上海城市景观绿地削减地表径流与其污染负荷的可行性研究

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1、摘要城市非点源污染已成为我国城市水体水质恶化的主要原因。利用城市绿地对城市雨水径流进行蓄渗和净化是控制城市非点源污染的一种简单有效的技术。为考察下凹式绿地在上海地区应用的可行性，本文在调查上海不同功能区城市绿地土壤入渗性能及其影响因素的基础上，根据上海地区近20年的降雨资料，应用概率分析方法评价了下凹式绿地对雨水径流的长期蓄渗效率。通过现场采样分析了上海公路雨水径流的污染特征，以上海市公路雨水径流为处理对象，进行雨水渗滤土柱试验，初步研究了利用以世博园区原状土配制人工土渗滤层用作下凹式绿地工作层的可行性。在此基础上，构建了不同基质以及不同结构的

2、模拟绿地渗滤装置，系统研究了相关装置对雨水径流的长期净化效果，并对雨水径流污染物在绿地渗滤系统中的环境行为及净化机制进行了探讨。上海市绿地土壤入渗特性及影响因素分析结果表明：①城市绿地土壤由于受人为活动和外来侵入体的影响，土壤物理性质发生了显著的改变，入渗率的变异非常大，大部分绿地土壤的入渗率偏低。研究区域内稳定入渗率属于慢和较慢的比例高达50％，较快的稳定入渗率只占l1．9％，低于较快入渗率的比例高达81o乞。②上海城市绿地土壤类型主要为粘壤土、砂质粘壤土以及壤质粘土三种类型，由于城市绿地土壤特性受人为因素影响较大，土壤质地不是造成绿地土壤入

3、渗速率显著差异的主要因素。③绿地土壤的容重、通气孔隙度以及绿地土壤剖面形态特征是影响绿地入渗性能差异的主要因素。④世博园区原状土壤入渗速率低，不利于下凹式绿地的应用，需采取相应的土壤改良措施以提高土壤的渗透性能。上海市利用下凹式绿地消纳径流的概率计算及应用分析结果表明：①在土壤入渗性能较差的上海地区，下凹式绿地对雨水径流仍有明显的长期削减效果。对于新建绿地，在土壤入渗速率为3×10击mm／$、在绿地下凹深度为50mm、绿化面积比为30％(即绿埘硬化面积比为3／7)的情况下，雨水径流量的长期削减效率可超过90％。②针对上海世博园区低土壤入渗速率、

4、高地下水位的特点，改良绿地土壤，采用“低绿地+下排水系统”和“低绿地+建筑废弃物储渗层”两种绿地结构，可有效地解决下凹式绿地的在上海世博园区适用性的问题。上海市内环高架道路雨水径流污染特征研究结果表明：①公路径流中COD。，摘要和悬浮固体的污染相当严重，明显高于国外发达国家的调查结果。②径流中溶解态氮、溶解态锌、溶解态铜和颗粒态磷、颗粒态铅是污染物输出的主要形态。③径流主要传输粒径小于2501．tm的颗粒物，特别是粒径<459m的颗粒不易被沉淀去除，在径流处理设施的选择中要特别地予以关注。④公路地表径流中重金属、总磷和COD。，的含量与TSS存

5、在明显相关性，高浓度的TSS是径流中重金属等污染物吸附的载体。不同渗滤介质处理公路雨水径流的研究结果表明：①低NH4+进水浓度条件下不同渗滤介质对N吖的吸附能力存在一定差异。在相关渗滤介质中，煤渣的吸附性能最好，原状土自身具有较好的NH4+吸附能力。栽培介质由于自身含有一定的NH4+，吸附效果较差，存在NH4+的的解吸现象，不宜直接作为绿地渗滤层的改良材料。②世博园区原状土经不同的材料改良后，渗透性能显著提高。其中以木屑的改良效果最为显著，其后依次为石英砂、煤渣、园林改良材料。③原状土和人工土渗滤系统都能有效地削减城市路面径流的污染负荷。在一定

6、滤层深度范围内，渗透净化效果与渗滤层深度呈正相关。考虑到上海地区地下水位较高的实际情况，绿地雨水渗滤设施的设计中，土壤渗滤层厚度以选择0．5m为宜。对绿地渗滤系统结构及其净化路面径流的效果与机理的研究结果表明：①不同结构的人工模拟绿地对径流污染物均具有较好的净化效果，并表现出良好的耐冲击负荷能力。模拟绿地COD。，的去除率大多都在60‰80％；NI-h+-N出水浓度多数在1．30mg／L以下，去除率基本在50％,-．-70％：N02"-N去除率大多都在80％"-'90％，出水浓度基本在0．1mg／L以下；TN去除率大多在45％--,70％；TP

7、的出水浓度范围为0．036～0．131mg／L。②下设有原状土层的绿地(结构2#)由于在渗滤层的底部形成了饱水层，TN和N03。-N出水效果明显好于未设有原状土层的绿地(结构l#)。在下方设有原状土层的绿地中，通过添加木屑等有机改良材料提供了电子受体，可以使原来主要通过扩散机理迁移的硝态氮迅速减少，阻碍硝态氮向深层土壤中迁移，有效地减轻或者避免对地下水的污染。③除部分重金属、COD盯和亚硝氮外，经绿地渗滤后的径流出水浓度大大低于上海地区浅层地下水的背景值，部分指标甚至与上海地区浅层地下水的本底值相当，采用下凹绿地促渗不至于明显加重浅层地下水的污

8、染。④降雨(进水)前后绿地表层土壤有机质变化较为显著。雨后l"--5d土壤有机质含量降低幅度最大，对应时段微生物对污染物降解能力最强：7d之后表层土壤