译文砾石过滤介质的处理效果对于雨水渗透系统设计与运用的意义

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1、转载于《水利水电快报》2011年11月翻译：张向荣砂砾过滤介质的处理效果对雨水渗透系统设计与运用的意义（译文）BelindaE.Hatt_,TimD.Fletcher,AnaDeletic澳大利亚墨尔本3800号蒙纳什大学60幢土木工程系可持续水资源研究所摘要：雨水渗透系统被广泛用于解决城市化对径流及水质造成的不利影响。然而，考虑到雨水渗透系统随时间推移过滤层深度会发生变化，其对于污染物的去除效果存在不确定性。研究人员对一个实验室规模的砂砾渗透系统做了七次模拟实验，来检验污染物的去除效果。实验在一定的水位条件

2、下进行，既有常水位，也有变化的水位条件。实验证明，在各种水位条件下，砂砾过滤装置对于去除泥沙和重金属都有非常明显的效果，甚至在系统随时间推移被堵塞时亦然。尽管泥沙的粒径范围值比过滤装置内的介质孔径小很多，甚至在水位变化的的条件下，泥沙及其上附着的污染物质仍然有效地被滞留在砂砾滤层的上部。介质深度达0.5米就足以去除污染物。可以不用考虑污染物穿透滤层的风险，因为滤层被泥沙阻塞会先发生，而阻塞才是过滤介质寿命的决定因素。然而，砂砾过滤装置对于去除营养物质，尤其是可溶性营养物质的效果并不明显。关键词：砂砾石渗透系统

3、雨水处理性能堵塞1.简介城市化对于水体生态系统的健康造成了不利的影响（引文自Paul和Meyer，2001）。来自城市区域内的地面径流被认为是受纳水体水质下降最主要的原因（美国环保署，2000），而且造成洪水发生频率与流量的增加、地下水位的变化、河岸侵蚀的加剧（引文自Novotny和Olem，1994）以及污染物浓度与负荷的增长（引文自Hatt等人，2004）。作为对策，城市暴雨管理者开始寻找能解决城市化所致径流变化和水质影响问题的技术手段。雨水渗透系统正是这样一种运用广泛的暴雨管理工程措施，尤其在欧洲（实例

4、见Barraud等人2002年发表的论文；LeCoustumer和Barraud，2007年文）及日本（实例见藤田，1997年文）。该技术用于削减暴雨径流量，并使输出到受纳水体的污染物总量降到最低（引文自Argue与Pezzaniti，2005年）。21雨水渗透系统可采用的构造形式很多，最典型的是在浅沟或浅池中填充砂砾过滤介质的构造。大部分污染物在渗透系统中由于机械的和物理化学的机理被截留，虽然吸附和微生物摄取等化学生物过程也在某种程度上对污染物的去除起到一定的作用（美国环保署，2004）。雨水可以从系统中渗

5、出，进入周围的土壤，或者由一条暗渠收集后输送到受纳水体，这两种形式中，前一种最为常见。有报告表明，在要求设置沉砂设施之前，雨水渗透系统已经被专门设计出来并运行超过20年（Dechesne等人,2005），尽管有很大一部分渗透系统由于阻塞等原因以失败告终。(Mikkelsen等人.,1997)。传统的雨水渗透系统并不是设计用来去除污染物质的(Mikkelsen等人.,1997)，其主要目的是削减暴雨径流量，进入受纳水体的污染负荷得以减少（因为径流被改道，转入地下水）只是其附带的效果(Argue和Pezzanit

6、i,2005)。然而，在过去的十年间，人们已经意识到，假设没有雨水渗透系统对污染物的截留，污染物对周围环境的土壤与地下水存在潜在的危害(Barraud等人,1999;Pitt等人,1999)。尽管如此，人们仍未充分的了解雨水渗透系统在空间（沿滤层深度剖面）和时间上的污染物去除效果，尤其是当阻塞发生时的处理效果。很多研究仅仅只呈现了渗透系统性能的一个方面，无论是系统的水力方面还是水质处理方面的效果，很少有实验评估。当提及污染物的去除，研究结果往往是不一致的。一些研究报道，系统周围的土壤和地下水未被污染（如Bar

7、din等人，2001年）；而另一些研究则报道系统周围存在明显的污染（如Fischer等人,2003年)。此外，在渗透系统中积累的污染物的远期的处理也不确定（引文自Mikkel-sen等人,1997年）。如果雨水渗透系统得以广泛运用，其长期的污染物截留效果是研究的一个重要领域。关于污染物在渗透系统中的空间分布的信息有助于评估周围土壤与地下水遭到污染的风险，同时，有关系统性能随时间变化的信息可以显示系统在保护受纳水体不受城市暴雨径流影响的方面的有效性。本文给出了研究传统的渗透系统对雨水的处理效果的实验室结果。我们

8、希望本文能改进很多砂砾渗透系统的设计（如渗渠、渗透池、渗水坑及盲沟），而这些设计涉及到的问题有一些参数如深度、水力负荷率，还涉及到这些系统对于处理雨水中不同的污染物质的适用性。2.试验材料和方法21为了模拟砂砾渗透系统长期的运行特征，实验人员用砂砾介质建造了一个垂直的圆柱体，并在其上进行很多次模拟的暴雨径流和污染物荷载试验。圆柱体在每次试验都一直工作到被阻塞为止，而后重建，再开始下一次试验。在每次模