海绵城市道路透水铺装对地表径流污染的净化效果研究

一、引言

随着城市化进程的加快，城市不透水地面面积不断增加，导致地表径流总量增大、流速加快，城市内涝问题日益严重 。与此同时，地表径流在冲刷道路、屋面等城市下垫面过程中，携带大量污染物，如悬浮物、重金属、有机物、油污等，成为城市水体污染的重要来源 。传统的城市排水系统侧重于快速排除雨水，难以有效控制地表径流污染。海绵城市理念的提出，为解决城市内涝和水污染问题提供了新思路。透水铺装作为海绵城市建设的重要措施之一，能够促进雨水下渗，减少地表径流，同时对地表径流污染具有一定的净化作用，其净化效果研究具有重要的现实意义。

二、海绵城市道路透水铺装净化地表径流污染的原理

（一）物理过滤作用

透水铺装结构通常由面层、基层和垫层组成 。面层多采用透水性良好的材料，如透水沥青、透水混凝土等，其内部存在大量连通孔隙，能够拦截地表径流中的较大颗粒污染物，如泥沙、树叶等 。基层和垫层的材料孔隙结构进一步对径流中的细小颗粒进行过滤，通过机械筛分作用，降低地表径流中悬浮物的含量 。

（二）吸附与离子交换作用

透水铺装材料中的部分成分，如多孔陶瓷、活性炭等，具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构，能够吸附地表径流中的重金属离子、有机物等污染物 。同时，材料表面的离子还可以与径流中的离子发生交换反应，将污染物固定在材料表面，从而实现对污染物的去除 。例如，透水铺装中的铁、铝氧化物可以吸附重金属离子，降低其在径流中的浓度 。

（三）生物降解作用

在透水铺装的孔隙结构中，会逐渐形成微生物群落 。这些微生物能够利用地表径流中的有机物作为营养物质，进行新陈代谢活动，将有机物分解为二氧化碳、水和无害的无机物 。此外，一些微生物还可以对部分重金属进行转化和固定，降低重金属的毒性和迁移性 。

三、影响海绵城市道路透水铺装净化效果的因素

（一）铺装材料特性

不同的透水铺装材料，其孔隙率、渗透系数、比表面积等物理化学性质存在差异，直接影响净化效果 。孔隙率较大、渗透系数高的材料，能够更快地让雨水下渗，增加污染物与材料的接触时间，有利于污染物的去除 。例如，透水混凝土的孔隙率一般在 15%-25% 之间，其对悬浮物的去除效果较好；而透水沥青的孔隙率相对较小，在 5%-15% 左右，但其对油污等有机污染物具有一定的吸附能力 。

（二）污染物特性

地表径流中污染物的种类、浓度和颗粒大小等特性对净化效果有显著影响 。对于颗粒较大的悬浮物，透水铺装的物理过滤作用能够有效去除；但对于溶解性的有机物和重金属离子，其去除效果则更多依赖于吸附和生物降解作用 。此外，污染物浓度过高时，可能会超出透水铺装的净化能力，导致净化效果下降 。

（三）降雨条件

降雨强度、降雨历时和降雨间隔等降雨条件会影响地表径流的形成和污染物的冲刷过程，进而影响透水铺装的净化效果 。短时间、高强度的降雨可能导致地表径流量过大，超过透水铺装的渗透能力，使部分污染物随径流直接排出，降低净化效果 。而长时间、低强度的降雨有利于污染物与透水铺装材料充分接触，提高净化效率 。降雨间隔时间也会影响透水铺装内部微生物的活性，间隔时间过长可能导致微生物因缺乏营养物质而活性降低，影响生物降解作用 。

（四）铺装结构设计

透水铺装的面层、基层和垫层的厚度、材料组合以及孔隙分布等结构设计参数，对净化效果至关重要 。合理的结构设计能够优化水流路径，延长污染物在铺装内部的停留时间，增强物理过滤、吸附和生物降解等作用 。

例如，增加基层的厚度可以提高对细小颗粒污染物的过滤能力；采用多层不同材料组合的结构，可以发挥各层材料的优势，实现对多种污染物的协同去除 。

四、海绵城市道路透水铺装净化效果研究方法

（一）实验室模拟实验

在实验室中，通过构建小型的透水铺装模型，模拟不同的降雨条件和污染物输入情况，研究透水铺装对地表径流污染的净化效果 。实验过程中，精确控制降雨强度、污染物浓度等参数，采集处理前后的水样，分析污染物指标（如悬浮物、化学需氧量、重金属含量等）的变化，探究不同因素对净化效果的影响 。实验室模拟实验能够提供可控的实验环境，便于深入研究净化机理，但实验结果与实际工程存在一定差异 。

（二）现场监测

在实际的海绵城市道路工程中，选择具有代表性的透水铺装路段进行长期监测 。安装雨量传感器、水质监测设备等，实时采集降雨数据和地表径流水质数据 。通过对不同时间段、不同降雨条件下的监测数据进行分析，评估透水铺装在实际应用中的净化效果 。现场监测能够真实反映透水铺装在自然环境中的运行情况，但受环境因素影响较大，数据采集和分析难度较高 。

（三）数值模拟

利用计算机数值模拟软件，建立海绵城市道路透水铺装的数学模型，模拟地表径流在透水铺装中的流动过程和污染物的迁移转化规律 。通过输入不同的参数（如铺装材料特性、降雨条件、污染物分布等），预测透水铺装的净化效果 。数值模拟可以快速、便捷地分析多种因素对净化效果的综合影响，为透水铺装的设计优化提供参考，但模型的准确性依赖于参数的合理选取和验证 。

五、海绵城市道路透水铺装净化效果研究案例分析

（一）案例概况

某海绵城市建设试点区域，在一条城市道路上铺设了透水混凝土铺装 。该道路周边为商业区和居民区，地表径流中主要污染物包括悬浮物、有机物和少量重金属 。在道路两侧设置了监测点，对透水铺装前后的地表径流水质进行为期一年的监测 。

（二）净化效果分析

监测结果表明，透水混凝土铺装对悬浮物的平均去除率达到 75% 左右，有效降低了径流中固体颗粒的含量 。对化学需氧量的去除率约为40% ，说明其对有机物具有一定的净化能力 。在重金属去除方面，对铅、锌等重金属的去除率在 30%-50% 之间 。然而，在暴雨天气下，由于径流量过大，部分污染物随径流溢出，导致净化效果有所下降 。通过对监测数据的分析，发现透水铺装的净化效果与降雨强度、污染物初始浓度等因素密切相关 。

六、结论与展望

本研究对海绵城市道路透水铺装净化地表径流污染的效果进行了系统研究，明确了净化原理、影响因素、研究方法，并通过案例分析和策略探讨，为提升净化效果提供了思路 。研究表明，透水铺装对地表径流污染具有一定的净化能力，但受多种因素影响，其净化效果仍有待提高 。未来，应进一步加强对透水铺装材料和结构的研发创新，深入研究不同因素对净化效果的作用机理，完善监测和评估体系 。

参考文献

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