雨水的滲透提供了通道。透水磚通常由陶瓷、混凝土等材料制成，其表面和內(nèi)部布滿微小的孔隙，這些孔隙相互連通，形成了一個復(fù)雜的透水網(wǎng)絡(luò)。透水水泥混凝土則是一種多孔、輕質(zhì)、無細(xì)骨料的混凝土，由水泥、特殊添加劑、骨料、水按特殊配比混合而成，具有良好的透水性和透氣性。透水瀝青混凝土是在普通瀝青混凝土的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整級配和添加特殊添加劑，使其具備透水性能，其大空隙表面結(jié)構(gòu)不僅能有效排水，還能降低路面溫度。透水鋪裝一般由表面層、墊層和基層組成。表面層直接與雨水接觸，是實現(xiàn)透水功能的關(guān)鍵部分，其透水性能直接影響雨水的下滲速度和效果。不同的表面層材料在透水性能、耐磨性和美觀性等方面存在差異。透水磚表面層具有較好的裝飾性，可根據(jù)設(shè)計需求制作成各種顏色和形狀，常用于人行道、步行街、休閑廣場等場所；透水水泥混凝土表面層的強(qiáng)度較高，耐磨性好，適用于車流量較大的道路；透水瀝青混凝土表面層則具有良好的防滑性能和降噪效果，常用于城市道路和停車場等。墊層位于表面層下方，主要作用是過濾和排水，防止表面層的細(xì)小顆粒進(jìn)入基層，影響基層的透水性和穩(wěn)定性?；鶎邮峭杆佈b的基礎(chǔ)，承受著來自表面層和墊層的荷載，同時也為雨水的進(jìn)一步下滲提供空間，通常采用透水混凝土、碎石、土壤等材料。透水鋪裝的工作原理基于材料的多孔性和透水性。當(dāng)雨水降落到透水鋪裝表面時，由于表面層材料的孔隙結(jié)構(gòu)，雨水能夠迅速通過孔隙滲入地下，減少地表徑流的產(chǎn)生。在滲透過程中，雨水首先通過表面層的孔隙進(jìn)入墊層，墊層中的過濾材料會攔截雨水中的懸浮顆粒和部分污染物，防止其進(jìn)入基層和地下水體。隨著雨水的不斷下滲，一部分雨水會被土壤吸收，補(bǔ)充地下水；另一部分雨水則會通過基層的孔隙，緩慢地滲透到更深的地下含水層。透水鋪裝不僅能有效減少地表徑流量，緩解城市排水系統(tǒng)的壓力，還能補(bǔ)充地下水資源，改善城市的水文循環(huán)。在暴雨天氣下，透水鋪裝能夠快速吸收和儲存雨水，降低地表徑流的峰值，減少城市內(nèi)澇的發(fā)生風(fēng)險；在干旱時期，儲存于地下的雨水又可以緩慢釋放，調(diào)節(jié)土壤濕度，為植物生長提供水分。透水鋪裝還能對雨水中的污染物起到一定的凈化作用，通過過濾、吸附和生物降解等過程，去除雨水中的懸浮固體、有機(jī)物和部分重金屬等污染物，提高雨水的水質(zhì)。3.1.2綠色屋頂綠色屋頂是一種在建筑物屋頂上種植植物的生態(tài)設(shè)施，它通過植被層、基質(zhì)層、排水層等多個組成部分的協(xié)同作用，實現(xiàn)對雨水的截留、凈化和利用，同時還能為城市環(huán)境帶來多方面的益處。綠色屋頂?shù)闹脖粚邮瞧渲匾M成部分，植物的選擇對于綠色屋頂?shù)墓δ馨l(fā)揮起著關(guān)鍵作用。不同的植物具有不同的生理特性和生態(tài)功能，在選擇植物時，需要綜合考慮植物的耐旱性、耐澇性、根系發(fā)達(dá)程度以及對當(dāng)?shù)貧夂蚝屯寥罈l件的適應(yīng)性等因素。在干旱地區(qū)，應(yīng)選擇耐旱性強(qiáng)的植物，如景天科植物，它們能夠在水分有限的條件下保持良好的生長狀態(tài)；在多雨地區(qū)，則可選擇耐澇性較好的植物，如菖蒲、蘆葦?shù)取Ｖ参锏母蛋l(fā)達(dá)程度也很重要，發(fā)達(dá)的根系可以更好地固定植物，防止其在風(fēng)雨中倒伏，同時還能增加對雨水和養(yǎng)分的吸收能力，促進(jìn)植物的生長。一些根系發(fā)達(dá)的植物，如佛甲草，其根系能夠深入基質(zhì)層，有效地吸收和儲存水分，對綠色屋頂?shù)挠晁芾砥鸬街匾饔?。基質(zhì)層是綠色屋頂中植物生長的基礎(chǔ)，它為植物提供養(yǎng)分、水分和支撐?；|(zhì)層的材料通常包括有機(jī)物料、礦物質(zhì)材料和保水劑等。有機(jī)物料如腐葉土、泥炭土等，富含腐殖質(zhì)，能夠提供植物生長所需的養(yǎng)分，同時還能改善基質(zhì)的結(jié)構(gòu)，增加其透氣性和保水性；礦物質(zhì)材料如蛭石、珍珠巖等，具有良好的排水性和透氣性，能夠調(diào)節(jié)基質(zhì)的水分和空氣含量；保水劑則可以吸收和儲存大量的水分，在干旱時期緩慢釋放，為植物提供持續(xù)的水分供應(yīng)。基質(zhì)層的厚度和組成會影響綠色屋頂?shù)挠晁亓艉蛢艋芰?。一般來說，較厚的基質(zhì)層能夠儲存更多的雨水，延長雨水的滯留時間，從而提高對雨水的凈化效果；而合理的基質(zhì)組成可以提供更好的植物生長環(huán)境，增強(qiáng)植物對污染物的吸收和降解能力。排水層位于基質(zhì)層下方，其主要作用是排除多余的雨水，防止基質(zhì)層積水導(dǎo)致植物根系缺氧。排水層通常采用礫石、陶粒、排水板等材料，這些材料具有較大的孔隙率，能夠快速有效地排除雨水。礫石排水層是常見的一種排水方式，礫石之間的空隙較大，雨水可以在其中自由流動，迅速排出綠色屋頂；排水板則是一種新型的排水材料，它具有重量輕、排水效率高、占用空間小等優(yōu)點，在現(xiàn)代綠色屋頂建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。排水層還能起到過濾的作用，防止基質(zhì)層中的細(xì)小顆粒進(jìn)入排水系統(tǒng)，造成堵塞。綠色屋頂?shù)墓ぷ髟碇饕ㄓ晁亓?、蒸發(fā)蒸騰和凈化等過程。在降雨過程中，植被層首先對雨水進(jìn)行截留，植物的葉片、莖干和根系能夠阻擋部分雨水，減緩雨水的下落速度，增加雨水的蒸發(fā)和入滲時間。研究表明，植被覆蓋率較高的綠色屋頂能夠截留20%-50%的降雨量。部分被截留的雨水會通過蒸發(fā)作用返回大氣中，減少了進(jìn)入基質(zhì)層的雨水量。進(jìn)入基質(zhì)層的雨水，一部分會被植物根系吸收，用于植物的生長和代謝；另一部分則會在重力作用下繼續(xù)下滲。在基質(zhì)層中，雨水與土壤顆粒、微生物等相互作用，通過吸附、離子交換、生物降解等過程，去除雨水中的污染物，如懸浮固體、有機(jī)物、氮磷營養(yǎng)物和重金屬等。排水層將多余的雨水排出綠色屋頂，這些經(jīng)過凈化的雨水可以收集起來，用于灌溉、洗車、沖廁等非飲用用途，實現(xiàn)雨水的資源化利用。綠色屋頂還能降低建筑物表面的溫度，減少建筑物能耗，緩解城市熱島效應(yīng)，為城市生態(tài)環(huán)境的改善做出重要貢獻(xiàn)。3.1.3雨水花園雨水花園是一種生態(tài)可持續(xù)的雨洪控制與雨水利用設(shè)施，通過植物、沙土等的綜合作用使雨水得到凈化，并使之逐漸滲入土壤，涵養(yǎng)地下水。它通常設(shè)置在地勢較為低洼的區(qū)域，以便收集地面或屋頂雨水。雨水花園的設(shè)計要素豐富多樣，植物選擇是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。植物在雨水花園中扮演著多重角色，不僅能夠吸收、凈化雨水徑流中攜帶的多種污染物，還能通過莖葉滯留雨水、減緩雨水徑流，根系吸收滲透到土壤中的雨水，并通過蒸騰作用向大氣中釋放。不同植物去除污染物的能力存在顯著差異，莎草科植物、燈芯草屬植物及玉樹等表現(xiàn)出了良好的去污性能，它們的共同特點是根系發(fā)達(dá)，發(fā)達(dá)的根系在去除雨水中污染物方面發(fā)揮著重要作用。在選擇植物時，除了考慮其去污能力外，還需結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂颉⑼寥罈l件以及景觀需求。優(yōu)先選擇鄉(xiāng)土植物，因為鄉(xiāng)土植物對當(dāng)?shù)丨h(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，能夠更好地生長和發(fā)揮功能，同時也有助于維護(hù)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)平衡；慎用外來物種，以防止生物入侵。選擇既耐短期水淹又有一定耐旱能力的植物，因為雨水花園在降雨時會暫時滯留雨水，而在非雨季及雨季的非雨期大多處于干旱環(huán)境。還應(yīng)選擇不同物種進(jìn)行搭配，一般3種及以上，以提高雨水花園的景觀性、生物多樣性、穩(wěn)定性及功能性。地形塑造也是雨水花園設(shè)計的重要方面。雨水花園一般設(shè)計為下凹式，典型的下凹深度為100-250mm，這樣的設(shè)計能夠有效截留雨水，減緩雨水徑流速度。通過合理的地形塑造，可以引導(dǎo)雨水流向指定區(qū)域，增加雨水在花園內(nèi)的停留時間，提高雨水的凈化效果。在雨水花園周圍設(shè)置一定高度的擋水堰或路緣石，能夠防止雨水外溢，確保雨水充分在花園內(nèi)得到處理；在花園內(nèi)部設(shè)置微地形，如小土丘、淺洼地等，可以增加雨水的流動路徑，促進(jìn)雨水與植物和土壤的接觸，增強(qiáng)凈化效果。雨水花園利用植物、土壤和微生物的協(xié)同作用去除污染物。當(dāng)雨水徑流進(jìn)入雨水花園后，首先會遇到植物的阻擋。植物的莖葉能夠在一定程度上滯留雨水，減緩雨水的流速，使雨水中的懸浮顆粒有更多時間沉淀下來。植物根系則深入土壤中，為微生物提供了附著生長的場所。微生物在雨水花園的污染物去除過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它們參與了眾多反應(yīng)，如氨化、硝化、反硝化、攝取富集磷等，達(dá)到了脫氮除磷的目的。微生物的代謝作用還能固定重金屬或使其毒性降低，降解部分難降解有機(jī)有毒污染物。土壤在雨水花園中起到過濾和吸附的作用，土壤顆粒的表面帶有電荷，能夠吸附雨水中的污染物，如重金屬離子、有機(jī)物等。土壤中的陽離子交換位點可以與污染物發(fā)生離子交換反應(yīng)，進(jìn)一步增強(qiáng)對污染物的吸附能力。雨水花園通過沉淀、過濾、吸附、離子交換、植物吸收和微生物降解等多種作用，對雨水中的懸浮固體、氮磷營養(yǎng)物、有機(jī)物、重金屬等污染物進(jìn)行有效去除，從而實現(xiàn)對雨水的凈化，為城市水環(huán)境的改善做出貢獻(xiàn)。3.1.4生物滯留設(shè)施生物滯留設(shè)施是一種在地勢低洼區(qū)域，通過土壤-植物-微生物系統(tǒng)蓄滲、凈化徑流雨水，削減徑流總量和峰值的設(shè)施，在城市面源污染控制中發(fā)揮著重要作用。生物滯留設(shè)施一般由蓄水層、植物層、種植土層、填料層和礫石層等組成。蓄水層位于設(shè)施的最上層，在降雨時能夠暫時儲存雨水，減緩雨水的下滲速度，降低徑流峰值。蓄水層的深度通常根據(jù)植物的耐淹性能和土壤的滲透性能來確定，一般為200-300mm，并設(shè)置100mm的超高，以防止雨水溢出。植物層是生物滯留設(shè)施的重要組成部分，植物通過根系直接吸收徑流雨水中的營養(yǎng)物質(zhì)、重金屬，降解有機(jī)物。其中，吸收的磷元素可通過收割植物直接去除；植物根系還為微生物提供有機(jī)物和生長附著場所，減少雨水徑流量及減緩雨水流速，使土壤長期保持疏松多孔狀態(tài)，有利于雨水的滲透和污染物的去除。在選擇植物時，需綜合考慮植物的生長習(xí)性、生理結(jié)構(gòu)特性、景觀效果、氣候、土壤、降雨條件等因素，選擇能滿足生物滯留設(shè)施功能需求的植物。種植土層為植物提供生長所需的養(yǎng)分和支撐，其介質(zhì)類型及深度應(yīng)滿足出水水質(zhì)要求，還需符合植物種植及園林綠化養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)要求。填料層是污染物去除的關(guān)鍵部分，對保證植物正常生長、營養(yǎng)元素的去除尤為重要。填料需要有較好的過濾、吸附、沉淀等性能，且需滿足植物需要的生長深度要求，提供微生物附著生長表面。最初填料的選取較為單一，隨著研究的深入，各類組合型填料和添加改良劑以改善填料性能的研究得到了發(fā)展。較理想的填料應(yīng)具有孔隙度高、通透性好、比表面積大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的特點，在篩選填料時，應(yīng)綜合考慮填料的滲透系數(shù)及其對污染物的去除效果，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況。礫石層位于設(shè)施的底部，起到排水作用，厚度一般為250-300mm，可在其底部埋置管徑為100-150mm的穿孔排水管，礫石應(yīng)洗凈且粒徑不小于穿孔管的開孔孔徑，以確保排水暢通。為提高生物滯留設(shè)施的調(diào)蓄作用，在穿孔管底部可增設(shè)一定厚度的礫石調(diào)蓄層。生物滯留設(shè)施對雨水徑流的滯蓄和凈化原理基于其各層的物理、化學(xué)和生物作用。當(dāng)雨水徑流流入生物滯留設(shè)施后，首先進(jìn)入蓄水層，在蓄水層中，雨水的流速減緩，部分懸浮顆粒沉淀下來。隨著雨水的下滲，進(jìn)入植物層和種植土層，植物根系吸收雨水中的營養(yǎng)物質(zhì)和部分污染物，土壤顆粒則通過吸附、過濾等作用去除雨水中的懸浮固體和部分溶解性污染物。在填料層中，填料的吸附、離子交換等作用進(jìn)一步去除雨水中的污染物，如重金屬、氮磷營養(yǎng)物等。微生物在生物滯留設(shè)施的凈化過程中發(fā)揮著核心作用，它們參與了氨化、硝化、反硝化、攝取富集磷等反應(yīng)，實現(xiàn)了對氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的去除和對有機(jī)物的降解。生物滯留設(shè)施對懸浮固體的去除主要依靠沉淀和過濾作用，研究表明，其對懸浮固體的去除率可達(dá)90%以上；對重金屬的去除主要通過介質(zhì)的截留和物理吸附作用，各凈化能力的大小為：內(nèi)部滯留介質(zhì)吸附＞表面顆粒物攔截＞植物吸收；對氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的去除則通過填料攔截、植物吸收、微生物固定、反硝化等多種途徑共同實現(xiàn)。通過這些作用，生物滯留設(shè)施能夠有效地滯蓄雨水，降低徑流總量和峰值，同時凈化雨水中的污染物，改善城市水環(huán)境質(zhì)量。三、LID設(shè)施概述3.2LID設(shè)施的應(yīng)用現(xiàn)狀3.2.1國內(nèi)應(yīng)用案例在國內(nèi)，多個城市積極開展LID設(shè)施的應(yīng)用實踐，以應(yīng)對城市雨水徑流污染和內(nèi)澇等問題，不同城市的應(yīng)用案例展現(xiàn)了LID設(shè)施在不同環(huán)境條件下的適應(yīng)性和效果。天津作為北方重要城市，在LID設(shè)施應(yīng)用方面進(jìn)行了諸多探索。天津奧體中心的景觀水體和網(wǎng)球場區(qū)融合了多種LID技術(shù)，包括生態(tài)坑、綠化帶、地下蓄水池和生物濾池等。這些措施在城市雨水處理和SS控制方面取得了顯著成效，城市雨水綜合利用率提高了30％以上，SS有效控制在50％以上。在中新天津生態(tài)城，通過大規(guī)模應(yīng)用LID設(shè)施，如建設(shè)綠色屋頂、雨水花園、透水鋪裝等，有效地減少了雨水徑流，提高了雨水的資源化利用水平。中新天津生態(tài)城在建設(shè)過程中，將LID理念貫穿始終，規(guī)劃建設(shè)了大量的綠色屋頂，增加了城市的綠化面積，同時起到了截留雨水、降低屋面徑流的作用；雨水花園的設(shè)置則利用植物和土壤的凈化作用，對雨水進(jìn)行處理和凈化；透水鋪裝廣泛應(yīng)用于道路、廣場等區(qū)域，提高了地面的透水性，減少了地表積水。這些LID設(shè)施的綜合應(yīng)用，使得中新天津生態(tài)城在雨水管理方面取得了良好的效果，為北方城市的雨水管理提供了寶貴的經(jīng)驗。然而，天津在LID設(shè)施應(yīng)用過程中也面臨一些挑戰(zhàn)，如冬季氣溫較低，部分LID設(shè)施中的植物生長受到影響，需要選擇更耐寒的植物品種；同時，北方地區(qū)干旱少雨，雨水資源相對匱乏，如何更好地實現(xiàn)雨水的收集和利用，提高水資源的利用效率，仍是需要進(jìn)一步研究和解決的問題。廣州地處南方，降水豐富，在LID設(shè)施應(yīng)用方面也有獨特的實踐。廣州天河智慧城在建設(shè)過程中采用了多種LID措施，如雨水花園、雨水收集池等。通過對不同LID措施前期狀態(tài)對徑流和污染物控制效果的研究，為城市雨洪和水污染控制提供了科學(xué)依據(jù)。廣州的一些小區(qū)在建設(shè)中也注重LID設(shè)施的應(yīng)用，通過建設(shè)下沉式綠地、雨水花園等，有效地收集和凈化雨水，減少了小區(qū)內(nèi)澇的發(fā)生。在廣州某小區(qū)，下沉式綠地的建設(shè)使得雨水能夠自然下滲，減少了地表徑流，同時綠地中的植物對雨水中的污染物進(jìn)行了吸附和降解，提高了雨水的水質(zhì)。然而，廣州高溫多雨的氣候條件也給LID設(shè)施的維護(hù)帶來了一定的困難，如植物生長迅速，需要定期修剪和維護(hù)；雨水沖刷作用較強(qiáng)，可能導(dǎo)致LID設(shè)施中的土壤流失和結(jié)構(gòu)損壞，需要加強(qiáng)設(shè)施的耐久性設(shè)計和維護(hù)管理。重慶作為山城，地形復(fù)雜，在LID設(shè)施應(yīng)用中面臨著獨特的地形挑戰(zhàn)。重慶在一些城市道路和小區(qū)建設(shè)中，因地制宜地采用了LID設(shè)施。例如，在道路建設(shè)中，通過設(shè)置植草溝、雨水花園等，對道路雨水進(jìn)行收集和凈化，減少了雨水對道路的沖刷和污染。在重慶某小區(qū)，利用地形高差，建設(shè)了多層級的雨水花園和植草溝，雨水從高處流向低處，依次經(jīng)過不同層級的LID設(shè)施，得到充分的凈化和利用。在一些山地公園，采用了生態(tài)護(hù)坡、雨水收集池等LID措施，有效地控制了雨水徑流，保護(hù)了山體生態(tài)環(huán)境。然而，重慶的地形條件使得LID設(shè)施的建設(shè)和維護(hù)成本相對較高，需要更加注重設(shè)施的選址和設(shè)計，以充分發(fā)揮其功能。同時，山地地區(qū)的土壤條件和地質(zhì)穩(wěn)定性也對LID設(shè)施的建設(shè)和運行提出了更高的要求，需要加強(qiáng)地質(zhì)勘察和工程設(shè)計，確保設(shè)施的安全和穩(wěn)定。3.2.2國外應(yīng)用案例國外許多城市在LID設(shè)施建設(shè)和應(yīng)用方面積累了豐富的先進(jìn)經(jīng)驗，一些成功案例為全球城市雨水管理提供了良好的范例。美國波特蘭是LID技術(shù)應(yīng)用的先驅(qū)城市之一，在城市雨水管理方面取得了顯著成效。波特蘭通過廣泛應(yīng)用LID設(shè)施，如綠色街道、雨水花園、生物滯留設(shè)施等，有效地減少了雨水徑流，改善了城市水環(huán)境。在波特蘭的一些街道，采用了綠色街道設(shè)計，將街道的綠化帶設(shè)計成下凹式，使其能夠收集和凈化雨水。街道兩側(cè)的雨水花園種植了各種本地植物，這些植物不僅具有美觀的效果，還能夠吸收和凈化雨水中的污染物。生物滯留設(shè)施則廣泛應(yīng)用于公園、學(xué)校等公共區(qū)域，通過土壤、植物和微生物的協(xié)同作用，對雨水進(jìn)行蓄滲和凈化。波特蘭還制定了完善的政策和法規(guī)，鼓勵和支持LID設(shè)施的建設(shè)和應(yīng)用。例如，出臺了雨水管理條例，對新建和改建項目的雨水管理提出了明確要求，規(guī)定項目開發(fā)者必須采用LID措施來控制雨水徑流；提供財政補(bǔ)貼和稅收優(yōu)惠，鼓勵居民和企業(yè)建設(shè)綠色屋頂、雨水花園等LID設(shè)施。這些政策和法規(guī)的實施，有效地推動了LID技術(shù)在波特蘭的廣泛應(yīng)用，使得城市的雨水管理水平得到了顯著提高。澳大利亞墨爾本在LID設(shè)施應(yīng)用方面也有很多值得借鑒的經(jīng)驗。墨爾本的城市規(guī)劃中充分考慮了LID設(shè)施的布局，將其與城市景觀和生態(tài)系統(tǒng)相結(jié)合，實現(xiàn)了雨水管理與城市環(huán)境的和諧共生。在墨爾本的一些社區(qū)，建設(shè)了大量的雨水收集系統(tǒng)，將收集到的雨水用于灌溉、洗車、沖廁等非飲用用途，提高了雨水的資源化利用效率。綠色屋頂在墨爾本也得到了廣泛應(yīng)用，許多建筑物的屋頂都種植了植物，不僅美化了城市景觀，還起到了隔熱、降溫、減少雨水徑流的作用。墨爾本還注重公眾教育和參與，通過開展宣傳活動、舉辦培訓(xùn)課程等方式，提高公眾對LID技術(shù)的認(rèn)識和理解，鼓勵公眾積極參與城市雨水管理。例如，組織志愿者參與雨水花園的建設(shè)和維護(hù)，讓公眾親身體驗LID技術(shù)的好處；開展社區(qū)雨水管理項目，鼓勵社區(qū)居民共同參與設(shè)計和建設(shè)適合社區(qū)的LID設(shè)施，增強(qiáng)了公眾的環(huán)保意識和責(zé)任感。通過這些措施，墨爾本成功地將LID技術(shù)融入到城市建設(shè)和管理中，為城市的可持續(xù)發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。四、典型污染物在LID設(shè)施中的遷移變化4.1實驗設(shè)計與方法4.1.1實驗裝置構(gòu)建為深入研究徑流雨水中典型污染物在LID設(shè)施中的遷移變化，本實驗構(gòu)建了一系列模擬LID設(shè)施的實驗裝置，包括透水鋪裝、生物滯留設(shè)施和綠色屋頂實驗裝置，各裝置均按照實際應(yīng)用中的常見規(guī)格和結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，以確保實驗結(jié)果的可靠性和實用性。透水鋪裝實驗裝置由表層、墊層和基層組成，模擬實際的透水鋪裝結(jié)構(gòu)。表層采用陶瓷透水磚，尺寸為200mm×100mm×50mm，其孔隙率為20%，具有良好的透水性能，能夠有效模擬雨水在透水鋪裝表面的滲透過程。墊層選用粒徑為5-10mm的碎石，厚度為100mm，主要作用是過濾雨水中的雜質(zhì)，防止其進(jìn)入基層，同時為雨水的下滲提供通道。基層采用透水水泥混凝土，厚度為150mm，其孔隙率為15%，能進(jìn)一步促進(jìn)雨水的下滲，并承擔(dān)整個鋪裝結(jié)構(gòu)的承載作用。實驗裝置的尺寸為1000mm×1000mm，能夠較好地模擬實際透水鋪裝在一定面積上的污染物遷移變化情況。裝置底部設(shè)置有集水槽，用于收集滲透下來的雨水，以便后續(xù)對雨水中污染物濃度的分析。生物滯留設(shè)施實驗裝置由蓄水層、植物層、種植土層、填料層和礫石層組成，模擬自然的生物滯留過程。蓄水層位于裝置的最上層，深度為200mm，設(shè)置100mm的超高，以防止雨水溢出，在