基于低影响开发的城市非点源污染控制技术及其相关进展_沈珍瑶

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收 稿 日 期 :2012-06-23 编 辑 :刘 江 霞 基 金 项 目 :国 家 杰 出 青 年 科 学 基 金 项 目 (51025933) 作者简介:沈珍瑶(1967— ),男,教授,博士生导师,主 要 从 事 流 域 非 点 源 污 染 控 制、流 域 水 环 环 境 管 理 等 方 面 研 究 工 作。E-mail:
城市化是世界经济飞速发展的源动力之一。近 年 来 ,城 市 土 地 利 用 结 构 剧 烈 调 整 ,不 透 水 面 积 不 断 增 加 ,由 此 一 定 程 度 上 加 剧 了 城 市 水 资 源 短 缺 、城 市 雨洪灾害和水环境污染等问题 。 [1] 随着国内外 工 业 污染和城市生活污 染 控 制 水 平 的 提 高,非 点 源 污 染 对城市水环境质量 的 影 响 日 益 彰 显,已 成 为 城 市 水 体水质恶化 的 主 因 。 [2] 美 国 的 长 期 监 测 资 料 显 示, 城市下游水 体 中 84% 以 上 的 污 染 物 来 自 于 城 市 地 表径流[3]。如何对城市非点源污染进行有效控 制 已 成 为 环 境 保 护 、水 利 工 程 、城 市 规 划 、市 政 工 程 、景 观 设计等专业人员必须重视的一个重大课题 。 [4] 降 雨 是城市非点源污染 的 直 接 驱 动 力,对 降 雨 形 成 的 径 流和城市下垫面的相互关系进行系统深入研究是城 市非点源污染控制的核心和关键 。 [5] 目前国内 绝 大 多数城市对于城市降雨径流仍以防洪排涝控制为主 导 思 路 ,以 简 单 、直 接 的 方 式 将 雨 水 汇 入 城 市 管 网 系 统,这样做无疑增加 了 城 市 管 网 和 污 水 处 理 厂 等 城 市基础设施的压力。如何解决好雨水排放和非点源 污 染 控 制 的 矛 盾 ,降 低 城 市 污 染 控 制 的 经 济 成 本 ,将 是我国未来城市化进程面临的重大课题。
第 31 卷 20 1 2年
第5期 9月
地质科技情报
Geological Science and Technology Information
VSoelp.3.1 2N0o1.52
基于低影响开发的城市非点源 污染控制技术及其相关进展
沈珍瑶,陈 磊,谢 晖,马 颖,冯 潇,魏国元
图1 传统雨水处理方式(实线)和 LID 雨水综合管理模式(虚线) Fig.1 Traditional stormwater treatment system and low impact development system
从国内外的情 况 来 看,城 市 非 点 源 污 染 控 制 往 往涉及到城市规 划、市 政 工 程、景 观 设 计 等 多 学 科, 是一个庞大的系统工程。从城市规划现有理念出发 分析,目前涉及到城 市 非 点 源 污 染 控 制 的 主 要 是 绿 色建筑(green building)理 念 和 绿 色 基 础 设 施 建 设 体系(GI)。现行 的 绿 色 建 筑 和 绿 色 基 础 设 施 评 估 标准中,雨水的综合 控 制 利 用 评 价 是 其 中 的 重 中 之 重,具体涉及建筑 优 化 选 址、建 筑 节 水 节 能、建 筑 材 料等方面内容 。 [9] 其基本理念是降低建筑开发 过 程 中所带来的土壤侵蚀和污染物携带。具体表现是以 更高容积率的建筑形态以及将建筑物和道路布局在
低 影 响 开 发 (low impact development,简 称 LID)是20世 纪 90 年 代 末 发 达 国 家 在 城 市 暴 雨 管 理和非点源污染控制基础上提出的城市雨洪水综合 管理方法,其特点是 继 承 了 传 统 非 点 源 污 染 控 制 技
术,同时融入到城 市 规 划、景 观 设 计 中,成 为 目 前 绿 色基础设 施 体 系 (green infrastructure,简 称 GI)的 核心构成 。 [6] 国 内 针 对 LID 的 系 统 性 研 究 起 步 相 对 较 晚 ,研 究 力 量 相 对 薄 弱 ,仅 在 北 京 、上 海 、深 圳 等 少数城市开展了相关 实 践。 因 此,系 统 梳 理 LID 理 念和技术,有 针 对 性 地 分 析、构 建 基 于 LID 技 术 的 城市非点源污染控 制 模 式,将 有 助 于 推 动 我 国 城 市 非点源污染控制体 系 建 设,进 而 为 妥 善 解 决 城 市 发 展过程中雨洪带来的水环境问题提供依据。
就具体技术措施而言,LID 包括了传统的非点源 污 染 控 制 与 雨 水 处 理 措 施 ,同 时 结 合 一 些 新 的 技 术 措 施 ,如 绿 色 屋 顶[11]、可 透 水 路 面 、雨 水 花 园 (生 物 滞 留 池)、植 草 洼 地 等(表 1),具 体 技 术 的 详 细 介 绍 可 参 考 相关文献。目前,国外大量的研究集中在单个 LID 技 术消减洪峰、去除污染物的机理研究方面[12-14]。 2.1.2 措 施 组 合
zyshen@bnu.edu.cn
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地质科技情报
2012 年
与城市传统非 点 源 控 制 思 路 对 比,LID 更 符 合 非 点 源 污 染 产 生 范 围 广 、迁 移 途 径 随 机 性 强 等 特 点 。 从理念上看,传统城 市 非 点 源 污 染 控 制 大 部 分 沿 用 了点源规模处理的 思 路,通 常 强 调 雨 水 的 高 效 收 集 和快速排放,最终汇 入 到 污 水 处 理 设 施 中 进 行 终 端 处理或者排放至 收 纳 水 体。 从 技 术 上 看,传 统 非 点 源 污 染 控 制 更 强 调 工 程 措 施 ,如 修 建 污 水 管 网 、污 水 处 理 场 、人 工 湿 地 、沉 淀 池 等 ,同 时 也 配 套 政 策 法 规 、 公众参与等非工程 措 施,最 终 目 的 是 形 成 一 套 行 之 有效的雨水径流 疏 导、末 端 处 理 体 系。 但 随 着 国 内 外 城 市 化 进 程 加 速 ,人 地 矛 盾 日 益 突 出 ,传 统 的 非 点
第5期
沈 珍 瑶 等 :基 于 低 影 响 开 发 的 城 市 非 点 源 污 染 控 制 技 术 及 其 相 关 进 展
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图 2 低 影 响 开 发 模 式 和 绿 色 建 筑 的 关 系 Fig.2 Relationship between low impact development and green building
场地地势相对高且 平 坦 的 位 置,从 而 保 证 将 来 自 于 建筑的径流 引 入 到 生 态 过 渡 带 中。 这 与 LID 所 倡 导的理念是一致的(图2)。以绿色建 筑 理 念 为 核 心 的城市发展 往 往 能 为 LID 实 施 提 供 更 多 的 公 共 开 放空间及景 观 单 元,而 LID 模 式 则 从 水 文 过 程、生 态学的角度协调建 筑 和 周 边 的 开 发 空 间、排 水 途 径 之间的相互关系,尽 量 维 持 城 市 开 发 区 域 的 水 文 特 征和生态环境。 可 以 说 理 念 上,LID 可 以 被 视 为 绿 色建筑和绿色基础设施 的 具 体 化,同 时 LID 的 设 计 规范以及所带来的环境效益也可以作为城市绿色建 筑的评价标准。
2 基于 LID 的非点源控制技术
2.1 非点源污染控制技术 结合 LID 基本理念,笔 者 根 据 城 市 非 点 源 污 染
的产生、迁移 路 径 将 LID 划 分 为 单 个 技 术 (局 地 层 面 )— 措 施 组 合 (社 区 层 面 )— 控 制 体 系 (流 域 层 面 )3 个层次,以实现雨水 的 综 合 利 用 和 非 点 源 污 染 物 梯 级 处 理 。 [10] 2.1.1 单 个 技 术
源 污 染 处 理 设 施 强 调 规 模 效 应 ,对 土 地 需 求 较 大 ,因 此从理念上已不能适 应 当 代 城 市 的 高 速 发 展。LID 理念正是在这一背景下应运而生。从图 1 可见, LID 从基本理念上主要针对城市发展所带来的下垫 面改变,强调增加 透 水 铺 装 面 积,利 用 生 态、工 程 方 法维护雨水自然流 动 通 道、延 长 并 控 制 径 流 汇 流 时 间,同时通过改变下 垫 面 的 土 地 覆 盖 物 过 滤 径 流 或 增加径流下渗,从而 达 到 尽 量 维 持 城 市 开 发 前 的 自 然水循环过程 。 [7] 可以说,与传统措施 相 比,LID 是 一系列景观结合的 源 控 制 措 施,从 理 念 上 更 符 合 生 态学原理和城市非点源分散排放的特性 。 [7-8]
根据 LID 单个措施的 技 术 特 点,可 利 用 建 筑 - 道路-公共开发 空 间,形 成 点、线、面 合 理 分 布 的 空 间布局,从非点源产生、迁移的过程上合理设置 LID 措施,最终 形 成 社 区 层 面 的 雨 水 综 合 利 用 工 程 (表 1)[15]。源头控制,可选择污染 物 产 生 较 多 的 城 市 建 筑和停车场作为源头控制的重要区域。具体而言, 可设置绿色屋顶对 雨 水 进 行 滞 留 和 过 滤 收 集,同 时 在建筑周围具有一定的汇水面积的区域铺设不透水 铺面并设置生态过 滤 带 (如 植 草 洼 地 或 沟 渠),从 源 头上尽可能地收 集、入 渗、过 滤 场 内 雨 水;对 于 透 水 性较差地面,如停 车 场,应 尽 量 使 用 透 水 型 铺 装,并 结合渗透沟渠和雨 水 花 园 等 措 施 加 强 雨 水 滞 留,以 减少源头的污染物冲刷。
1 低影响开发模式理念
LID 的概念最初由美国乔治省马里兰州环境资 源署 于 1990 年 代 提 出,其 理 念 基 于 水 文 等 效 原 则, 基本思路是通过大量分散式的微观景观尺度措施维 持和再现城市开发前的自然水文条件。针对城市非 点源的控制,LID 主 要 是 通 过 截 留、渗 透、过 滤 等 措 施对雨水进 行 源 控 制,其 主 要 目 标 包 括:减 少 径 流 量 、削 减 洪 峰 、补 充 地 下 水 、减 少 土 地 侵 蚀 、截 留 污 染 物等,进 而 达 到 保 护 河 流 水 质 的 目 的。 一 般 而 言, LID 包 含 了 以 下 设 计 原 则:① 尽 量 维 持 原 有 水 文 条 件;②减少 建 设 项 目 的 不 透 水 铺 装;③ 充 分 利 用 入 渗 ,延 长 径 流 时 间 ,减 轻 开 发 建 设 项 目 对 自 然 状 态 的 冲 击 。 [7]
(北京师范大学环境学院水环境模拟国家重点实验室 ,北京 100875)
摘 要:低影响开发(low impact development,简称 LID)技术与传统城市非点源控制技术相比,具有可持续、分散化、节省投资、 与 场 地 开 发 和 景 观 设 计 相 结 合 等 特 点 ,近 年 来 在 国 外 城 市 雨 洪 控 制 利 用 和 非 点 源 污 染 控 制 中 得 到 了 迅 速 发 展 和 广 泛 应 用 。 首 先 系统介绍了 LID 技术的内涵、特点以及与城市传统雨洪污染控制方法的区别,从理念上分析了 LID 和绿色建筑及绿色基础设施建 设体系的区别和联系;然后根据城市非点源污染的产生、迁移路径,将 LID 划分为单个技术—措施组合—控制体系3个层次,分别 介绍了其技术体系和评估方法;进而简要介绍了 LID 在国内外的相关实践;最后提出了我国开展基于 LID 的城市非点源污染控制 的相关建议。 关 键 词 :低 影 响 开 发 ;城 市 非 点 源 ;绿 色 基 础 设 施 建 设 体 系 ;技 术 体 系 中 图 分 类 号 :TV125;TU992 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1000-7849(2012)05-0171-06
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