雨水花园改善城市雨水径流水质的研究进展

雨水花园改善城市雨水径流水质的研究进展

蒲清三1

（1.重庆文理学院材料与化工学院2013级环境科学二班）

摘要：为进一步提高雨水花园对地表径流水污染的处理的效能，采用资料收集与分析的方法，总结了近年来国内外应用雨水花园技术去除降雨径流污染物的研究现状。阐述了雨水花园的构造与功效、设施的净化机理、对各污染物的去除现状，并对现今难以去除的氮、磷做了详细的分析，对其影响氮、磷去除效果的因素做了总结和一些解决问题的方法。还对未来在雨水花园中的研究进行了展望。为该技术的完善、我国生态城市的建设和城市雨水径流中污染物去除提供借鉴与参考。

关键词：雨水花园；城市雨水径流；脱氮、磷；进展

近年来，随着我国城市化的快速发展，人民生活水平的提高，城市污染也日渐严峻。道路作为城市汇水面的重要组成部分，地表径流是城市雨水污染的主要污染源之一[1]。而大量天然绿地被不透水下垫面取代，径流水得不到净化，雨水径流污染也越来越严重[2]。雨水花园就是一种较好的雨水净化与处理技术，也是一种生物滞留设施。它不仅能净化雨水，还能起到景观的作用。

1雨水花园的结构与功效

1.1 雨水花园的结构

雨水花园主要由以下五部分构成（如图）：蓄水层、覆盖层、植被及种植土层、人工填料层和砂砾层[3]。

雨水花园主要是通过土壤和植物的过滤作用净化雨水，同时通过将雨水暂时滞留而后慢慢渗入土壤来减少净流量。它是城市暴雨最佳管理措施之一，它的适用范围也比较广泛，如：城市公共建筑、住宅区、商业区、停车场、道路、别墅区、旅游景点等的周边。

1.2雨水花园的功效

雨水花园主要通过突土壤和植被的物理、化学及生物作用来处理雨水，具有以下功能[4]：1.2.1可以有效去除径流中的悬浮固体颗粒，有机污染物及重金属离子、油污物质及病原体等。

1.2.2雨水花园中植被的截留作用以及土壤的渗透作用能降低雨水径流的流速，削减净流量，减少洪涝灾害，而且雨水下生渗还可以补充地下水。

1.2.3雨水花园蓄积雨水的蒸发吸热及植物的蒸腾作用可以调节空气的湿度和温度，减轻热岛效应改善周围的环境。

1.2.4雨水花园营造的小生态环境可以为一些鸟类级蝴蝶、蜻蜓等昆虫提供食物及栖息地，通过合理设计可控制雨水滞留时间，避免孳生蚊虫，因此，雨水花园具有很好的景观河生态效果。

2 雨水花园设施净化水质的机理

在雨水花园系统中，植物、填料、微生物只起截留及降解污染物的三个净化作用主体，植物和微生物在雨水花园系统中起着重要的作用。对于植物，一方面，植物根系可直接吸收营养元素并降解有机物；另一方面，植物根系分泌物和庞大的比表面积为微生物生长提供了能源和附着场所，而且微生物的活动有助于营养元素的转化，促进了植物的生长；其次，植物根系的生长可以延缓土壤板结和防止土壤孔隙堵塞。对于微生物，微生物群可以降解雨水中的有机物，还可固定无机物，植物与微生物的协同作用，促进了雨水花园净化水质的能力[5]。

再者，土壤也可以暂时固定一些无机物，为植物根系吸收营养物质提供了原材料；土壤还可以截留雨水中的固体颗粒物，这些颗粒物可以通过微生物的分解作用而清除。

3雨水花园对污染物的去除效果

论文总结了近几年国内外应用雨水花园控制城市降雨径流污染的主要研究结果，如下表所示。

表1 雨水花园对城市雨水径流污染物去除率%

研究者TN TP TSS 细菌病毒重金属离子油脂孟莹莹等[6]79.1 79.2 90.6

李家科等[5]33-66 35-65 97 70 24-99 99 Lowa State[7]50 60 80 70-100 45-95

表2 雨水花园对城市雨水径流中TSS的去除情况[8]

研究场所入流/mg/L 出流/mg/L 去除率/%

美国马里兰大学帕克学院停车场34 18 47

美国马里兰大学帕克学院停车场34 13 61.8

美国北卡罗来纳大学夏洛特分校49.5 20 59.6

新罕布什尔州大学雨洪研究中心971）罗威特隆赫姆市城市道路2900-9600 <10 >99 实验室150 6-107 39-96 澳大利亚莫纳什大学50 >95

注：1）为负荷削减率

表3 雨水花园对城市雨水径流中磷的去除情况[8]

研究场所入流/mg/L 出流/mg/L 去除率/% 美国马里兰大学帕克学院停车场0.61 0.15 75.4

0.17 72.1

美国马里兰大学帕克学院停车场

0.61

美国北卡罗来纳大学夏洛特分校0.19 0.13 31.6 实验室 3.00 0.46-2.90 4-99 美国北卡罗来纳州格林斯博罗0.11 0.56 负值

美国北卡罗来纳州路易斯堡0.29 0.18 37.9 实验室 3.00 0.05-1.60 46.7-98.3

表4雨水花园对城市雨水径流中氮的去除效率（%）及进出水浓度（mg·L-1）[9]研究者TN去除率NH3-N去除率NO3-N去除率TKN去除率Hunt等32.1 70.6 -4.8 44.4 Davis等45.9 - -44.1 55.9 Hatt等30.8 0 -150.0 54.5 Brown and Hunt -47.9 75.9 -347.4 28.0 Blecken等-66.7 50.0 -45.0 42.9 Read等-65.7 -303.5 78.9 -166.7 Li and Davis --23.1 - -42.8 0 Passeport等8.4 76.6 21.4 54.5 Li and Davi -4.5 >66.7 -132.1 23.6 Li等-118.2 53.2 1.1 71.0 Payne等68.8 94.0 75.0 66.7 Randall and Bradford -43.1 - 33.3 -128.6 Winston等61.5 27.3 56.3 43.1 Yang等- - 78.0-91.0 -

Palmer等-133.3 - 39.3 - Brown and Hunt 79.6 91.3 44.7 88.1