维基百科

城市径流

城市径流（英语：Urban runoff）是经历都市化的地区，因雨水、景观灌溉、洗车[1]等活动而产生的地表径流。都市化过程中因土地开发（英语：land development），建有许多不透水地面（英语：Impervious surface）（例如道路、停车场和人行道），遇到下雨、暴风雨、积雪融化过速和其他形式的降水时，这些不透水的地面（多数由柏油和混凝土等材料建造）连同屋顶，会一起把受污染的大量水流带入排水渠，而非让水渗（英语：Infiltration (hydrology)）入土壤。[2]地下水位由于补给减少而会下降，而在地表因水量太大，会产生洪水。 [3][4]大多数市政排水管道会把这些未经处理的水流引入溪流、河流和海湾。这些超量的水还会经由建物的地下室管道，或经由墙壁和地板的渗漏而进入人们的住所。

流入排水渠的城市径流。

城市径流是全球城市的市区洪灾（英语：urban flooding）和水污染的主要原因。

污染物 编辑

流经不透水地面的水流往往会含有从道路和停车场携带而来的汽油、机油、重金属、垃圾和其他污染物，以及草坪的化肥和杀虫剂等污染物。道路和停车场是多环芳香烃 (PAH) 的重要来源（这种碳氢化合物是汽油和其他化石燃料燃烧后的副产品），也是重金属如镍、铜、锌、镉和铅的重要来源。由屋顶而来的径流会含有大量有机化合物和锌（来自镀锌的天沟）。遇到住宅区的草坪、公园和高尔夫球场地表施肥不当或过度的情况时，流经的水会含有可侦测出的硝酸盐和磷。[3][5]

受侵蚀的土壤或维护不善的建筑工地通常会因径流而导致沉积物增加。沉积物经常沉降到水体底部，会直接影响水质。当水体中聚集过多的沉积物，会因土壤存有大量营养而增加感染和罹患疾病的风险。这些多余的营养物质会减少水中的氧气，并促进藻类生长，同时又限制原生植物的生长，而把水生生态系统破坏。水体中有过多的沉积物和悬浮固体也有可能会破坏既有的基础设施。沉积物会堵塞地下水注入通路而更强化地表径流。增加的沉积物也把水库的蓄水量缩小。水库蓄水量减低后，会增加疏濬的成本，也会影响水上娱乐区的品质。[6]

径流还会诱导海洋生物产生毒素累积和生物放大作用。径流会把少量重金属带进海洋，而在水生动物体内累积，造成金属中毒（英语：Metal toxicity）。如果人类食用这类动物，也会增加金属中毒的几率。[7][8]

随着暴雨雪（英语：stormwater）引入排水渠和成为地表径流之后，排放到接收水域的自然沉积物负荷会减少，但水流量和速度会增加。事实上，一个典型城市的不透水地面所产的径流是面积类似的典型林地的5倍。[9]

影响 编辑

干旱天气时排放 编辑

通过喷灌方式灌溉，而有过度浇水的情况时，会在水道处于低流量（英语：baseflow）时期产生径流而抵达接收水域。[10]这类径流会把累积的污染物带到低稀释率的溪流中，导致污染物浓度远高于降雨期间的浓度。[11]

城市洪灾 编辑

 
遭径流覆盖的纽澳良街道。
 
城市中因不透水地面对径流的强化作用，与自然环境的比较。

城市径流是造成城市洪灾的主要原因，水量超越排水系统（例如排水渠）的负荷，导致建成环境中的土地或财产遭到淹没。[12]城市洪灾由暴洪、风暴潮、大水淹没河堤或大量融雪（英语：snowmelt）等引发，其特点是对社区造成重复性、高代价和全面的影响，即使城市不在洪氾区内或靠近任何水体时也会发生。[13]

雨水可透过几种方式进入房屋：经由下水道、厕所和水槽管道回流进入建筑物中；透过建筑物墙壁和地板的渗漏；建物和公共通行路径上的积水；以及河流、湖泊等水体的溢流。在建有地下室的房产中，城市洪灾是导致地下室积水的主要原因。[14]

 
位于美国东岸新泽西州巴赛克县的混凝土造渠道，用来控制当地的水患威胁。

水污染 编辑

城市径流会造成水质的问题。 美国国家学院在2009年发布一份关于城市受暴雨雪影响的综合报告，其中指出这种洪水仍是美国许多流域的主要污染来源。[15]:vii报告解释说“......如果会扩散污染源的土地利用改变不被解决，水质仍会进一步下降……前述的改变包括会干扰土地的农业、造林、城市化、工业和建筑活动，这些活动会在潮湿天气时把难以监测的污染物带出。这类污染被普遍认为是要恢复全国水体和水生生态系统所面临最艰困的挑战。[15]:24

 
非洲某处的开放式疏导径流沟渠。

径流还会升高溪流的温度，危害鱼类和其他生物（暴雨产生突发的径流会导致溪流温度上升，杀死鱼类。）此外，在冬季用于融化人行道和道路上积雪的盐会污染溪流和地下含水层。 [16]

城市径流产生的影响中最显著的是针对某些水道，这些水道在干旱期间少有溪水或甚至没水（通常被称短暂的溪流）。当溪流周围的区域被城市化后，径流会产生一种经常有的非自然水流（英语：streamflow），而伤害到水道附近的植被、野生动物和河床。这类城市径流含有很少或不含沉积物，当冲下河道时会破坏既有的曲流和沙洲等自然特征，而造成严重的侵蚀，因会切割到上游的河床，而把河口的沉积物负荷强化。例如在南加州，城市径流携带垃圾、污染物、过多的淤泥和其他废弃物进入许多水道入口处的海滩，会对当地人造成中度至重度的健康危害。

由于城市径流经常会携带肥料和有机废弃物，受到影响的水道经常会有优养化的情况。大雨过后，水道中会有相对较高的有机物含量，刺激藻类大量繁殖，很快就把水中的大部分溶氧消耗掉。一旦水中溶氧耗尽，藻类也会死亡，然后在水中分解，造成更进一步的优氧化。这些藻华主要发生在静水区，例如溪流池（英语：stream pool）和水坝、堰和一些落差结构后面的水域。优养化通常会给鱼类和其他水生生物带来致命的后果。

 
径流携带的油外泄物质。
 
渗滤沟（英语：Percolation）的作用是让暴雨雪的水分透过透水的土壤进入地下水含水层。

 
油/渣分离装置可把径流从道路/停车场等携带而来的固体、油脂、瓦砾和漂浮物收集后处理。

河岸遭到侵蚀会导致洪水，并造成财产损失。地方政府多年来通常是利用混凝土和砖石材料，建造硬化堤和类似的控制用结构，来应对城市河岸的侵蚀问题。使用这些硬质材料会破坏鱼类和其他动物的栖息地。[17]这样的做法可把直接受洪水破坏的地区稳定住，但通常只是把问题转移到河流的上游或是下游。[18] {{see also|河流​​工程（英语：river engineering）

含有污染物的城市径流可透过多种方式危害人类，例如污染饮用水、扰乱食物来源，甚至导致部分海滩因疾病风险而被关闭。当强降雨发生后，溢出的受污染洪水会影响人们用作休闲或钓鱼的水道，导致海滩或水上活动关闭，原因为径流会导致水中有害细菌滋长或无机化学污染物激增。[19][20]我们通常认为最具破坏性的污染物是汽油和油外泄，但会忽略肥料和杀虫剂的影响。当浇灌植物和灌溉田地时，会把施用的化学物质冲入地下水位。这些化学物质会对进入的新环境当地植被、无脊椎动物和脊椎动物有不利的影响。

预防和缓解 编辑

主条目：地表径流

有效控制城市径流的做法包括降低暴雨雪的流速和流量，以及减少污染物排放。地方政府使用各种管理技术来减少城市径流的影响。美国和加拿大称这类技术为最佳水污染管理措施（英语：Best management practice for water pollution） (BMP)，有的侧重于控制水量，另有侧重于改善水质，有的两者兼具。[21]

预防污染的措施包括低影响开发 (LID) 或绿色基础设施（英语：green infrastructure）技术（在英国称为可持续排水系统（英语：Sustainable Drainage Systems） （SuDS），在澳大利亚和中东称为水敏城市设计（英语：Water-Sensitive Urban Design）（WSUD）），例如采用绿化屋顶以及改进化学品（例如汽车燃料和机油、化肥、杀虫剂和道路除冰剂）的管理。[22][23]缓解径流用的系统，包括渗透池（英语：infiltration basin）、雨水花园（生物滞留系统）、人工湿地、湿滞洪池和类似设施。[24][25]

有效的城市径流解决方案通常需要把社区的需求和差异列入考虑。城市的平均温度、降水量、地理位置和空气污染物水准等因素都会影响到城市径流的污染程度，各有独特的应对需求。城市化程度、土地使用趋势和采用的不透水地表建材等因素通常会把这些问题加剧。

在执行整个城市维护策略，如街道清扫计划，也是改善径流品质的有效方法。利用清扫车辆（英语：street sweeper）把公共停车场和道路常见的灰尘和悬浮颗粒清除，以免这些物质最终会进入径流。[26]

教育计划也可成为管理城市径流的有效工具。当地企业和个人本身的作为在减少城市径流污染方面可发挥不可或缺的功能，但往往少有人清楚如何遵循及运用。就城市径流和有效处置家居用品的重要性展开有建设性的讨论，有助各方采用具有合理经济成本的做法。[27]

径流产生的热污染可透过吸收或将其导入地下水的管理设施来控制，例如生物滞留系统和渗透池。生物滞留系统在降低温度方面往往效果较差，因为经滞留的洪水在排放到溪流之前可能会被太阳加热。[21]:p. 5–58

暴雨雪收集（英语：Stormwater harvesting）设施可用来处理由小溪、沟渠、短暂溪流和其他地面输送装置而来的径流。这种设施通常有多个目标，例如把流入敏感水域的受污染径流降低，促进地下水补给，以及用于抽水马桶和灌溉等非饮用水用途。[28]

参见 编辑

参考文献 编辑

  1. ^ Impact of Water Runoff from Streets and Yards. Highlands Ranch Metro District. [2021-08-30]. （原始内容存档于2023-03-07）. 
  2. ^ Runoff (surface water runoff). USGS Water Science School. Reston, VA: U.S. Geological Survey (USGS). 2016-12-02 [2023-05-10]. （原始内容存档于2020-05-15）. 
  3. ^ 3.0 3.1 Water Environment Federation （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Alexandria, VA; and American Society of Civil Engineers （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Reston, VA. "Urban Runoff Quality Management." WEF Manual of Practice No. 23; ASCE Manual and Report on Engineering Practice No. 87. 1998. ISBN 1-57278-039-8. Chapter 1.
  4. ^ Schueler, Thomas R. The Importance of Imperviousness. Schueler; Holland, Heather K. (编). The Practice of Watershed Protection. Ellicott City, MD: Center for Watershed Protection. 2000: 1–12 [initial publ. 1995] [2014-12-24]. （原始内容 (pdf)存档于2014-03-27）. 
  5. ^ Burton, G. Allen Jr.; Pitt, Robert. Ch. 2: Receiving Water Uses, Impairments, and Sources of Stormwater Pollutants. Stormwater Effects Handbook: A Toolbox for Watershed Managers, Scientists, and Engineers. New York: CRC/Lewis Publishers. 2001 [2009-01-16]. ISBN 0-87371-924-7. （原始内容存档于2009-05-19）. 
  6. ^ Ch. 1. Impacts of Urban Stormwater Runoff. Stormwater Solutions: Turning Oregon's Rain Back into a Resource (PDF) (报告). Portland, OR: Oregon Environmental Council. December 2007 [2023-05-10]. （原始内容存档 (PDF)于2023-06-05）. 
  7. ^ Bortman, Marci. Marine Pollution. Environmental Encyclopedia. 2011, 3: 21–34. 
  8. ^ Weiss, Kenneth R. Endangered Oceans. Farmington Hills, MI: Glenhaven Press. 2009: 39–45. 
  9. ^ Protecting Water Quality from Urban Runoff (PDF). EPA. February 2003 [2022-11-27]. （原始内容存档 (PDF)于2018-07-02）. 
  10. ^ Stein, Robert; Ash, Tom. Using Smart Controllers to Reduce Urban Runoff in the City of Newport Beach. Newport Beach, California. [2021-08-30]. （原始内容存档于2021-08-31）. 
  11. ^ Over-Irrigation Can Cause Storm Water Pollution. El Cajon, California. [2021-08-30]. （原始内容存档于2022-11-09）. 
  12. ^ Surface Runoff - The Water Cycle. USGS Water Science School. USGS. 2016-12-15 [2023-05-10]. （原始内容存档于2019-03-30）. 
  13. ^ Center for Neighborhood Technology, Chicago IL "The Prevalence and Cost of Urban Flooding." （页面存档备份，存于互联网档案馆） May 2013
  14. ^ Causes of basement flooding. Utilities Kingston. [2022-12-27]. （原始内容存档于2023-05-31）. 
  15. ^ 15.0 15.1 National Research Council (United States). Urban Stormwater Management in the United States (报告). Washington, D.C.: National Academies Press. 2009 [2023-05-10]. ISBN 978-0-309-12539-0. doi:10.17226/12465. （原始内容存档于2022-03-19）. 
  16. ^ United States Geological Survey. Atlanta, GA. "The effects of urbanization on water quality: Urban runoff." （页面存档备份，存于互联网档案馆） Accessed 2009-12-30.
  17. ^ Laws, Edward A.; Roth, Lauren. Impact of Stream Hardening on Water Quality and Metabolic Characteristics of Waimanalo and Kane'ohe Streams, O'ahu, Hawaiian Islands. Pacific Science (University of Hawai'i Press). 2004, 58 (2): 261–280. ISSN 0030-8870. S2CID 19417682. doi:10.1353/psc.2004.0019. hdl:10125/2725  . 
  18. ^ Ch. 3. Channelization and Channel Modification. National Management Measures to Control Nonpoint Source Pollution from Hydromodification (报告). EPA. 2007 [2023-05-10]. EPA 841-B-07-002. （原始内容存档于2016-08-08）. 
  19. ^ Why You Should Not Swim During or 48 Hours After Heavy Rain. City of Toronto. [2022-12-27]. （原始内容存档于2023-06-28）. 
  20. ^ LEARN: What Affects Human Health at the Beach. USEPA. [2022-12-27]. （原始内容存档于2022-12-19）. 
  21. ^ 21.0 21.1 Ch. 5: Description and Performance of Storm Water Best Management Practices. Preliminary Data Summary of Urban Storm Water Best Management Practices (报告). Washington, DC: United States Environmental Protection Agency (EPA). August 1999 [2023-05-10]. EPA-821-R-99-012. （原始内容存档于2017-07-30）. 
  22. ^ Protecting Water Quality from Urban Runoff (报告). EPA. February 2003 [2023-05-10]. EPA 841-F-03-003. （原始内容存档于2016-10-19）. 
  23. ^ Low Impact Development and Other Green Design Strategies. National Pollutant Discharge Elimination System. EPA. 2014. （原始内容存档于2015-02-19）. 
  24. ^ California Stormwater Quality Association. Menlo Park, CA. "Stormwater Best Management Practice (BMP) Handbooks." （页面存档备份，存于互联网档案馆） 2003.
  25. ^ New Jersey Department of Environmental Protection. Trenton, NJ. "New Jersey Stormwater Best Management Practices Manual." （页面存档备份，存于互联网档案馆） April 2004.
  26. ^ Parking Lot and Street Cleaning. National Menu of Stormwater Best Management Practices. EPA. 2014-08-06 [2014-12-24]. （原始内容存档于2015-08-28）. 
  27. ^ Ballo, Siaka; Liu, Min; Hou, Lijun; Chang, Jing. Pollutants in stormwater runoff in Shanghai (China): Implications for management of urban runoff pollution. Progress in Natural Science. 2009-07-10, 19 (7): 873–880. doi:10.1016/j.pnsc.2008.07.021  . 
  28. ^ Monterey-Pacific Grove ASBS Stormwater Management Project (PDF). 2014 [2020-11-08]. （原始内容存档 (PDF)于2017-09-23）. 

进一步阅读 编辑

  • McGinn, Anne Platt. Human Activities That Threaten the Worlds Oceans. Farmington Hills, MI: Glennhaven Press. 2004: 144–157. 
  • Berland, Adam; Shiflett, Sheri A.; Shuster, William D.; Garmestani, Ahjond S.; Goddard, Haynes C.; Herrmann, Dustin L.; Hopton, Matthew E. The role of trees in urban stormwater management. Landscape and Urban Planning. 2017-06-01, 162: 167–177. PMC 6134866  . PMID 30220756. doi:10.1016/j.landurbplan.2017.02.017. 
  • Anstett, Catherine. “SALMON AND PIPER'S CREEK WATERSHED.” Carkeek Watershed Community Action Project, 2015, http://www.carkeekwatershed.org/wp-content/uploads/Salmon-Guide-Fall-2015.pdf. Accessed 2021-12-09.
  • Blair, Stephanie I.; Barlow, Clyde H.; McIntyre, Jenifer K. Acute cerebrovascular effects in juvenile coho salmon exposed to roadway runoff. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. February 2021, 78 (2): 103–109. S2CID 230581357. doi:10.1139/cjfas-2020-0240. 
  • “Component: Swales.” Susdrain, https://www.susdrain.org/delivering-suds/using-suds/suds-components/swales-and-conveyance-channels/swales.html. Accessed 2021-12-09.
  • Fassman, Elizabeth A.; Blackbourn, Samuel D. Road Runoff Water-Quality Mitigation by Permeable Modular Concrete Pavers. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 2011-11-01, 137 (11): 720–729. doi:10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0000339. 
  • “Get Rid of Motor Oil Stains.” Parkside Motors, https://parksidemotors.ca/remove-oil-stains-from-surfaces/. Accessed 2021-12-09.
  • Tromp, Karin; Lima, Ana T.; Barendregt, Arjan; Verhoeven, Jos T. A. Retention of heavy metals and poly-aromatic hydrocarbons from road water in a constructed wetland and the effect of de-icing. Journal of Hazardous Materials. 2012-02-15,. 203-204: 290–298. PMID 22226719. doi:10.1016/j.jhazmat.2011.12.024. 
  • National Ocean Service. "MBNMS: What You Can Do To Reduce Urban Runoff Pollution." Monterey Bay National Marine Sanctuary, National Ocean Service, 2019-12-09, https://montereybay.noaa.gov/resourcepro/urbancando.html. Accessed 2021-12-09.
  • Peer, Wendy Ann; Baxter, Ivan R.; Richards, Elizabeth L.; Freeman, John L.; Murphy, Angus S. Phytoremediation and hyperaccumulator plants. Molecular Biology of Metal Homeostasis and Detoxification. Topics in Current Genetics 14. 2005: 299–340. ISBN 978-3-540-22175-3. doi:10.1007/4735_100. 
  • Rosen, Julia. “Road Runoff a No-No for Coho.” Scientific American, 2015-10-26, https://www.scientificamerican.com/podcast/episode/road-runoff-a-no-no-for-coho/. Accessed 2021-12-09.
  • “Runoff: Surface and Overland Water Runoff.” Water Science School, USGS, 2018-06-06, https://www.usgs.gov/special-topics/water-science-school/science/runoff-surface-and-overland-water-runoff .
  • Fletcher, T. D.; Andrieu, H.; Hamel, P. Understanding, management and modelling of urban hydrology and its consequences for receiving waters: A state of the art. Advances in Water Resources. 1 January 2013, 51: 261–279. Bibcode:2013AdWR...51..261F. doi:10.1016/j.advwatres.2012.09.001. 
  • Selbig, William R.; Loheide, Steven P.; Shuster, William; Scharenbroch, Bryant C.; Coville, Robert C.; Kruegler, James; Avery, William; Haefner, Ralph; Nowak, David. Quantifying the stormwater runoff volume reduction benefits of urban street tree canopy. Science of the Total Environment. 2022-02-01, 806 (Pt 3): 151296. Bibcode:2022ScTEn.806o1296S. PMID 34736755. S2CID 240180212. doi:10.1016/j.scitotenv.2021.151296. 
  • Harry C. Torno; Jiri Marsalek; Michel Desbordes (编). Urban Runoff Pollution. Berlin: Springer-Verlag. 1986 [2023-05-10]. ISBN 3-540-16090-6. （原始内容存档于2021-05-11）. 
 
 
Search Wikimedia Commons
  维基共享资源中相关的多媒体资源：
取自“https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=城市径流&oldid=80213948”