城市河流面源污染控制技术

　　摘要：随着点源污染得到逐步治理，面源污染已成为水体污染的主要原因，并有逐渐恶化的趋势。主要讨论城市河流流域范围内的面源污染控制问题，从污染物输送入河前的源头控制和污染物集中入河的末端控制两方面，分别阐述了目前城市河流的面源污染控制的技术性措施。

　　关键词：城市河流 面源污染 控制措施

　　1 问题的提出

　　近年来, 随着点源污染逐步得到治理, 面源污染对于水环境的危害性受到人们的普遍关注, 面源污染研究已成为国际上环境问题研究的活跃领域。

　　20世纪60年代以来, 美、日、英等一些发达国家开始农业面源污染研究, 主要开展面源污染的分类特征研究、降雨-径流之污染物迁移转化过程的数学模型研究、大气层污染物通过输送与沉积进人地表水体的机理性研究、面源污染扩散与负荷的模型研究等。

　　我国面源污染研究起始于80年代, 相继在北京、珠江流域的广州、辽河流域的沈阳、长江中下游流域的上海、杭州、苏州、南京等城市开展。在基础研究方面, 清华大学开展了面源污染负荷估算及降雨径流过程、侵蚀过程、污染物迁移转化过程的模型研究。滇池、太湖、巢湖污染治理过程中也对面源污染作了较深入研究。但总体上面源污染研究的重点还是放在了基础研究、农业面源污染研究上,对面源污染控制的研究比较落后, 尤其是城市面源污染控制研究仍相对薄弱。

　　2 城市河流面派污染特征

　　城市河流的面源污染主要是以降雨引起的雨水径流的形式产生, 径流中的污染物主要来自于雨水对河流周边道路表面的沉积物、无植被覆盖裸露的地面、垃圾等的冲刷,污染物的含量取决于城市河流的地形、地貌、植被的覆盖程度和污染物的分布情况。因此, 对面源污染的控制也可以理解成对城市河流周边降雨径流污染的控制。

　　城市河流面源污染的突出特征是：污染源时空分布的分散性和不均匀性、污染途径的随机性和多样性、污染成分的复杂和多变性。

　　3 城市河流面源污染控制技术

　　面源污染控制按污染物所处位置的不同, 分为源头的分散控制和末端的集中控制。

　　3.1 源头分散控制

　　污染物源头的分散控制, 就是在各污染源发生地采取措施将污染物截留下来, 避免污染物在降雨径流的输送过程中进行溶解和扩散, 使污染物的活性得到激活。通过污染物的源头分散的控制措施可降低水流的流动速度, 延长水流时间, 对降雨径流进行拦截、消纳、渗透, 减轻后续处理系统的污染处理负荷和负荷波动, 对入河的面源污染负荷起到了一定的削减作用。

　　城市河流周边地区绿地、道路、岸坡等不同源头的降雨径流的控制技术措施主要包括下凹式绿地、透水铺装、缓冲带、生态护岸等。在技术措施选用时, 可依据当地的实际情况, 单独使用或几种技术配合使用。

　　3.1.1 下凹式绿地

　　对于河流周边入渗系数较低的绿地, 为了更多地消纳地表径流, 可采用下凹式绿地。现状绿地与周围地面的标高一般相同, 甚至略高, 通过改造, 使绿地高程平均低于周围地面10cm左右, 保证周围硬质地面的雨水径流能自流入绿地。绿地表面种植草皮和绿化树种, 保证一定的景观效果；绿地下层的天然土壤改造成渗透系数大的透水材料, 由表层到底层依次为表层土、砂层、碎石、可渗透的底土层, 增大土壤的存储空间。根据实际情况, 在绿地中因地制宜地设置起伏地形, 在竖向上营造低洼面。在绿地的低洼处适当建设渗透管沟、入渗槽、入渗井等入渗设施,以增加土壤入渗能力, 消纳标准内降水。渗透管沟可采用人工砾石等透水材料制成, 汇集的雨水通过渗透管沟进入碎石层, 然后再进一步向四周土壤渗透。这种既能保持一定的绿化景观效果, 又能净化降雨径流的控制措施, 具有工艺简单、工程投资少、不需额外占地等优点。

　　3.1.2 透水铺装

　　河流两侧入流量、承担荷载较小的人行步道和滨河路路面, 可以采取在路基土上面铺设透水垫层、透水表层砖的方法进行渗透铺装, 以减少径流量, 对于局部不能采用透水铺装的地面, 可按不小于0.5%的坡度坡向周围的绿地或透水路面。对于车流量较大的滨河路, 可适当降低路两侧的地面标高, 在路两侧修建部分小型引水沟渠, 对路面上的雨水由中间向两侧分流, 使地表径流流入距离最近的下凹式绿地。

　　3.1.3 缓冲带

　　缓冲带技术的应用实践在15-16世纪的欧洲就已经开始, 19世纪成型, 20世纪30年代在美国就有规范的缓冲带的设计和应用。随着人类生态环境意识的发展, 缓冲带的设计理念已从单纯的水土保持发展到在陆地生态系统中人工建立或恢复植被走廊, 将自然灾害的影响或潜在的对环境质量的威胁加以缓冲, 保证陆地生态系统的良性发展, 提高和恢复生物的多样性, 应用过程中, 缓冲带在面源污染控制上发挥了重要作用。

　　坡地等高缓冲带相当于等高植物篱, 在设计上强调对面源污染的控制, 合理地设置缓冲带的位置是其有效拦截雨水径流、发挥作用的先决条件, 可以根据实际地形确定, 一般设置在坡地的下坡位置, 与径流流向垂直布置, 在坡地长度允许的情况下, 可以沿等高线多设置几条缓冲带, 以削减水流的能量。如果选址不合理, 大部分径流会绕过缓冲带, 直接进入受纳水体, 其拦截面源污染物的作用就会大打折扣。

　　水体周边缓冲带一般沿河道、湖泊水库周边设置, 利用植物或植物与土木工程相结合, 对河道坡面进行防护, 为水体与陆地交错区域的生态系统形成一个过渡缓冲, 强调对水质的保护功能, 可以控制水土流失, 有效过滤、吸收泥沙及化学污染、降低水温、保证水生生物生存、稳定岸坡。

　　结合城市河流现有岸坡条件, 在对地势、高程进行勘测后, 选取适当位置设置不同形式的水陆缓冲带。合理的植被配制是实现缓冲带有效控制径流和控制污染的关键。根据所在地的实际情况, 进行乔、灌、草的合理搭配, 既要考虑灌、草植物的阻沙、滤污作用, 又要安排根系发达的乔、灌以有效保护岸坡稳定, 滞水消能。植物选择时要重视本地品种的使用, 兼顾经济品种, 尽可能照顾缓冲带经营者的利益。

　　3.1.4 生态护岸

　　传统河岸防护工程多采用浆砌或干砌石、现浇混凝土或预制混凝土块体等结构形式, 在城市河道护岸工程中采用较多的是直立式混凝土挡土墙, 有植被覆盖的岸坡也多数为在天然土壤上种植草皮, 土壤的抗冲刷、抗侵蚀能力较弱。暴雨径流形成后, 在移动过程中携带着土壤和堤岸上的污染物、沉积物, 沿岸坡一泻而下或以地表漫流的形式, 毫无阻拦地进入受纳水体。

　　因此, 国内外很多工程技术人员开始研究生态护岸技术, 提出多种不同结构形式的生态型护岸技术, 通过固土护岸、增大土壤的渗透系数、重建和恢复水陆生态系统, 尽可能地减少水土流失, 提高岸坡抗冲刷、抗侵蚀能力, 对降雨径流进行拦阻和消纳。

　　（1）植草护坡技术。植草护坡技术常用于河道岸坡的保护, 国内很多河道治理中都使用了这一技术。如吉林省西部嫩江流域治理工程中, 以当地的牛毛草、早熟禾、翦股颖等8种草本植物为护坡植物, 河柳等灌木为迎水坡脚防浪林的植物护坡技术。这一技术主要是利用植物地上部分形成堤防迎水坡面软覆盖, 减少坡面的裸露面积和外营力与坡面土壤的直接接触面积, 起消能护坡作用。利用植物根系与坡面土壤的结合, 改善土壤结构, 增加坡面表层土壤团粒体, 有效提高了迎水坡面的抗蚀性, 减少坡面土壤流失, 从而保护岸坡和减少面源污染。

　　（2）三维植被网护岸技术。三维植被网技术最初用于山坡用公路路坡的保护, 现在也被用于河道岸坡的防护。它是以热塑性树脂为原料, 经挤出、拉伸焊接、收缩等一系列工艺制成的两层或多层表面呈凸凹不平网袋状的层状结构孔网。网底层为一个高模量基础层, 采用双向拉伸技术, 具有一定的弹性和强度, 可防止植被网变形, 并能有效防止水土流失。网表面为一个起泡层, 蓬松的网袋内有较大的容土空间, 植草覆盖率高, 这种三维结构保证草籽更好地与土壤结合。根据岸坡地形地貌、土质和区域气候等特点, 在岸坡表面覆盖一层三维植被网, 并按一定的组合与间距种植多种植物, 通过植物的生长达到根系加筋、茎叶防冲蚀的目的。并可在坡面形成茂密的植被覆盖, 在表土层形成盘根错节的根系, 有效抑制暴雨径流对边坡的侵蚀, 增加土体的抗剪强度, 大幅度提高岸坡的稳定性和抗冲刷能力（如图1、图2所示）。

　　（3）防护林护岸技术。在河岸带种植树水或竹子, 形成河岸防护林, 其作用主要体现在3个方面：一是茎、叶的覆盖和栅栏作用, 既避免雨滴、风力对土壤表面的直接侵蚀, 又减缓了水流流速, 减少了对土壤的冲刷；二是树木根系发达, 穿扎力强, 增加了土壤抗侵蚀的强度, 减少了河岸的崩塌量和冲刷量；三是根、茎、叶的生长对土壤具有改良作用, 增加了土壤有机质的含量, 改善了土壤结构, 增强了土壤的透水性, 增强了土壤的抗侵蚀能力。暴雨径流经过防护林区时, 在其阻游作用下, 流速大为减慢,减小了水流对土壤表层的冲刷, 减少了水土流失。

　　（4）植被型生态混凝土护坡技术。植被型生态混凝土是日本首先提出的, 并在河道护坡方面进行了应用。近几年, 我国也开始进行植被型生态混凝土的研究。植被型生态混凝土由多孔混凝土、保水材料、难溶性肥料和表层土组成。多孔混凝土由粗骨料、水泥、适量的细掺和料组成,是植被型生态混凝土的骨架；保水材料以有机质保水剂为主, 并掺入无机保水剂混合使用, 为植物提供必需的水分；表层土多铺设在多孔混凝土表面, 形成植被发芽空间, 减少土中水分蒸发, 提供植被发芽初期的养分和阻止草生长初期混凝土表面过热。

　　经验表明, 很多植被草都能在植被型生态混凝土上很好生长, 紫羊毛、无芒雀麦还表现出了较好的耐碱性、耐旱性。应用中还发现植被型生态棍凝土具有较好的抗冲刷性能, 上面的覆草具有缓冲功能, 由于草根的锚固作用, 抗滑力增加, 草生根后, 草、土、混凝土形成一体, 更加提高了堤防边坡的稳定性（如图3、图4所示）。

　　3.2 末端集中控制

　　少量经源头分散控制措施作用后仍存在的径流会汇流成一股, 集中进入水体, 因此, 需要在汇流口实施面源污染的末端集中控制, 进一步减少进入河流的污染物。末端技术以人工湿地为主。

　　在降雨径流的入河汇流口, 多数以雨簸箕的形式出现,可以根据周边的环境, 利用雨水入河口的小都分土地构建小型的人工湿地, 在入河口底部通过堆积碎石、播种植物的方式拦截入河雨水中的污染物质, 即在汇流口附近铺上碎石,使污水在流入河道前先经过碎石床, 利用碎石上的生物膜对水体进行净化, 对进入河中的径流作最后的过遮净化处理。湿地构建时考虑其美化景观功能, 以各种观叶、观花的湿地植物为主, 使建造的小型人工湿地与周边的环境相协调。

　　4 结语

　　由于目前我国城市面源污染治理技术尚未形成标准, 国家应加大城市面源污染控制研究的力度, 给予足够的重视和投入。一方面依靠科研部门, 研究和探索更加生态环保、可操作性强的面源污染控制技术；另一方面重视法规、政策、管理和教育等非技术性措施的建设, 达到技术性措施和非技术措施的协调与互补, 使城市面源污染逐步褥到控制。

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　　作者简介：许志兰（1978-）, 女, 助理工程师。

　　来源：《北京水利》2005.4