基于三维Copula函数的标准化温度-降水-蒸散-水分储存指数，用于综合干旱监测

《Journal of Hydrology》：A three-dimensional Copula-based standardized temperature precipitation evapotranspiration water storage index for comprehensive drought monitoring

透水铺装与雨水储存罐组合系统有效降低径流浊度及悬浮物，部分重金属（Fe、Mn、Ba、Cu）去除率达46%-72%，但硝酸盐浓度增加。储存罐水质符合生态标准，仅BghiP略超限值。研究揭示了透水铺装对新兴污染物（如PAHs）的过滤潜力及长期维护必要性。

　　### 可持续城市排水系统对城市径流水质的影响分析

城市化的发展对自然水循环造成了显著影响。随着城市中不透水地表的增加，雨水无法像在自然环境中那样自然渗透到土壤中，导致地表径流的增加。这种径流不仅可能引发洪水，还可能携带大量污染物，污染周边水体。为应对这些问题，可持续城市排水系统（SUDS）被广泛研究和应用，其目标是减少径流体积、改善径流质量，并保护自然水循环。其中，透水铺装是一种典型的SUDS，能够将雨水渗透到土壤或引入雨水储存设施，以便后续控制释放或再利用。在西班牙北部的Legazpi市，实施了一种结合透水铺装和雨水储存池的系统，以支持气候变化适应策略。本文旨在评估该系统对城市径流水质的影响，分析透水铺装和雨水储存池在减少污染物和改善水质方面的作用。

#### 透水铺装对径流水质的影响

透水铺装系统在减少水体悬浮固体（TSS）和浊度方面表现出了显著效果。根据研究数据，流入透水铺装前的径流中，浊度和TSS的含量分别比透水铺装后的径流高出2至20倍，以及1.2至10倍。这表明透水铺装在减少径流中的悬浮颗粒物方面具有显著优势，能够有效过滤雨水中的杂质。此外，某些金属如Fe、Mn、Ba和Cu的浓度也显著下降，分别降低了46%至72%。这些结果表明，透水铺装系统在减少金属污染方面也表现良好。

然而，透水铺装系统对某些参数的影响却呈现不同趋势。例如，透水铺装后的径流中，电导率（Electrical Conductivity）显著增加，比流入时高出1.2至2.5倍。这可能是由于透水铺装材料中的离子成分（如砾石）在雨水渗透过程中被释放出来。此外，硝酸盐（Nitrates）的浓度在透水铺装后增加了三倍，这可能与透水铺装层中发生的硝化作用有关。硝化过程会将氨转化为硝酸盐，从而提高硝酸盐的含量。

对于多环芳烃（PAHs），研究发现某些化合物如萘（Naphthalene）和总16种PAHs的浓度在透水铺装后有所下降，但这种趋势尚未得到统计学上的显著验证。这表明透水铺装对PAHs的去除效果可能存在一定的不确定性，需要进一步研究来确认其实际效果。总体而言，透水铺装系统在减少悬浮颗粒物和部分金属污染方面表现良好，但在某些情况下，如硝酸盐和电导率的增加，也可能带来新的问题。

#### 雨水储存池对水质的影响

雨水储存池作为透水铺装系统的组成部分，其作用是暂时储存径流，以调节流量并防止洪水。研究显示，储存池中的水体在某些方面对水质产生了积极影响，尤其是在防止污染物对水生生态系统造成生态风险方面。例如，储存池中的金属和PAHs浓度均未超过环境质量标准，表明储存池中的水体对水生生态系统的风险较低。

然而，储存池中的水质并非完全理想。某些参数如总悬浮固体（TSS）和浊度在储存池中仍然高于环境标准。例如，储存池中的TSS平均值为42 mg/L，而标准值为25 mg/L。这意味着，如果储存池中的水体用于农业灌溉，可能需要进一步处理以降低浊度和TSS含量。此外，储存池中的某些金属如Ba和Mn的浓度有所增加，这可能是由于这些物质在储存过程中逐渐积累所致。尽管Ba和Mn对水生生态系统没有明显危害，但它们的积累仍需关注。

#### 系统的综合评估

透水铺装和雨水储存池的组合系统在改善城市径流水质方面具有重要意义。透水铺装能够有效减少悬浮颗粒物和某些金属的含量，而雨水储存池则可以进一步调节径流并减少对水体的直接污染。然而，系统的性能受到多种因素的影响，包括降雨强度、铺装材料的特性以及储存池的设计。

从数据来看，透水铺装对某些污染物的去除效果优于其他类型的SUDS。例如，TSS的去除率约为60%，而某些金属如Fe、Mn、Ba和Cu的去除率在46%至72%之间。这些结果与以往研究一致，表明透水铺装在减少污染物方面具有显著潜力。然而，透水铺装也可能带来一些问题，如锂（Li）、钒（V）和砷（As）的浓度增加，这可能是由于铺装材料中的成分在雨水渗透过程中被释放出来。虽然这些物质的浓度未超过环境标准，但其潜在影响仍需进一步研究。

#### 潜在问题与解决方案

透水铺装系统的一个主要问题是堵塞（clogging），这会导致其渗透能力下降，从而影响其功能。堵塞通常发生在铺装表面层或下方的砾石层中，由于细小颗粒的积累而降低水的渗透速度。因此，定期维护是确保透水铺装长期有效运行的关键。维护措施包括清理铺装表面、检查砾石层的状况以及确保排水系统的畅通。

此外，雨水储存池的设计和管理也需考虑长期影响。尽管储存池中的水体对水生生态系统没有显著风险，但其水质仍需符合相关法规要求。例如，用于农业灌溉的水体必须满足一定的浊度和TSS标准，以确保其对作物生长的适宜性。因此，储存池中的水体在使用前应进行适当的过滤和处理。

#### 未来研究方向

尽管本研究提供了透水铺装和雨水储存池系统对城市径流水质影响的初步数据，但仍存在一些研究空白。例如，关于透水铺装对新兴污染物如微塑料、抗生素、PFAS、药品和个人护理产品（PPCPs）的影响尚未得到充分研究。此外，多环芳烃（PAHs）的去除效果和潜在来源仍需进一步探讨。

未来的研究应关注以下几个方面：首先，需要更多的现场数据来验证透水铺装对不同污染物的去除效果。其次，应研究透水铺装和雨水储存池在不同气候条件下的表现，以评估其适应性和有效性。第三，应探索透水铺装材料的成分对污染物的影响，以优化其设计和选择。最后，应加强对透水铺装和雨水储存池系统长期运行和维护的研究，以确保其可持续性和高效性。

#### 结论

本研究揭示了透水铺装和雨水储存池系统在改善城市径流水质方面的潜力。透水铺装能够有效减少悬浮颗粒物和某些金属的含量，而雨水储存池则有助于调节径流并降低对水生生态系统的风险。然而，系统在某些参数如硝酸盐和电导率方面的影响仍需关注。此外，堵塞问题和长期维护需求是影响系统性能的重要因素。因此，为了确保透水铺装和雨水储存池系统的长期有效性，需要定期维护和进一步研究。未来的研究应关注新兴污染物和系统在不同气候条件下的表现，以提供更全面的评估和优化建议。