植草沟在城市面源污染控制系统的应用

Abstract U rban non-po int source po llut ion contro l from stormw ater runo ff has been g iven sign ificant attent ions. P racticesw ere deve loped and im p lem ented to control and attenuate runo ff pollution loads into rece iv ing w aters. G rassed sw ales are one of a number of landscape-and g rading-re la ted BMP s that prim arily use bilf iltrat ion and lim ited inf iltra tion to rem ove pollutants. Its particular introduction on concep,t design m ethod, design criteria, m aintenance and design exam plesw as g iven. W hen properly incorporated into an overa ll site design, grassed sw a les can be applied as substitute of convent iona l p ipe w ork.
植草沟实验发现, 植草沟对污染物的去除率与植草 重力流排水通畅, 并且避免对坡岸的冲蚀; º 植草
沟长度 有 关。 30 m 的 植 草 沟 对 SS 的 去 除率 为 沟的平面布置和服务汇水面积划分时尽量使植草沟
60% , 碳 氧 化 合 物 去 除 率 为 50% , TP 去 除 率 为 内的降雨径流量均匀分配; » 植草沟的高程布置应
进措施会增加径流在特定区域的停留时间, 因此在 状、确定植草沟坡度、粗糙度及断面尺寸, 通过曼宁
控制堰或拦截坝旁侧开设小口排水, 从而增加了径 等式计算植草沟水流深度、流量及植草沟长度, 曼宁
流和植草沟的沉淀和渗透过程。其他提高植草沟污 等式表示为:
33 6
环境 工程学报
第 2卷
21
Q2 =
V
@A =
F ) ) ) 汇水面积 ( 104m2 );
沟的活动 [ 15] 。
q) ) ) 设计暴雨强度 ( L / s# 104m2 )。
在植草沟设计中, 加设控制堰或拦截坝可改进 31113 植草沟水力计算 [ 17]
污染物的去除效率 [ 10] 。由于控制堰或拦截坝等改
根据工程实际情况和经验数据, 选择植草沟形
摘 要 暴雨径流造成的 城市面源污染已引起广泛重视, 为控制和削减进入受 纳水体的径流污 染负荷, 各种技术 措施 得到发展, 植草沟便是其中之一。植草沟是景观型地表沟渠排水系统, 从植草沟定义、类型、设计计算、参数确 定、运行 维护 及应用实例方面作了 较详细介绍。植草沟在条件合适时可代替传统的雨水管道, 具 有很好的推广应用前景。
染物去除率的改进措施包括恰当的长度、较小的坡
度或阶梯式边坡的设计, 改良土壤的渗透性, 延长径 流与植物的接触时间等。
表 1 植草沟对径流污染物的去除效率 [13, 16]
T ab le 1 Removal eff ic iency of runoff pollu tan ts
by grassed swa le s
于城市排水发展计划, 其中多种技术措施根据现场
根据地表径流在植草地沟中的传输方式, 植草
条件分散和集中组合应用, 控制和削减进入受纳水 沟分为 3种类型: 标准传输植草沟 ( standard convey-
体的径流污染负荷 [ 9] 。植草沟便是 其中的一种技 ance sw ales)、干植草沟 ( dry sw ales)和湿植草沟 ( w et
到 46% ~ 67% 。
沟的布置与周围环境相协调, 充分发挥景观效应。
此外, 干植草沟的污染物去除率明显优于标准 31112 植草沟设计流量确定
传输植草沟和湿植草沟 (表 1) 。标准传输植草沟较
进入植草沟系统的降雨径流量:
湿植草沟的重金属去除率高。湿植草沟有溶解性磷
Q 1 = 7 qF @ 10- 3
K ey w ord s g rassed sw ales; non-po int source po llut ion; design
1 植草沟技术概述
地处理系统, 应用区域包 括居民区、商业区和工业 区。路旁的植草沟可以代替传统的雨水口和排水管
目前, 暴雨径流造成的城市面源污染已引起国 际社会的高度重视 [ 1] 。自 20世纪 80年代以来, 美 国和欧洲一些国家开展了较大规模研究, 发现城市 面源污染的一些规律 [ 2 ~ 4 ] 。在这些研究的基础上,
网, 由于植草沟中的污染物可见, 因此植草沟代替传 统地下排水系统, 从根本上解决了传统雨水和污水 管道混接和乱接的问题, 通过恰当的管理措施, 有效 控制及处理径流传输过程以及进入受纳水体前的污
美国对城市和农村的面源污染控制提出了 / 最佳管 染物。植草沟作为 BM P 或 SUDS的重要组成部分
AR 3 n
i2
n1 ) ) ) 反映植草沟不规则程度的系数;
( 2)
n2 ) ) ) 反映植草沟断面变化的系数;
R
=
A P
( 3)
n3 ) ) ) 与植草沟控制堰或污染物拦截设置有关 的系数;
式中: Q 2 ) ) ) 植草沟计算径流量 (m3 / s); V) ) ) 雨水在植草沟断面的平均流速 (m / s); A ) ) ) 植草沟横断面面积 (m2 ); R ) ) ) 横断面的水力半径 ( m ); i) ) ) 植草沟纵向坡度 ( m /m ); n) ) ) 曼宁系数; p ) ) ) 湿周 (m )。 植草沟的长度为:
( 1. R esearch C enter for Eco-Env ironm en tal Sciences, C h inese A cadem y of S cien ces, B eijing 100085; 2. School of Environm en t and E nergy Engineering, Beijing In stitu te of C ivil Engin eering and A rch itecture, B eijing 100044 )
理 措 施 ( best m anagem en t practices, BM P s ) 0 方 和其他措施联合运行, 在完成输送功能的同时满足
案 [ 5, 6] , 英国完成了 / 可持续排水系统 0 ( sustainab le 雨水的收集及净化处理的要求。
drainage system s, SU DS ) 设计 [ 7, 8] , 两者都 广泛应用 1. 2 植草沟类型
关键词 植草沟 面源污染 设计
中图分类号 X506 文献标识码 A 文章编号 1673-9108( 2008) 03-0334-06
Application of grassed swales in urban non-point source pollution control
L iu Y an1 Y in Chengqing1 CheW u2
统。地表径流以较低流速经植草沟持留、植物过滤 和渗透, 雨水径流中的多数悬浮颗粒污染物和部分 溶 解 态 污 染 物 有 效 去 除 [ 10] 。植 草 沟 在 BM P 或 SUDS措施中可应用在源 头、污染物 传输途径和就
基金项目: 天津市科技创新专项资金资助项目 ( 06FZZD SH 00900) 收稿日期: 2007 - 09- 04; 修订日期: 2007- 12 - 11 作者简介: 刘燕 ( 1976~ ), 女, 博士 后, 主要 从事 水污染 控制与 水生
(% )
标准传输植草沟 干植草沟 湿植草沟
T SS
68
93
74
TP 溶解性 P
29
83
28
40
ห้องสมุดไป่ตู้
70
- 31
TN
NO
b x
(
硝酸氮,
亚硝酸氮
)
Cu
N /D - 25 42
92
40
90
31
70
11
Zn 细菌
45
86
33
-
-
-
2 植草沟对典型面源污染物的去除
3 植草沟设计
当降雨径流流经植草沟时, 经沉淀、过滤、渗透、 在城市面源污染控制系统中, 植草沟的设计应
持留及生物降解等共同作用, 径流中的污染物被去 尽可能增加持留、渗透、传输和净化雨水能力, 因此 除。表 1为不同类型 的植草沟对污 染物的去除效 设计主要涉及水力计算和满足水质 净化功能两部
率, 由表可知, 植草沟可以有效地减少悬浮固体颗粒 分, 同时考虑水文、土壤及植物类型等因素。 和有机污染物及金属。W ig ington等 [ 12] 对高速公路 3. 1 植草沟设计步骤
植草沟研究表明, 初期径流金属污染物浓度很高, 经 31111 植草沟的布置
植草沟后, 多数 金属在植草沟 表层 5 cm 土壤中沉
植草沟的布置遵循如下原则: ¹ 平面规划和高
积。 R eeves[ 13] 在对华盛顿州长度为 30 m 和 60 m 的 程设计与自然地形充分结合, 保证雨水在植草沟中
45% , 金属去除率为 2% ~ 16% , 当植草沟长度增加 考虑节省工程造 价, 并做 相应的土方平 衡计算; ¼
到 60 m 时, SS去除率增加 20% , 碳氢化合物去除率 植草沟的设置需考虑与其他 BM P 措施协同净化雨
增加 25% , TP 去除率下降为 30% , 金属去除率则达 水及径流量调节, 保证各措施的合理衔接; ½ 植草
第 2卷 第 3期 20 0 8年 3月
环境 工 程学 报
Ch inese Journal of Env ironm enta l Eng ineering
V o l. 2, N o. 3 M ar . 2 0 0 8
植草沟在城市面源污染控制系统的应用
刘 燕1 尹澄清1 车 伍 2
( 11 中国科学院生态环境研究中 心, 北京 100085; 21 北京建筑工程学院环境与能源工程学院, 北京 100044)
术措施, 在许多发达国家, 它被广泛地用于城市径流 sw a les) [ 11] 。标准传输植草沟是指开阔的浅植物型
面源污染控制系统。
沟渠, 它将集水区中的径流引导和传输到 BM P 的其
1. 1 植草沟定义
他处理措施; 干植草沟是指开阔的、覆盖着植被的水
植草沟是指种植植被的景观性地表沟渠排水系 流输送渠道, 它在设计中包括了由人工改造土壤所
( 1)
释放, 但其原因尚未清楚 [ 13, 14] 。 3 种植草沟对细菌 式中:
输出的原因也有待探索, 目前对其解释一种可能是
Q 1 ) ) ) 设计降雨径流量 ( m3 / s);
植草沟的环境有利于细菌繁殖; 另一种可能是研究
7 ) ) ) 综合径流系统, 其数值小于 1;
未考虑细菌的其他来源, 如当地的饲养宠物在植草
3种类型植草沟 都可应 用于乡 村和城 市化地 区, 由于植草沟边坡较小, 占用土地面积较大, 因此 一般不适用于高密度区域。标准传输型植草沟一般 应用于高速公路的排水系统, 在径流量小及人口密 度较低的居住区、工业区或商业区, 可以代替路边的 排水沟或雨水管道系 统。干植草沟 最适用于居住
区, 通过定期割草, 可有效保持植草沟干燥。湿植草 沟一般用于高速公路的排水系统, 也用于过滤来自 小型停车场或屋顶的雨水径流, 由于其土壤层在较 长时间内保持潮湿状态, 可能产生异味及蚊蝇等卫 生问题, 因此不适用于居住区。
L = 60Q 2 t /A = 60Vt 式中:
态修复研究工作。 E-m ai:l l iuyan720@ 126. com
第 3期
刘 燕等: 植草沟在城市面源污染控制系统的应用
3 35
组成的过滤层, 以及过滤层底部铺设的地下排水系 统, 设计强化了雨水的传输、过滤、渗透和持留能力, 从而保证雨水在水力停留时间内从沟渠排干; 湿洼 地与标准传输沟系统类似, 但设计为沟渠型的湿地 处理系统, 该系统长期保持潮湿状态。