城市排水系统溢流污染控制技术研究

城市排水系统是保障城市正常运行、改善居民生活质量和维护水环境安全的重要基础设施。然而，随着城市空间扩展与不透水地表比例增加，地表径流量和峰值流量大幅上升，排水系统面临的超负荷运行风险逐渐加剧。尤其在强降雨、暴雨或极端天气条件下，排水系统常出现溢流现象，导致未经处理的雨污混合水或污染雨水直接排入受纳水体，成为城市水环境污染的重要来源。溢流污染不仅破坏了水体生态系统平衡，还诱发黑臭水体、富营养化等水环境问题，严重影响城市生态安全与居民生活环境。因此，针对排水系统溢流污染问题，探索科学有效的控制技术，已成为推动城市高质量发展与水环境综合治理的重要途径。

一、城市排水系统溢流污染问题概述

（一）城市排水系统结构类型

当前城市排水系统主要分为合流制和分流制两大类。合流制排水系统将生活污水、工业废水与雨水通过同一管道系统统一收集和输送，设计施工成本较低，适用于老城区与早期城市基础设施相对薄弱的区域[1]。然而，合流制系统在降雨过程中易因管道容量不足而产生溢流，污染物未经处理直接排入水体，形成严重的点源污染。

分流制排水系统通过独立的雨水管网和污水管网，分别输送雨水与污水，理论上可有效避免溢流污染。但在实际运行中，部分地区因施工误接、管道破损或设计不规范，仍存在雨污混接现象，导致溢流问题依然存在。此外，近年来新兴的海绵城市理念推动了绿色基础设施的应用，如透水铺装、下沉式绿地与生态雨水设施，逐步向多功能、复合型排水系统发展，强调雨水资源利用与生态调节能力。

（二）溢流污染的形成机制

溢流污染主要来源于初期雨水径流与合流制系统的溢流排放。城市地表大面积不透水化导致雨水无法自然下渗，形成高强度径流，携带大量悬浮物、重金属、有机污染物及微生物。在暴雨初期，地表污染物被迅速冲刷进入排水系统，初期雨水污染物浓度显著高于后期雨水，常见 COD 浓度高达 200～500mg/L ，SS 浓度超过 300mg/L ，氨氮与总磷含量也远超地表水环境标准。

在合流制排水系统中，当瞬时降雨强度超出管道设计能力时，多余水量通过溢流井或排放口直接排入受纳水体，雨污混合水中含有未经处理的生活污水、工业废水及雨水污染物，形成高负荷的水质污染输入。

地表不透水化率与溢流污染存在显著正相关关系。研究表明，当不透水化率超过 50% 时，城市径流系数显著提高，地表雨水径流强度加剧，溢流污染问题加重。此外，城市地表铺装材料（如混凝土、沥青）缺乏生态调节功能，进一步降低了系统的雨水削减与污染滞留能力。

（三）溢流污染的环境与社会危害

溢流污染直接导致受纳水体水质恶化，典型表现为氨氮、COD、总磷等指标超标，引发水体富营养化，促进蓝藻水华与黑臭水体形成，破坏水生态系统稳定性。大量微生物、有害重金属与有机污染物进入水体，对水生生物及其栖息环境构成威胁，降低生物多样性。此外，溢流污染中的致病微生物与抗生素抗性基因扩散，加剧水体微生物污染风险，影响饮用水安全，增加城市公共卫生事件发生概率。典型案例显示，暴雨溢流过程中，部分受纳河流中大肠杆菌含量超过地表水环境质量标准数十倍，严重威胁城市居民健康。溢流污染还可能引发城市内涝，破坏道路交通、城市景观与公共设施，降低居民生活质量与城市运行效率，增加城市治理与基础设施运维成本。

二、城市排水系统溢流污染控制技术分析

（一）源头控制技术

源头控制是减少溢流污染负荷的基础性措施，主要依托绿色基础设施与低影响开发（LID， Low Impact Development）理念，通过提升地表的雨水下渗、滞蓄与净化能力，削减初期雨水污染输入 [2]。透水铺装是典型的源头控制措施之一，广泛应用于人行道、广场、停车场等区域。常见材料包括透水混凝土、透水沥青、生态砖与多孔石材，具有良好的雨水渗透与污染物滞留功能。研究表明，透水铺装在降雨过程中可减少70% 以上的地表径流量，初期雨水中的悬浮物（SS）、化学需氧量（COD）等污染物削减率可达 50%～ 80% 。在部分城市的道路改造项目中，采用透水铺装后，年径流总量削减率普遍超过 60% ，显著降低了片区内的溢流风险。

绿色屋顶通过在建筑顶部设置防水层、排水层、基质层与植被层，利用植物与基质的截留与下渗功能，减少屋顶径流强度与污染物负荷。常见植物包括耐旱、耐寒的景天类植物、地被草本或低矮灌木。实际应用中，绿色屋顶可削减 40%～60% 的降雨径流，同时具备一定的污染物过滤能力。部分新建公共建筑的屋顶采用绿色屋顶系统后，年径流总量明显下降，强降雨下的径流峰值也得到了有效削减。

雨水花园与下凹式绿地依托地势微调与土壤渗滤功能，结合植物吸收作用，常设置于道路交叉口、广场周边或住宅区绿地内。这类设施通过下沉设计，将地表径流集中引入，利用多孔性土壤结构与植物根系协同净化污染物，并促进雨水下渗。实地监测数据显示，雨水花园可对

COD、氨氮与悬浮物的去除率分别达到 65% 、 70% 与 75% 以上。部分片区通过设置雨水花园系统，成功降低了径流总量与污染物负荷，下游水体水质明显改善。

（二）过程调蓄与截流技术

过程调蓄技术是通过设置雨水调蓄设施与截流系统，降低雨水峰值流量与污染物负荷，缓解溢流风险。雨水调蓄池根据布局形式可分为地面型与地下型，常采用钢筋混凝土或高密度聚乙烯（HDPE）模块化结构，具备蓄水、沉降与延迟排放功能。部分城市密集区内建设的地下调蓄池，设计容量普遍在 5000～20000 立方米之间，配备在线水质监测与远程控制系统，可在暴雨期间有效缓解地表径流压力。

溢流截流井常设置在排水系统的高风险节点，通过截流阀门、闸门与提升泵，实施雨污分流与超负荷雨水截留 [3]。现代截流设施配备智能监控与自动控制功能，实时调节截流口的启闭，减少污染物未经处理直接排放入水体的情况。部分城区的溢流控制系统运行数据显示，通过智能截流设施的应用，溢流污染物排放总量年均削减率可达到30% ～ 40% 。

地下综合管廊系统通过整合排水、通信、电力与能源管线，提升城市地下空间利用效率，增强排水系统调蓄与输送能力，具备良好的扩展性与管理便利性。此类设施在新建片区与市政基础设施改造中逐步推广，综合效益显著。

智能排水系统结合物联网、大数据分析与遥感技术，实时采集流量、水位、水质与天气等数据，构建动态仿真与调度平台。系统可基于实时信息，智能控制排水闸门、泵站运行与调蓄设施投用，提升溢流污染防控的精细化与应急响应水平。部分城市已建成智能排水平台，实践中展现出良好的系统联动与快速反应能力。

（三）末端治理与污染削减措施

末端治理主要针对溢流排放口及受纳水体，通过设置生态净化设施与水质改善技术，削减残留污染物负荷，维护水体生态安全 [4]。人工湿地是典型的末端治理措施，依托植物根系、微生物作用与基质过滤，实现对悬浮物、有机污染物及氮磷的高效去除。人工湿地分为表面流湿地与潜流湿地，前者适用于用地宽裕的水体两侧，后者适用于空间受限或污染物浓度较高的区域。常用植物有芦苇、香蒲、荷花、水葱等，选用耐污、耐水淹植物可提升系统稳定性。部分区域通过建设人工湿地，水体氨氮与总磷去除率普遍超过 65% ，出水水质显著改善，生态景观效果良好。

生态浮岛通过漂浮结构结合水生植物，实现对水体表层的净化。浮岛材料一般采用高密度聚乙烯（HDPE）模块或轻质合成纤维，搭载根系发达、耐污能力强的植物，如水葱、鸢尾、菖蒲等，根系悬浮于水中，吸收营养盐并为微生物群落提供附着基质。实际应用中，生态浮岛可有效去除水体中的总磷、氨氮及部分重金属，污染物削减率可达50% ～70%，同时提升水体自净能力与景观价值。

部分地区积极推动雨水收集与再利用系统，将初期雨水经沉淀、过滤或简易处理后，广泛应用于城市绿化浇灌、道路冲洗与工业冷却补水。该类系统可有效减少地表径流总量，降低溢流风险，同时缓解城市水资源紧张局面。实践表明，合理布局雨水利用系统后，年均雨水回用量明显上升，初期径流污染物削减效果突出，综合效益显著。

三、典型案例分析与技术应用展望

（一）国内典型案例剖析

近年来，国内多地积极探索城市排水系统溢流污染控制技术，推动“海绵城市”建设与绿色基础设施集成应用，取得了初步成效。部分南方沿海城市结合实际地形与气候条件，广泛采用绿色屋顶、雨水调蓄、人工湿地与智能排水系统，系统性控制溢流污染。典型示范区域数据显示，通过实施综合治理措施，城市不透水化率下降约 5%～8% ，强降雨期间的溢流次数年均减少 30% 以上，城区水环境质量明显改善。在部分东部沿海地区，结合低影响开发（LID）理念，重点推进透水铺装、下沉绿地与雨水花园建设。项目区内大面积铺设透水混凝土与生态砖，有效提升了地表雨水渗透能力。同时，住宅区与公共空间合理布局下沉式绿地与雨水花园，利用植物、土壤与基质协同净化初期雨水污染物。监测数据显示，透水铺装与雨水花园结合使用后，区域年径流总量削减约 15%～25% ，初期雨水中的悬浮物、COD 与氨氮去除率普遍超过 65% ，对改善下游水质起到了积极作用。此外，部分内陆城市因地制宜开展“海绵城市”试点，集成雨水调蓄池、绿色屋顶、人工湿地与生态浮岛等多元化措施，形成较为完整的溢流污染控制体系。试点区域数据显示，内涝发生次数减少 40% 左右，雨季期间水体氨氮、总磷等指标显著改善，部分水域水质稳定达到地表水Ⅳ类标准以上水平，溢流污染治理效果逐步显现。

（二）现有技术应用效果与存在问题现有溢流污染控制技术在部分城市试点区域已取得明显成效，尤其是透水铺装、雨水调蓄、人工湿地等措施在削减径流总量、改善水质方面发挥了积极作用。但整体来看，相关技术应用仍存在诸多制约因素。一方面，城市建设用地紧张，部分核心区域难以大规模布局雨水调蓄设施与下沉式绿地，导致源头控制措施实施受限。另一方面，绿色基础设施投资成本较高，部分地区缺乏系统化、成片式规划，存在单点分散、布局不合理、规模偏小的问题，影响了整体削减效果与系统稳定性。同时，智能排水系统建设过程中，面临数据共享困难、监测设备分散、平台整合度不足等技术瓶颈，且高昂的建设与运维成本限制了在中小城市的推广应用，整体治理水平与技术协同效益仍有待进一步提升。

（三）未来发展方向与综合治理策略

未来城市溢流污染控制应聚焦多功能复合型排水系统设计，整合绿色基础设施、智慧监测与生态治理手段，构建“源头削减—过程控制—末端治理”全链条管理体系 [5]。基于大数据、云计算与智能传感的动态调控平台，可提升系统应急响应与运行效率。同时，需结合海绵城市理念，优化城市规划布局，提升地表渗透率与雨水利用水平。政策层面应强化标准制定、资金扶持与公众参与，形成多元协同的治理格局，推动城市排水系统向绿色、低碳、韧性发展转型。

总结：城市排水系统溢流污染已成为影响水环境质量与城市可持续发展的重要问题。通过系统分析可见，源头削减、过程调蓄与末端治理等多元化技术的协同应用是有效控制溢流污染的核心路径。绿色基础设施、雨水调蓄池、智能排水系统与生态净化措施在部分地区的应用取得了积极成效，明显改善了城市水体环境与排水系统运行效率。然而，现阶段仍存在用地紧张、投资成本高、系统协同不足等实际问题，限制了技术的广泛推广。未来应结合城市实际，优化绿色基础设施布局，推动智能排水管理平台建设，完善政策支持与公众参与机制，构建更加高效、低碳、可持续的城市排水系统，全面提升城市水环境质量与生态安全水平。

参考文献

[1] 彭丽红 . 老城区合流制溢流污染控制及优化调度研究 [J]. 市政技术 ，2024，42（04）：245-253.

[2] 牟晋铭 ， 耿晓洒 . 上海典型合流制排水系统溢流污染控制策略[J]. 净水技术 ，2024，43（10）：154-159.

[3] 熊科 . 重庆市中心城区深隧排水系统规划的探讨与借鉴 [J].低碳世界 ，2024，14（08）：81-83.

[4] 韩杰 ， 于磊 ， 蔡辉艺 ， 等 . 基于监测与模型的典型合流制排水系统溢流污染来源解析 [J]. 给水排水 ，2024，60（04）：76-82.

[5] 谢磊 ， 解铭 ， 薛江儒 . 调蓄池在排水系统中的应用及发展方向探讨 [J]. 中国给水排水 ，2023，39（12）：37-43.