呂永鵬

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

1 集水區(qū)污染物的傳輸和調(diào)控過(guò)程

顧名思義，集水區(qū)（watershed）即為匯集水流的區(qū)域，常常被認(rèn)為是非點(diǎn)源研究的理想單元[1]。城市集水區(qū)水環(huán)境污染物來(lái)源豐富，分類多樣，但取得共識(shí)的污染源分類是點(diǎn)源和非點(diǎn)源。前者系污染物集中從排污口進(jìn)入水環(huán)境，排放時(shí)空特征明確，較易控制，包括集中排放的工業(yè)廢水和生活污水；后者系污染物排放具有時(shí)空上的不確定性，排放途徑有二，其一是通過(guò)泄漏、分散排放等途徑匯入水環(huán)境，其二是通過(guò)降雨和徑流的淋洗和沖刷，污染物經(jīng)過(guò)遷移、擴(kuò)散及轉(zhuǎn)化等過(guò)程匯入水環(huán)境，見(jiàn)圖1[2]。目前全球已經(jīng)建立了點(diǎn)源污染的調(diào)控體系，而對(duì)非點(diǎn)源污染調(diào)控仍處于探索階段，論文嘗試對(duì)城市集水區(qū)非點(diǎn)源污染的系統(tǒng)調(diào)控方法進(jìn)行初步探討，以期為城市非點(diǎn)源污染管理提供參考。

2 非點(diǎn)源污染調(diào)控現(xiàn)狀及其局限性

發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的點(diǎn)源污染已經(jīng)得到有效控制，點(diǎn)源調(diào)控體系已經(jīng)被證明是行之有效的。然而，鑒于點(diǎn)源和非點(diǎn)源污染之間的顯著差異性，見(jiàn)表1，從而使得傳統(tǒng)的點(diǎn)源污染控制方法和體系難以應(yīng)用于非點(diǎn)源污染調(diào)控，而目前的非點(diǎn)源污染調(diào)控尚未形成體系，其有效性有待進(jìn)一步檢驗(yàn)[1]。

2.1 “源”調(diào)控現(xiàn)狀及其局限性

傳統(tǒng)的點(diǎn)源污染控制強(qiáng)調(diào)Reduce（減量）、Reuse（復(fù)用）及Recycle（再生），已經(jīng)被證明是行之有效的方法。目前，此三條原則已經(jīng)逐漸應(yīng)用于非點(diǎn)源污染調(diào)控，但存在諸多挑戰(zhàn)。具體而言：

（1）減量的不確定性

非點(diǎn)源減量包括水量削減和水質(zhì)削減兩個(gè)方面。由于非點(diǎn)源污染主要依附于降雨和地表徑流，因此，可以通過(guò)增加滲水下墊面從而削減地表徑流量。然而，城市集水區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，土地開(kāi)發(fā)密度大，難以大量增加滲水下墊面來(lái)從源頭削減地表徑流量。

此外，地表徑流水質(zhì)主要取決于降水水質(zhì)、土地利用類型、道路清掃狀況。雖然，通過(guò)空氣質(zhì)量控制和優(yōu)化道路清掃方案可以在一定程度上減少地表徑流中的污染物。然而，空氣質(zhì)量變化是一個(gè)更為復(fù)雜的過(guò)程，不僅與研究區(qū)域大氣污染物排放有關(guān)，還受周邊區(qū)域大氣質(zhì)量的深刻影響。此外，清掃頻率的加大以及清掃方式的改變可能需要一個(gè)過(guò)程，這為非點(diǎn)源污染源頭減量化提出了較大挑戰(zhàn)。

土地利用類型間的污染物輸出系數(shù)規(guī)律性不是十分明顯。根據(jù)呂永鵬對(duì)上海臨港新城的不同土地利用的污染物進(jìn)行的監(jiān)測(cè)[1]，以TSS為例，第一次降雨事件中的EMC排序?yàn)樯虡I(yè)>居住>綠地>交通>工業(yè)，第二次降雨事件中工業(yè)的EMC最大而商業(yè)最小，第三次降雨事件中工業(yè)的EMC小于交通，第四次降雨事件中綠地的EMC最大而商業(yè)最小。不同區(qū)域、不同土地利用類型的地表徑流水質(zhì)變化大，即使在同一區(qū)域的同一土地利用類型的地表徑流水質(zhì)變化仍然很大。這可能與不同區(qū)域的地表污染狀況和氣象條件等因素有關(guān)，國(guó)內(nèi)外諸多研究也證明了這一觀點(diǎn)[3-4]。因此，如何通過(guò)土地利用調(diào)控來(lái)有效減少地表徑流中的污染物，需要根據(jù)研究區(qū)域?qū)嶋H情況進(jìn)行深入研究。這些均為非點(diǎn)源污染源頭減量化提出了較大挑戰(zhàn)。

圖1 集水區(qū)污染物的傳輸和調(diào)控過(guò)程示意圖

表1 點(diǎn)源與非點(diǎn)源污染特征及調(diào)控差異性

（2）復(fù)用和再生的不確定性

降雨和地表徑流的利用是非點(diǎn)源水量削減的重要途徑。1970年代以來(lái)，德國(guó)、美國(guó)、日本、英國(guó)、澳大利亞、新西蘭等國(guó)家進(jìn)行了大量的城市雨水利用研究和實(shí)踐[5-6]，我國(guó)北京、上海、南京、深圳等城市相繼開(kāi)展了一些雨水利用的研究與實(shí)踐。然而，對(duì)于城市集水區(qū)而言，雖然有一些雨水利用案例，但是雨水利用的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力不足，且存在諸多問(wèn)題[7-8]，雨水和地表徑流的復(fù)用和再生有待進(jìn)一步開(kāi)展。

2.2 “過(guò)程”調(diào)控現(xiàn)狀及其局限性

污水納管是點(diǎn)源“過(guò)程”控制的核心手段，對(duì)區(qū)域水環(huán)境保護(hù)起到了至關(guān)重要的作用。然而，由于非點(diǎn)源具有時(shí)空上的不確定性，加之成本問(wèn)題，難以通過(guò)納管的方式對(duì)所有地表徑流進(jìn)行收集后到污水廠進(jìn)行處理。此外，雖然在高度城市化地區(qū)，地表徑流一般是通過(guò)管網(wǎng)收集。然而，暴雨期間地表徑流量很大，對(duì)管網(wǎng)負(fù)荷產(chǎn)生極大影響，往往會(huì)導(dǎo)致合流制泵站的大量污水溢流排入水體，對(duì)城市水環(huán)境產(chǎn)生沖擊影響[9]。

諸多研究表明，城市降雨地表徑流存在初始沖刷效應(yīng)[1,3-4]，從而提出針對(duì)初期徑流進(jìn)行控制可能是非點(diǎn)源污染過(guò)程調(diào)控的關(guān)鍵手段。上海臨港新城此類新開(kāi)發(fā)區(qū)域的初始沖刷基本處于中等強(qiáng)度，而上海市中心城區(qū)初始沖刷強(qiáng)度較大，從而表明城市降雨地表徑流的初始沖刷強(qiáng)度存在區(qū)域差異性[1]。因此，需要針對(duì)不同的區(qū)域設(shè)計(jì)差異性的初期徑流調(diào)控方案，從而增加了非點(diǎn)源調(diào)控的難度。

綠地尤其是有效綠地（可接納客地徑流的綠地，主要包括下凹式綠地和地勢(shì)綠地）對(duì)非點(diǎn)源污染物的削減效應(yīng)，被認(rèn)為是非點(diǎn)源“過(guò)程”調(diào)控的重要手段[1]。然而，對(duì)于城市集水區(qū)而言，有效綠地面積比例較低，難以發(fā)揮其對(duì)非點(diǎn)源污染物的削減效應(yīng)。

2.3 “匯”調(diào)控現(xiàn)狀及其局限性

總量控制和濃度控制是點(diǎn)源“匯”控制的主要手段，已經(jīng)被證明是行之有效的調(diào)控方式。然而，由于非點(diǎn)源的“匯”在時(shí)空上具有較大的不確定性，使得非點(diǎn)源總量控制和濃度控制難以實(shí)施[1]。具體而言，非點(diǎn)源的總量控制和濃度控制面臨以下挑戰(zhàn)：

（1）非點(diǎn)源的排放總量和排放濃度難以準(zhǔn)確確定，從而使得考核標(biāo)準(zhǔn)難以制定；

（2）非點(diǎn)源排放主體尚不確定，從而使得非點(diǎn)源調(diào)控缺乏管理對(duì)象；

（3）非點(diǎn)源排放十分分散，若單靠傳統(tǒng)行政命令的管理模式，不僅管理成本劇增而且難以奏效。

3 城市集水區(qū)非點(diǎn)源污染的調(diào)控體系

3.1.1 調(diào)控原則

城市集水區(qū)非點(diǎn)源污染調(diào)控需要遵循以下原則：

（1）調(diào)控體系的系統(tǒng)性原則

非點(diǎn)源污染調(diào)控是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，調(diào)控體系應(yīng)該具有系統(tǒng)性。調(diào)控體系一旦形成，將很難進(jìn)行大幅度修改，調(diào)控體系的缺陷，可能在近期難以顯現(xiàn)，但會(huì)產(chǎn)生中長(zhǎng)期的累積負(fù)面效應(yīng)，這可能導(dǎo)致區(qū)域水環(huán)境長(zhǎng)期難以改善。

（2）調(diào)控模式的針對(duì)性原則

國(guó)際上已經(jīng)有許多較為成熟的調(diào)控模式，如美國(guó)的最佳管理措施模式和低影響發(fā)展模式、英國(guó)的可持續(xù)城市排水系統(tǒng)模式、新西蘭的低影響城市設(shè)計(jì)和發(fā)展模式、澳大利亞的水敏感城市設(shè)計(jì)模式以及德國(guó)的分散式雨水管理系統(tǒng)模式等。針對(duì)我國(guó)城市集水區(qū)非點(diǎn)源污染特征，選擇一種和多種適合的調(diào)控模式，對(duì)其進(jìn)行修正和集成，實(shí)現(xiàn)調(diào)控模式的區(qū)域化和本土化。

（3）調(diào)控技術(shù)的適應(yīng)性原則

國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)發(fā)了諸多非點(diǎn)源控制的技術(shù)，如雨水塘、雨水花園、人工濕地、滲透井、滲透池、生物滯蓄池、植被溝、植被過(guò)濾帶等。然而每種技術(shù)都有其適用的條件，因此，需要根據(jù)我國(guó)城市集水區(qū)非點(diǎn)源污染特征，研發(fā)具有一定適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性的調(diào)控技術(shù)。

（4）調(diào)控政策的靈活性原則

由于非點(diǎn)源具有時(shí)空上的不確定性，若政策彈性較小，對(duì)任何集水區(qū)均采用一致化的調(diào)控政策，不僅會(huì)增加行政成本，還可能難以起到預(yù)期的調(diào)控效果。因此，非點(diǎn)源調(diào)控政策應(yīng)該具有一定的靈活性和彈性。

3.1.2 調(diào)控體系

根據(jù)上述原則，初步構(gòu)建城市集水區(qū)非點(diǎn)源污染調(diào)控體系，見(jiàn)圖2。

圖2 城市集水區(qū)非點(diǎn)源污染調(diào)控體系

對(duì)于調(diào)控等級(jí)和程序，根據(jù)國(guó)際經(jīng)驗(yàn)，調(diào)控等級(jí)越高，單位投資的污染調(diào)控效益越高，調(diào)控難度越小，可實(shí)施性越強(qiáng)，因此，非點(diǎn)源調(diào)控等級(jí)應(yīng)該遵循從“源-過(guò)程-匯”的順序，從高級(jí)到低級(jí)進(jìn)行。

從調(diào)控內(nèi)容而言，“源”調(diào)控主要關(guān)注從規(guī)劃和設(shè)計(jì)角度考慮水敏感性[11]，從而對(duì)城市規(guī)劃和場(chǎng)地設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)土地利用進(jìn)行調(diào)控，對(duì)雨水徑流實(shí)行減量、復(fù)用和再生；“過(guò)程”調(diào)控主要通過(guò)增加下凹式綠地面積，新建人工構(gòu)筑物來(lái)削減暴雨徑流污染物，通過(guò)改造合流制泵站，并對(duì)初期徑流納管處理；“匯”調(diào)控主要聚焦污染物排放的總量和濃度控制。

3.1.3 調(diào)控邊界沖突的解決途徑

有效綠地對(duì)非點(diǎn)源污染物的削減效應(yīng)顯著，被認(rèn)為是非點(diǎn)源污染調(diào)控的有效手段。對(duì)于城市集水區(qū)而言，近幾十年來(lái)，雖然綠地面積逐年增加，然而其有效綠地面積比例較低，難以發(fā)揮其對(duì)非點(diǎn)源污染物的削減效應(yīng)。增加有效綠地面積比例看似十分簡(jiǎn)單的問(wèn)題，實(shí)則是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，并涉及多部門(mén)管理，見(jiàn)圖3。環(huán)保水務(wù)部門(mén)出于非點(diǎn)源調(diào)控的目的，需要通過(guò)切斷路牙并降低綠地的高度來(lái)增加有效綠地面積比例；道路交通部門(mén)出于路面保護(hù)的目的，需要保留路牙；綠化部門(mén)出于保護(hù)現(xiàn)有植被群落的目的，不提倡改造既有綠地；環(huán)衛(wèi)部門(mén)出于解決建筑垃圾出路的目的，不提倡興建下凹式綠地；通信部門(mén)出于保護(hù)地下網(wǎng)線的目的，不提倡興建下凹式綠地。

建議從以下幾個(gè)方面入手來(lái)解決多部門(mén)管理邊界沖突：

（1）從管理層面。借鑒國(guó)外相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，由發(fā)展改革或建設(shè)交通等綜合部門(mén)與各利益相關(guān)部門(mén)成立協(xié)調(diào)和推進(jìn)委員會(huì)，進(jìn)一步明確管理邊界，劃清管理邊界，解決邊界沖突。

（2）從技術(shù)層面。借鑒國(guó)外相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，如澳大利亞水敏感城市設(shè)計(jì)中常用路牙缺口方式和不設(shè)路牙的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)有效綠地的增加[11]，可為我國(guó)路牙改造提供參考。

圖3 增加有效綠地所涉及的管理邊界沖突及解決途徑示意圖

（3）從規(guī)劃層面。從城市總體規(guī)劃、土地利用規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境規(guī)劃等規(guī)劃層面提出將有效綠地面積比例作為城市建設(shè)（尤其是生態(tài)城市建設(shè)）的控制指標(biāo)。

4 結(jié)論

（1）非點(diǎn)源污染調(diào)控等級(jí)越高，單位投資的污染調(diào)控效益越高，調(diào)控難度越小，可實(shí)施性越強(qiáng)，非點(diǎn)源調(diào)控等級(jí)應(yīng)該遵循從“源-過(guò)程-匯”的順序，從高級(jí)到低級(jí)進(jìn)行。

（2）有效綠地是指可接納客地徑流的綠地，主要包括下凹式綠地和地勢(shì)綠地等，是非點(diǎn)源調(diào)控的重要手段，需要借鑒國(guó)外路牙開(kāi)口的經(jīng)驗(yàn)，并通過(guò)綜合部門(mén)來(lái)協(xié)調(diào)解決增加有效綠地所涉及的管理邊界沖突。

[1]呂永鵬.平原河網(wǎng)地區(qū)城市集水區(qū)非點(diǎn)源污染過(guò)程模擬與系統(tǒng)調(diào)控管理研究[D].上海:華東師范大學(xué),2011.

[2]Johnes P.J.Evaluation and management of the impact of land use changeon thenitrogen and phosphorusload delivered tosurfacewaters:the export coefficient modelling approach[J].Journal of hydrology,1996,183(3-4):323-349.

[3]Gromaire-Mertz M.C.,Garnaud S.,Gonzalez A.,et al.Characterisation of urban runoff pollution in Paris[J].Water Science and Technology,1999,39(2):1-8.

[4]Lee J.H.,Bang K.W.Characterization of urban stormwater runoff[J].Water Research,2000,34(6):1773-1780.

[5]Chilton J.C.,Maidment G.G.,Marriott D.,et al.Case study of a rainwater recovery system in a commercial building with a large roof[J].Urban Water,2000,1(4):345-354.

[6]Ryan A.M.,Spash C.L.,Measham T.G.Socio-economic and psychological predictors of domestic greywater and rainwater collection:Evidence from Australia[J].Journal of Hydrology,2009,379(1-2):164-171.

[7]鐘春節(jié),呂永鵬,楊凱,等.國(guó)內(nèi)外城市雨水資源利用對(duì)上海的啟示[J].給水排水,2009,35(S2):154-158.

[8]Lü,Y.P.,Yang,K.,Che,Y.,et al.Cost-effectiveness-based multi-criteria optimization for sustainable rainwater utilization:A case study in Shanghai,Urban Water Journal[J].2012.DOI:10.1080/1573062X.2012.682591.

[9]程江,呂永鵬,黃小芳,等.上海中心城區(qū)合流制排水系統(tǒng)調(diào)蓄池環(huán)境效應(yīng)研究[J].環(huán)境科學(xué),2009,30(8):2234-2240.

[10]程江,楊凱,呂永鵬,等.城市綠地削減降雨地表徑流污染效應(yīng)的試驗(yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué),2009,30(11):3236-3242.MelbourneWater.WSUD engineering procedures:stormwater[M].Melbourne,Australia:CSIRO publishing,2005.