蒋沂孜
中国建筑西南设计研究院有限公司四川成都610000
【摘要】雨水花园作为低冲击开发（LID）技术被广泛应用于小区绿化、道路等地方，以达到控制径流水质、水量的双重目的。通过研究五种功能性填料雨水花园在不同水质污染负荷、水力负荷条件下对污染物的去除效率，结果表明在进行LID设施设计处理雨水径流污染时，需要根据当地的雨水径流特性和降雨特征，针对重点去除污染物选取相应的填料层及其相应的水质污染负荷和水力负荷，以达到最佳处理效果。
【关键词】面源污染；道路径流；LID控制；雨水花园；
面源污染[1]已成为水体污染的重要来源，其中道路雨水径流作为面源污染的重要组成部分，已经得到越来越多的关注。针对面源污染，LID[2]控制措施正被广泛使用，既控制雨水水量、削减洪峰，同时对污染物进行处理。其中雨水花园，作为一种LID控制措施，广泛应用于小区绿化、道路等地方。
雨水花园结构[3]如图1所示。目前大多数雨水花园设计都是参考经验值，实际上不同填料的雨水花园对于污染物的去除效果和抗冲击负荷能力不同，且径流污染特性也存在地域差异性。本文研究旨在明白不同填料层、水质污染负荷和水力负荷的选取对雨水花园去除污染物效应的影响关系，为雨水花园设计提供一定的理论依据以提高其控制面源污染的处理效率。
注：水力负荷2×10-5m3/m2?s为最大渗透系数。
1.2实验数据分析方法
研究采用多变量决策分析法（PROMETHEE[5]），根据每个样品（object）的一系列指标（variables）计算该样品的排序指数φ，然后通过比较每个样品的φ值，对总体的数据进行系统分析，最后通过GAIA[6]（GraphicalAnalysisforInteractiveAssistance）图呈现出来。在GAIA图中，Δ值代表了该GAIA图所要解释数据信息量的百分比，通常认为Δ值大于60%则数据信息可靠[7]。
通过分析不同指标（填料层、水质污染负荷、水力负荷）实验条件下所采集的样品，矢量轴代表各指标，散点代表了各样品水质参数及去除效率。当散点与某些指标矢量轴的方向一致，说明这些样品与该指标有强相关性，反之则弱。且当样品散点聚集，说明这些样品的特性相似，反之当它们分散时，说明其特性有差异，以此分析雨水花园中各影响因素之间的内在联系。
2.结果与讨论
2.1污染物去除效果随时间变化
图4.雨水花园对污染物去除效率箱线图
雨水花园对各污染物的去除效果进行箱线图分析，结果如图4所示。SS、TP均有较好去除效果，SS去除率93.0%以上，TP去除率81.0%以上。针对COD，TN和NH4+-N，不同填料雨水花园其处理效果差异性较大。通过比较可知，填料层是沸石和活性炭的雨水花园对TN，NH4+-N去除效果更好，炉渣对COD去除效果最好，其次是沸石和活性炭。
2.2不同水质污染负荷下雨水花园对污染物削减效应
图5为不同水质污染负荷下，雨水花园对各污染物的去除效果GAIA图。由于其去除机制不同，SS、TP与COD、TN、NH4+-N被分散在左右两个区域，且SS，COD，TP样品分散在高浓度水质污染负荷指标轴线方向上，TN和NH4+-N在低浓度水质指标轴线上，表明道路雨水径流水质污染负荷影响污染物的去除效果。
图6.不同水力负荷雨水花园对污染物处理效果（Δ=66.2%）
SS、TP由于其存在形式为颗粒态，通过过滤作用即可去除，在高水质污染负荷一直保持较好的去除效果。在沸石和活性炭填料中对COD的高水质污染负荷去除效果更好。雨水花园对氮源的去除能力在高水质污染负荷冲击下较弱，TN、NH4+-N只有在活性炭填料层的雨水花园中去除效果比较稳定。不同填料雨水花园对不同雨水径流水质污染负荷条件下污染物的去除率不同，例如炉渣对COD去除效率最高，但其抗水质污染负荷能力没有沸石和活性炭强。因此在进行LID设计中，需要根据当地的道路雨水径流特性和重点去除污染物种类，选择合适的水质污染负荷作为设计依据。
2.3不同水力负荷下雨水花园对污染物的削减效应
图6为不同水力负荷条件下，雨水花园对各污染物去除效果。图中所示SS、TP与COD、TN、NH4+-N依然被分散在左右两个区域，TN和NH4+-N样品分散在上部区域，而COD分散在下部区域，SS、TP在中部轴线区域上，且各水力负荷指标比较分散，没有明显的趋势走向。因此水力负荷也是影响雨水花园去除效果的影响因素。在针对LID设计时，需要根据雨水花园对污染物去除效率受水力负荷影响，设计雨水处理设施时选取合适的水力负荷，以达到最优的处理效果。
3.结论
通过研究五种不同填料的雨水花园在不同水质污染负荷、水力负荷条件下对污染物去除效果可以得出针对不同污染物种类，去除效果最好的填料层是不同的，例如对COD而言，最佳填料是炉渣；而对TN来说，最佳的是沸石。但不同填料的雨水花园在不同水质污染负荷和水力负荷条件下，抗冲击能力也不相同。因此在进行LID设施设计处理雨水径流污染时，需要根据当地的雨水径流特性和降雨特征，针对重点去除污染物选取填料层，而在设计计算时，则需要考虑到根据不同填料选取相应的水质污染负荷和水力负荷，以达到最佳设计目的。
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