基于綠色基礎設施的城市非點源污染控制研究

欒 博,殷瑞雪,徐 鵬,翟生強,王 鑫,唐孝炎

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基于綠色基礎設施的城市非點源污染控制研究

欒 博1,2,殷瑞雪2,徐 鵬3*,翟生強2,王 鑫2,唐孝炎1

(1.北京大學環境科學與工程學院,北京 100871；2.北京大學深圳研究生院,廣東 深圳 518057；3.南方科技大學環境科學與工程學院,廣東 深圳 518055)

以珠海市西部新城為例,通過監測采樣分析現狀城市降雨徑流污染特征和規劃前后城市非點源污染負荷,采用雨洪管理模型(SWMM)模型構建6種基于不同綠色基礎設施技術的污染控制情景,并評估分析各情景下的成本效益.結果表明:現狀建成區道路和地面鋪裝的徑流污染較重(劣Ⅴ類);屋頂和地面的初期徑流沖刷效應明顯;規劃后城市徑流污染物排放負荷增加至現狀的2.9~3.2倍.組合型方案(源頭型組合、源頭-末端組合)的污染綜合控制效果優于單技術方案,但其污染物單位削減成本較高;單技術方案中,末端型的調節塘對各污染物的單位削減成本均最低,且對TN、TP的削減效果較好;源頭型的生物滯留池和植草淺溝的單位削減成本也較低,但污染物削減效果較差;而透水鋪裝的單位削減成本較高.總之,單項技術方案在污染控制的成本效益表現上要優于組合型方案,若要取得更好的污染控制果,則還需投入更大的成本,采取組合型方案進行污染控制.研究可為當前快速城市化新區海綿城市的多目標決策提供科學依據.

綠色基礎設施；非點源污染；SWMM模型；海綿城市；成本效益

近年來,我國城市黑臭水體成為城市水污染治理的焦點[1-2].隨著城市點源污染控制的提高,城市非點源污染逐漸成為水體污染的主要來源[3-4].地表累積的污染物被降雨徑流沖刷后匯入水體,是城市非點源污染的主要來源,而初期降雨徑流污染是污染控制的關鍵[5].20世紀70年代,美國開始采取行動應對城市非點源污染.經過近20年的發展,美國、澳大利亞、英國等國家相繼提出最佳管理實踐(BMP)、低影響開發(LID)、水敏感性城市設計(SUDS)、可持續排水系統(WSUD)等成熟的可持續雨洪管理體系[6-9],有效控制雨水徑流污染.2014年,我國海綿城市建設也開始迅速推廣[10].

綠色基礎設施(GI)是用于可持續雨洪管理的一系列綠色化的工程基礎設施[11],包括生物滯留池、透水鋪裝、植草淺溝、屋頂綠化等源頭分散型技術,以及雨水塘、濕地等末端集中型技術.相較于集中快排的灰色基礎設施帶來的雨水徑流高污染、高沖擊問題,綠色基礎設施采用分散式、低沖擊的綠色技術緩解城市雨水徑流引發的環境問題.國內外研究者針對各技術的污染物去除效果方面進行了大量實驗研究[12-19],TSS、TN、TP及重金屬等污染物是主要研究對象.受試驗區氣候、地理條件及措施結構等影響,不同研究的去除效果存在一定差異.區域污染控制效果主要依托雨洪管理模型(SWMM)、城市暴雨處理及分析集成模型系統(SUSTAIN)、基于低影響開發的長期水文影響評價模型(L-THIA-LID)等水文模型對GI技術及組合進行模擬研究[13,18],如利用L-THIA-LID模型評估雨水池對流域徑流量、TN和TP的控制效果比透水鋪裝更優[20],利用SWMM模型評估源頭LID、末端BMPs聯合使用方案相比于單項技術對流域洪峰和非點源污染的控制效果更優[3].為更好的支持決策,近年來國外關于GI技術方案的成本效益研究逐漸增多,如Liu等[21]評估了16種LID-BMPs情景的徑流量和水質控制成本效益.Liao等[22]分析了7種LID技術組合的徑流總量、洪峰和污染控制成本效益.

不同類型GI技術組合對徑流污染負荷的削減效果,以及不同技術的成本效益分析是降雨徑流污染控制技術選擇的基礎,能夠為我國當前快速城市化新區海綿城市規劃決策提供重要支撐,目前國內這方面研究較少.本研究以快速城市化的珠海西部新區為研究區域,首先對不同下墊面類型的降雨徑流進行監測采樣,分析現狀和未來城市非點源污染負荷特征及變化趨勢,而后選用SWMM模型模擬分析不同GI技術組合情景的徑流污染削減效果,最后比較分析各技術情景的成本效益,為選擇最佳污染控制方案提供決策依據.

1 材料與方法

1.1 研究區概況

珠海市位于珠江入?？?是珠江三角洲城市群的中心城市之一.屬亞熱帶季風氣候,多年平均氣溫為22.2℃,多年平均降雨量為2103.6mm,降水集中4~9月,占全年降雨量的80%.西部新城是珠海城市未來發展的重點區域,總面積248.2km2.國家第二批海綿城市試點區即在此范圍內.該區域現狀土地利用以農田、養殖塘、山體、水域等未建設地為主,城市建設用地僅47.8km2(占區域總面積的19.2%).而根據《珠海市西部中心城區控制性詳細規劃》,2030年新區建成后土地利用類型將發生劇變,城市建設用地將達169.4km2(占區域總面積的68.3%),比現狀增加121.6km2,增長比例為254%,而農業用地僅余6.21km2(2.5%).因此城市非點源污染將成為未來該區域面源污染的首要來源.

圖1 研究區域范圍、土地利用及采樣點位置

本研究對西部新城范圍(248.2km2)通過監測采樣研究現狀城市雨水徑流污染特征并分析未來變化趨勢.選取近期啟動區范圍內的中央水系(南段)匯水區范圍(1.82km2)作為重點研究區,通過模型模擬比較分析未來土地利用條件下不同技術組合情景的城市面源污染控制效果和成本效益.重點研究區現狀用地主要為未開發的養殖塘,未來規劃全部轉變為城市建設用地,各用地類型及對應的建筑密度和綠地率詳見文獻[23].其中居住用地占地面積最大(33.2%);其次為公共綠地和道路用地,分別占總面積的24.8%和22.2%.研究區內雨水徑流排入中央水系(南段)后向南匯入2#主排河.地下水埋深為0.5~ 2.5m,平均埋深不足1m,土壤類型主要為粘壤土,下滲能力約1′10-7m/s.

1.2 城市降雨徑流水質監測采樣

在西部新城建成區分別選取屋頂、地面鋪裝、道路和綠地4種下墊面進行徑流-水質監測,共8處采樣點,詳見表1.其中屋頂選取2處代表性樣點,分別為居住區屋頂和公建區(公共設施用地)屋頂;地面鋪裝選取2處代表性樣點,分別為居住區地面和公建區地面;道路選取3處代表性樣點,分別為城市支路、城市主干路和工業區道路;綠地選取1處公園綠地樣點.

表1 水質監測樣點

降雨水質采樣方法為利用采樣器采集全過程混合水樣.徑流水質采樣方法為:自降雨產生徑流開始采集樣品,前30min每隔5min取樣一次;30~60min每隔15min取樣一次;超過60min每隔30min取一次水樣.以上水樣采集方法均遵守《水質采樣技術指導》[24].樣品采集后,在24h內對水質進行檢測,檢測指標包括TSS、COD、TN、TP、NH3-N、Cu、Fe、Pb、Zn.檢測方法參照國家標準《水和廢水監測分析方法(第四版)》[25].本研究共實測3場降雨徑流事件,分別為2016年11月22日、2017年4月12日和2017年7月18日.

1.3 城市降雨徑流污染負荷計算

采用集成在流域水環境模擬工具系統里的非點源污染負荷模型(PLOAD)方法計算徑流污染負荷.PLOAD是美國國家環境保護局(USEPA)開發的BASINS系統中用來計算流域非點源污染負荷量的模型,計算公式為:

式中:R為某土地利用類型的徑流深,取自SCS模型的計算結果;C為降雨徑流事件平均濃度,取自EMC計算值;A為各用地類型面積.本研究中將西部新城建成區內的用地劃分為屋頂、地面鋪裝、道路和綠地4類,現狀建成區內的面積分別為1155,1078,503, 2046hm2,規劃建成區內的面積分別為2912,2891, 2231,8905hm2.

SCS模型基本原理為假定實際入滲量與土壤潛在入滲量之比等于實際地表徑流深與可能最大徑流深之比的基礎上建立,計算公式為:

=(-0.1)2/(+0.9) 當>0.1(2)

=0 當<0.1(3)

=(25400/CN)-254 (4)

式中:為實際地表徑流深,mm;為土壤潛在入滲量,mm;為一次降雨量,mm;CN為土壤綜合參數.本研究中屋頂、地面鋪裝、道路和綠地的CN值分別取98,98,98和79.

由于降雨的不均勻性,某一時刻的徑流污染物濃度無法代表整個降雨過程中污染負荷,為解決這一問題,特引入EMC對徑流污染物濃度進行估算.

式中:EMC是指單次徑流污染的平均濃度,mg/L;()是指時刻污染物的濃度,mg/L;()是指時刻徑流流量,m3/min;為降雨徑流時間,min.

1.4 GI技術情景設計

根據國內外對雨水管理技術的大量研究,城市徑流污染控制技術可分為源頭分散型技術和末端集中型技術2類,本研究選取應用廣泛的3種源頭分散型技術(透水鋪裝、生物滯留池和植草淺溝)和1種末端集中型技術(調節塘)開展研究.各措施的布置方式為:將透水鋪裝布置于路面廣場(除機動車道),用于消納地面和非機動車道雨水;生物滯留池布置于附屬綠地(各類用地地塊內的綠地)內,用于消納各地塊屋頂和地面排水;植草淺溝布置于沿市政道路的公共綠地內,用于消納市政道路排水.調節塘集中布置于濱河公共綠地內,對區域雨水進行綜合控制.因此各措施可利用的用地類型分別為道路廣場(除機動車道)、地塊附屬綠地、道路兩側公共綠地和河道兩側公共綠地,依據各城市用地面積及其對應的建筑密度和綠地率,計算得到透水鋪裝、生物滯留池、植草淺溝和調節塘可利用用地的總面積分別為62.2,28.4,24.7和17.1hm2,占區域總用地面積的比例分別為34.2%、15.6%、13.6%和9.4%.

分別通過單項技術和技術組合的方式設置情景方案,其中單項技術型包括3種單源頭技術方案和1種單末端技術方案,技術組合型包括源頭組合和源頭-末端組合2種方案,共設置6種方案,詳見表2.各情景中技術措施比例為該技術措施占其可利用用地面積的百分比,根據珠海西部實際可行性和相關文獻經驗[23,26-27]進行設置.考慮到單項技術型情景的技術措施單一,因此單項技術情景中的技術措施比例取較高值,技術組合情景中的各技術均取較低值,且技術組合中的措施越多,設置比例越低.

表2 徑流污染控制情景方案

注:表中百分比均指措施占可利用土地類型的比例.

1.5 SWMM模型構建與模擬

SWMM模型是動態降水-徑流模擬模型,主要包括水文、水力和水質模塊,能夠計算降雨地表產流、地表匯流、管網水動力傳輸和水質傳輸,可以對單場暴雨或者連續暴雨產生的降雨徑流進行動態模擬.該模型已被國內外學者廣泛應用于模擬城市暴雨洪水地表徑流過程、污染負荷及雨水管理效果評價中,對不同流域均具有適用性.因此,本研究采用SWMM模型模擬不同情景方案的水質控制效益.徑流污染控制一般包含TSS、COD、TN、TP、NH3-N等指標,根據文獻調研,各GI技術對COD的去除效果研究較少,對模型計算缺少必要的數據支撐,因此選取TSS、TP、TN和NH3-N4項指標進行研究.

模型選用2012年(平水年)全年小時降雨數據進行模擬,選取動態波routing模擬水流運動過程,選取霍頓method模擬土壤下滲過程.模型依據中央水系(南段)匯水區的雨水管渠及排水口分布,共建立20個節點、20段管渠和14個子匯水分區.各排水分區的面積、坡度、不透水比例,各節點的高程、各管渠的斷面參數、長度、糙率系數等參數均通過基礎資料獲得,其他參數如透水區/不透水區的曼寧系數、蓄洼量,霍頓模型中的最大/最小入滲率等通過查閱模型用戶手冊和鄰近區域的文獻成果[3,28]獲得.水質模型中污染物累積模型選取飽和函數,污染物沖刷模型選取EMC.將污染物產生的用地類型分為屋頂、道路、地面鋪裝和綠地4類,各用地類型累積函數中的最大累積量和累積常數通過鄰近區域的文獻[3,29]獲得,EMC濃度來源于章節1.2監測結果.各情景方案中的源頭GI技術通過LID控制模塊添加,由于研究區域地下水位較高,土壤入滲能力差,因此均采取底端防滲,埋設排水管的方式排除雨水;末端調節塘技術通過蓄水單元添加,蓄水深度為1.5m,底部防滲,排空時間按48h設置. SWMM模型中水文和水力參數、水質參數、源頭GI結構參數詳見表3和文獻[23].

表3 SWMM模型主要水質參數表

1.6 成本效益分析

國外[20-21]對成本效益分析的通用指標為單位成本效益,具體計算方法為成本/效益或效益/成本.本研究的效益指各方案對污染物的削減量(2012年全年),通過SWMM模型模擬獲得.成本包含建設成本和維護成本,其中,建設成本單價參考《海綿城市建設技術指南》[30]中的低影響開發單項設施單價估算,同時結合實際工程經驗,將生物滯留池、植草淺溝和透水鋪裝的建設成本分別定為400, 300和160RMB/m2;調節塘的建設成本定為300RMB/m3;維護費用參考文獻[31-33],各措施每年維護費用分別按照成本百分比的8%、8%、5%和5%進行核算,維護壽命為20a.本研究擬通過成本/污染物削減量的方式計算得到各污染物的單位成本效益,單位為元(或萬元)/(kg·a).

2 結果與討論

2.1 城市降雨徑流污染特征

2.1.1 現狀不同城市下墊面徑流污染特征 依據天然降雨、屋頂、地面鋪裝、道路和公園綠地的水質監測結果(圖2),各類城市下墊面地表徑流中COD、TSS、Fe、Zn、Pb污染物的平均質量濃度明顯高于天然降雨;屋頂和綠地徑流中TP濃度與天然降雨相似,為0.02~0.03mg/L;各類下墊面徑流中TN、NH3-N和Cu濃度與天然降雨差別均較小.

對比各城市下墊面徑流污染情況,硬質地表(道路和地面鋪裝)徑流中除TN濃度略低于屋頂,Cu與屋頂持平外,其它污染物濃度均高于屋頂和綠地(可達1.3~10.2倍).其中TP、TSS、Fe、Zn和Pb差異較大.道路和地面鋪裝相比,COD濃度兩者持平,道路徑流中Pb濃度是地面鋪裝的109倍(鋪裝為0.01mg/L,道路為1.09mg/L),其它污染物濃度地面鋪裝均略高于道路濃度(1.1~1.3倍).可見,各類下墊面中硬質地表(地面鋪裝和道路)的徑流污染相對較重,特別是道路徑流中Pb濃度較高.

對比國家地表水環境質量標準(GB3838- 2002)[34],天然降雨中的COD、Zn、Pb濃度滿足地表Ⅰ類水標準,TP、NH3-N、Cu滿足地表Ⅱ類水標準.屋頂的Pb濃度滿足地表Ⅰ類水標準,TP、Zn、Cu滿足地表Ⅱ類水標準,NH3-N和COD達到地表Ⅲ類水標準.硬質地表中各污染物濃度差別較大,Cu滿足地表Ⅱ類水標準,NH3-N和Zn滿足Ⅳ類標準,TP、COD和Pb為劣Ⅴ類,特別是Pb超標嚴重.綠地的TP、Zn、Cu、Pb滿足地表Ⅰ類水標準,NH3-N滿足地表Ⅱ類水標準,COD滿足地表Ⅲ類水標準.因此,天然降雨可達到地表水Ⅰ～Ⅱ類標準,屋頂和綠地可滿足Ⅲ類標準,而硬質地表污染較重,為劣Ⅴ類.

圖2 各下墊面污染物平均濃度對比

2.1.2 現狀城市雨水徑流排放過程污染特征 本研究選取2017年4月12日居住區屋頂和地面的水質監測數據分析不同下墊面的TP、NH3-N、COD和TSS的濃度變化過程,由圖3可知,屋頂和地面在產生徑流的前20~30min,各污染物濃度下降顯著,有較為明顯的初期徑流沖刷效應.屋頂的NH3-N濃度在徑流前10min濃度達到1.92mg/L,為地表水Ⅴ類標準.地面的TP、NH3-N和COD在徑流前10min濃度分別達到0.34,2.19,47.1~ 116mg/L,為地表水Ⅴ類或劣Ⅴ類標準.TSS濃度可達到437~554mg/L.因此,屋頂初期雨水中NH3-N濃度較高,路面初雨徑流中的TP、NH3-N和COD均較高,TSS污染尤其嚴重,會增加地表受納水體的污染負荷.

圖3 各下墊面徑流污染排放過程

圖4 西部新城規劃前后城市建設用地污染排放負荷

2.1.3 規劃前后城市非點源污染負荷分析 基于各下墊面平均濃度值,利用PLOAD模型計算得到西部新城(248.2km2)現狀和規劃建設后城市建設用地的TP、TN、NH3-N、COD和TSS排放量,城市雨水徑流污染排放負荷計算結果見圖4.規劃建設后城市非點源污染排放負荷為建設前的2.9~3.2倍.TP、TN、NH3-N、COD和TSS的排放負荷分別新增213.1%(9.0t/a)、189.9%(103.7t/a)、202.2% (36.4t/a)、219.3%(1946.2t/a)、215.6%(8721.8t/a).總體來看,由于未來新城發展,研究區內土地利用劇變,城市建設用地面積大幅增加,城市非點源污染總負荷將顯著增加,因此有必要合理選擇綠色基礎設施技術緩解徑流污染壓力.

2.2 不同情景方案的成本效益分析

經SWMM模擬,重點研究區(1.82km2)傳統方式規劃建設后的TSS、TP、TN和NH3-N的排放量分別為235310,223,2051和717kg/a.規劃中應用綠色基礎設施技術情景S1~S6的各污染物負荷削減量及削減率分別見圖5.對于TSS負荷削減而言,情景S5的效果最優,削減率為57.4%,其次為S3和S6,S2的削減效果最差,削減率僅19.5%.在控制TP方面,情景S5仍為最優,削減率為30.7%,其后的S6、S4和S3削減率差異很小,均在27.5%~28.5%之間,S1和S2的削減效果最差,削減率僅為11.0%和12.0%.情景S4對TN的負荷削減效果最優,削減率為26.3%,S2和S3的削減效果最差,削減率不足10.0%.對NH3-N而言,最優削減方案S5的削減率為45.6%,最差削減方案S2的削減率僅為8.4%.

圖5 各情景方案的污染負荷削減量

各情景(S1~S6)的總成本見圖6,其中S2和S5分別為總成本的最低(3862萬元)和最高(16839萬元)方案.含有透水鋪裝的S3、S5和S6成本均較高(S3、S6總成本分別為15936萬元和11954萬元),主要原因為研究區域可鋪設透水鋪裝的面積較大.總之,組合型情景的成本高于單技術型情景.

圖6 各情景方案的建設成本及維護成本

基于各情景的污染物去除效益和成本,進一步分析了單位污染物削減成本(圖7),結果表明:單末端技術S4對TSS、TP、TN和NH3-N的單位削減成本均最低,分別為692元/kg、75萬元/kg、9萬元/kg和20萬元/kg.單源頭技術型S1和S2的單位效益成本僅次于S4.S1除對TP的單位削減成本較高外,對其他污染物的成本效益較好;而S2僅對NH3-N的單位削減成本較高,其他均較低.對于組合型方案S5和S6,其各項污染物單位削減成本均較高.由于透水鋪裝(S3)的總成本較高,因而成為單位削減成本最高的方案,對TSS、TP、TN和NH3-N的單位削減成本效益分別為1364元/kg、259萬元/kg、171萬元/kg和55萬元/kg.

根據以上結果可知,僅從效益方面來看,組合情景的污染物綜合控制效果總體上優于單技術情景.源頭組合型方案(S5)較其他方案優勢明顯,除對TN控制效果略低外,對其余3種污染物控制效果均為最優.源頭-末端組合型方案(S6)的綜合控制效果也較佳.在單技術方案中,S4和S3相對表現較好,而僅用生物滯留池(S1)或植草溝(S2)的單技術方案對各污染物控制效果都不佳.從成本效益方面來看,污染控制效果較好的組合型方案(S5和S6)在單位削減成本上卻很高;而單技術方案的源頭型生物滯留池(S1)和植草溝(S2)雖然污染控制效果不佳,但其單位削減成本很低.值得注意的是,單技術型的末端調節塘(S4),其效益表現居中,而各污染物單位削減成本均為最低.

2.3 討論

對快速城鎮化區域雨洪管理而言,組合型方案(源頭型組合與源頭-末端組合)是控制污染的較優選擇,與文獻報道的結果一致[3,35-36].源頭型單技術方案中,生物滯留池(S1)、植草溝(S2)的污染物控制效益有限,且污染物單位削減成本并不低;而透水鋪裝(S3)雖然效益貢獻較大,但單位效益成本過高.末端型單技術(S4)值得更多重視,這類集中式的傳統BMP設施的性價比很高,而其污染控制效益僅略低于組合型技術方案,因此具有獨特的優勢.在實際決策中,單位效益成本最低方案并非最優選擇,需要進一步考量其實際效益貢獻.如單技術情景S1在NH3-N和TN的成本效益表現很好,但其實際效益總量很低,因而不是最佳選擇.然而,本研究還存在一定的局限性,在進行降雨徑流污染特征分析過程中,本研究主要針對城市非點源的影響.若更加全面有效控制非點源污染,需考慮城市建設用地增加以及農業用地減少所帶來的污染物負荷變化的綜合效應.另外,SWMM模型需要較多的參數輸入,雖然本研究進了部分參數的本地化校正,在未來研究中需要更多的實驗數據來參數率定.

對于技術選擇和綜合決策而言,需進一步權衡各GI技術情景的污染物削減總量和單位效益成本.未來有待于通過多目標決策分析等方法進一步加以研究.

3 結論

3.1 非點源污染特征方面:現狀建成區地面鋪裝和道路污染程度相對較重,TN、TP、COD、TSS和Pb為地表水Ⅴ類或劣Ⅴ類;屋頂和地面的初期徑流沖刷效應明顯;規劃建設后城市用地的污染物排放負荷顯著增加,污染負荷量為現狀的2.9~3.2倍,對受納水體造成污染壓力.

3.2 污染控制效果方面:不同的GI技術方案對TSS、TP、TN和NH3-N的削減率為4.5%~57.4%.源頭組合型情景(S5)的污染負荷削減效果最佳,其TSS、TP、NH3-N的削減率分別可達57.4%,30.7%和45.6%.組合型方案(S5、S6)的綜合污染控制效果優于單技術方案.末端型技術(S4)對TN、TP控制效果較好,源頭型技術(S1~S3)均在某一或幾項污染物削減效果上存在明顯弱勢.

3.3 成本效益方面:末端型技術(S4)是單位削減成本最低的方案,對TSS、TP、TN和NH3-N的單位削減成本分別為692元/kg、75萬元/kg、9萬元/kg和20萬元/kg.而源頭型的透水鋪裝(S3)則是單位削減成本最高的方案.總體而言,單項技術方案在污染控制的成本效益表現上要優于組合型方案,若要取得更好的污染控制效果,則還需投入更大的成本、采取組合型方案進行污染控制.

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致謝：感謝珠海市環境保護局、環境保護監測站在調研與采樣期間的大力支持和幫助.

Study for green infrastructure approach on urban non-point source pollution control.

LUAN Bo1,2, YIN Rui-xue2, XU Peng3*, ZHAI Sheng-qiang2, WANG Xin2, TANG Xiaoyan1

(1.College of Environmental Sciences and Engineering, Peking University, Beijing 100871, China；2.Peking University Shenzhen Graduate School, Shenzhen 518057, China；3.School of Environmental Science and Engineering, Southern University of Science and Technology, Shenzhen 518055, China)., 2019,39(4)：1705~1714

This study aimed to: (i) characterize the runoff pollution before and after urbanization; (ii) analyze the cost-effectiveness of different GI strategies and their combinations (CGIs); and (iii) provide the scientific basis for Multi-Objective Decision-Making for the Sponge City planning. Using the rapidly developing Western New City of Zhuhai as the case study, we analyzed the characteristics of the current urban rainfall-runoff pollution and the changes of pollution load before and after planning through field monitoring. To evaluate the performance and cost-effectiveness, six GI and CGI scenarios were considered with the use of SWMM modeling. The results indicated that: (1) under the current condition, heavy runoff pollution (inferior to water quality class V) was identified for roads and paved ground in the developed areas; (2) there existed obvious initial flush effect from roofs and ground; (3) after development, the runoff pollutant loads were 2.9~3.2 times as those under current conditions; (4) the CGI (source/source-terminal controls) yielded better overall performance than the single GIs, however its cost per unit of pollutant reduction was higher; (5) among the single GIs, the detention basin yielded the lowest cost per unit of reduction, and it also effectively reduced TN and TP; (6) bio-retention and vegetated swale also yielded low reduction cost, but they could not effectively reduce the pollutant load; and (7) the reduction cost per unit of permeable pavement is the most expensive among all considered single GI strategies. Overall, the cost-effectiveness performance of single GI was superior to the CGI in pollution control. The single GI strategies were more cost-effective compared to CGI strategies; however it was necessary to invest more to adopt the CGI strategies in order to achieve better pollution control results.

green infrastructure；non-source pollution；SWMM；sponge city；cost effectiveness

X321

A

1000-6923(2019)04-1705-10

2018-09-28

珠海市政府采購單一來源項目(ZHGJ2016-016)

*責任作者, 博士, xup@sustech.edu.cn

欒 博(1983-),男,北京人,北京大學環境科學與工程學院博士研究生,研究方向為綠色基礎設施與環境景觀規劃.發表論文14篇.