地下水污染与防治作业
研究生课程论文封面
雨水回灌与地下水污染
摘 要
针对城市水资源短缺，人们逐渐认识到雨水技术的开发利用对缓解城市供水具有重大意义。结合城市规划和市政工程建一设，对城市雨水进行必要的收集、处理利用，补充地下水是建立节约型社会，解决城市地下水资源短缺的重要方法和有效手段。研究城市雨水回灌入渗地下水利用技术，为城市健康发展提供科学指导与规划原则，意义重大。
但长期的雨水回灌导致大量的污染物赋存在包气带中，被污染的包气带在后期入渗水的作用下又能释放污染物污染地下水，也可以通过食物链进入人体。所以，使用雨水进行地下水补给对水资源管理提出了新的挑战。本文通过查阅大量文献，对国内外在雨水回灌与地下水污染相关的研究内容进行了总结，首先对雨水中的污染物和不同汇水途径的污染情况进行了对比分析，对美国、法国、希腊、中国等十多份雨水水质资料进行了列表分析。最后，从工程措施和非工程措施对当前处理雨水，防治地下水污染的措施进行了总结，希望能为我们雨水回灌的相关研究提供参考。
关键词：雨水回灌；地下水污染；水质；防治措施
1引言
中国面临着城市化的快速发展，以每年平均1%的速度增加。这意味着每年一千四、五百万农村人口涌进大中城市。目前中国城市化水平为41%，预计到2020年达到60%。城市居民人均资源消费是农村居民消费量的3.5倍，因此，大面积的农村人口迁移到城市地区更加激化自然资源的需求矛盾。其中，水资源短缺日益成为人类面临的一种严峻的问题。《中国21世纪议程—中国21世纪人口、环境与发展白皮书》中指出:―中国目前人均水资源量只有2500立方米，约为世界人均水量的1/4。随着人口和经济的发展，更多的城市和地区出现了严重的缺水问题。‖
为了满足日益增长的供水需求，一些城市盲目超采地下水，导致区域性地下水位下降，随之可能产生地沉、地裂等地质灾害，在沿海
地区地下水位的大幅度下降可能引发海水人侵;而在干旱半干旱地区地下水位的下降还可能诱使树死草亡和土地荒漠化。据统计我国北方17个省、市区的地下水开采量占全国的88%，由此产生的后果是西安大雁塔产生不均匀下沉，塔身倾斜了lm多，闻名中外的敦煌月牙泉的―月牙‖也在逐步枯萎。地下水不能及时得到补充还使得地质结构发生了显著变化，由于北京市南郊的地下水位以lm/a的速度下降，自1966年以来北京市地面以10-20cm/a的速度下沉，而沈阳市地下水的超采漏斗已经达到285㎞²，并以13㎞²/a的速度向外扩展。
城区的大量雨水没有得到充分的利用而白白流失，不仅是雨量的巨大浪费，同时直接造成城市的洪涝危害。雨水径流量的增大，流出时间的缩短，加大了排水系统的负担。许多城市雨季水涝现象严重，对城市的生产与生活造成极大的影响，并带来巨大的经济损失。此外，城区大量的未被利用的雨水还增大了排水管系中途泵站和污水处理厂的负荷，增大了运行能耗和处理成本。因此，若能利用城市汇集的雨水回灌地下不仅可以补充日益匾乏的地下水资源，适当的提高地下水位，阻止或减缓地面下沉，还可以通过分流部分雨水减少城市雨水管道和泵站的投资以及运行费用，避免或减小暴雨时洪涝灾害的发生。
因此，对城市雨水进行必要的收集、处理利用，补充地下水是建立节约型社会，解决地下水资源短缺和避免地面沉降的重要方法和有效手段。研究城市雨水回灌入渗地下水利用技术，为城市健康发展提供科学指导与规划原则，意义重大。
在利用雨水灌溉前期，包气带土壤会通过过滤、吸附、降解等作用净化污染物，使地下水免遭污染；但长期的雨水回灌导致大量的污染物赋存在包气带中，被污染的包气带在后期入渗水的作用下又能释放污染物污染地下水，也可以通过食物链进入人体。所以，使用雨水进行地下水补给对水资源管理提出了新的挑战。
2雨水回灌与地下水污染的研究进展
雨水利用是水资源开发最早的方式，有几千年的历史。公元前2000多年的中东地区，许多家庭就有雨水收集系统，存贮雨水用于灌溉、生活、私人洗浴和公共卫生。公元前47年，埃及人使用集水槽供水，使用前加热杀菌和防止气味。公元8世纪，希腊人的房子备有储水槽、淋浴室和卫生间等，并且有陶土管建成的排水系统。作为四大
文明古国的中国，也有着悠久的利用雨水的文明史，其中北方的窖水，南方的水塘和黄土地区的引洪淤灌都是十分成功的例证。
现代意义上的雨水利用尤其是城市雨水的利用是从20世纪80年代到90年代发展起来的。它主要是随着城市化带来的水资源紧缺和环境与生态问题而引起人们的重视。与缺水地区农村雨水收集利用工程不同，城市雨水的利用不是狭义的利用雨水资源和节约用水，它还包括减缓城区雨水洪涝和地下水位的下降、控制雨水径流污染、改善城市生态环境等广泛的意义。20世纪80年代初，建立了国际雨水收集系统协会(IRCSA)。1995年6月在北京举行的第七届IRCSA大会上完全展示了近10多年雨水利用的进展。国际的看法是:雨水利用将成为解决未来21世纪世界水资源的重点途径。
近二十年来，由于全球范围内水资源紧缺和暴雨洪水灾害频繁，美国、加拿大、意大利、法国、墨西哥、印度、土耳其、以色列、日本、泰国、澳大利亚等五大州约40多个国家和地区开展了不同规模的雨洪利用的研究，并召开过若干届国际会议。德国在80年代末把雨水的管理利用列为90年代水污染控制的三大课题之一。修建大量的雨水池来截留、渗透雨水，削减雨水的地面径流，减少雨季合流制管网系统的溢流污水，降低处理厂的负荷，减轻城市洪涝等。德国在雨水综合利用方面的研究始终位于世界科技的前沿，在1990年就已经发布了―对未受污染雨水的分散回灌系统的建设和测量‖，1999年又发布了―雨水回灌系统的设计、施工、运行‖规范，将雨水回灌加以法律保护。目前德国在新建小区(无论是工业、商业、居民区)时均要设计雨洪利用项目，否则政府将征收雨洪排放设施费和雨洪排放费。瑞典在水源区普遍采用修建入渗和渗透设施来减缓暴雨径流，八十年代初仅居民就修建渗透设施14000余个。
美国和许多欧洲国家也在逐步转变过去单纯解决雨水排放问题的观念，认识到了雨水对城市的重要性。首先考虑雨水的截留、贮存、回灌、补充地表和地下水源，改善城市环境和生态环境，还制定了相应的法规，限制雨水的直接排放与流失，并收取雨水排放费。日本从80年代初开始雨水入渗技术的研究，二十多年来取得很大的发展，已从实验研究阶段进入推广实施阶段，纳入国家下水道推进计划并制定雨水渗透设施的标准。在政策上给予支持，如对采用雨水渗透设施的下水道工程国家给予资金补助。到1996年初为止，仅东京就采用渗透管沟286㎞，透水地面铺装495000m²。日本的研究和应用表明，渗透设施涵养雨水、抑制暴雨径流的作用十分显著。采用渗透设施可使雨
水流出率减到1/6，而且经过十多年的运行，抑制效果没有下降。东京、横滨还对雨水渗透现场的地下水进行连续监测，未发现对地下水构成的污染。
我国在雨水资源利用方面也取得了一些成绩，比较典型的有山东的长岛县、浙江省舟山市葫芦岛等雨水集流利用工程。大中城市的雨水利用基本处于探索与研究阶段，但已显示出良好的发展势头。北京、上海、大连、哈尔滨、西安等许多城市相继开展研究。2001年国务院批准了包括雨洪利用规划内容的21世纪初期首都水资源可持续利用工程。2000年12月1日北京市政府66号令中明确要求开展市区雨水利用工程。2001年9月我国政府和德国政府间的科技合作项目―城区水资源可持续利用——雨洪控制和地下水回灌‖在北京召开了通报会，专家指出雨洪利用要以将雨水留在地面、地下为目标，建立雨洪相关产业，并计划在2004年前在北京建立八里庄及天秀园两个示范区，旨在充分利用雨水并控制径流污染。
现代意义上的城市雨水回灌利用，是从20世纪80年代到90年代发展起来的，不仅少雨的国家(如以色列)发展较快，而且一些多雨的国家(如东南亚国家)也得到发展。一些工业发达国家都在积极开发雨水回灌入渗利用技术，如日本在楼房中设置雨水收集、净化与储存装置，用以浇洒绿地;德国修建了大量的雨水池来截流、处理及利用雨水，并尽可能利用天然地形、地貌及人工设施截流、渗透雨水;美国洛衫矶南端的orange县地下水人工回灌工程从五十年代开始修建，到九十年代初地表浅层回灌面积发展到4km²，入渗速率为0.3m/d;荷兰阿姆斯特丹一供水公司自1957年利用人工回灌工程防止咸水入侵，为首都提供了60%的饮用水;澳大利亚南部城市Boliva利用暴雨水进行含水层存储;西印度半干旱硬岩地区为保证供水进行含水层入渗管理，其中包括:在抽水井四周开凿数个回灌井;构筑地下堤坝，减少地下水流出量，在抽水井附近挖蓄水坑塘。在雨季，截流雨水直接灌入抽水井，利用坑道和矿井存储雨水。截止至2002年7月，美国正在运行的含水层存储恢复系统共有56个，建成的系统则有100个以上。最早建成的含水层存储恢复系统位于新泽西州的Wildwood，于1969年开始运行至今。另外，据美国环保局统计问，美国注册雨水回灌井总数达71015个，华盛顿州和亚利桑那州数量较多，分别占总数的9.2%和6%。
为了有效减少城市雨水中的污染物，保护地区水资源，美国各州环保局均制定了雨水最佳管理措施，并将雨水处理等指导文件放置在互联网网站上，供普通读者下载阅读。如2004年美国威斯康星州环境
水流出率减到1/6，而且经过十多年的运行，抑制效果没有下降。东京、横滨还对雨水渗透现场的地下水进行连续监测，未发现对地下水构成的污染。
我国在雨水资源利用方面也取得了一些成绩，比较典型的有山东的长岛县、浙江省舟山市葫芦岛等雨水集流利用工程。大中城市的雨水利用基本处于探索与研究阶段，但已显示出良好的发展势头。北京、上海、大连、哈尔滨、西安等许多城市相继开展研究。2001年国务院批准了包括雨洪利用规划内容的21世纪初期首都水资源可持续利用工程。2000年12月1日北京市政府66号令中明确要求开展市区雨水利用工程。2001年9月我国政府和德国政府间的科技合作项目―城区水资源可持续利用——雨洪控制和地下水回灌‖在北京召开了通报会，专家指出雨洪利用要以将雨水留在地面、地下为目标，建立雨洪相关产业，并计划在2004年前在北京建立八里庄及天秀园两个示范区，旨在充分利用雨水并控制径流污染。
现代意义上的城市雨水回灌利用，是从20世纪80年代到90年代发展起来的，不仅少雨的国家(如以色列)发展较快，而且一些多雨的国家(如东南亚国家)也得到发展。一些工业发达国家都在积极开发雨水回灌入渗利用技术，如日本在楼房中设置雨水收集、净化与储存装置，用以浇洒绿地;德国修建了大量的雨水池来截流、处理及利用雨水，并尽可能利用天然地形、地貌及人工设施截流、渗透雨水;美国洛衫矶南端的orange县地下水人工回灌工程从五十年代开始修建，到九十年代初地表浅层回灌面积发展到4km²，入渗速率为0.3m/d;荷兰阿姆斯特丹一供水公司自1957年利用人工回灌工程防止咸水入侵，为首都提供了60%的饮用水;澳大利亚南部城市Boliva利用暴雨水进行含水层存储;西印度半干旱硬岩地区为保证供水进行含水层入渗管理，其中包括:在抽水井四周开凿数个回灌井;构筑地下堤坝，减少地下水流出量，在抽水井附近挖蓄水坑塘。在雨季，截流雨水直接灌入抽水井，利用坑道和矿井存储雨水。截止至2002年7月，美国正在运行的含水层存储恢复系统共有56个，建成的系统则有100个以上。最早建成的含水层存储恢复系统位于新泽西州的Wildwood，于1969年开始运行至今。另外，据美国环保局统计问，美国注册雨水回灌井总数达71015个，华盛顿州和亚利桑那州数量较多，分别占总数的9.2%和6%。
为了有效减少城市雨水中的污染物，保护地区水资源，美国各州环保局均制定了雨水最佳管理措施，并将雨水处理等指导文件放置在互联网网站上，供普通读者下载阅读。如2004年美国威斯康星州环境
保护局编写了适合当地气候、土壤类型、地理状次的暴雨管理指导手册。明尼苏达州市政委员会联合巴尔工程公司编写了明尼苏达州城市小流域暴雨最佳管理手册。美国CULTEC公司、Invisible有限公司开发了系列暴雨处理、贮存设备产品。以上技术产品能有效减少城市非点源污染物的排放，减少城市土壤侵蚀的发生。
我国城市雨水回灌技术系统研究及应用尚属起步阶段，城市雨水回灌入渗项目还没有开展大范围的科学研究。北京、上海、沈阳、西安等大城市应用研究较早，兴建了不同形式的人工回灌工程，回灌水局限于河水、冷却水、自来水和回用城市污水，由于运行时间、施工技术和管理维护等问题的存在，阻碍了回灌工程的进一步实施。我国个别城市大型建筑物，建有雨水收集系统，但没有配套的处理和回灌系统。1973年起，黄淮海平原京、津、冀、鲁、豫五省市先后开展了地下水人工补给的试验研究，取得了宝贵的试验资料。浅层地下水回灌入渗技术措施可分为以下几类:1.利用干涸河床、渠道及重要排水渠道引水、蓄水，利用土地自然渗透能力补给地下水。2、利用自然沟渠、浅滩、洼地建设湿地水塘和平原水库;或经过改造平原地区的各种坑塘，使水系相互联系;通过暴雨径流的汇集蓄水渗透补给地下水。3.利用河道砂地，耕地休闲期淹灌，农作物生长期增大灌水定额，补给地下水。4.在沙砾层埋深较浅处，利用大日井及廊道，把处理净化后的河水直接灌注到地下含水层。
冯利军、项远法分析了毛乌素沙漠东南缘的大柳塔井田，采用回灌潜水含水层保护地下水资源的可行性，建立了井田疏水与回灌相结合的地下水管理模型。张恒君、赵建功详细分析了山西榆次市源涡区水资源现状，提出了引水和回灌的工程措施，并对水源地的开发和回补的可行性进行了分析。刘家祥、蔡巧生等人在北京西郊进行了地下水回灌实验研究。陈曦、马秀成等人于1987年4月至1991年9月开展了―沈阳市地下水人工回灌试验及其预测的研究‖，阐述了地下水人工回灌试验过程，分析了各种污染因子的时、空运移规律，为确定回灌效益和建立回灌条件下的地下水水量与水质藕合模型提供了依据。王超，李勇等人研究了江苏奎河沿岸土壤对生化需氧量、氨氮、硝态氮的去除能力。汪慧贞，李宪法提出了适合北京市雨水渗透设施的计算方法与关键参数的确定方法。何岩在三江平原前进农场进行了以放射性同位素为示踪剂的人工回灌试验。吴兴波，牛景涛等人做了玉符河人工回灌试验，确定了河道漏水能力、渗漏水区域、地下水影响程度与范围，验证了济南泉域水文地质模型。朱桂娥，薛禹群以上海市
浦西地区为例对回灌条件下的承压含水层进行水位和水温的综合分析，为上海地区建立地下水水流模型和地面沉降模型提供了参考依据。城市雨水回灌利用技术是近年来国内外大学及研究所关注的热点。该技术得到城市规划，城市防洪排水、城市基础建设等管理部门的高度重视和肯定。出现大量有关城市雨水利用的专业文献及新闻报道。为城市补给新生水源，防洪抗旱，建设节约型社会提供宝贵的技术指导。
开展雨水回灌补给地下水涉及到水文地质、工程地质和环境地质的很多内容，是一项非常艰巨的工程。成功的开展雨水回灌总的来说是处理两方面内容：一是雨水水质；二是回灌施工。
3雨水水质与地下水污染
据美国国家环保署统计，美国国内 21%的湖泊污染、45%的河流污染与降雨径流污染有关。为控制降雨径流污染对环境的破坏，1987年美国联邦清洁水法案(Federal Clean Water Act, CWA)将雨水径流排放纳入联邦污染物排放削减体制（National Pollutant Discharge Elimination System, NPDES），对雨水径流污染物排放进行监控，监控范畴分为一级和二级。一级为服务人口超过十万人和11类的工业区域（含5英亩以上的城市开发用地），二级为人口1万人以下和城市建设小于5英亩的城市开发用地。按照 NPDES 规定，所有区域均需采取相应的措施对降雨径流污染进行控制。
为实现对城市降雨径流污染进行高效控制，应对降雨径流主要污染源进行识别、鉴定，在此基础上通过合理的工程、管理措施，使雨水径流污染物浓度恢复到城市化前的水平，1995 年美国国家环保署用于控制雨水径流污染的财政拨款就达到了 3.7 亿美元。雨水径流污染控制的主要措施可归纳为暴雨最佳管理措施( Best Management Practice, BMP)和低影响发展技术（Low-Impact Development），许多国家都对其进行了借鉴和改进。BMP 技术指为预防和减少雨水径流污染而采取的行动计划、预防措施、维护手段及其他的管理措施；LID 技术指为以维护地表水源和地下水源为基础，保证其水资源量和水质环境，使其达到未城市化的水平所采取的相应的工程技术措施。
3.1 雨水径流主要污染物
（1）雨水径流污染物浓度
在降雨冲刷下，城市地表积累的污染物被冲刷转移到雨水径流中，随雨水径流一起排放至自然水体，导致自然水体水质的恶化。由于城市地面污染物种类繁多，必须以雨水径流中的特征污染物进行污染程度描述。美国国家环保署推荐的11 种雨水径流特征污染物为总悬浮固体（TSS）、生化需氧量（BOD）、化学需氧量（COD）、总磷（TP）、溶解磷（SP）、总凯氏氮（TKN）、硝氮和亚硝氮、铜（Cu）、铅（Pb）、锌（Zn）。按照污染物特性可将其四大类，分别为颗粒物质、需氧量物质、富营养化物质和重金属。雨水径流水质受研究地区、降雨特征、土地使用类型、已采用的水质控制措施等多方面影响，显示了很大的差异性。由表 3.1 看以看出，雨水径流中含有大量的常规污染物和持久性污染物，污染物浓度大大超过《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中 III 类水体标准。雨水径流污染物浓度显示了地区差异性，我国雨水径流污染物浓度明显高于国外，富营养化物质浓度甚至达到了国外相同研究区域的十倍以上，如果对雨水径流污染物不能进行合理有效的控制，将导致我国城市水环境的持续恶化。
①pH 由于酸雨的影响，自然降雨pH可能降低，但是在降雨在形成雨水径流时，夹杂了大量的碱性物质，导致雨水径流pH趋向于中性。
②SS
雨水径流中的SS差异性很大。在地表污染较轻的区域（例如屋顶），其平均浓度只有14mg/L，而在城市道路和分流制管道中将会达到300mg/L以上。天然降雨中的SS很低，SS的主要来源为城市地表积累污染物，在降雨冲刷作用转移到雨水径流中。受汇流区域和降雨特征的影响，往往差异性很大。
③有机物
有机污染物在雨水径流中属典型污染物，可用COD和BOD表示。在城市环境优美，绿化率高的区域，雨水径流中的COD平均浓度在100mg/L以下。而在城市污染较重的北京地区，部分区域雨水径COD平均浓度高达 600mg/L以上，甚至高于城市市政污水浓度。雨水径流中BOD浓度很低，远小于城市市政污水浓度，说明雨水径流中有机物类物质可生化性较差。
④富营养化物质
富营养化物质主要是指雨水径流中的N和P。含有大量N、P 等污染物的雨水径流排入自然水体，提高了自然水体的富营养化水平。雨水径流中的N、P主要来源于城市地面，随着城市化水平的提高，污染物浓度有升高的趋势。TP平均浓度 0.33-6.5mg/L。雨水径流中的氮类物质主要以硝酸盐和氨氮为主，硝酸盐平均浓度 1.07-30.7mg/L，氨氮平均浓度0.83-13.1mg/L。国内雨水径流中N、P等污染物浓度远高于国外，主要原因为国内在快速城市化过程中忽略了雨水径流污染物的控制。
⑤重金属
由于城市化过程中人类活动的聚集性和复杂性，雨水径流中含有大量的重金
属污染物，其中大部分是产生生物毒性的污染物。其中 Zn 浓度一般在 1mg/L 以下，小于《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中 III 类水体标准，而 Pb、Cd、Cr平均浓度有超过 III 类水体标准的现象，对水环境影响较大。
⑥毒性有机物
毒性有机物大都是由人类合成的有机物，在雨水径流中经常出现的为杀虫剂类物质。城市雨水径流中出现的毒性有机物与使用类型和泄露有关，毒性有机物在使用后，在降雨冲刷作用下，转移到雨水径流中。雨水径流中的毒性有机物浓度相对较低，但如果污染物（例如杀虫剂）使用不当或任意抛弃，可能导致雨水径流中的毒性污染物浓度增加，对自然水体产生严重威胁。
（2）雨水径流的主要污染源
为对雨水径流中的污染物进行有效控制，必须掌握雨水径流中的污染物来源，以便采取合理的措施对雨水径流污染物进行有效控制。Bannerman 等人对威斯康星州居住区按类型分为草地（66.7%）、建筑屋顶（12.8%）、小区路面（8.8%）、车道（5.5%）、联络街道（5.1%）和人行便道（1.3%），并对其污染源贡献率进行了研究。结果见表 3.2。
由表3-2 可以看出，对雨水径流污染物贡献率最大的是小区路面和小区联络街道，总铜和 SS 负荷贡献率分别达到了 58%和 80%，而透水地面（草地）的污染物负荷贡献率不足 10%。Ruston 的研究结果表明，雨水径流污染污染负荷贡献率不透水表面明显高于透水表面，因此，城市雨水径流污染控制应重点对不透水表面雨水径流进行监控和处理。雨水径流污染来源非常广泛，主要有大气降尘、车辆运输及腐蚀、地表侵蚀、植物残体腐蚀、动物粪便以及垃圾侵蚀等。
大气降尘是雨水径流污染的最主要来源。人类在生产、生活过程中，将大量粉尘类污染物排放至大气中，在大气中的污染物质是不稳定的。在天晴时产生旱沉积（Dry deposition），污染物沉积于城市表面，沉积量随着不降雨天数的增加而增加。在降雨期，大气中悬浮的污染物将产生湿沉积（Dry deposition）。两者产生的污染物负荷相差不大，一起构成了大气降尘污染负荷。
城市中植物生长和动物活动成为雨水径流富营养化物质的主要来源。在城市绿地管理过程中，丢弃的 N、P 类营养物质，几乎全部会被转移到雨水径流中。而植物落叶及丢弃的植物残体，在生物作用下也会分解出 N、P 类物质，最终被转移至雨水径流中。而城市区域内的动物粪便，不但会增加雨水径流的富营养化水平，还导致雨水径流中的病菌明显上升。由生物活动导致的雨水径流污染源通过合理控制，可起到明显削减的作用。
车辆活动和城市建筑物侵蚀是雨水径流中重金属的主要来源。车辆轮胎磨损释放出 Zn、Cr 等金属，刹车片磨损会释放出 Cu、Pb 等重金属，汽车尾气排放出Pb 等重金属，汽车排气净化器排出物含有钯等催化金属。虽然单辆车辆释放的重金属量很微小，但是城市数量众多的汽车释放积累量可能到达不可忽视的程度。由于城市建筑物的构成是多种多样的，建筑物在使用过程中由于表层腐蚀，也可能释放重金属，随着降雨的进行转移到雨水径流中。
雨水径流污染物在城市表面或者大气中积累，随着干旱时间的增加，积累量有增加的趋势。在降雨期，积累污染物被冲刷转移至雨水径流中，形成雨水径流污染。城市区域内不透水表面的污染源是雨水径流中的主要污染源，随着城市的发展，不透水表面比率持续增加，势必导致城市雨水径流污染物浓度提升，从而增加了对城市水环境的威胁。
3.2 雨水径流水质差异特征
降雨条件和区域特征对雨水径流水质产生影响，雨水径流水质主要表现为空间差异性和时间差异性。雨水径流水质的时空差异特征对雨水径流污染物控制具有重要的意义。
（1）地域差异性
由于土地利用类型的不同，雨水水质产生很大的差异（如表3-1 所示），这主要是因为环境气候条件、生活方式和水平差异导致的。即使在同一地区，由于土地利用类型的不同，雨水径流水质也将产生差异。Gromaire-Mertzd 等人对巴黎市中心的不同地区雨水径流水质进行了调查，结果见表3.3。
表3.3 巴黎市不同区域雨水径流水质 屋顶径流 庭院径流
极小 极大 平均 极小 极大 平均 街道径流 极小 极大 平均
SSmg/L
CODmg/L
BODmg/L
HCμg/L
Cdμg/L
Cuμg/L
Pdμg/L Znμg/L 3 5 1 37 0.1 3 16 802 30.4 318 27 823 32 247 2764 38061 29 31 4 108 1.3 37 493 3422 22 34 9 125 0.2 13 49 57
490 580 143 216 1.3 50 225 1359 74 95 17 161 0.8 23 107 563 49 48 105 115 0.3 27 71 246 498 964 141 4032 1.8 191 523 3839 92.5 131 36 508 0.6 61 133 550
由表3.3 可以看出，在同一地区由于土地利用类型的区别，雨水径流污染物浓度显示很大放出N、P物质，导致建筑屋顶雨水径流中氮类物质浓度升高。城市绿的差异。街道雨水径流SS与有机物浓度明显高于屋顶径流和庭院径流，而屋顶雨水径流重金属浓度高于其它区域。城市道路与街道车辆、人员活动密集，由此导致的各种沉积物明显增加，同时沥青路面的旱期储污能力较强，在降雨冲刷下污染物释放量大，因此城市道路形成的雨水径流SS和COD浓度能到达很高的数值。通常认为城市街道为主要的城市径流污染物来源，但研究表明城市建筑屋面径流重金属和氮类污染物贡献量有时甚至会超过城市道路。屋顶建筑材料腐蚀可能雨水径流重金属污染物主要来源，研究表明建筑屋顶雨水径流中70-90%的Cu、50-70%的Zn来自屋顶金属材料腐蚀。同时由于屋顶的清扫不及时，易导致屋顶堆积的植物残体及动物粪便释化带由于过度施肥可能增加富营养化物质的积累量，同时修葺导致植物残体增加，因此城市景观区形成的雨水径流营养元素污染尤为严重。工业区由于车辆运输繁忙，废气排放量大，污染种类繁多，易产生重污染雨水径流，成为雨水径流污染必须重视的区域。
由于城市中心人类活动频繁，由此产生的雨水径流污染物增多，因此城市雨水径流污染物浓度通常表现为由城市中心向城市郊区逐渐降低的趋势。城市中的绿化用地滞留和渗透了大量的雨水径流，在小强度降雨条件下，甚至不产生径流。而城市不透水表面积累的污染物在降雨冲刷下，大部分转移到雨水径流中，形成高污染负荷的径流，因此城市不透水表面的雨水径流污染物浓度很高。城市的快速发展，导致人口集中，不透水表面持续增加，因此导致的雨水径流水质持续下降，必须采取合理的措施消除或降低由此带来的城市水环境威胁。
（2）时间差异性
季节变化和降雨强度对城市雨水径流水质的影响很大。Bhangu和 Whitfield对 21 场降雨形成的径流水质进行了分析，发现雨水径流主要污染物浓度均显示了很强的季节性Vega和Pardo等人也发现季节变
化导致的降雨频率和降雨量的变化是导致径流水质差异的主要原因。Lee等人对美国加利福尼亚地区雨水径流水质进行了连续2 年的监测，发现 TSS、COD、Cu 等污染物均显示了很强的季节差异性。雨水径流污染物浓度在雨季首次降雨时浓度最高，随着雨季降雨的增加，污染物浓度逐渐降低。雨季初期降雨形成雨水径流污染物 TOC、SC、Zn、TSS分别是雨季末期径流浓度的5.5、4、2.5和1.5倍。导致雨水径流水质季节性差异的主要原因是污染物积累量的变化。美国加州地区为典型的地中海气候，季节特征为冬季和春季降雨，夏季干燥。夏季长期不降雨为污染物的积累提供了条件，因此在雨季初期雨水径流污染物浓度会明显升高。雨季前的长期污染物积累过程，是雨水径流污染物浓度季节升高的主要原因，随着雨季的延长，地表积累污染物冲刷量大于积累量，导致地表积累污染物总体呈下降趋势，因此随着雨季的延长，地表雨水径流水质改善。
雨水径流污染物浓度随降雨的进行是不断变化的，通常在径流峰值到达前雨水径流污染物浓度达到峰值，而后随着降雨的进行，污染物浓度不断降低。Lee和Bang对34场降雨径流水质进行了追踪研究，研究区域包括居住区、工业区和未利用地，主要特征污染物为BOD、COD、TSS和Pb等。当雨水汇流区域小于100ha时，雨水径流污染物浓度峰值先于流量峰值到达；而当雨水汇流区域大于100ha时，雨水径流污染物浓度峰值落后于流量峰值到达。研究区域不透水面积比例的增加将减少雨水径流污染物浓度峰值到达时间。
城市地表积累的污染物在降雨期被冲刷转移到雨水径流中。随着降雨的进行，地面积累的污染物被不断削减，因此可供冲刷的污染物不断降低，雨水径流污染物浓度降低。当雨水径流量首次到达峰值前，流量的增加导致冲刷能力增加，从而增加了污染物的冲刷转移量，在积累和冲刷的双重影响下导致污染物峰值时间提前于径流峰值时间。随着汇流区域的增加，雨水径流形成近端与远端的多层次混合状态，表现为―共稀释‖现象，导致了污染物浓度峰值滞后。不透水面积增加，导致降雨的下渗量减少，从而雨水径流的冲刷能力得到提高，地表积累的污染物更容易转移至雨水径流中，不但提高了雨水径流污染物峰值浓度，也促使浓度峰值时间的提前。
4防治措施
[29]Hydrogeology team of Shanghai City. Artificial Recharge of Groundwater[M]. Beijing:Geology Press, 1977.
[30] Roesner L.A.. Storm Water Management Model, User's Manual, Version 5 [M].EPA-600/R-05/ 040, U.S. EPA, 2008.
[31] Serrano L., DeLorenzo M.. Water quality and restoration in a coastal subdivision stormwaterpond [J]. Journal of Environmental Management, 2008, 88(1):43-52.
[32] Kim G., Yur J., Kim J.. Diffuse pollution loading from urban stormwater runoff in Daejeoncity, Korea [J]. Journal of Environmental Management, 2007, 85(1): 9–16.
[33] Barrett M. E., Walsh P. M, Malina J. F., et al. Performance of vegetative controls for treatinghighway runoff [J]. Journal of Environmental Engineering, 1998, 124 (11) :1121 - 1128.
[34] Hatt B. E., Deletic A., Fletcher T. D.. Stormwater reuse: designing biofiltration systems forreliable treatment [J]. Water Science and Technology, 2007, 55(3-4): 201–209.
[35] Deletic A., Fletcher T. D.. Performance of grass filters used for stormwater treatment-a fieldmodeling study[J]. Journal of Hydrology, 2006, 317 (3-4): 216-275.
[36] Davis A. P., Shokouhian M., Sharma H. and Minami C. Laboratory study of biologicalretention for urban stormwater management [J]. Water Environment Research, 2001, 73 (1),5–14.
[37] Henderson C., Greenway M., Phillips I.. Removal of dissolved nitrogen, phosphorus andcarbon from stormwater by biofiltration mesocosms [J]. Water Science and Technology, 2007,55 (3-4): 183–191.
[38] Davis A. P., Shokouhian M., Sharma H., Minami C.. Water quality improvement throughbioretention media: nitrogen and phosphorus removal
[J]. Water Environment research, 2006,78 (3): 284-293.
[39] Hatt B. E., Fletcher T. D., Deletic A.. Treatment performance of gravel filter media:Implications for design and application of stormwater infiltration systems [J]. Water Research,2007, 41 (12): 2513 – 2524.
[40] Read J., Wevill T., Fletcher T., Deletic A.. Variation among plant species in pollutant removalfrom stormwater in biofiltration systems [J]. Water Research, 2008, 42 (4-5): 893 – 902.
[41] Denman L., May P., Breen P. F.. An investigation of the potential to use street trees and theirroot zone soils to remove nitrogen from urban stormwater [J]. Australian Journal of Water Resources, 2007, 10 (3): 303-311.
[42] Persson J., Wittgren H. B.. How hydrological and hydraulic conditions affect performance ofponds [J]. Ecological engineering, 2003, 21 (4 - 5): 259 - 269.
[43] Kim R. H., Lee S., Jeong J., et al. Reuse of greywater and rainwater using fiber filter mediaand metal membrane [J]. Desalination, 2007, 202(1-
3): 326–332.
[44] 王宝山, 黄廷林, 聂小保, 柴蓓蓓. 不透水表面雨水径流污染物冲刷规律研究[J]. 环境工程学报, 2010, 4(9):1950-1954.
[45] 徐丽花, 周琪. 暴雨径流人工湿地处理系统设计的几个问题[J]. 给水排水, 2001, 27 (8) :32-34.
[46] 崔保山, 刘兴土. 湿地生态系统设计的一些基本问题探讨[J]. 应用生态学报, 2001, 12 (1) :145-150.
[47] Ferguson B. K.. Stormwater Infiltration [M ]. Boca Raton, US: Lewis Publishers, 1994.
[48] Warnaars E., Larsen A. V., Jacobsen P., et al. Hydrologic behavior of stormwater infiltrationtrenches in a central urban area during 2 3 /4 years of operation [J]. Water Science andTechnology, 1999, 39 (2): 217 - 224.
[49] Sieker F.. On-site stormwater management as an alternative to conventional sewer systems: a new concept spreading in Germany [J]. Water Science and Technology, 1998, 38 (10): 65 - 71.
[50]李适宇,城市非点源污染符合流出特性[J],1996,35:265-268.
[51]邓风,以城市雨水为水源的中水回用途径初探[J,节能,2002,7.
[52]陈海波,利用雨季农田多蓄水提高雨水灌溉率[J],农业科技通讯,2000,7.
[53]李俊奇,车武,城市雨水利用方案设计与技术经济分析[J]
[54]袁铭道,美国水污染控制和发展概况[M],北京:中国环境科学出版社,1986,15.