城市河流面源污染控制技術(shù)

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

　隨著點源污染得到逐步治理，面源污染已成為水體污染的主要原因，并有逐漸惡化的趨勢。主要討論城市河流流域范圍內(nèi)的面源污染控制問題，從污染物輸送入河前的源頭控制和污染物集中入河的末端控制兩方面，分別闡述了目前城市河流面源污染控制的技術(shù)性措施。

　　1、問題的提出

　　近年來，隨著點源污染逐步得到治理，面源污染對于水環(huán)境的危害性受到人們的普遍關(guān)注，面源污染研究已成為國際上環(huán)境問題研究的活躍領(lǐng)域。

　　20世紀(jì)60年代以來，美、日、英等一些發(fā)達(dá)國家開始農(nóng)業(yè)面源污染研究，主要開展面源污染的分類特征研究、降雨－徑流之污染物遷移轉(zhuǎn)化過程的數(shù)學(xué)模型研究、大氣層污染物通過輸送與沉積進(jìn)入地表水體的機(jī)理性研究、面源污染擴(kuò)散與負(fù)荷的模型研究等。

　　我國面源污染研究起始于80年代，相繼在北京、珠江流域的廣州、遼河流域的沈陽、長江中下游流域的上海、杭州、蘇州、南京等城市開展。在基礎(chǔ)研究方面，清華大學(xué)開展了面源污染負(fù)荷估算及降雨徑流過程、侵蝕過程、污染物遷移轉(zhuǎn)化過程的模型研究。滇池、太湖、巢湖污染治理過程中也對面源污染作了較深入研究。但總體上面源污染研究的重點還是放在了基礎(chǔ)研究、農(nóng)業(yè)面源污染研究上，對面源污染控制的研究比較落后，尤其是城市面源污染控制研究仍相對薄弱。

　　2、城市河流面源污染特征

　　城市河流的面源污染主要是以降雨引起的雨水徑流的形式產(chǎn)生，徑流中的污染物主要來自于雨水對河流周邊道路表面的沉積物、無植被覆蓋裸露的地面、垃圾等的沖刷，污染物的含量取決于城市河流的地形、地貌、植被的覆蓋程度和污染物的分布情況。因此，對面源污染的控制也可以理解成對城市河流周邊降雨徑流污染的控制。

　　城市河流面源污染的突出特征是：污染源時空分布的分散性和不均勻性、污染途徑的隨機(jī)性和多樣性、污染成分的復(fù)雜和多變性。

　　3、城市河流面源污染控制技術(shù)

　　面源污染控制按污染物所處位置的不同，分為源頭的分散控制和末端的集中控制。

　　3.1源頭分散控制

　　污染物源頭的分散控制，就是在各污染源發(fā)生地采取措施將污染物截留下來，避免污染物在降雨徑流的輸送過程中進(jìn)行溶解和擴(kuò)散，使污染物的活性得到激活。通過污染物的源頭分散的控制措施可降低水流的流動速度，延長水流時間，對降雨徑流進(jìn)行攔截、消納、滲透，減輕后續(xù)處理系統(tǒng)的污染處理負(fù)荷和負(fù)荷波動，對入河的面源污染負(fù)荷起到了一定的削減作用。

　　城市河流周邊地區(qū)綠地、道路、岸坡等不同源頭的降雨徑流的控制技術(shù)措施主要包括下凹式綠地、透水鋪裝、緩沖帶、生態(tài)護(hù)岸等。在技術(shù)措施選用時，可依據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，單獨使用或幾種技術(shù)配合使用。

　　3.1.1下凹式綠地

　　對于河流周邊入滲系數(shù)較低的綠地，為了更多地消納地表徑流，可采用下凹式綠地。現(xiàn)狀綠地與周圍地面的標(biāo)高一般相同，甚至略高，通過改造，使綠地高程平均低于周圍地面10cm左右，保證周圍硬質(zhì)地面的雨水徑流能自流入綠地。綠地表面種植草皮和綠化樹種，保證一定的景觀效果；綠地下層的天然土壤改造成滲透系數(shù)大的透水材料，由表層到底層依次為表層土、砂層、碎石、可滲透的底土層，增大土壤的存儲空間。根據(jù)實際情況，在綠地中因地制宜地設(shè)置起伏地形，在豎向上營造低洼面。在綠地的低洼處適當(dāng)建設(shè)滲透管溝、入滲槽、入滲井等入滲設(shè)施，以增加土壤入滲能力，消納標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)降水。滲透管溝可采用人工礫石等透水材料制成，匯集的雨水通過滲透管溝進(jìn)入碎石層，然后再進(jìn)一步向四周土壤滲透。這種既能保持一定的綠化景觀效果，又能凈化降雨徑流的控制措施，具有工藝簡單、工程投資少、不需額外占地等優(yōu)點。

　　3.1.2透水鋪裝

　　河流兩側(cè)入流量、承擔(dān)荷載較小的人行步道和濱河路路面，可以采取在路基土上面鋪設(shè)透水墊層、透水表層磚的方法進(jìn)行滲透鋪裝，以減少徑流量，對于局部不能采用透水鋪裝的地面，可按不小于0.5%的坡度坡向周圍的綠地或透水路面。對于車流量較大的濱河路，可適當(dāng)降低路兩側(cè)的地面標(biāo)高，在路兩側(cè)修建部分小型引水溝渠，對路面上的雨水由中間向兩側(cè)分流，使地表徑流流入距離最近的下凹式綠地。

　　3.1.3緩沖帶

　　緩沖帶技術(shù)的應(yīng)用實踐在15—16世紀(jì)的歐洲就已經(jīng)開始，19世紀(jì)成型，20世紀(jì)30年代在美國就有規(guī)范的緩沖帶的設(shè)計和應(yīng)用。隨著人類生態(tài)環(huán)境意識的發(fā)展，緩沖帶的設(shè)計理念已從單純的水土保持發(fā)展到在陸地生態(tài)系統(tǒng)中人工建立或恢復(fù)植被走廊，將自然災(zāi)害的影響或潛在的對環(huán)境質(zhì)量的威脅加以緩沖，保證陸地生態(tài)系統(tǒng)的良性發(fā)展，提高和恢復(fù)生物的多樣性，應(yīng)用過程中，緩沖帶在面源污染控制上發(fā)揮了重要作用。

　　坡地等高緩沖帶相當(dāng)于等高植物籬，在設(shè)計上強(qiáng)調(diào)對面源污染的控制，合理地設(shè)置緩沖帶的位置是其有效攔截雨水徑流、發(fā)揮作用的先決條件，可以根據(jù)實際地形確定，一般設(shè)置在坡地的下坡位置，與徑流流向垂直布置，在坡地長度允許的情況下，可以沿等高線多設(shè)置幾條緩沖帶，以削減水流的能量。如果選址不合理，大部分徑流會繞過緩沖帶，直接進(jìn)入受納水體，其攔截面源污染物的作用就會大打折扣。

　　水體周邊緩沖帶一般沿河道、湖泊水庫周邊設(shè)置，利用植物或植物與土木工程相結(jié)合，對河道坡面進(jìn)行防護(hù)，為水體與陸地交錯區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)形成一個過渡緩沖，強(qiáng)調(diào)對水質(zhì)的保護(hù)功能，可以控制水土流失，有效過濾、吸收泥沙及化學(xué)污染、降低水溫、保證水生生物生存、穩(wěn)定岸坡。

　　結(jié)合城市河流現(xiàn)有岸坡條件，在對地勢、高程進(jìn)行勘測后，選取適當(dāng)位置設(shè)置不同形式的水陸緩沖帶。合理的植被配制是實現(xiàn)緩沖帶有效控制徑流和控制污染的關(guān)鍵。根據(jù)所在地的實際情況，進(jìn)行喬、灌、草的合理搭配，既要考慮灌、草植物的阻沙、濾污作用，又要安排根系發(fā)達(dá)的喬、灌以有效保護(hù)岸坡穩(wěn)定，滯水消能。植物選擇時要重視本地品種的使用，兼顧經(jīng)濟(jì)品種，盡可能照顧緩沖帶經(jīng)營者的利益。

　　3.1.4生態(tài)護(hù)岸

　　傳統(tǒng)河岸防護(hù)工程多采用漿砌或干砌石、現(xiàn)澆混凝土或預(yù)制混凝土塊體等結(jié)構(gòu)形式，在城市河道護(hù)岸工程中采用較多的是直立式混凝土擋土墻，有植被覆蓋的岸坡也多數(shù)為在天然土壤上種植草皮，土壤的抗沖刷、抗侵蝕能力較弱。暴雨徑流形成后，在移動過程中攜帶著土壤和堤岸上的污染物、沉積物，沿岸坡一瀉而下或以地表漫流的形式，毫無阻攔地進(jìn)入受納水體。

　　因此，國內(nèi)外很多工程技術(shù)人員開始研究生態(tài)護(hù)岸技術(shù)，提出多種不同結(jié)構(gòu)形式的生態(tài)型護(hù)岸技術(shù)，通過固土護(hù)岸、增大土壤的滲透系數(shù)、重建和恢復(fù)水陸生態(tài)系統(tǒng)，盡可能地減少水土流失，提高岸坡抗沖刷、抗侵蝕能力，對降雨徑流進(jìn)行攔阻和消納。

　?。?）植草護(hù)坡技術(shù)。植草護(hù)坡技術(shù)常用于河道岸坡的保護(hù)，國內(nèi)很多河道治理中都使用了這一技術(shù)。如吉林省西部嫩江流域治理工程中，以當(dāng)?shù)氐呐Ｃ?、早熟禾、翦股穎等8種草本植物為護(hù)坡植物，河柳等灌木為迎水坡腳防浪林的植物護(hù)坡技術(shù)。這一技術(shù)主要是利用植物地上部分形成堤防迎水坡面軟覆蓋，減少坡面的裸露面積和外營力與坡面土壤的直接接觸面積，起消能護(hù)坡作用。利用植物根系與坡面土壤的結(jié)合，改善土壤結(jié)構(gòu)，增加坡面表層土壤團(tuán)粒體，有效提高了迎水坡面的抗蝕性，減少坡面土壤流失，從而保護(hù)岸坡和減少面源污染。

　?。?）三維植被網(wǎng)護(hù)岸技術(shù)。三維植被網(wǎng)技術(shù)最初用于山坡用公路路坡的保護(hù)，現(xiàn)在也被用于河道岸坡的防護(hù)。它是以熱塑性樹脂為原料，經(jīng)擠出、拉伸焊接、收縮等一系列工藝制成的兩層或多層表面呈凸凹不平網(wǎng)袋狀的層狀結(jié)構(gòu)孔網(wǎng)。網(wǎng)底層為一個高模量基礎(chǔ)層，采用雙向拉伸技術(shù)，具有一定的彈性和強(qiáng)度，可防止植被網(wǎng)變形，并能有效防止水土流失。網(wǎng)表面為一個起泡層，蓬松的網(wǎng)袋內(nèi)有較大的容土空間，植草覆蓋率高，這種三維結(jié)構(gòu)保證草籽更好地與土壤結(jié)合。根據(jù)岸坡地形地貌、土質(zhì)和區(qū)域氣候等特點，在岸坡表面覆蓋一層三維植被網(wǎng)，并按一定的組合與間距種植多種植物，通過植物的生長達(dá)到根系加筋、莖葉防沖蝕的目的。并可在坡面形成茂密的植被覆蓋，在表土層形成盤根錯節(jié)的根系，有效抑制暴雨徑流對邊坡的侵蝕，增加土體的抗剪強(qiáng)度，大幅度提高岸坡的穩(wěn)定性和抗沖刷能力。

　?。?）防護(hù)林護(hù)岸技術(shù)。在河岸帶種植樹木或竹子，形成河岸防護(hù)林，其作用主要體現(xiàn)在3個方面：一是莖、葉的覆蓋和柵欄作用，既避免雨滴、風(fēng)力對土壤表面的直接侵蝕，又減緩了水流流速，減少了對土壤的沖刷；二是樹木根系發(fā)達(dá)，穿扎力強(qiáng)，增加了土壤抗侵蝕的強(qiáng)度，減少了河岸的崩塌量和沖刷量；三是根、莖、葉的生長對土壤具有改良作用，增加了土壤有機(jī)質(zhì)的含量，改善了土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了土壤的透水性，增強(qiáng)了土壤的抗侵蝕能力。暴雨徑流經(jīng)過防護(hù)林區(qū)時，在其阻滯作用下，流速大為減慢，減小了水流對土壤表層的沖刷，減少了水土流失。

　?。?）植被型生態(tài)混凝土護(hù)坡技術(shù)。植被型生態(tài)混凝土是日本首先提出的，并在河道護(hù)坡方面進(jìn)行了應(yīng)用。近幾年，我國也開始進(jìn)行植被型生態(tài)混凝土的研究。植被型生態(tài)混凝土由多孔混凝土、保水材料、難溶性肥料和表層土組成。多孔混凝土由粗骨料、水泥、適量的細(xì)摻和料組成，是植被型生態(tài)混凝土的骨架；保水材料以有機(jī)質(zhì)保水劑為主，并摻入無機(jī)保水劑混合使用，為植物提供必需的水分；表層土多鋪設(shè)在多孔混凝土表面，形成植被發(fā)芽空間，減少土中水分蒸發(fā)，提供植被發(fā)芽初期的養(yǎng)分和阻止草生長初期混凝土表面過熱。

　　經(jīng)驗表明，很多植被草都能在植被型生態(tài)混凝土上很好生長，紫羊毛、無芒雀麥還表現(xiàn)出了較好的耐堿性、耐旱性。應(yīng)用中還發(fā)現(xiàn)植被型生態(tài)混凝土具有較好的抗沖刷性能，上面的覆草具有緩沖功能，由于草根的錨固作用，抗滑力增加，草生根后，草、土、混凝土形成一體，更加提高了堤防邊坡的穩(wěn)定性。

　　3.2末端集中控制

　　少量經(jīng)源頭分散控制措施作用后仍存在的徑流會匯流成一股，集中進(jìn)入水體，因此，需要在匯流口實施面源污染的末端集中控制，進(jìn)一步減少進(jìn)入河流的污染物量。末端技術(shù)以人工濕地為主。

　　在降雨徑流的入河匯流口，多數(shù)以雨簸箕的形式出現(xiàn)，可以根據(jù)周邊的環(huán)境，利用雨水入河口的小部分土地構(gòu)建小型的人工濕地，在入河口底部通過堆積碎石、插種植物的方式攔截入河雨水中的污染物質(zhì)，即在匯流口附近鋪上碎石，使污水在流入河道前先經(jīng)過碎石床，利用碎石上的生物膜對水體進(jìn)行凈化，對進(jìn)入河中的徑流作最后的過濾凈化處理。濕地構(gòu)建時考慮其美化景觀功能，以各種觀葉、觀花的濕地植物為主，使建造的小型人工濕地與周邊的環(huán)境相協(xié)調(diào)。

　　4、結(jié)語

　　由于目前我國城市面源污染治理技術(shù)尚未形成標(biāo)準(zhǔn)，國家應(yīng)加大城市面源污染控制研究的力度，給予足夠的重視和投入。一方面依靠科研部門，研究和探索更加生態(tài)環(huán)保、可操作性強(qiáng)的面源污染控制技術(shù)；另一方面重視法規(guī)、政策、管理和教育等非技術(shù)性措施的建設(shè)，達(dá)到技術(shù)性措施和非技術(shù)措施的協(xié)調(diào)與互補，使城市面源污染逐步得到控制。