基于实地研究的评估：由透水铺装和雨水池组成的综合雨水管理系统对城市径流质量的影响

《Journal of Hydrology》：Field-based assessment of the influence of a combined SUDS system consisting of a permeable pavement and a stormwater tank on urban runoff quality

本研究在西班牙Legazpi镇评估了透水铺装-雨水储存罐组合系统对城市径流水质的影响。通过9次降雨事件采样分析，发现透水铺装显著降低浊度（平均减少80%）和悬浮固体（平均减少64%），但对电导率（增加1.2-2.5倍）和硝酸盐（增加3倍）有提升作用。储存罐水质未发生显著恶化，但部分多环芳烃（如苯并[a]芘）浓度超标。系统对铁、锰、钡、铜等重金属去除率较高（平均46-72%），且储存罐水质符合渔业保护标准，但需过滤后才能用于灌溉。研究揭示了透水铺装在污染物截留中的有效性，同时指出需关注新兴污染物累积及水文模型验证问题。

　　本研究探讨了在西班牙北部的Legazpi镇中，采用可持续排水系统（SUDS）的一种组合形式，即透水铺装（PP）与雨水收集池（stormwater tank）结合的系统，对城市地表径流水质的影响。随着城市化进程的加快，传统的不透水地表覆盖了大量城市区域，这导致了地表径流的增加，从而加剧了城市洪水、水污染和侵蚀等问题。为了应对这些问题，透水铺装作为一种可持续排水系统，其设计目的是允许雨水渗透到土壤或通过雨水收集池进行储存，再以受控方式释放或用于其他用途，如灌溉、冲洗厕所或清洁活动。这种系统不仅有助于管理洪水风险，还对提升雨水质量、减少污染物排放具有重要意义。

Legazpi镇作为一项环保行动的一部分，参与了欧洲LIFE项目“Good Local Adapt”，旨在通过创新方法和现有解决方案，提高城市社区对极端气候事件的适应能力。其中，一个透水铺装系统被安装在San Ignazio社区的一个停车场中，而一个雨水收集池则建在铺装系统下方，用于收集渗透的雨水。这项研究通过对多个降雨事件的水样进行采集和分析，评估了该系统的实际效果。

水样分别在三个点位采集：一是从不透水停车场的入流点，二是从透水铺装系统出流的点位，三是从雨水收集池中。研究分析了包括浊度、总悬浮固体（TSS）、电导率、pH值、溶解氧、营养物质、18种金属和类金属以及16种多环芳烃（PAHs）在内的多种物理和化学参数。结果显示，经过透水铺装处理后，水的浊度和TSS含量显著下降。具体而言，入流的浊度是出流的2到20倍，而TSS含量则为入流的1.2到10倍。此外，Fe、Mn、Ba和Cu等金属的浓度也分别减少了46%到72%。然而，透水铺装出流的电导率却比入流高出1.2到2.5倍，同时硝酸盐的含量增加了三倍。尽管Naphthalene和16种PAHs的总浓度有所下降，但需要进一步的统计分析来确认这些变化的显著性。关于雨水收集池的水质，研究指出其储存的水对水生生态系统没有生态风险。

在研究方法方面，水样是在特定降雨事件期间采集的，并且通过标准化的采样方法和相同的采样量，确保了结果的可比性。透水铺装系统的设计包括了多个层次，从表面的透水混凝土铺装到下面的清洁砾石层，再到混凝土基层和压实土壤层。在透水铺装出流后，雨水通过排水管进入雨水收集池，并通过溢流堰控制最大储存容量。此外，研究还结合了SWMM模型对系统进行模拟，以评估其在不同降雨情况下的水文和水力响应。

从数据处理的角度来看，研究使用了非参数的Wilcoxon符号秩检验，用于比较不同采样点之间的数据差异。这种检验方法不需要假设数据服从正态分布，适用于不同类型的水质数据。结果显示，透水铺装出流与入流之间的浊度和TSS含量存在显著差异，但透水铺装出流与雨水收集池之间的水质差异并不显著。这表明透水铺装系统在改善水质方面具有一定的效果，但雨水收集池对水质的影响较小，除非特定污染物（如Ba和Mn）在其中积累。

对于水样中检测到的污染物，如氯化物、硫酸盐和硝酸盐，透水铺装系统对氯化物和硫酸盐的去除效果并不显著，但在硝酸盐方面，出流的硝酸盐浓度显著高于入流，这可能与透水铺装系统的地下层中的硝化作用有关。而某些金属和类金属，如Fe、Mn、Ba和Cu，在透水铺装出流中含量显著降低，这表明透水铺装系统在去除这些污染物方面表现良好。然而，锂（Li）、钒（V）和砷（As）的含量在透水铺装出流中有所增加，这可能与透水铺装材料中的成分有关。值得注意的是，虽然这些元素的含量在透水铺装出流中有所变化，但它们的浓度均未超过相关法规规定的限值。

关于多环芳烃（PAHs），研究发现某些PAHs在透水铺装出流后浓度有所降低，但未能统计学上确认这种趋势。此外，虽然部分PAHs在透水铺装出流和雨水收集池中含量有所变化，但总体而言，这些物质的浓度未超过环境法规的限值。PAHs的来源分析表明，它们主要来源于液态化石燃料燃烧，而非石油或煤燃烧，这与透水铺装系统的实际运行环境相符。

在研究的结论部分，研究强调了透水铺装系统在减少污染物方面的重要性，同时指出其在某些情况下可能增加特定物质的浓度。此外，研究还建议，未来的监测工作应包括更多关于PAHs和重金属的分析，以更全面地评估透水铺装系统的性能。对于雨水收集池的水质，研究指出其在大多数情况下符合环境法规的要求，因此可以用于清洁活动或排放至附近河流，甚至在经过过滤后用于灌溉。然而，对于某些特定污染物（如Benzo(ghi)perylene），需要进一步的研究来确认其是否可能从透水铺装系统中释放出来，或者是否为异常值。

研究还指出，透水铺装系统可能面临堵塞问题，这会降低其渗透能力，影响其对污染物的去除效果。因此，定期维护是确保透水铺装系统长期有效运行的关键。此外，研究强调了在透水铺装系统设计和实施过程中，需要考虑材料的长期影响，以避免对环境和人类健康造成潜在风险。

总体而言，这项研究为透水铺装系统在城市排水管理中的应用提供了实证数据，并揭示了其在改善水质方面的潜力。同时，研究也指出了在某些情况下，透水铺装系统可能对某些污染物的去除效果有限，因此需要进一步的研究和改进。通过这些发现，研究为未来城市排水系统的规划和管理提供了重要的参考依据。