第1章 引言
1.1 研究的背景和意义
降雨径流污染是在降雨径流的冲刷作用下，大气、地面和地下的污染物质进入水体而造成的水污染。
在发达国家，点源污染基本得到有效控制，雨水径流带来的非点源污染已成为水体污染的主要因素。如美国约有60%的河流和50%的湖泊污染与非点源污染有关；已实现污水二级处理的城市，水体BOD年负荷约40%～80%来自雨水径流［［1，2］］。美国环保局（EPA）最近资料还表明，在一些州约22000个被污染水体中，城市径流和其他非农业的非点源污染被列为主导污染源的占18%以上［3］。
我国雨水径流引起的污染问题也很严重。在太湖、滇池等重要湖泊，非点源污染已成为水质恶化的主要原因之一［4］。城市雨水径流携带大量污染物进入城市水系也造成水体的严重污染［［［55-8-8］］］。李立青等［9］连续3年对武汉市汉阳城区降雨径流污染的监测研究表明，城市降雨径流向受纳水体输入的污染负荷占有很大的比例，在城市集水区尺度上，3个没有实施截污工程的雨、污合流制集水区降雨径流输出的TSS、COD、TN和TP分别占集水区总污染负荷的59.4%、26.3%、11.2%和10.1%，非点源污染同样是引起城市水环境质量恶化的主要原因之一。
李田等［10］进行了初步估算，2010年之前，北京和上海城区雨水径流污染占水体污染负荷的比例约占10%左右。北京申奥、上海申博的成功加速了排水工程和污水处理厂的建设速度，2010年规划实施后，北京城市雨水径流污染负荷的比例上升至12%以上，上海上升至20%左右。
城市雨水径流污染具有晴天累积、雨天排放，突发性、高流量、重污染的特征，且污染物组成复杂。考虑到径流污染物输送的非连续性和爆发性，其污染负荷所占比例在降雨的短时段内会成倍升高，甚至超过点源污染，对城市水体造成冲击性影响，严重制约城市水环境质量的彻底改善，许多城市暴雨后发生的水污染事件就是很好的例证［11］。
近二三十年来，城市雨水污染在发达国家受到广泛关注，许多国家对城市径流污染及控制进行了深入的研究，并制定了系统的法规、管理和技术体系。
美国在20世纪70～80年代，基本上成功地控制了点源污染，并开始重视非点源如雨水径流污染的控制。1981—1983年，美国环保局（EPA）主持的“全美城市雨水径流项目”（Nationwide Urban Runoff Program）投入1.5亿美元，第一次大范围、大规模地对城市雨水径流的污染及控制技术进行研究，分300个课题在美国22个城市、81个现场，共收集分析了2300场降雨数据资料，这是一项影响很大的研究。1995年美国环保局用于控制非点源污染的财政拨款就达3.7亿美元［12］。在配套的城市雨水资源管理和污染控制第二代BMP（best management practice）方案中，更强调与植物、绿地、水体等自然条件和景观结合的生态设计和非工程性的各种管理方法（表1.1）。
表1.1 美国城市雨水径流最佳管理办法 Tab.1.1 Best management practice of urban runoff in US
德国在20世纪90年代已基本实现对城市雨水的污染控制，最典型的措施是修建大量的雨水池来截留处理合流制和分流制管系的污染雨水，以及采取分散式源头生态措施削减和净化雨水［13］。新西兰也不断完善对城市雨水水质水量的控制管理措施。如奥克兰地区1983年发布的研究成果已涉及到河流的生态、资源合理利用、河滨带的管理、景观设计和相关法律。2000年又出版了控制雨水径流污染的技术手册［14］，也强调分散式现场选择性技术措施，如湿地、自然水道、河岸缓冲带、土壤渗透、天然植被带的利用等，为雨水径流污染控制提供了更完善的参考依据。
我国城市地表水环境非点源污染的研究起步较晚，20世纪80年代初才开始对北京的城市径流污染进行研究，随后在上海、杭州、南京、苏州、成都、涪陵等城市也逐渐开展起来。但总体看，研究还显得薄弱，滞后于城镇建设与发展。城镇雨水利用和雨水径流污染控制，很大程度上要从基础设施建设着手，即在城镇建设与发展的同时，加以妥善解决，而相关的研究和规划更需超前［15］。我国目前在城镇规划和基础设施建设中，几乎都未认真考虑这部分雨水资源的合理利用和雨水径流污染的有效控制，排水系统的规划设计，还主要停留在如何尽快地将城镇雨水直接排放的传统观念上。我国在污水处理技术领域和发达国家的差距很小，但在涉及雨水资源利用和雨水径流污染控制的城镇排水系统和设施的规划、设计与建设，及相关的法规与管理等研究领域，车武和李俊奇［15］认为有近20年的差距。因此，如何在结合国外先进经验和我国实际情况基础上，加强城市径流污染控制，实现雨水资源化，提出切实可行、经济实用的控制管理技术与方法，是我国现在和今后研究的重点。
按目前的发展趋势，城市降雨径流污染必将成为我国城市水体污染的主要因素，由于其随机性、不稳定性和城市地表的复杂性，使得城市降雨径流的控制和处理成为改善我国城市水环境的难点。
目前国内外有很多净化径流雨水技术和河流强化净化技术，如果能将这些技术引入到护岸工程中，使护岸工程在满足人们对防洪、航运、景观和生态等需求的前提下，同时具有净化径流污染功能，使护岸成为低维护成本的净水廊道，即“净水型护岸”［16］。实现护岸功能的“一专多能”，不仅可以减少资金投入，同时也不占用市区宝贵的土地资源，将会取得事半功倍的效果，并成为城市径流污染控制措施的有益补充。
在我国今后相当长的一个时期内，污染物含量超标的城市径流雨水通过排水系统进入城市水体的情况可能仍然普遍，或者说很难被根除。在此背景下，对新建和改建的护岸工程设计引入“净水型护岸”理念，在适当增加工程造价和运行维护费用的前提下，使其兼具有较强的净水功能，无疑是一种积极而有意义的尝试。本书通过对“净水型护岸”理念进行研究，为城市规划设计者在护岸结构设计工作中提供参考和借鉴，并通过对具有推广价值的净水护岸方案的提出、探讨和研究，促进其在我国城市护岸建设中的推广和应用，以期取得良好的社会效益和环境效益。
目前，中国城市化水平还很低，城镇人口占总人口的比例只有33%，距发达国家有很大差距，距世界平均46%的水平也有较大距离。相对落后的城镇化水平已构成国民经济快速可持续发展的制约因素，因此，加快城镇化进程和提高城镇化水平已成为一项基本国策。另一方面，我国对以洁净的生态水体为核心的滨水景观建设和开发表现出了前所未有的热情。以苏州为例，1994年苏州市政府与新加坡政府开始合资建设23km2金鸡湖滨水社区，作为吸引世界500强企业的投资基地，该社区由世界知名的香港泛亚易道公司规划，均采用国际标准并具有环保功能。同时，我国政府正在积极开发和推广节能环保产品和技术，可持续发展的理念已经浸入到国家发展建设的各个环节。在这种大背景下，净水护岸技术的开展更具有重要的现实意义。