李小靜,李俊奇,戚海軍,孫昆鵬,宋瑞寧

(北京建筑工程學(xué)院城市雨水系統(tǒng)與水環(huán)境省部共建教育部重點實驗室,北京 100044)

城市雨水徑流熱污染及其緩解措施研究進展

李小靜,李俊奇,戚海軍,孫昆鵬,宋瑞寧

(北京建筑工程學(xué)院城市雨水系統(tǒng)與水環(huán)境省部共建教育部重點實驗室,北京 100044)

闡述了城市雨水徑流熱污染對受納水體的影響,尤其是對鱒魚、鮭魚等冷水魚的危害,分析了城市下墊面對雨水徑流溫度的影響,指出非滲透路面所儲存的大量熱量促使雨水徑流的溫度升高。綜述了國內(nèi)外城市雨水徑流熱污染效應(yīng)及雨水管理措施對徑流溫度影響方面的研究現(xiàn)狀,指出我國開展徑流熱污染研究及采取緩解措施的必要性。在對發(fā)達(dá)國家和我國的雨水管理措施緩解城市雨水徑流熱污染效果評析的基礎(chǔ)上,結(jié)合我國典型城市特點提出了緩解城市雨水徑流熱污染效應(yīng)的若干建議。

城市雨水;徑流;徑流溫度;熱污染;冷水魚類;雨水管理

溫度是水體的一個重要物理指標(biāo),水體溫度升高后,會對水生動植物的生存環(huán)境產(chǎn)生危害。水體的熱污染會加快化學(xué)反應(yīng)速率,促使細(xì)菌繁殖,降低水中溶解氧濃度。水生生物的新陳代謝、行為活動、酶的活性、繁殖行為以及食物鏈上的生命體等都會直接或間接受到水溫升高的影響,生活在冷水域的水生動物(如鱒魚、鮭魚等)對溫度尤為敏感。究其根源,流域水環(huán)境溫度的升高有自然因素和人為因素兩方面原因。自然因素主要為氣候變暖、河流形態(tài)改變、地表水匯入和河道遮陰植物消失等。雖然河流水溫隨季節(jié)和日常變化呈自然波動,但人為活動對其溫度升高也有很大的影響,如工業(yè)高溫廢水、發(fā)電站冷卻水等未經(jīng)處理排放后都會造成受納水體溫度上升。除此之外,由于人類開發(fā)利用土地使城市非滲透下墊面比例大幅增加,雨水徑流入滲量減少,濱水遮陰植物移除和城市熱島效應(yīng)的綜合人為因素,使城市雨水徑流所攜帶熱量也成為水體熱污染的另一重要來源[1-3]。隨著城市規(guī)模的不斷擴大,城市雨水徑流熱污染源對受納水體溫度升高的貢獻(xiàn)率在不斷加大。從整體來看,盡管工業(yè)排放的點源熱污染大多通過換熱等工藝得到緩解,但受納水體溫度激升的現(xiàn)象并未因此得到改善。因此,要想全面保護流域生態(tài)水環(huán)境,城市雨水徑流熱污染問題應(yīng)予以重視,并且有必要通過合理的場地開發(fā),人工模擬自然水文條件,采取有效的雨水綜合管理措施來控制因開發(fā)而導(dǎo)致的城市雨水徑流熱污染效應(yīng)和降低城市雨水徑流對受納水體的影響。為此,本文對城市雨水徑流熱污染效應(yīng)及相關(guān)的雨水管理措施對徑流溫度影響的研究進行綜述。

1 城市雨水徑流熱污染效應(yīng)及其污染來源

1.1 雨水徑流溫度對受納水體的影響

近年來,城市化加速發(fā)展帶來了諸多雨洪問題,其中除了受到廣泛重視的生態(tài)環(huán)境惡化、內(nèi)澇頻發(fā)、河道泄洪壓力大、地下水位大幅下降、城市下游受到洪澇威脅等問題以外,城市徑流污染受納水體的問題也十分突出。雖然城市雨水徑流中的沉淀物和化學(xué)污染物對水體的影響已引起重視,但往往忽視了受納水體溫度因城市地表徑流匯入而短時內(nèi)迅速升高的現(xiàn)象。James等[4]的研究表明,城市溫?zé)岬臑r青鋪裝形成的雨水徑流會引起受納河流溫度升高5℃,在極端條件下甚至高達(dá)10～12℃。據(jù)美國國家氣候資料中心的數(shù)據(jù)顯示,雨水排水管道出水的場徑流平均溫度(event mean temperature,EMT)為12℃(偏差±7℃),比作為冷水河流水源的地下水平均溫度8.3℃要高[5]。Herb等[6]研究發(fā)現(xiàn),在以下3種條件下雨水熱污染對受納水體的影響更為嚴(yán)重:①氣溫和露點溫度比河流水溫高的情況,如一些以地下水作為水源且其溫度比環(huán)境溫度低的河流;②降雨歷時短、強度大和降雨過程中同時出太陽的情況;③非滲透面積所占比例較大的匯水區(qū)域。

屋頂、路面、停車場、混凝土鋪裝等城市硬化地表均有高儲熱能力,降雨在其表面形成徑流的溫度會升高,從而排入受納水體后對水體造成熱污染。這種超過水體正常溫度水平的雨水徑流一方面直接對水生生物造成不利影響,如影響水生生物正常的產(chǎn)卵、生長及新陳代謝;另一方面熱污染引起水質(zhì)惡化而改變水生生物的生境,水體中溶解氧含量降低,水體富營養(yǎng)化進程加快,致病菌的數(shù)量增加,并且會加速水中重金屬的溶解和有機毒物的形成[7]。此外,研究表明城市雨水徑流溫度升高還會導(dǎo)致合流制溢流(combined sewer overflow,CSO)中氨的釋放量增加[8]。對于冷水魚類來說溫度是其生存的關(guān)鍵因素。鱒魚和鮭魚是許多國家和地區(qū)重要的垂釣魚和食用魚,一般棲息在較涼的淡水中,最適宜溫度為10～16℃,在所有魚類中它們對水溫變化最敏感。美國環(huán)境保護局制定的太平洋西北部州縣水體溫度導(dǎo)則中顯示,成年鱒魚和鮭魚的致死溫度為21～22℃(暴露時間為7 d),而冷水魚健康成長、產(chǎn)卵階段則需要更低的溫度[9]。在Rossi等瑞士學(xué)者進行的雨水溫度對棕鱒魚棲息地影響評估研究中,根據(jù)棕鱒魚所能承受的最大水溫變化,確定降雨初期徑流引起受納水體溫度的激增不得超過7℃[8]。

1.2 下墊面對雨水徑流溫度的影響

城市雨水徑流引起受納水體的熱污染與城市不透水面積增加有很大關(guān)系。一方面不透水面積導(dǎo)致洪峰流量增加、滲透量減少、匯流時間縮短,造成排入受納水體的徑流量在短時間內(nèi)激增;另一方面,在夏季,一些城市規(guī)劃區(qū)域由不透水地面占主導(dǎo)的熱島效應(yīng)明顯,不僅氣溫比城市周圍偏高,而且不透水鋪裝表面溫度較綠地等透水性地表的溫度要高很多。降雨產(chǎn)流過程中,大面積不透水鋪裝表面儲存的太陽輻射熱量轉(zhuǎn)移至地表徑流,溫度較高的雨水徑流排入受納水體將對冷水域生物的棲息環(huán)境造成危害。特別是以瀝青類材料鋪設(shè)的道路、停車場、廣場等,由于瀝青的熱導(dǎo)率和反射率低,大量太陽輻射的熱量蓄積在材料表層,徑流溫度呈現(xiàn)出短期內(nèi)迅速升高,之后隨降雨的持續(xù)逐漸降低的規(guī)律。

在夏季,由于瀝青混凝土表面與綠地在蓄積熱量和向雨水徑流轉(zhuǎn)移熱量的能力等方面存在明顯差異,非滲透表面所產(chǎn)生的徑流溫度要比草坪等自然滲透表面高很多。Thompson等[10]通過人工模擬降雨,對兩塊面積相近的瀝青路面與草坪的產(chǎn)流溫度特性進行了監(jiān)測比較,結(jié)果表明:降雨前瀝青路面的平均溫度達(dá)43.6℃,60 min的模擬降雨歷時中瀝青路面的溫度平均下降了12.3℃,這部分熱量絕大部分被徑流帶走;瀝青混凝土下墊面的初期徑流平均溫度高達(dá)35℃,直到降雨結(jié)束時平均溫度下降了4.1℃;與此相反,草坪地表在降雨前平均溫度只有23.3℃,降雨后草坪的平均溫度卻上升了1.3℃;草坪下墊面產(chǎn)生的徑流平均溫度也只有25.5℃,而且溫度在降雨過程中基本保持不變。通過計算證明瀝青路面徑流的熱量是草坪徑流熱量的3.6倍[10]。可見,大面積的瀝青路面產(chǎn)生溫度大幅變化的徑流一旦在短時間內(nèi)排入受納水體,將會對那些溫度波動適應(yīng)性差的冷水魚類產(chǎn)生威脅。因此,在有冷水魚分布的地區(qū)進行土地利用規(guī)劃時,同一匯水區(qū)域內(nèi)應(yīng)采用不透水面積與綠地相結(jié)合的形式,發(fā)揮綠地在緩解雨水熱效應(yīng)中的作用。

透水性路面由于其表面產(chǎn)流少或不產(chǎn)流及內(nèi)部滲流作用,它對雨水徑流熱污染也有改善作用。Barbis等[11]研究了表層鋪設(shè)多孔滲透鋪裝的滲濾床對徑流溫度的影響。采用多孔滲透鋪裝作為溫度緩解措施,將雨水徑流的熱量通過多孔滲透鋪裝傳導(dǎo)至底層的石灰?guī)r滲濾床,從而達(dá)到有效降低高溫徑流溫度的目的。Barbis團隊對位于賓夕法尼亞州的維拉諾瓦大學(xué)內(nèi)一個停車場地面(30m×9m)采用多孔滲透鋪裝進行了改造,其中一半采用可滲透水泥混凝土構(gòu)造,另一半采用多孔瀝清混凝土構(gòu)造,2009年夏季實測分析了9場雨水,結(jié)果顯示徑流出水平均溫度降低,溫度波動范圍縮小。分析其原因,滲透路面較為常用的材料是無砂混凝土和多孔瀝青,雖然這些材料的表面也會像普通瀝青一樣儲存太陽輻射的熱能,但其不同之處在于雨水徑流能夠穿過多孔滲透鋪裝滲入底部沒有受陽光直射的石料儲水層。底層石料的溫度比流經(jīng)表層的徑流溫度要低,二者因存在溫差而進行熱交換,使得徑流溫度降低。此外,透水性路面起到了大幅度減少徑流量和延遲洪峰的作用,也有利于緩解雨水徑流熱效應(yīng)。

2 國外雨水管理措施對緩解城市徑流熱污染的效果評析

目前,城市化對周圍水體的影響日益受到重視,其中,人為因素所帶來的水生生物棲息環(huán)境惡化已成為一個重要的研究課題,但大多數(shù)研究集中于水流流態(tài)、沉淀物及化學(xué)污染等方面。美國、加拿大、瑞士等發(fā)達(dá)國家已注意到由城市化引起的徑流熱污染是冷水魚類棲息地環(huán)境惡化的一個重要因素。一些生態(tài)和環(huán)境領(lǐng)域內(nèi)的學(xué)者研究了雨水徑流溫度對受納水體以及鱒魚等冷水魚類的影響,并提出了一些評估其影響的模型[2-3,12-13]。近幾年,才逐漸開展最佳管理措施(best management practices,BMPs)和低影響開發(fā)(low impact development,LID)對徑流溫度的影響研究[14-17]。

2.1 生物滯留措施對徑流溫度的影響

生物滯留措施是在地勢較低的區(qū)域種植植物,通過植物截流、土壤過濾滯留處理小流量雨水徑流的人工生態(tài)措施。生物滯留措施是BMPs及LID中一項將雨水滯留減排和景觀、綠化結(jié)合且適應(yīng)性很廣的措施。生物滯留措施能夠促進雨水滲透而減小徑流量,再加上飽和土壤的熱容較高且降低雨水徑流溫度的能力強,使其較雨水濕地和濕塘措施在一些水溫敏感區(qū)域減少徑流熱污染方面有很好的應(yīng)用前景。

在美國北卡羅來納州西部,Jones等[14]沿美國鱒魚棲息地進行了一項生物滯留區(qū)域?qū)搅鳒囟扔绊懙难芯俊?006和2007年夏季對4塊不同大小的生物滯留系統(tǒng)進行了監(jiān)測,結(jié)果表明,生物滯留措施能夠有效緩解徑流熱污染。生物滯留系統(tǒng)的土壤厚度、有效面積等設(shè)計參數(shù)是降低徑流溫度的關(guān)鍵。研究發(fā)現(xiàn),出水溫度與生物滯留系統(tǒng)的土壤厚度有關(guān),越深處出水溫度越低,Jones等[14]推薦生物滯留的最佳排水深度范圍為90～120 cm。此外,系統(tǒng)有效面積占匯水區(qū)域比例決定了進入生物滯留系統(tǒng)設(shè)計雨水徑流量,研究顯示這一比例較小的生物滯留系統(tǒng)(4％～7％)在出水口相對于入水口水溫的最高值和中位數(shù)都有顯著降低。相比之下,有效面積所占比例較大的生物滯留系統(tǒng)(11％～16％)由于出水量大幅減少對徑流最高溫度降低效果也同樣顯著,但出口溫度中位數(shù)降低幅度不如較小的系統(tǒng)明顯。

2.2 雨水濕地和濕塘對徑流溫度的影響

雨水濕地和濕塘均具有滯蓄減排雨水、削減峰流量、減輕對下游的侵蝕和生態(tài)凈化雨水等功能。Jones等[15]在鱒魚生存的溫度敏感水域研究了雨水濕地和濕塘對徑流溫度的影響,結(jié)果表明,由于雨水濕地和濕塘的水面溫度波動較大,一般出水口設(shè)在水面上層的雨水濕地、濕塘都不能起到降低徑流溫度的作用,甚至出現(xiàn)出水溫度高于進水溫度的結(jié)果,反而成為熱污染的來源。針對這一負(fù)面影響,Jones 等[15]提出并證實了經(jīng)雨水濕地或濕塘處理雨水后,與系統(tǒng)表層出水相比采用地下管道輸送會緩解溫度升高,水面以下的管道遮陰和熱傳導(dǎo)作用能夠顯著降低出流水溫。試驗表明,在水溫敏感區(qū)域,這些BMPs系統(tǒng)在實現(xiàn)去除沉淀物、營養(yǎng)物和重金屬目標(biāo)的前提下,能夠通過合理設(shè)計、優(yōu)化出水口構(gòu)造(塘或濕地底部設(shè)塑料穿孔管且周圍堆置卵石與出水管連接構(gòu)造見圖1)、種植浮葉植物以及采用地下管道運輸?shù)确绞綄嵛廴咀钚』?/p>

圖1 雨水濕地和濕塘底部出水口優(yōu)化構(gòu)造示例

2.3 平流式植物過濾帶對徑流溫度的緩解效果

Winston等[16]進行了平流式植物過濾帶(level spreader-vegetative filter strips,LS-VFS)對徑流溫度影響和熱負(fù)荷的研究,2008和2009年夏季監(jiān)測了兩個LS-VFS排水系統(tǒng)。雨水徑流分別經(jīng)過盲溝進入水平布水器分配至植物過濾帶處理,其中一個較小的植物過濾帶寬4 m、長7.6 m,且植被全部為草坪緩沖帶,另一個較大的植物過濾帶寬4 m、長15.2 m,其長度方向上前7.6 m為草坪緩沖帶,后7.6 m為樹木緩沖帶。研究結(jié)果顯示,兩個LS-VFS系統(tǒng)都明顯降低了徑流溫度的中位數(shù)和最高值。由于過濾溝寬度的增加和樹木遮陰的作用,15.2 m過濾帶出水溫度中位數(shù)和最高值略低于7.6 m過濾帶出水溫度。與主要依靠調(diào)節(jié)的雨水控制措施(如濕塘和雨水濕地)相比,LS-VFS能夠較明顯降低徑流溫度,可能是雨水與較冷填料基質(zhì)有一定接觸時間,以及初期溫度較高的雨水入滲的原因。

2.4 多種BMPs措施緩解效果對比

滯留塘(濕塘)、調(diào)節(jié)塘(干塘)、植草溝、生物滯留、卵石濕地都是BMPs中較為常用的措施。大部分BMPs系統(tǒng)設(shè)計時并沒有考慮降低熱污染效應(yīng),然而這些措施在收集和處理雨水徑流時也會對徑流溫度有所影響。Roseen等學(xué)者組成的新罕布什爾大學(xué)雨水團隊,在2005—2008年監(jiān)測了一系列采取BMPs雨水管理措施的徑流溫度,分析了其對雨水徑流溫度的影響及與已有環(huán)境指標(biāo)的關(guān)系[17]。初步研究表明,卵石床濕地對緩解徑流熱污染最有效,調(diào)節(jié)塘和滯留塘都會明顯增加徑流溫度。有水面直接暴露在陽光下的系統(tǒng)會使徑流溫度升高,但滲濾和過濾的處理系統(tǒng)通過與地下的低溫物質(zhì)發(fā)生熱交換能夠降低徑流溫度。處理系統(tǒng)的表面積越大水溫變化幅度越大,而地表以下結(jié)構(gòu)越大的處理系統(tǒng)緩解徑流溫度的作用越強。

目前,最為常用的雨水徑流溫度指標(biāo)是場徑流平均溫度,用來表示一場降雨全過程排放雨水徑流的平均溫度(見式(1)),與場降雨平均污染物濃度一并用于表達(dá)雨水管理措施的性能。Roseen等[17]提出了將河流7月平均溫度作為監(jiān)測指標(biāo)的觀點,雖然詳細(xì)的場徑流平均溫度能夠較為準(zhǔn)確地反映一個系統(tǒng)對徑流溫度的影響,但其測試過程花費過多時間和精力,監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)采取雨水管理措施的下游河流7月的平均溫度與其對徑流溫度影響有一定的相關(guān)性。因此,Roseen等[17]探討了評價系統(tǒng)運行狀況時引入河流7月平均溫度(mean July temperature)這個環(huán)境指標(biāo)[17]。

式中:TEM為場徑流平均溫度,℃;Cth為熱容,J/K; V為總徑流量,m3;T為徑流持續(xù)時間,min;t(t)為徑流瞬時溫度,℃;q(t)為徑流瞬時流量,m3/min。

3 國內(nèi)雨水徑流熱污染研究

目前,我國城市正經(jīng)歷歷史上規(guī)模最大、速度最快的擴張,城市化對周圍水體的影響會日益增大。我國許多城市內(nèi)河、水庫在夏季暴雨后常常出現(xiàn)水體溶解氧升高、藻類大量繁殖乃至嚴(yán)重的水華現(xiàn)象,并且大面積死魚的事件也時有發(fā)生,在其中一些事件中環(huán)保部門采樣監(jiān)測結(jié)果未檢出重金屬、氰化物等污染物,僅是河水中溶解氧低于漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。盡管雨水徑流溫度是否是一大誘因還需要進一步調(diào)查和研究,但在我國冷水魚分布的地區(qū)雨水徑流對受納水體溫度的影響應(yīng)予以重視。我國北起黑龍江,南至廣東,西自四川,東到江浙一帶的江河湖泊中均有鱒魚的分布,它具有很高的藥用、食用和垂釣價值。夏季城市地表匯集的高溫徑流排入冷水魚類的棲息水體,會對其產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的危害。然而,不僅是鱒魚等冷水魚類會受到雨水徑流污染的影響,在城市雨水受納水體中其他水生動物生存和市內(nèi)水體水質(zhì)也會受到不同程度的不利影響。為避免因雨水徑流排放而導(dǎo)致水域溫度升高、溶解氧下降、水體水質(zhì)惡化、魚類大面積死亡的現(xiàn)象,針對局部區(qū)域采取有效緩解徑流熱污染的保護性措施是有必要的。

我國GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定:人為造成的環(huán)境水溫變化應(yīng)限制在周平均最大溫升小于1℃[18]。這里所指的“人為”僅考慮了工業(yè)企業(yè)等溫?zé)釓U水的排放,卻忽視了“城市化”這一整體化的人為影響。面對城市雨水徑流污染如何實現(xiàn)“誰污染誰治理”,由此造成的損失又由誰來負(fù)責(zé),應(yīng)該意識到這一責(zé)任需要政府、開發(fā)商、業(yè)主以至于全民來共同承擔(dān),應(yīng)以雨水排放許可制度為核心,各地因地制宜地實施雨水管理措施。

我國在雨水管理措施對雨水徑流溫度影響的深入研究方面仍處于起步階段。戶園凌[19]在LID雨水系統(tǒng)綜合效益的分析研究中涉及LID雨水措施對雨水徑流溫度的影響,選取北京長河灣為研究對象,2011年8月分別在普通屋頂下、雨水花園出口、植被緩沖帶出口處監(jiān)測了雨水徑流溫度。結(jié)果表明,非滲透屋面匯流的雨水徑流有明顯的初期高溫效應(yīng),相比之下采取就地入滲型LID措施——雨水花園和植被緩沖帶的徑流溫度明顯低于屋面雨水徑流溫度。

北京建筑工程學(xué)院城市雨水系統(tǒng)與水環(huán)境生態(tài)技術(shù)研究團隊于2012年9月在深圳市光明新區(qū)開展了徑流溫度監(jiān)測試驗。監(jiān)測了牛山公園內(nèi)路面、河心北路混凝土路面和瀝青路面、濱河苑小區(qū)停車場(混凝土)、法政路瀝青路面、行政配套區(qū)36號路和38號路的共計5場降雨徑流溫度。由于深圳夏季日照時間長且太陽輻射強,降雨時地表和雨水徑流溫度較高。野外監(jiān)測表明,夏季瀝青和混凝土路面中儲存的熱量會向雨水徑流中轉(zhuǎn)移,降雨過程中瀝青路面和混凝土路面的徑流溫度(30.2～34.1℃)明顯高于路面溫度(25.4～32.0℃)和大氣溫度(22.7～29.4℃)。特別地,LID示范區(qū)36號路和38號路的行車道構(gòu)造為開級配瀝青(OGFC)的透水瀝青路面,道路兩側(cè)綠化帶為斜槽沉沙池與植生滯留槽的LID設(shè)施組合系統(tǒng)。雖然吸熱性能強的透水瀝青路面和混凝土沉淀池出水徑流溫度在30℃以上,但從徑流溫度隨降雨過程呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢,可以看出相對于傳統(tǒng)非滲透路面其初期熱污染效應(yīng)減弱,延緩了徑流升溫時間。同時,高溫的雨水徑流經(jīng)過植生滯留槽后出水溫度明顯降低,降雨后期約30min后系統(tǒng)出水溫度降至26.4℃。

我國大多數(shù)城市雨水徑流多以雨水管道或合流管道排泄,偏重于雨水快速排放,未曾注意過雨水徑流熱污染這一影響。目前,分流制排水管渠系統(tǒng)的設(shè)計原則要求盡量利用自然地形坡度,將雨水就近排入池塘、河流、湖泊等水體中,這將引起水體溫度激增,尤其是在夏季城市道路雨水徑流短時間內(nèi)排入水體時。雨污合流制系統(tǒng)在暴雨天時,部分雨水截留至污水廠處理,流量超過截流干管的設(shè)計輸水能力后,雨水?dāng)y帶混合污水直接溢流到就近的受納水體中。合流制溢流不僅會使混合污水中的污染物溢入水體造成污染,而且雨水徑流和生活污水所攜帶的熱量也一并傳輸至水體,是造成城市內(nèi)河等水體熱污染的潛在威脅。不同排水體制對徑流溫度的影響程度仍有待進一步監(jiān)測與分析。

4 我國城市雨水徑流熱污染緩解建議

LID雨水管理措施的集蓄利用、延時排放和滲透等功能是控制徑流熱污染的有效方式。21世紀(jì)初,我國相當(dāng)多的城市逐漸開始重視雨水利用及滲透,積極采取自然截流下滲、人工強化增滲、延時滯留與調(diào)蓄排放、初期徑流污染控制和合流制溢流污染控制等綜合性雨水管理措施。然而,在推行雨水管理措施的過程中,仍然因缺乏深入的技術(shù)研究和科學(xué)的實踐指導(dǎo)而面臨諸多問題。大量實際工程的實施證明,采取LID措施有利于城市徑流污染控制及防治城市內(nèi)澇,但在溫度敏感水域緩解熱污染效應(yīng)方面應(yīng)注意科學(xué)選擇LID設(shè)施類型。為此提出緩解我國城市雨水徑流熱污染的幾點建議:

a.城市場地開發(fā)時應(yīng)注意下墊面材料的選擇,減少城市非滲透表面所占比例,增加城市綠化面積,保護區(qū)域生態(tài)環(huán)境。推薦在公園、居民區(qū)及人行道等適宜地區(qū)采用多孔滲透鋪裝、透水瀝青路面、嵌草磚等透水路面,減少場地徑流外排量的同時降低城市下墊面平均溫度。此外,推薦采用綠色屋頂,避免采用瀝青等吸熱性能強的材料直接鋪設(shè)于屋面表層,同時可以收集屋面雨水。通過源頭生態(tài)措施模擬自然水文條件削減徑流量,可從根本上減少排入受納水體的徑流熱污染總量。

b.當(dāng)受納水體為溫度敏感水域時,保護自然濱水植物或人工種植植物以起遮陰作用,設(shè)計LID措施應(yīng)充分考慮它們對徑流溫度的影響,盡量選擇具有較強滲透功能的措施,如生物滯留、卵石濕地、植物過濾溝等,以利用其較大的地下結(jié)構(gòu)對高溫徑流進行冷卻。特別是高速公路匯集的高溫雨水徑流直接排入附近水體的情況,應(yīng)采用以上措施緩解高溫徑流對水體的污染。

c.對于濕塘、雨水濕地及多功能調(diào)蓄水體等具有水面寬闊特點的雨水管理措施,可通過合理設(shè)計系統(tǒng)深度和有效面積,優(yōu)化植物種植和出水口構(gòu)造,出口采用地下管道及底部鋪設(shè)卵石等改進設(shè)計,以抵消其因陽光照射而造成出水升溫的現(xiàn)象,從而達(dá)到緩解雨水徑流熱污染的效應(yīng)。

5 結(jié) 語

緩解城市雨水徑流熱污染也是徑流控制的重要方面。國外城市在選擇雨水管理措施時,已開始評價并重視其對雨水徑流溫度的影響,然而我國有關(guān)防治雨水徑流熱污染方面的研究還很少。采取有效的雨水綜合管理措施來控制城市徑流熱污染效應(yīng)和降低雨水徑流對受納水體的影響是非常有必要的。除加強技術(shù)手段之外,還要加大科研力度,不斷完善各項控制手段和措施,加強監(jiān)測與管理。同時,還要不斷完善城市雨水管理的政策法規(guī),逐步推行雨水排放許可等管制手段與經(jīng)濟激勵手段協(xié)同作用機制,充分發(fā)揮宣傳教育與示范引導(dǎo)的作用,提高技術(shù)人員和公眾的意識,多管齊下,協(xié)作共管,方可對包括熱污染在內(nèi)的徑流污染進行科學(xué)控制,維護城市生態(tài)水系統(tǒng)的健康。

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Advance in thermal pollution of urban rainfall runoff and its mitigation measures

//LI Xiaojing,LI Junqi,QI Haijun,SUN Kunpeng,SONG Ruining(Ministry of Education Key Laboratory of Urban Stormwater System and Water Environment,Beijing University of Civil Engineering and Architecture,Beijing100044,China)

The influences of urban runoff thermal pollution on urban surface water and cold-water fishes like trout and salmon were studied.The influence analysis of the urban underlying surface on the temperature of rainwater runoff showed that thermal energy absorbed and stored by urban impervious surfaces caused the temperature increase of rainwater runoff. The research status of the influence of runoff thermal pollution and management practices on runoff temperature were summarized and it is pointed out that it is necessary to study runoff thermal pollution and to take mitigation measures.Based on the effects of mitigation measures on urban runoff thermal pollution in developed countries and China,some suggestions are made for reducing rainwater runoff thermal pollution according to the characteristic of typical cities in China.

urban rainwater;runoff;temperature of runoff;thermal pollution;cold-water fishes;management of rainwater

10.3880/j.issn.10067647.2013.01.020

X52

A

10067647(2013)01008906

2012-04-28 編輯:熊水斌)

“十二五”國家科技重大專項(2010ZX07320-002);北京市人才強教深化計劃專項(PHR201106124)

李小靜(1988—),女,內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)人,碩士研究生,主要從事城市水環(huán)境系統(tǒng)研究。E-mail:lixiaojing19881015@163.com