降雨径流污染已成为城市面源污染的主要原因,也是城市水环境恶化的重要影响因素,其中初期雨水的污染在降雨径流中占据主要的部分。因此,掌握降雨径流的污染特征,研究初期雨水的污染控制,对城市降雨径流污染控制和管理,以及改善城市水环境等具有重要意义。本文以西安市城区为研究对象,基于2008~2018年降雨及径流水质文献数据和2019年现场监测数据,以化学需氧量(COD)、悬浮物(SS)、氨氮(NH3-N)、总磷(TP)、pH和粪大肠杆菌等为主要指标,针对直接降雨和不同功能区(文教区、交通区、工业区和商业区)中各下垫面(屋面、路面和绿地)进行了污染特征、水质综合评价与人体健康风险研究,结合初期冲刷效应分析对初期雨水进行了界定,分别以年径流总量、污染控制、雨水回用为目标开展了弃流量研究。首先,对西安市降雨及径流污染特征研究结果表明:(1)直接降雨中含氮污染物比较突出,屋面和路面径流中以有机物和悬浮颗粒物为主,绿地径流中含磷污染物相对较多。(2)直接降雨水质评价为较清洁,路面径流在不同功能区中污染程度大小依次为交通区>商业区>工业区>文教区;屋面径流污染程度大小依次为工业区>商业区>文教区,其中文教区路面和屋面径流水质等级为中度污染和污染,其他功能区的路面和屋面分别为重度污染和中度污染。(3)现场监测降雨及径流水质综合评价显示:理工大降雨及径流水质综合评价等级依次为绿地>屋面>路面>直接降雨,绿地和屋面为污染,其他为较清洁;西北院小区的水质等级为绿地>停车场>屋面>直接降雨,绿地和停车场为较清洁,其他为清洁。理工大小区的屋面、绿地和路面径流的内梅罗指数分别为直接降雨的5.10、5.36和3.18倍,西北院小区中屋面、绿地和停车场分别超出1.19、1.60和1.37倍,则海绵城市改造能有效削减径流中污染物。(4)降雨径流中粪大肠杆菌整体浓度范围在2.0×102~1.23×106CFU/L,平均浓度为1.04×105CFU/L,超出地表水Ⅴ类标准,存在可能威胁到人体健康的风险。其次,基于降雨径流污染特征,对西安市初期雨水进行了界定研究,结果显示:(1)以无量纲曲线分析初期冲刷效应,30%的降雨形成的径流中携带的平均污染负荷在小雨条件下为60%,中雨条件为63%,大雨条件为为70%。(2)不同污染物中COD、SS和Zn易发生强烈的初期冲刷效应,其他指标如Pb、Cu、Cr、Ni、Cd等金属离子初期冲刷效应相对较弱。(3)以降雨量界定初期雨水则西安市市政路面为4~8mm,折合径流深度为3~7mm;小区路面为4~6mm,折合径流深度为3~5mm;屋面为3~5mm。最后,根据初期雨水的研究,确定出不同控制目标下西安市初期雨水弃流量,结果表明:以年径流总量控制率50%为目标时,初期雨水弃流量不小于6.67mm;以污染控制为目标时,西安市市政路面初期雨水弃流降雨量为7~10mm可控制超过62%的SS和70%的COD,小区路面可弃流5~8mm的降雨量,屋面弃流3~6mm;以雨水回用为控制目标时,市政路面和小区路面初期雨水采用弃流处理不能达到回用的水质要求,但屋面中初期雨水弃流为5~8mm时可满足要求。