在干旱农业地区，对用于测量蒸散量的表面更新方法进行实地验证：校准参数的不确定性

《Journal of Hydrology》：Field verification of the surface renewal method for evapotranspiration measurement in arid agricultural area: The uncertainty of calibration parameter

本研究评估了西班牙Legazpi镇透水铺装-雨水储存罐组合排水系统对城市径流水质的影响。通过9次降雨事件采样，发现透水铺装显著降低入流水的浊度（减少80%）和悬浮固体（TSS）含量（减少75%），对Fe、Mn、Ba、Cu的去除率分别为46%-72%。但硝酸盐浓度增加3倍，电导率升高1.2-2.5倍。雨水储存罐水质符合生态标准，仅BghiP超限。研究表明透水铺装有效改善水质，但需注意污染物累积及长期维护问题。

　　可持续城市排水系统（SUDS）是现代城市基础设施建设中不可或缺的一部分，旨在保护自然水循环，控制洪水风险并改善径流水质。渗透性铺装（PP）作为SUDS的一种，允许雨水通过铺装层渗入地下或引导至雨水收集罐中进行暂存，随后进行可控释放或再利用。为了应对气候变化带来的挑战，西班牙北部的Legazpi镇实施了一种结合渗透性铺装和雨水收集罐的SUDS系统。本研究评估了该系统对城市径流水质的影响，从三个关键点——进入点（inflow）、渗透性铺装出水口（outflow PP）以及雨水收集罐（stormwater tank）——采集了水样，分析了多种物理和化学参数，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）。研究结果显示，经过渗透性铺装处理后，水的浊度和TSS含量显著下降，分别为进入点的2到20倍和1.2到10倍。此外，Fe、Mn、Ba和Cu的浓度减少了46到72%。然而，渗透性铺装出水口的电导率却比进入点高出1.2到2.5倍，同时硝酸盐含量增加了三倍。尽管Naphthalene和16种PAHs的总含量似乎有所减少，但还需要进一步研究以统计上确认这一趋势。研究还指出，雨水收集罐中的水对水生生态系统没有生态风险，表明该系统在环境保护方面具有积极作用。

### 渗透性铺装的作用

渗透性铺装在城市环境中扮演着重要的角色，特别是在减少径流体积和改善水质方面。在Legazpi的研究中，渗透性铺装被安装在一个停车场中，而雨水收集罐则位于其下方，用于储存渗透性铺装层渗出的雨水。通过SWMM模型对渗透性铺装和对照区域进行了模拟，结果表明渗透性铺装能够平均减少峰值径流66%，但体积减少相对较小，仅5%。这种差异主要是由于渗透性铺装是在现有沥青层之上铺设，因此虽然对峰值径流有显著影响，但对总体积的控制效果有限。然而，这一系统在改善水质方面表现出色，尤其是在减少悬浮固体和某些金属污染物方面。

研究发现，渗透性铺装对浊度和TSS的去除效果显著。进入点的浊度和TSS含量分别是出水口的2到20倍和1.2到10倍。这表明渗透性铺装在过滤雨水中的颗粒物和悬浮物方面具有良好的性能。此外，Fe、Mn、Ba和Cu的浓度在出水口处显著降低，分别减少了46%到72%。这些金属和类金属通常是城市径流中的主要污染物，其减少意味着对下游水体的污染负荷有所降低。

然而，渗透性铺装的出水口电导率却有所增加，这可能与新铺设的铺装材料，尤其是砾石基层中的离子渗出有关。同时，硝酸盐的浓度也显著上升，这可能是由于渗透性铺装下的基层中发生了硝化作用，导致硝酸盐的积累。虽然这些结果与以往研究一致，但仍然需要进一步的实验来验证这一现象的具体机制。

### 雨水收集罐的作用

雨水收集罐在SUDS系统中承担着临时储存径流、调节流量和减少峰值径流的重要功能。然而，随着使用时间的延长，收集罐也可能成为某些污染物的聚集点。在Legazpi的研究中，收集罐中的水没有表现出对水生生态系统的生态风险，这表明该系统在设计上能够有效控制污染物的浓度。

研究中对收集罐的水质进行了详细分析，发现其pH值和溶解氧含量均符合鱼类保护指令（2006/44/EC）的要求。pH值范围在6到9之间，溶解氧含量均高于7mg/L。然而，总悬浮固体（TSS）的浓度在某些情况下超过了法定限值，这表明如果计划将收集罐的水用于农业灌溉，需要进行过滤以确保浊度低于5FNU。此外，硝酸盐的平均年浓度在收集罐中仍处于法定限值以内，表明该系统在减少硝酸盐方面也表现出一定的效果。

在金属和类金属的分析中，研究发现收集罐中的金属和类金属浓度与出水口相似，没有显著变化，除了Ba和Mn。这些元素的浓度在出水口到收集罐之间显著增加，可能意味着它们在收集罐中发生了沉积或富集。然而，由于Ba和Mn通常不被视为有害物质，且其浓度远低于相关法规的限值，因此该系统在防止这些元素对环境造成负面影响方面表现出色。

### 多环芳烃（PAHs）的分析

多环芳烃（PAHs）是城市径流中常见的有机污染物，主要来源于交通、工业排放和生物质燃烧等。研究中发现，PAHs的浓度在进入点和出水口之间存在一定的变化，但统计上并未显示显著趋势。Naphthalene的浓度在进入点最高，平均为146ng/L，而出水口和收集罐的浓度分别为90ng/L和42ng/L，表明渗透性铺装在减少PAHs方面具有一定效果。然而，对于其他PAHs，如Acy和BghiP，在某些采样事件中其浓度反而有所增加，这可能与材料中的PAHs释放或沉积有关，需要进一步研究以确认其来源和变化机制。

研究还分析了PAHs的来源，通过计算诊断比（如Ant/178和Fl/Fl+Py）来区分其来源是石油来源还是燃烧来源。结果表明，这些PAHs的来源主要为燃烧过程，尤其是在液态化石燃料燃烧中。因此，尽管渗透性铺装在减少某些PAHs方面表现出一定的能力，但其对PAHs的总体去除效果仍需进一步研究。

### 系统的综合评估

通过将渗透性铺装与雨水收集罐结合，Legazpi的SUDS系统在减少径流体积和改善水质方面表现出良好的性能。然而，系统的设计和维护对于确保其长期有效性至关重要。渗透性铺装可能会因细颗粒物的积累而发生堵塞，从而影响其排水能力和污染物去除效果。因此，定期维护是防止堵塞和延长铺装寿命的关键。

此外，研究还指出，收集罐中的水质符合多项法规要求，包括总悬浮固体、溶解金属和部分PAHs的限值。然而，某些参数如硝酸盐和浊度在特定情况下仍可能超过限值，因此在考虑收集罐水的再利用时，需要进行适当的处理和过滤。

### 研究的意义与展望

本研究填补了在欧洲范围内对结合渗透性铺装和雨水收集罐的SUDS系统进行实地评估的空白。通过系统性的采样和分析，研究提供了关于该系统在减少污染物、改善水质方面的具体数据。这些结果不仅有助于理解SUDS在实际应用中的性能，还为未来在类似环境中推广和优化该系统提供了科学依据。

未来的研究应进一步关注渗透性铺装对新兴污染物如微塑料、抗生素、PFAS和制药和个人护理产品（PPCPs）的影响。此外，对PAHs的去除机制和可能的来源进行更深入的分析，将有助于提高系统的整体性能。同时，随着气候变化导致极端天气事件的增加，SUDS系统的适应性和有效性将成为研究的重点。

总的来说，Legazpi的SUDS系统在改善城市径流水质和减少洪水风险方面具有重要的应用价值。然而，系统的长期效果和不同气候条件下的表现仍需进一步研究。通过结合渗透性铺装和雨水收集罐，城市可以更有效地管理雨水资源，减少对自然水体的污染，并为可持续城市发展做出贡献。