市政道路径流污染控制技术研究

黄更

摘要：初期雨水径流污染为水体的主要污染源之一，而市政道路初期雨水径流污染尤为严重，本文以控制市政道路径流污染为目标，研究了适合市政道路的初期雨水截流及径流污染控制措施，并对其应用前景进行了展望，研究成果可为初期雨水截流工程实施提供建议及参考。

关键词：市政道路；初期雨水；径流污染

1前言

城市初期雨水径流污染按下垫面主要分为屋面雨水、道路径流雨水和绿地径流雨水，其污染物浓度由高到低一般为路面＞屋面＞绿地[1]。Sansabne等[2]在研究路面雨水径流时发现，降雨初期形成的前20%的雨水径流中的污染物负荷占整场降雨的80%。因此研究市政道路初期雨水径流污染控制技术具有重要意义。市政道路径流污染物主要来源于尾气及轮胎产生的污染物，如轮胎耗损、汽油泄漏等，还包含防冻剂、除草剂、杀虫剂以及垃圾等。污染物成分主要为氮、磷、颗粒物、油类、重金属等。市政道路雨水径流污染物具有多样性、随机性、区域性等特点，不同城市的道路雨水径流污染物浓度水平存在较大的差异，但总的来说，COD、SS等都比《污水综合排放标准》规定的相关限值高[3]。

2径流污染截流方案研究

2.1 源头调蓄

在雨水口下层设置小型初期雨水调蓄舱。初期雨水首先进入调蓄舱，满水后经过溢流堰进入雨水管道。雨水降雨结束后，将储存的初期雨水放空至污水管道。考虑到雨水口多为串联，地势高差较大的区域容易使高低位的雨水口内部形成水头压差，低处雨水调蓄舱内的初期雨水受压易溢流至雨水管道。因此本方案适用于地形较为平坦的区域。此外调蓄舱清理难度大，运行管理繁琐。

2.2源头分流

设置分流式双舱雨水口，内部设置溢流堰。初期雨水首先跌落至初期雨水收集舱，接入初期雨水收集管道；后期雨水溢流入河。初期雨水管道调蓄容积等同于计算出来所需调蓄的容积，管道存满后水位上涨至溢流堰进入雨水管道，最终排入河道。存贮在管道内的初期雨水，降雨结束后进入污水处理厂处理排放。因调蓄管道小，易堵塞，清通难度大，亦不适用地势高差较大区域。

2.3中途弃流

在雨水管道中途设置截流井，将截流初期雨水直接弃流至污水管道或者接入调蓄池。截流的初期雨水较为彻底，适合雨水管道长，汇水面积大的区域。

2.4末端截流

在雨水管网末端设置截流井，将初期雨水首先截流至调蓄池内，调蓄池满水后，溢流雨水进入河道水系。初期雨水可实现集中处理排放，水质有保证。

末端截流作为一种简单的截流形式，工程上应用较多。

3径流污染控制技术研究

3.1科学规划合理控制

对新建及改造城区，应在规划阶段提出海绵措施的相关要求，结合当地气候、土壤、土地及水资源利用等条件，选取适宜本地的年径流总量控制率及低影响开发控制性要求。如国内某新区控制性详细规划中明确提出“年径流总量控制率达到85%，实现中小降雨100%的自然积存、自然渗透、自然净化。”、“道路广场年径流总量控制率不低于75%”、“坚持源头削减、中途控制与末端治理相结合，对雨水径流污染进行有效控制。”

3.2优化道路工程海绵城市设计

市政道路工程海绵城市技术措施主要包括透水铺装、下凹式绿地、溢流式雨水口等。结合国内北方地区某新建城区建设经验，研究适用市政道路的海绵城市设计方案。

（1）人行道透水铺装

人行道铺装采用全透水式路面结构，面层采用砂基透水砖。降雨初期人行道雨水可蓄存在透水砖内；随着降雨的增大下渗至地下，为了排除下渗的雨水，设置穿孔管（外包透水土工布）收集下渗雨水后分段就近接入溢流式雨水口内；降雨进一步增大，透水砖表面产生地表径流，雨水自流进入人行道绿化带中。

透水铺装适用区域广、施工方便，但存在堵塞的可能，寒冷地区有被冻融破坏的风险。

（2）下凹式绿地

在机非分隔带两侧侧石上沿道路纵向局部开孔，在分隔带内设置下凹式绿地，同时设置溢流式雨水口。

由于道路路面初期雨水水质差，北方地区存在融雪剂成分，抑制景观植物生长，且长期运行还存在污染物富集问题，因此需考虑控制部分初期雨水，避免直接进入下凹式绿地。为此，国内探索过多种工程措施，建议北方地区参照源头调蓄或分流方案，在侧石开孔处设置净化池（初雨舱），当净化池（初雨舱）满流后，再进入下凹式绿地内蓄积，待蓄积满后通过溢流式雨水口排入市政雨水管道。

下凹式绿地内需选择耐旱耐湿且适宜当地生长的植物，在物种选择上较为受限，尤其北方地区一般难以兼顾冬季景观效果。

（3）截污挂篮

雨水收水井设置截污挂篮，捕捉树叶、烟头、生活垃圾、悬浮固体等各种沉淀物。降低雨水管道及调蓄池负荷。

3.3强化初期雨水管道及调蓄池方案

为有效控制初期雨水径流污染，在雨水排放口处设置初期雨水截流干管，通过智能截流井将初期雨水截流至初期雨水调蓄池，调蓄池的放空时间可结合气象部门预报下一场雨来临的时间及下游污水管网的收纳能力灵活控制。初期雨水系统由截流井、截流管道、格栅、调蓄池等组成。市政道路径流污染控制工艺流程如下图：

截流井内设置调节堰门，降雨发生时，关闭堰门阻挡初期雨水直接排入河道，初期进入初期雨水截流干管，进入初期雨水调蓄池。当初期雨水调蓄池达到设计液位后，进水闸门关闭，截流井堰门完全开启，雨水排入河道。截流井内设置水质监测及液位监测装置，降雨初期对水质进行监测，根据水质选择性启闭进水闸门，可精准控制各汇流区域进入初期雨水调蓄池的初期雨水量，实现控制径流污染的最优运行模式。截流井另设置一套防倒灌堰门，用于防止河道常水位时河水倒灌。

初期雨水调蓄池需设置冲洗装置、除臭装置等，在国内已有很多工程实例，在此不再赘述。

4前景与展望

（1）随着初期雨水调蓄池工程在国内项目中的不断推广，相关规范及上位规划对其调蓄容积进行了初步规定，但其参数往往为经验值，对于有污染物负荷控制目标的地区来说难以实现目标量化。下一步应综合考虑当地降雨特征、初期雨水水质特征、受纳水体的环境容量、截流系统服务面积等因素，利用模型模拟[4]确定调蓄池有效容积。

（2）一个调蓄池往往接收多个截流井截流的初期雨水，受降雨不均匀性影响，距离调蓄池最近的截流区域往往截流至调蓄池的雨水量偏多，而远端截流量偏少，对区域径流污染控制造成不利影响。下一步应建立降雨径流模型，模拟降雨时径流过程，利用物联网、云计算、大数据等技术，实现精准的监测监管、智能管理和统一的指挥调度，确保调蓄池有效实现径流污染控制。

（3）为降低城市污水处理压力，可考虑将调蓄池内雨水采用无压旋流分离等技术手段处理后排放[5]，也可考虑将部分澄清液接入湿地处理，其余部分再排入城市水资源再生中心。

参考文献

[1]袁步先,张浏,郑西强,匡武.城市新区初期雨水污染控制技术探讨[J]. 安徽农业科学.Journal of Anhui Agri. Sci. 2015,43(19): 251－253,26.

[2] Sansalone J J,Buchberger S G. Partitioning and first flush of metals in urban roadway storm water. Journal of Environmental Engineering-ASCE,1997(2):134-143.

[3]廖雷.城市初期径流雨水水量与截流池容积计算方法的研究.湖南大学工程硕士学位论文,2015.

[4]潘羽.基于SWMM的分流制系统初期雨水调蓄池调蓄能力研究. 重庆大学硕士学位论文,2015.

[5]朱红生.城市道路初期雨水截流与处理技术研究.清华大学工学硕士学位论文,2016.