1 引言
在城市的發(fā)展中，便利的城市基礎(chǔ)設(shè)施、大規(guī)模的交通系統(tǒng)、發(fā)達(dá)的貿(mào)易和增加的工業(yè)生產(chǎn)，刺激著人口的集中，改變了城區(qū)的土地利用情況，如清除樹木、平整土地、建造房屋、街道，整治河道以及興建和完善排水管網(wǎng)等，造成天然田野、森林、河流的消失，并出現(xiàn)大量污染。人們必須維護(hù)和恢復(fù)城市生態(tài)系統(tǒng)，建立新的物質(zhì)和能量流動體系，以保證其平衡。城市化的發(fā)展和程度直接和間接的影響到城市地區(qū)的水環(huán)境，由此帶來城市雨洪控制和水質(zhì)污染控制的問題。建設(shè)和完善水環(huán)境治理的基礎(chǔ)設(shè)施并進(jìn)行科學(xué)的管理，將是創(chuàng)造現(xiàn)代化城市良好的生存環(huán)境，保證其可持續(xù)發(fā)展的必要條件。為此，需要對城市水環(huán)境進(jìn)行綜合整治。
2 城市化對雨洪徑流的影響
2．1 城市降水
城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，在一定程度上改變了城市地區(qū)的局部氣候條件，又進(jìn)一步影響到城市的降水條件。在城市建設(shè)過程中，地表的改變使其上的輻射平衡發(fā)生了變化，空氣動力糙率的改變影響了空氣的運(yùn)動。工業(yè)和民用供熱、制冷以及機(jī)動車量增加了大氣中的熱量，而且燃燒把水汽連同各種各樣的化學(xué)物質(zhì)送入大氣層中。建筑物能夠引起機(jī)械湍流，城市作為熱源也導(dǎo)致熱湍流。因此城市建筑對空氣運(yùn)動能產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。一般來說，強(qiáng)風(fēng)在市區(qū)減弱而微風(fēng)可得到加強(qiáng)，城市與其郊區(qū)相比很少有無風(fēng)的時候。而城市上空形成的凝結(jié)核、熱湍流以及機(jī)械湍流可以影響當(dāng)?shù)氐脑屏亢徒涤炅縖1]。
1984-1988年，上海市水文總站在上海老市區(qū)（不含寶山、閔行區(qū)）149 km2內(nèi)設(shè)置的13個雨量點(diǎn)和原有分布在郊縣的55個雨量站進(jìn)行平行觀測，研究城市化對上海市區(qū)降雨影響的程度和范圍。其研究結(jié)論包括[2]：（1）市區(qū)降雨量大于近郊雨量，平均增雨為6%；（2）市區(qū)和其下風(fēng)向的降水強(qiáng)度要比郊區(qū)大；（3）降水時空分布趨勢明顯，降水以市區(qū)為中心向外依次減�。唬�4）城市化對不同量級降水雨日發(fā)生頻次具有影響：城市化后會使暴雨雨日增多，由于大暴雨、特大暴雨時，城市化影響相對較弱，當(dāng)雨量達(dá)暴雨級后，市區(qū)雨日不再增加。
2．2 城市建設(shè)
隨著城市化的發(fā)展，樹木、農(nóng)作物、草地等面積逐步減小，工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)和居民區(qū)的面積不斷增加。城市化過程也使相當(dāng)部分的流域（例如小的河道、湖泊和濕地）為不透水地表所替代，減少了蓄水空間。由于不透水地表的入滲量幾乎為零，使徑流總量增大，使得雨水匯流速度大大提高，從而使洪峰出現(xiàn)時間提前。地區(qū)的入滲量減小，地下水補(bǔ)給量相應(yīng)減小，枯水期河流基流量也將相應(yīng)減小。
排水系統(tǒng)的完善，如設(shè)置道路邊溝、密布雨水管網(wǎng)和排洪溝等，增加了匯流的水力效率。城市中的天然河道被裁彎取直、疏浚和整治，使河槽流速增大，導(dǎo)致徑流量和洪峰流量加大。
例如，四川省成都市峨眉山保寧小區(qū)的峨嵋徑流試驗(yàn)站的小流域雨洪觀測點(diǎn)，匯水面積1.43 km2。1964年起，城市化進(jìn)程對這里的暴雨徑流產(chǎn)生影響，現(xiàn)在不透水面積已達(dá)全流域面積的25%以上。洪峰流量增大、洪峰出現(xiàn)時間提前是城市化對暴雨徑流的影響特征。
此外，大多數(shù)城市形成于平原地區(qū)或山區(qū)沿江（河）兩岸。沿江（河）的城市，當(dāng)市區(qū)地面標(biāo)高低于江（河）的洪水位時，將受到河洪的威脅；而沿江山地城市，除受河洪威脅外，還將受到山洪的威脅；位于山坡或山腳下的工廠和城鎮(zhèn)主要受到山洪的威脅。
雨洪徑流增加后，可能會使已有排水明溝、陰溝、橋涵、河道等的過水能力感到不足，以致引起城市下游洪水泛濫，造成交通中斷、地下通道淹沒、房屋和財產(chǎn)受破壞和損失。
3 城市水環(huán)境中污染物的來源和種類
城市徑流中污染物組分及濃度隨城市化程度、土地利用類型、交通量、人口密度和空氣污染程度而變化。一般雨洪徑流中的污染物來自三個方面：降水、土地表面和下水道系統(tǒng)。其中污染物大概分為：懸浮固體（ss），重金屬，富營養(yǎng)化物質(zhì)（如氮，磷），細(xì)菌和病毒，油脂類物質(zhì)，酸類物質(zhì)，有毒有機(jī)物（除草劑等）和腐殖質(zhì)。排入水體的污染物當(dāng)在數(shù)量上超過該物質(zhì)在水體中的本底含量和水體的環(huán)境容量時，就會導(dǎo)致水的物理、化學(xué)及微生物性質(zhì)發(fā)生變化（溶解氧降低、富營養(yǎng)化和毒性作用），使水體固有的生態(tài)系統(tǒng)和功能受到破壞，限制潛在的水資源利用（如供水、娛樂、漁業(yè)等）[4]。
降水，即降雨和降雪，對徑流污染物的貢獻(xiàn)包括降水淋洗空氣污染物的部分。研究表明：在屋頂產(chǎn)生的徑流里，10~25%的氮、25%的硫和不到5%的磷來自降雨，而在停車場、商業(yè)區(qū)和交通繁忙街道產(chǎn)生的徑流中，幾乎所有氮、16%~40%的硫和13%的磷來自降雨。近年來，由于大氣污染嚴(yán)重，在某些地區(qū)和城市出現(xiàn)酸雨，嚴(yán)重時，ph值達(dá)到3.1，因而降雨初期的雨水是酸性的。酸雨主要是工業(yè)和交通工具產(chǎn)生的硫氧化物（sox）和氮氧化物（nox）釋放到大氣中，并溶于云霧而形成硫酸（h2so4）和硝酸（hno3），然后隨氣流輸送，較終成為酸雨降落至地面。
地表污染物以各種形式積蓄在街道、陰溝和其它與排水系統(tǒng)直接相連接的不透水表面上。如行人拋棄的廢物，從庭院和其它開闊地上沖刷到街道上的碎屑和污染物，建造和拆除房屋的廢土、垃圾、糞便或隨風(fēng)拋灑的碎屑，汽車漏油與排放的尾氣，輪胎磨損，從空中干沉降的污染物等。這些地表污染物在雨洪期間可能會進(jìn)入水體。
排水系統(tǒng)也對雨洪徑流水質(zhì)有影響，主要有雨水口中的沉積物和合流制排水系統(tǒng)漫溢出的污水。在合流制排水系統(tǒng)里，廢水和雨洪摻混在一起輸送到受納水體或污水處理廠。當(dāng)雨洪徑流流速較大時，排水管網(wǎng)中無雨期沉積下來的污染物被沖起并帶走。同時一般城市中仍舊存在人為有意或無意造成的雨污水管道混接、工業(yè)廢水管道和生活污水管道直接排放水體的現(xiàn)象。由于排水管道缺乏維護(hù)、出現(xiàn)不均勻沉降等原因，也會造成管道雨（污）水滲漏的增加。根據(jù)2002年的估計數(shù)據(jù)，目前全國80%左右的城鎮(zhèn)污水沒有經(jīng)過處理就直接排放，造成1/3以上的河段受到污染，90%以上的城市水域污染嚴(yán)重，近50%的城鎮(zhèn)水源不符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)[5]。
有潮汐的河流，河流的漲潮落潮將降低水體的流動和置換，使污染負(fù)荷不能釋放，天長日久，污水在河道中回蕩，污染物在河道中累積疊加。
城市水體受到污染的原因還包括周邊水源水質(zhì)的影響、航運(yùn)污染源的影響等。
4 水環(huán)境的綜合整治
長期以來，對水環(huán)境多采用消極的單項治理方式，水體污染未能達(dá)到很好的控制，并有日益加重之勢。實(shí)踐證明，對水環(huán)境進(jìn)行綜合治理并納入水污染防治體系，才是解決水環(huán)境的重要途徑。西方發(fā)達(dá)工業(yè)國家從上世紀(jì)初開始整治城市水環(huán)境，研究水環(huán)境污染治理技術(shù)。在上世紀(jì)，水環(huán)境的治理過程大致可分成三個階段：1）六十年代以前的被動治理階段，主要是對付嚴(yán)重的污染現(xiàn)狀；2）七十年代的綜合治理階段，進(jìn)入污染控制階段，有被動的單項治理轉(zhuǎn)向主動的綜合治理；3）八十年代以后的綜合防治階段，將經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)，加強(qiáng)環(huán)境管理，進(jìn)行區(qū)域綜合防治，這一階段的特點(diǎn)是把環(huán)境視為資源，一切開發(fā)活動都必須同時考慮經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益，禁止任何過度開發(fā)行為，從維持生態(tài)平衡出發(fā)，實(shí)行城市綜合規(guī)劃，利用市場經(jīng)濟(jì)規(guī)律并強(qiáng)化政府干預(yù)手段來達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。
首先，要恢復(fù)清澈的河水和生態(tài)平衡系統(tǒng)，必須杜絕工業(yè)廢水、生活污水及其它污染源進(jìn)入水體，因此需要建設(shè)和完善污水收集系統(tǒng)、改造合流制管道系統(tǒng)、建設(shè)污水處理廠、注重雨水調(diào)蓄設(shè)施、維護(hù)城市防洪設(shè)施等。例如，美國平均每年投資約50億美元用于污水處理，日本平均每年投資20億美元，美國、日本、英國、法國等發(fā)達(dá)國家已建成平均每一萬人就有一個二級處理的污水廠，基本杜絕了點(diǎn)污染源產(chǎn)生的污水直接排入河道。
在雨水管道系統(tǒng)設(shè)計、用地規(guī)劃和地面覆蓋上考慮雨水滲透。合理、充分地利用雨水涵養(yǎng)地下水源，既能緩和城市水資源危機(jī)，又能增加土壤中的含水量、調(diào)節(jié)氣候，從而減少所需雨水管系容量，降低雨水管系的投資和運(yùn)行費(fèi)用，減輕城區(qū)水澇災(zāi)害和水體污染。雨水滲透控制措施包括滲水路面、滲水渠道、人工濕地以及植樹種草等[6]。
城市雨（污）水經(jīng)妥善處理后可作低質(zhì)用水，如用作工業(yè)冷卻用水和雜用水（廁所沖洗水、洗車水、灑水、消防用水、空調(diào)用水等）。城市雨（污）水資源化，在解決水污染的同時，也解決某些缺水地區(qū)水資源不足的問題。污水在回用以前一般采用處理廠的深度處理，水質(zhì)污染程度不高的雨水可在雨水水質(zhì)調(diào)蓄池中存儲并進(jìn)行適當(dāng)處理。
為了幫助更好的認(rèn)識水環(huán)境運(yùn)動規(guī)律，減少水環(huán)境研究和管理的費(fèi)用，提高決策的正確性和有效性，使信息科技在水環(huán)境的研究和管理中發(fā)揮巨大的作用，應(yīng)不斷應(yīng)用、發(fā)展和完善水信息學(xué)技術(shù)和方法。一般意義上，水信息學(xué)是研究與水環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)的收集、處理、存儲、傳播、分析和圖像顯示等的學(xué)科，它綜合數(shù)學(xué)、計算機(jī)科學(xué)和傳統(tǒng)水環(huán)境科學(xué)和工程學(xué)的方法，來解釋大量復(fù)雜的水環(huán)境科技奧秘，解決水環(huán)境科技難題[7]。
在采用降雨徑流控制措施的同時，也應(yīng)不斷完善雨水管理方面的政策法規(guī)。其措施主要包括城市發(fā)展的資源規(guī)劃（例如控制不滲透地表面積、積極植樹種草增加綠地面積、充分利用城市水面蓄水等）、自然水體的保護(hù)和利用（如嚴(yán)禁填埋河道）、排水設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的制定、排水許可的完善（如達(dá)標(biāo)排放、排污收費(fèi)等）、化學(xué)品使用的控制（如沿道路綠化帶嚴(yán)禁使用化學(xué)除草劑）、地表衛(wèi)生條件的維護(hù)（如嚴(yán)禁在公共場所亂扔垃圾廢物）等。
5上海市蘇州河環(huán)境綜合整治一期工程概況
目前國內(nèi)外已經(jīng)意識到城市會環(huán)境綜合整治的重要性，并采取了大量的工程措施。例如英國倫敦對泰晤士河流域、北京護(hù)城河的整治等。在上海，目前進(jìn)行了蘇州河環(huán)境綜合整治工程。
蘇州河，又稱吳淞江，是黃浦江的一條支流，也是上海市城市水體的重要組成部分。蘇州河在治理之前，其干、支流水質(zhì)污染嚴(yán)重，華漕以下形成了長達(dá)26 km的常年黑帶。造成蘇州河嚴(yán)重污染的原因主要有以下幾條：1）上海市區(qū)大量工業(yè)廢水和生活污水的排放，使蘇州河成為納污河道，其污染負(fù)荷大大超過水體的自凈能力。（2）上海市區(qū)地表徑流中的污染物及管網(wǎng)中的滯留污水因合流污水溢入蘇州河。3）蘇州河底泥中常年累積下來的有機(jī)污染和重金屬污染十分嚴(yán)重，在一定的水動力條件下，底泥通過解析釋放使河水受到二次污染。4）蘇州河上游來水量較小，且水質(zhì)較差（v類或劣于v類水），致使下游河道允許納污量有限。5）蘇州河狹窄多彎，水流不暢，加劇了泥沙淤積，造成河床變淺，排水能力降低；同時由于蘇州河屬感潮河流，污水不能及時下泄，河段內(nèi)污水回蕩。6）蘇州河每天來往的運(yùn)輸船只達(dá)2000余艘，船上的廢棄物、燃油泄漏、航行時底泥的擾動等，影響了蘇州河水質(zhì)和景觀。5）兩岸歷史遺留下來的危棚簡屋、低標(biāo)準(zhǔn)設(shè)施與不良習(xí)慣人群的生活污染。
1998年，上海市政府從實(shí)際出發(fā)，以水污染防治為重點(diǎn)，近期治黑治臭、兩岸治臟治亂，遠(yuǎn)期形成綠化休閑功能，組織實(shí)施了蘇州河環(huán)境綜合整治一期工程，其中包括10個子項目（見表1），總經(jīng)費(fèi)約68億元。通過1998年—2002年期間的工程建設(shè)，已開始發(fā)揮效益，它顯著減少了排入蘇州河及其支流的污染負(fù)荷，迅速增加了蘇州河干流的流量，提高了水體的置換速度，同時對黃浦江水質(zhì)、長江口石洞口近岸水域的水質(zhì)具有改善作用。
6 結(jié)束語
城市水環(huán)境的綜合整治，需要運(yùn)用系統(tǒng)工程的理論和方法，以及現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)，從整個城市水環(huán)境的范圍出發(fā)，將區(qū)域規(guī)劃、水資源的有效利用和污水治理等諸因素相結(jié)合，從綜合方式考慮，以達(dá)到水環(huán)境的較優(yōu)管理和運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
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