EMC体育20载磨一剑：滨海城市地表径流污染研究

　　EMC体育滨海城市位于海陆交错带上，入海河口和天然海岸线以滩涂、沙滩、礁石为典型形态。

　　随着滨海地区城市化，自然海岸线、沙滩浴场和滩涂湿地、近岸湿地不断被蚕食。城市扩张过程中，搬山填海、挖砂吹填、土石方工程等不同程度地改变了滨海地区的地形地貌特征，包括竖向高程等非自然属性的巨大变化。滨海城市的逐步发展、扩张和城市功能及性质的演化过程中，各种水问题逐步暴露且难以应对。除了水文气象学范畴的热岛效应、降雨时空分布、潮汐顶托、台风增水、盐水楔上溯等自然现象的变化外，滨海城市还面临洪潮灾害、环境恶化、水资源短缺和生态系统退化等等一系列与水相关联的问题。

　　防洪(潮)压力主要反映在滨海城市竖向高程与设计频率下的洪(潮)水面的不协调，河口水面线的壅高，涝区范围的扩大以及溢流通道限排，甚至“高水低排”现象加剧涝区水灾。水文学意义上的各种参数随着城市不断演变过程而变化，地表硬化和管渠化，汇流时间缩短，城市河流洪峰时间随之提前且流量增大。

　　滨海地区水系、湿地、海湾的填埋以及亚热带地区红树林面积的快速减少，致使河口、水系纳潮交换能力和抗拒台风暴潮的自然能力不断衰退，导致自然海岸线的侵蚀和人工岸线的安全隐患增大。

　　气象学意义上的恶劣现象，如温室效应带来的海平面上升、厄尔尼诺现象带来的台风暴潮、大面积高强度降雨与朔望水文高潮的遭遇频发、上溯潮能和下泄洪峰在河口地区的能量堆积，使得滨海城市的城市规划和防御体系不可或缺。滨海城市水环境问题的主要成因，与元凶。“先污染后治理”使地表径流污染加剧，几乎成为城市化进程的套路，无一幸免。

　　滨海城市水污染与内陆城市的差异，主要表现在河口感潮河段的地表污染随潮涨潮落往复回荡，更易富营养化。海湾和近岸海水对污染负荷，尤其对 TN、TP 的敏感度，也成为赤潮频发的真凶。无穷的海水并不能代表近岸海域的稀释自净能力。同样，水质标准的尾水排放于河流，也许可近岸排放而随水流迅速掺混得到稀释，而滨海地区的海洋放流则需远距离深海排放，一定水深的混合区、烟羽区，是污染物稀释扩散、维持低浓度、保障海中生物、微生物赖以生存的起码要求。

　　城市排水系统合流制和分流制的优劣之争EMC体育，激发了人们对排水系统和旱季、雨季不同时段水质、污水厂入厂水质，以及尾水排放标准的关注。各种截污系统截污流量、截污口限流措施、混流污水的调蓄措施与各种水处理手段应运而生。滨海城市截流系统所不同的是还要面临潮起潮落的海水倒灌问题，包括污水厂进水浓度波动问题以及含盐量超标问题。河口潮流界内水面与陆域地面高程相差无几时，合流制的沿河截污口面对海水倒灌和雨季排涝的双重问题，从这一点思考，分流制排水系统在滨海城市规划和建设是优先选项。而之前，合流制低级别处理、深海海洋处置曾在滨海城市风靡一时。

　　沿河截污、总口截流和深层排水隧道的应用，对人口高密度、建筑高密度城区已形成的合流制体系的合流污水、初期雨水的截流、收集、转输并集中处理是治理地表径流污染行之有效的方法，这些灰色设施与当前推行海绵城市建设所倡导的低冲击开发模式并不矛盾，而是相辅相成。末端治理与源头控制并举，才能从根本上解决城市建成区，尤其是旧村旧城的水污染问题。

　　深层排水隧道的提出，显然是迫于无奈，形成的“低水低排”通道，很好地解决了滨海老城区“高水低排”问题EMC体育，以及低洼地带免受高区泄洪和潮水顶托双重压力。深层排水隧道本身的调蓄容量加以利用，可使一定数量初雨水得到有效收集、调蓄、有效处理。

　　入海河口地区以及河网区，一方面具有高生物多样性和高初级生产力的特征，另一方面又面临拦门沙发育、浅滩发育，使口门不断延伸，甚至阻塞航道。城市建设需大量取沙，潮汐顶托，盐水楔上溯距离越来越大，不仅仅影响农业灌溉和地下水，还直接关系到滨海城市的城市水源。澳门、珠海、中山、广州、东莞等珠三角城市水源取水点均受到严重影响，无一例外。

　　滨海城市的迅猛发展，大量的围海造地，直接冲击河口湿地和滩涂湿地。以深圳福田红树林自然保护区为例，该区湿地面积减少148hm 2 ，占保护区面积的 48%。某市滨海路的建设，大面积侵占了天然的沙滩和礁石岸线，遭到“黑格比”台风侵蚀。

　　据统计，水污染、光污染和噪声污染使福田自然保护区陆鸟种类减少了 36%，数量减少了 34.7%，珍稀陆鸟减少了 38.5%，珍稀水鸟减少了 54.4%。

　　目前滨海城市的水污染问题受到高度重视，当城市点源逐步得到有效治理的同时，城市面源污染成为地表径流污染的主要来源，是时候重视这个问题了。城市点源的控制技术以及污水厂的处理工艺日趋成熟，而地表径流污染的质与量均随降雨大幅波动，其控制技术涉及物理、化学、生物学的方法、技术和生态学原理，无论是从量化指标到系统工程以及综合、复合技术层面，都要复杂得多。本书大量的技术探讨正说明这一点。

　　滨海城市地表径流污染问题是当下更紧迫、更持久地需要我们研究的问题。这涉及对各种非常规的、非传统的水环境问题的理解，以及各阶段治理目标、多元化的理念和思路。

　　《水污染防治行动计划》(简称“水十条”)作为水污染治理的纲领性文件的出台，一方面会使各级政府、环保产业领域高度重视，另一方面会刺激地面径流污染控制和治理技术的创新和发展。可以相信，“水十条”会大力推动我国地表径流污染治理进程。

　　本文摘编自《滨海城市地表径流污染研究与控制实践》一书，内容有删减，标题为编者所加。微信封面图片来源：Pexels，摄影Fabian Wiktor。

　　本书总结了著者近20年来从事滨海城市非点源污染研究与控制、初雨水截流、河口环境与生态修复等方面的基本方法与工程实践。

　　从事给排水科学与工程、水利工程、城市水利、环境科学与环境工程、城乡规划、园林、水文、生态、农业、气象等专业的研究生、科研人员、工程技术人员、管理人员以及大专院校师生等。

　　目录上篇 滨海城市地表径流污染研究与控制实践(研究篇)第1章 绪论 31.1 滨海城市水污染治理回顾 31.2 滨海城市受纳水体特征及污染状况 31.2.1 河口 41.2.2 海湾 81.2.3 近年来滨海城市受纳水体污染状况 101.3 滨海城市地表径流污染研究与控制的重要意义 131.3.1 研究背景 131.3.2 研究意义 151.4 国内外研究进展 171.4.1 国内外城市雨水径流水质概况 171.4.2 国内外雨水径流污染研究进展及趋势 191.4.3 降雨径流污染模型化研究进展 251.4.4 城市雨水径流污染控制与管理的研究进展 44第2章 滨海城市(深圳)地表径流污染研究概述 692.1 研究内容 692.2 研究思路 692.3 研究技术路线 滨海城市(深圳)地表径流污染研究方案 712.4.1 研究对象 712.4.2 基本步骤 732.4.3 水质监测指导原则 732.4.4 径流采样方法 732.4.5 降雨及场次 752.4.6 水质监测指标 752.4.7 水文监测指标 752.4.8 监测频次 762.4.9 取样、仪器与测试分析方法 762.4.10 数据及模型分析 772.4.11 径流初期效应识别 772.4.12 初期雨水截流 772.4.13 外业监测风险应对措施 782.5 滨海城市(深圳)水环境特征与地表径流污染概况 782.5.1 滨海城市(深圳)环境特征 782.5.2 深圳城市地表径流污染概况 84第3章 滨海城市(深圳)地表径流总污染特征 893.1 采样点基流分析 893.2 地表径流流量的特点 893.2.1 城市径流发展一般规律 893.2.2 各采样点径流实测流量分析 903.3 城市地表径流总污染的浓度特征 963.3.1 浓度汇总 963.3.2 径流总污染过程线 径流污染浓度峰值与流量峰值 1123.3.4 各污染浓度的相关性分析 1123.3.5 深圳市五个采样点地表径流污染浓度特点 1133.4 地表径流的总污染负荷特征 1143.4.1 降雨场次污染负荷与基流污染负荷贡献率 1153.4.2 年污染负荷 1263.4.3 深圳市地表径流污染负荷特点 127第4章 降雨污染统计分析 1284.1 事件平均浓度的定义 1284.2 事件平均浓度研究概述 1284.3 深圳市暴雨径流事件平均浓度 1314.4 EMC对比分析 1334.5 降雨事件EMC统计分析 1344.5.1 福田河流域研究区域EMC统计与验证 1374.5.2 深圳市研究区域EMC统计与验证 139第5章 暴雨径流污染模型 1445.1 模型概述 1445.2 深圳城市径流SWMM模型 1495.2.1 研究区域地表径流模型的建立 1495.2.2 SWMM模型评估 1595.3 污染负荷与降雨参数数学模型 1615.3.1 模型表达 1615.3.2 模型计算资料 1625.3.3 模型参数敏感性分析 1625.3.4 模型参数率定 1635.3.5 模型验证 1645.3.6 模型讨论 1675.4 滨海地区排涝模型的构建思路及案例分析 1695.4.1 滨海地区排涝模型概述 1695.4.2 滨海地区排涝模型构建思路 1725.4.3 滨海地区排涝规划案例分析 174第6章 径流总污染的初期效应与截流 1806.1 初期效应概述 1806.1.1 初期效应概念 1806.1.2 初期效应研究概述 1826.2 径流初期效应研究 1856.2.1 MFFn值识别初期效应 1856.2.2 动态EMC法 1906.3 初期雨水截流 1946.3.1 定量化初期雨水污染物质量去除率 1966.3.2 初期雨水及截流时间 1986.3.3 初期雨水降雨历时和初期雨水截流量 198下篇 滨海城市地表径流污染控制方法与实践(工程篇)第7章 城市非感潮河流区域径流污染截流控制方法与实践 2057.1 截污工程概述 2057.1.1 截污工程概述 2057.1.2 截污工程控制策略 2117.2 深圳市截污工程的实践 2127.2.1 深圳沿河截污系统建设现状 2127.2.2 排水体制及截污系统的关系论述 2137.2.3 两套污水系统的功能定位及近远期调度 2137.2.4 初期雨水定义 2147.2.5 水质闸门在工程上应用和实践 2147.3 初雨水调蓄池方法与实践 2177.3.1 初雨水调蓄池概述 2177.3.2 初雨水调蓄池必要性 2257.3.3 初雨水调蓄池型式及应用 2257.4 基于海绵城市的明沟系统 2267.4.1 排水系统的发展历程和解决思路 2267.4.2 几种常见类型排水系统的特点 2287.4.3 明沟排水的优势 2307.4.4 明沟系统实施策略 2317.5 初雨水蚝壳生物自然处置新技术 2437.5.1 初期雨水常用处理工艺 2437.5.2 蚝壳生物处理技术 247第8章 感潮河流污染控制方法与实践 2528.1 感潮河流污染控制研究进展与概述 2528.1.1 感潮河流研究概述 2528.1.2 感潮河流污染控制总体思路 2528.2 红树林湿地系统 2598.2.1 红树林湿地系统概述 2598.2.2 红树林湿地对地表径流污染的削减 2598.3 深圳福田凤塘河(潮汐河)治理 2608.3.1 背景 2608.3.2 凤塘河口水质状况评估(工程前) 2618.3.3 技术方案 2628.3.4 实施效果 2678.4 广州南沙滨海新城金洲涌水环境治理方案 2698.4.1 河涌流域现状评估 2698.4.2 城市化背景下的水系治理方案 271第9章 海湾地表污染控制方法与实践 2759.1 海湾污染控制概述 2759.1.1 海湾污染研究概述 2759.1.2 海湾污染控制总体思路 2759.1.3 海湾水污染控制对策 2789.2 深圳市前海的水系污染控制规划研究 2799.2.1 前海大铲湾城市的水系整体规划思路 2799.2.2 前海新建填海区的城市水环境治理方案 2829.2.3 南山旧城区的海湾城市水环境治理方案 289第10章 深层排水隧道 29510.1 深层排水隧道的概述 29510.1.1 深层排水隧道的发展现状 29510.1.2 深层排水隧道的特点 29610.2 排涝规模确定 29710.2.1 计算工具及方法 29710.2.2 现状排水系统分析 30510.2.3 深隧系统方案模拟 31110.3 初雨水处理规模确定 31710.3.1 计算工具及方法 31710.3.2 初小雨截流规模分析 32310.4 典型构筑物系统设计 32510.4.1 浅层接驳系统 32510.4.2 浪涌控制及排气 327参考文献 332即刻购买本书