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随着生态文明建设持续推进，城市污水处理系统日趋完善，点源污染已基本得到有效的控制，而由降雨产生的面源污染正在逐步成为威胁水体健康的重要因素之一。通过研究海绵城市改造前后，降雨径流污染物对老城区河道水环境的影响机制，以期为城市河道的综合治理和长治久清提供一定的数据支撑。
本文以重庆市万州区龙宝河鹏程小学断面至徐家花园小区断面河道为研究对象，河道长2.7km，流域面积195.8公顷。通过监测流域内3类下垫面(居住区、商业区及校园区)，在不同降雨条件下的径流水质，分析SS、COD、TP、NH3-N及TN随降雨历时的变化规律及污染特征；并结合流域用地性质及排水管网出口选择河道断面监测点，分析河道水质与底泥性质的关联；利用SWMM模型建立龙宝河流域水量、水质模型，研究海绵化改造前后不同降雨条件下，主要入河污染物的变化特征。主要结论如下：
(1)不同下垫面，在不同降雨场次的雨水变化范围、峰值形成时间等变化规律均有所不同，但总体趋势是随着降雨历时的增加，污染物浓度在降雨初期出现峰值后逐渐降低并趋于稳定，径流污染物的峰值在降雨产流的5-30min内。污染程度最重的是商业区的降雨径流，校园区降雨径流污染程度较轻。
(2)3类下垫面降雨径流污染物EMC依次为：商业区>居住区>校园区。商业区降雨径流中SS、COD、TP、TN及NH3-N的EMC平均值分别为498.02、107.58、0.64、2.25及1.3mg/L；居住区雨水径流中对应值分别为264.28、81.44、0.52、2.03及1.19mg/L；校园区雨水径流中对应值分别为248.70、68.61、0.61、1.76及1.03mg/L。3类下垫面中COD、TP的EMC均超出Ⅴ类水标准，初期径流污染严重。商业区和居住区降雨径流污染物TN的EMC均超出Ⅴ类水标准，校园区TN的EMC达到Ⅳ类水标准，商业区、居住区和校园区NH3-N的EMC达到Ⅳ类水标准。初期冲刷效应分析表明，3类下垫面均呈现一定程度的冲刷，且大部分属于弱冲刷。径流污染物之间存在一定相关性，商业区中SS与COD、TP、TN及NH3-N相关性较好，相关系数R2均值分别为0.858、0.82、0.867、0.858；居住区SS与COD、TP相关性较好，R2均值分别为0.926和0.898；校园区SS与TP、NH3-N和TN相关性较好，R2均值分别为0.939、0.847和0.891。
(3)河道水质具有显著的季节性差异。龙宝河各断面pH值为6.96-8.09，呈中性状态；DO、TN、NH3-N、TP、COD分别为6.06-8.84mg/L、1.45-9.02mg/L、0.64-4.25mg/L、0.14-2.97mg/L、15-150mg/L。pH和DO均满足地表水质标准。TP随季节变化明显，春季最高为1.24mg/L，夏季最低为0.3mg/L，之后逐渐增大，超出Ⅴ类水标准。TN在一年中均超出Ⅴ类水标准，且季节差异明显，呈现出春季(3.38 mg/L)至夏季(2.9 mg/L)污染程度减小，夏季至冬季(6.09mg/L)浓度升高。4个季节NH3-N平均浓度分别为2.5、1.77、2.26及3.37mg/L，均占TN的55%以上，说明氮污染负荷主要来源于NH3-N。4个季节COD平均浓度分别为81.20、54.91、29.97、26.80mg/L，秋、冬季水质属于Ⅳ类水，而春、夏季属于劣Ⅴ类水。单因子水质评价和内梅罗指数评价表明，河道氮、磷污染程度较重，有机物污染相对较轻。主成分分析表明，龙宝河的主要污染物为TN和TP，这与水质评价结果相同。
(4)夏、秋及冬3个季节河道有机质平均含量分别为15.49、26.21及26.15g/kg，秋冬季有机质含量高于夏季有机质含量，可能是因为河道周边海绵城市施工产生污染物进入河道。夏、秋及冬3个季节河道全氮平均含量分别为3.67、2.57及2.30g/kg；夏、秋及冬3个季节河道全磷平均含量为0.50、0.33及0.24g/kg，河道底泥全氮全磷均出现夏季含量较大，冬季含量较小，底泥中氮磷元素可能与两岸农田耕种，大量的氮、磷元素随降雨径流汇入河道中，最终沉降在底泥中。河道水质与河道底泥相关性方面，水体中TP与河床底泥全磷含量、污染物TN与河床底泥全氮含量、河道水体中的污染物COD与河床底泥有机质含量无显著关系，因此龙宝河水质主要受外源污染即降雨径流和点源排放的影响。
(5)建立SWMM模型，在流域内布置绿色屋顶、透水铺装及生物滞留带等绿色设施后，不同降雨重现期下，初期河道水质仍存在超地表水Ⅴ类标准的现象。随着降雨强度的增大，海绵改造后对污染物SS、COD、TP及TN的削减率逐渐减小，1年重现期下对应污染物的削减率分别为72%、70%、64%及66%，50年重现期下对应污染物的削减率分别为47%、56%、48%及49%，但在不同重现期下均能达到万州区的径流污染控制目标(47%)。通过源头-中途-末端的治理方式，在汇水区域源头进行海绵城市改造，利用透水铺装、下沉式绿地、生物滞留带等LID设施，在中途改建雨污水管网，在末端设置调蓄或处理设施，包括初期雨水调蓄池、雨水处理湿地等，建设生态岸线，控制汇入河道的污染，减小水体环境的污染，减少面源污染汇入河道的污染物，同时与提升河道水环境的措施相互结合，提高河道自身抗污染物冲击能力和水体自净能力，从而达到河道治理的效果。
本文以重庆市万州区龙宝河鹏程小学断面至徐家花园小区断面河道为研究对象，河道长2.7km，流域面积195.8公顷。通过监测流域内3类下垫面(居住区、商业区及校园区)，在不同降雨条件下的径流水质，分析SS、COD、TP、NH3-N及TN随降雨历时的变化规律及污染特征；并结合流域用地性质及排水管网出口选择河道断面监测点，分析河道水质与底泥性质的关联；利用SWMM模型建立龙宝河流域水量、水质模型，研究海绵化改造前后不同降雨条件下，主要入河污染物的变化特征。主要结论如下：
(1)不同下垫面，在不同降雨场次的雨水变化范围、峰值形成时间等变化规律均有所不同，但总体趋势是随着降雨历时的增加，污染物浓度在降雨初期出现峰值后逐渐降低并趋于稳定，径流污染物的峰值在降雨产流的5-30min内。污染程度最重的是商业区的降雨径流，校园区降雨径流污染程度较轻。
(2)3类下垫面降雨径流污染物EMC依次为：商业区>居住区>校园区。商业区降雨径流中SS、COD、TP、TN及NH3-N的EMC平均值分别为498.02、107.58、0.64、2.25及1.3mg/L；居住区雨水径流中对应值分别为264.28、81.44、0.52、2.03及1.19mg/L；校园区雨水径流中对应值分别为248.70、68.61、0.61、1.76及1.03mg/L。3类下垫面中COD、TP的EMC均超出Ⅴ类水标准，初期径流污染严重。商业区和居住区降雨径流污染物TN的EMC均超出Ⅴ类水标准，校园区TN的EMC达到Ⅳ类水标准，商业区、居住区和校园区NH3-N的EMC达到Ⅳ类水标准。初期冲刷效应分析表明，3类下垫面均呈现一定程度的冲刷，且大部分属于弱冲刷。径流污染物之间存在一定相关性，商业区中SS与COD、TP、TN及NH3-N相关性较好，相关系数R2均值分别为0.858、0.82、0.867、0.858；居住区SS与COD、TP相关性较好，R2均值分别为0.926和0.898；校园区SS与TP、NH3-N和TN相关性较好，R2均值分别为0.939、0.847和0.891。
(3)河道水质具有显著的季节性差异。龙宝河各断面pH值为6.96-8.09，呈中性状态；DO、TN、NH3-N、TP、COD分别为6.06-8.84mg/L、1.45-9.02mg/L、0.64-4.25mg/L、0.14-2.97mg/L、15-150mg/L。pH和DO均满足地表水质标准。TP随季节变化明显，春季最高为1.24mg/L，夏季最低为0.3mg/L，之后逐渐增大，超出Ⅴ类水标准。TN在一年中均超出Ⅴ类水标准，且季节差异明显，呈现出春季(3.38 mg/L)至夏季(2.9 mg/L)污染程度减小，夏季至冬季(6.09mg/L)浓度升高。4个季节NH3-N平均浓度分别为2.5、1.77、2.26及3.37mg/L，均占TN的55%以上，说明氮污染负荷主要来源于NH3-N。4个季节COD平均浓度分别为81.20、54.91、29.97、26.80mg/L，秋、冬季水质属于Ⅳ类水，而春、夏季属于劣Ⅴ类水。单因子水质评价和内梅罗指数评价表明，河道氮、磷污染程度较重，有机物污染相对较轻。主成分分析表明，龙宝河的主要污染物为TN和TP，这与水质评价结果相同。
(4)夏、秋及冬3个季节河道有机质平均含量分别为15.49、26.21及26.15g/kg，秋冬季有机质含量高于夏季有机质含量，可能是因为河道周边海绵城市施工产生污染物进入河道。夏、秋及冬3个季节河道全氮平均含量分别为3.67、2.57及2.30g/kg；夏、秋及冬3个季节河道全磷平均含量为0.50、0.33及0.24g/kg，河道底泥全氮全磷均出现夏季含量较大，冬季含量较小，底泥中氮磷元素可能与两岸农田耕种，大量的氮、磷元素随降雨径流汇入河道中，最终沉降在底泥中。河道水质与河道底泥相关性方面，水体中TP与河床底泥全磷含量、污染物TN与河床底泥全氮含量、河道水体中的污染物COD与河床底泥有机质含量无显著关系，因此龙宝河水质主要受外源污染即降雨径流和点源排放的影响。
(5)建立SWMM模型，在流域内布置绿色屋顶、透水铺装及生物滞留带等绿色设施后，不同降雨重现期下，初期河道水质仍存在超地表水Ⅴ类标准的现象。随着降雨强度的增大，海绵改造后对污染物SS、COD、TP及TN的削减率逐渐减小，1年重现期下对应污染物的削减率分别为72%、70%、64%及66%，50年重现期下对应污染物的削减率分别为47%、56%、48%及49%，但在不同重现期下均能达到万州区的径流污染控制目标(47%)。通过源头-中途-末端的治理方式，在汇水区域源头进行海绵城市改造，利用透水铺装、下沉式绿地、生物滞留带等LID设施，在中途改建雨污水管网，在末端设置调蓄或处理设施，包括初期雨水调蓄池、雨水处理湿地等，建设生态岸线，控制汇入河道的污染，减小水体环境的污染，减少面源污染汇入河道的污染物，同时与提升河道水环境的措施相互结合，提高河道自身抗污染物冲击能力和水体自净能力，从而达到河道治理的效果。