植草沟海绵应用效能监测研究

发表时间：2020-08-07T00:11:32.653Z 来源：《科技新时代》2020年5期 作者： 卢敏 张宇 刘伦 王莉芸

[导读] 通过监测分析植草沟在各种降雨强度下对雨水径流流量、水质的消减净化作用，评估植草沟在不同降雨条件下的海绵效能。深圳市建筑科学研究院股份有限公司，深圳，518000

摘要： 通过监测分析植草沟在各种降雨强度下对雨水径流流量、水质的消减净化作用，评估植草沟在不同降雨条件下的海绵效能。结果表明：植草沟对流量和水质的消减净化作用与降雨强度密切相关，在一定降雨强度范围内，随着降雨强度的增加，植草沟对流量的消减作用降低，对水质的净化作用降低；植草沟出口径流时间较进口有一定的滞后性，滞后时间随着降雨强度的增加而减少；植草沟对流量峰值有明显的消减作用，出口流量峰值约为进口的0-60%；植草沟对不同污染物的净化作用不同，对SS的出去率较为明显，对COD、氨氮、总氮、总磷的去除率不显著。

关键词：植草沟；应用效能；峰值消减；污染净化；

Abstract：Through monitoring and analyzing the effect of grass-planting ditch on reducing and purifying runoff and water quality under variousrainfall intensities, the sponge efficiency of grass-planting ditch under different rainfall conditions was evaluated. The results showed that the reductionand purification of flow and water quality were closely related to the intensity of rainfall. Within a certain range of rainfall intensity, the reduction offlow decreased with the increase of rainfall intensity, the purification effect on water quality is reduced, the runoff time at the exit of the plantingfurrow has a certain lag compared with that at the entrance, and the lag time decreases with the increase of rainfall intensity, and the planting furrowhas an obvious decreasing effect on the peak value of runoff, the peak value of export flow is about 0-60% of import, the removal rate of SS is obvious,but the removal rate of COD, nh3-n, TN and TP is not obvious. 1.引言

植草沟是低影响开发技术中的一种，多数前期研究表明：植草沟是城市径流量消减和径流污染控制的重要措施[1]，在多数国家已经被广泛应用于控制雨水径流量和径流污染，植草沟在去除雨水径流中的SS、COD、氨氮，等污染物有明显效果[2-6]。但是，在不同降雨强度下植草沟的海绵效能研究较少，本文就此方向进行了深入研究。 2.研究区概况

本次监测选定的植草沟位于深圳市龙岗区国际低碳城会展中心西北角A馆西侧车行道边，植草沟长12m，宽0.6米，深0.15米，内部植物单一，以杂草为主，主要汇集植草沟旁边车行道的雨水。植草沟没有底部盲管，没有雨水统一汇入口，存在雨水统一溢流口，研究区域实景图见图2.1所示。

图2.1 研究区域实景图 3.研究方法

本文的研究方法包括3部分内容：流量和水质监测方法、降雨方法、植草沟改造方法。

通过监测法研究植草沟海绵应用效能，其中流量采用仪器在线监测的方法，水质采用实验室人工检测的方法，其中植草沟进口处安装了压力式水位计和超声波流量计，出口处安装了压力式水位计和多普勒流量计；降雨主要采用自然降雨和人工模拟降雨两种形式，其中人工模拟降雨分别设置了0.5年一遇、1年一遇、3年一遇、5年一遇、10年一遇的降雨强度；天然植草沟雨水通过地面漫流进入沟内，此种形式不利于雨水流入量的监测，为解决这一问题，对植草沟进行了人工改造，在其进口处进行了围堵，并修建了引流槽，使得雨水能够沿着引流槽统一汇入沟内，便于雨水流入量的监测。植草沟改造图见图3.1所示，图（a）为植草沟进口改造图，图（b）为植草沟出口改造图。

（a） 植草沟进口 （b）植草沟出口 图3.1 植草沟实验改造图 4.结果与讨论 4.1自然降雨

2019年3月7日自然降雨情况下植草沟进出口处的水样进行采集，在进出口时形成降雨径流时开始采集水样，每5分钟取一组水样，共取8组，其进出口处的流量变化见图4.1-1所示，水质变化见图4.1-2所示。

图4.1-2 自然降雨下植草沟进出口水质变化图

图4.1-1显示，植草沟在自然降雨条件下，对径流流量有明显的消减作用，植草沟出口雨水径流比进口滞后约65分钟，植草沟出口流量峰值约为进口的60%。图4.1-2显示，植草沟在自然降雨条件下，对径流污染有显著净化作用，出口各类污染物浓度均小于进口，且污染物浓度随降雨历时呈减少趋势，植草沟对SS的消减率约50%，对氨氮的消减率约41%，对COD、TN、TP消减率约23-24%左右。 4.2人工模拟降雨

实验通过调节水泵及水表控制实验的进水量以测试不同降雨强度下植草沟的海绵效能。植草沟对道路地表径流的调蓄及净化作用与降雨强度和降雨历时密切相关，本研究根据实验现场情况，在重现期分别为0.5、1、3、5、10年一遇的降雨强度下进行监测，对植草沟的进、出水口处形成径流后的40分钟内，采水样检测水质，采样频次为5分钟一次表4.2-1列出了植草沟模拟人工降雨强度设置值，图4.2-1显示了植草沟在各种降雨强度下，进出口流量变化情况。 表4.2-1 植草沟人工降雨强度设置表

图4.2-2 不同降雨强度下植草沟出入口各污染物浓度随时间变化图

图4.2-2显示，植草沟出入水口处SS、COD、TN、TP、氨氮五种污染物的出水口的浓度值均小于其入口处的浓度值，说明植草沟对污染物的削减具有明显作用。在不同强度降雨下污染物SS的平均浓度分别减少了46.5%、24.9%、33.5%、33.5%、40.4%；在不同强度降雨下污染物COD的浓度分别减少了35.3%、15.9%、18.0%、22.6%、17.5%；在不同强度降雨下TN的浓度分别减少了3.3%、1.9%、3.0%、2.4%、2.7%；在不同强度降雨下TP的浓度分别减少了18.8%、9.3%、9.8%、16.3%、13.3%；在不同强度降雨下氨氮的浓度分别减少了30.1%、19.8%、27.9%、39.0%、40.3%。由此可知，植草沟对污染物具有一定的消减作用。

随着暴雨强度的增大，植草沟对SS、COD、TN、TP的削减作用逐渐减少，对氨氮的削减作用逐渐增大，这主要说明了径流雨水中氨氮元素含量较少，雨水增大到一定强度时才引起了浓度的显著变化，总体上，植草沟对各类污染物的削减作用较为明显。 5.结论

总体来说，植草沟对雨水径流量和径流污染的消减作用十分显著，具体主要从：消减径流量、径流滞后、峰值消减、消减径流污染等指标来分析，得出以下4点结论。

（1）消减径流量。植草沟对径流流量均有明显的消减作用， 植草沟出水口处的流量在各降雨强度下均小于植草沟入水口处的流量，在不同暴雨设计重现期下植草沟对径流量的控制率分别为39.7%、34.0%、30.0%、28.1%、25.0%。

（2）径流滞后。植草沟出口径流出现时间相较进口均有一定的滞后性，滞后时间随着降雨强度的增加而减小，降雨强度越大，出口流量相对入口流量滞后的时间越短。

（3）峰值消减。植草沟对径流流量有一定的削峰作用，出口流量峰值约为进口的0-60%。

（4）消减径流污染。植草沟对雨水径流污染消减效果显著，但随着暴雨强度的增大，植草沟对SS、COD、TN、TP的削减作用逐渐减少，对不同污染物的去除率不同，对SS和COD的去除率较高。 参考文献

[1] Stagge J H，Davis A P，Jamil E，et al． Performance of grassswales for improving water quality from highway runoff［J］． WaterＲesearch，2012，46( 20) : 6731-6742．

[2] Deletic A，Fletcher T D． Performance of grass filters used forstormwater treatment—a field and modelling study［J］． JournalofHydrology，2006，317( 3-4) : 261-275．

[3]植草沟对道路径流的水文控制效果研究[J].黄俊杰,沈庆然,李田.中国给水排水。2016(03)

[4]植草沟对北京市道路地表径流的效应[J].郭凤,陈建刚,杨军,孟莹莹,龚应安，水土保持通报。2015(03) [5]植草沟控制道路径流污染效果的现场实验研究[J].黄俊杰,沈庆然,李田，环境科学。2015(06) [6]植草沟-湿地滞留塘控制农田径流污染效能[J].赵金辉,陆毅,赵晓莉，环境科学与技术。2014(10)