海綿城市建設對土壤污染物的削減效應研究

方宏宇 馮文凱 黎一禾 魏昌利

摘 要：本文以全國首批海綿城市試點建設區(qū)——四川省遂寧市為研究對象，進行土壤重金屬污染的跟蹤調查研究，通過對比海綿城市建設前后7種常見土壤重金屬Sn、Cu、Zn、Cd、Pb、As、Hg的ICP-MS法和原子熒光法檢測結果，探究海綿城市建設對區(qū)內土壤重金屬污染的削減情況以及各重金屬離子表現(xiàn)出的敏感性。結果表明：建設完成后區(qū)內土壤重金屬含量明顯低于建設前，重金屬污染程度降低且削減效應明顯，典型海綿結構的生物修復凈化功能和滲透排水功能使得土壤中的重金屬污染物含量減少;同時所檢測的7種常見重金屬Sn、Cu、Zn、Cd、Pb、As、Hg分別對污染物的削減效應表現(xiàn)出不同的敏感性，其中金屬汞（Hg）最高，金屬銅（Cu）敏感性最低;最后結合相應原則給出了土壤重金屬污染的防治建議和措施。

關鍵詞：海綿城市;海綿城市建設;污染物;土壤重金屬

Reduction Effect of Sponge City Construction on Soil Pollutants

—Take Suining City as an Example

FANG Hongyu1， FENG Wenkai1， LI Yihe1， WEI Changli2

（1.State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection， Chengdu University of Technology，

Chengdu， Sichuan 610059;2.Sichuan Institute of Geological Survey， Chengdu， Sichuan 610081）

Abstract： In this paper， the study on the tracking and investigation of heavy metal pollution in the soil was carried out in the first batch of sponge city pilot construction area—Suining City， Sichuan Province， and the heavy metals Sn， Cu， Zn， Cd， Pb， As in seven common soils before and after the construction of the sponge city were compared. The results of ICP-MS and atomic fluorescence method were used to study the reduction of heavy metal pollution in the soil and the sensitivity of the heavy metal ions. The results show that the heavy metal content in the soil after the construction is obviously lower than that before construction， the pollution degree of the heavy metal is reduced and the effect of the reduction is obvious， and the biological content of the typical sponge structure the remediation and purification function and the osmotic drainage function enable the content of heavy metal pollutants in the soil to be reduced; meanwhile， the detected seven common heavy metals Sn， Cu， Zn， Cd， Pb， As and Hg respectively show different sensitivity to the reduction effect of the pollutants， wherein the metal mercury （Hg） is the highest， The sensitivity of the metal copper （Cu） is the lowest; and finally， the prevention and treatment suggestions and measures of the heavy metal pollution of the soil are given in combination with the corresponding principles.

Keywords： Sponge city; Sponge city construction; Pollutant; Heavy metal in soil

0 引言

隨著我國城市化的快速發(fā)展，城市下墊面透水性和排水模式不斷變化，逐漸被大量不透水路面覆蓋，有研究指出北京及上海的不透水面積比例分別為77%和80%（幺海博，2013）。大量不透水路面的出現(xiàn)造成水資源循環(huán)以及排水的時、量和質的改變，最終導致城市內澇、缺水以及水環(huán)境惡化等一系列問題，給人民生活帶來了極其不利的影響，嚴重威脅到城市的良性發(fā)展（樸希桐，2015;李博，2008;高波，2017）。

國內受國外低影響開發(fā)等理念的影響，相關研究與實踐探索已有一定時間，但2013年之前國內對于海綿城市的研究只有零星論述（俞孔堅，2003;董淑秋，2011）。原有的城市排水理念以及排水設施己不能滿足現(xiàn)在的發(fā)展需求。2013年，習總書記明確提出“自然積存、自然滲透、自然凈化”的海綿城市建設目標，海綿城市理論以期通過對城市雨洪的合理利用和有效管控，使之在面對環(huán)境變化和自然災害時，可以像海綿一樣表現(xiàn)出應有的“彈性”。2014年，國家住房和城鄉(xiāng)建設部頒發(fā)《海綿城市建設技術指南—低影響開發(fā)系統(tǒng)》，對我國海綿城市建設做出進一步規(guī)劃與指導（車伍等，2015;吳丹潔等，2016），《海綿城市建設指南——低影響開發(fā)系統(tǒng)》中明確指出：海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在適應環(huán)境變化和應對自然災害等方面具有良好“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。這一定義被不少文獻所采用（崔廣柏，2016;吳丹潔，2016;唐克旺，2016），這些文獻在一定程度上指出了海綿城市的主要功能及特征，此外徑流污染控制也是海綿城市建設的重要目標。

重金屬污染物在進入土壤后，會引起土壤生物數量的顯著下降和植物中重金屬的累積。重金屬在土壤中的初期積累，不容易被人們覺察和關注，屬于潛在危害，積累的重金屬通過食物鏈或其它方式轉化為毒性更強的物質，嚴重危害人體健康，土壤中重金屬的污染問題尤為突出，因此對土壤重金屬污染削減作用的研究意義重大。

目前國內關于海綿城市建設對污染物削減效應的研究大多以模擬實驗為主，缺乏對海綿城市實際案例的研究。為進一步明確海綿城市建設削減污染物的效果和實際應用價值，本文以我國首批海綿城市試點建設區(qū)四川省遂寧市海綿城市試點建設區(qū)為例，進行土壤重金屬污染的跟蹤調查研究，通過對比Sn、Cu、Zn、Cd、Pb、As、Hg，7種常見的重金屬在海綿城市建成前后的離子含量，以期說明海綿城市建設對土壤重金屬污染物的削減情況以及各重金屬表現(xiàn)出的敏感性，為該技術更好地應用于土壤污染控制提供參考。

1 研究內容與方法

1.1 研究區(qū)概況

遂寧市海綿城市試點建設區(qū)主要位于遂寧市老城區(qū)（船山區(qū)）和河東新區(qū)，研究區(qū)屬涪江水系，分別位于涪江兩側，涪江平均坡降為0.642‰，河面平均寬500m，流速緩慢平均為1.5m/s，散流在第四系平壩中。研究區(qū)為四川盆地亞熱帶濕潤季風氣候，年平均氣溫17.5℃，年均降雨量約1100mm。降雨多集中在6—8月，占年降雨量50%左右。地形地貌為紅層丘陵和沖積平壩區(qū)。研究區(qū)在海綿城市建成后共有植草溝（滲、滯、凈）、蓄水桶（蓄、用）、透水鋪裝（滲、滯）、滲排一體渠（滲、滯、蓄）、雨水花園（滲、凈）、PP模塊水池（蓄、用）、碎石滲溝（蓄、凈）、城市排水分流管網以及水生態(tài)修復9種典型的海綿結構設施，其中透水鋪裝、植草溝、雨水花園和碎石滲溝的斷面示意圖如圖1所示。

1.2 土樣采集及檢測方法

此次表層土樣分為一、二兩期采集，一期土樣是在遂寧市海綿城市試點建設區(qū)建設前采集的，而二期土樣是在建成后采集的。采樣點的布設均采用隨機分布的原則，采樣點的分布如圖2所示。一期共布設表土采樣點23個，土樣點編號為HTTY10-22、HTTY24-30、HTTY35、HTTY36、HTTY61。二期共布設表土采樣點20個，土樣點編號為TY1-20。在實際采樣時一個采樣單元（1hm2）內沿“S”形均勻布設8～10個采樣點，各點采集表層0～20cm土壤樣品1kg左右，然后將各點樣品混合均勻，用四分法取1kg混合土樣用于實驗室重金屬離子檢測分析。對一、二期表土樣的重金屬離子檢測分析，主要采用ICP-MS法和原子熒光法等檢測方法，檢測Sn、Cu、Zn、Cd、Pb、As、Hg，7種常見的重金屬含量。

1.3數據分析

對于此次檢測數據的分析主要采用對比分析的方法，通過一、二期表土樣重金屬離子檢測分析結果的對比，來說明海綿城市建設前后土壤重金屬污染物的削減效應。采用各表土樣點重金屬含量的平均值來表征研究區(qū)該重金屬的污染情況，同時通過對比前后兩期分析結果可得到7種常見重金屬對海綿城市建設所產生的污染物削減效應的敏感性。

2結果與討論

2.1表土樣重金屬檢測結果

遂寧市海綿城市試點建設區(qū)一、二期表土樣重金屬檢測分析結果分別如表1、表2所示。

根據《土壤環(huán)境質量 建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 36600-2018）規(guī)定的土壤環(huán)境質量標準值，遂寧市海綿城市建設試點區(qū)域內兩期表土樣中重金屬含量均未超標，即試點區(qū)在海綿城市建成前后幾乎不存在污染物超標的現(xiàn)象。但在一期檢測結果中，HTTY35號土樣汞含量最高，為5.19mg/kg，雖未超標（GB 36600-2018，一類用地汞限值為8mg/kg），但明顯大于周邊土樣汞含量。HTTY35號土樣位于河東新區(qū)圣蓮島景區(qū)停車場附近，初步分析，導致Hg離子超標的原因可能是停車場內大量汽車停放，低速行駛產生大量尾氣導致。

2.2 污染物削減效應及敏感性分析

采用各表土樣點重金屬離子含量的平均值來表征研究區(qū)該重金屬離子的污染情況，但一期檢測結果中HTTY35號土樣點由于停車場內大量汽車低速行駛和停放產生大量尾氣所引起的汞Hg異常，而在二期隨機分布采樣時并未取到該異常點。為保證數據的可靠性，故用各表土樣點重金屬離子含量平均值來表征研究區(qū)該重金屬離子的污染情況時，剔除一期檢測結果中的HTTY35號異常點，一、二期重金屬離子含量平均值如表3所示。

從一、二期重金屬離子含量均值可以看出海綿城市建設對土壤中的重金屬污染有明顯的削減作用，污染物含量都得到不同程度的減少，Sn、Cu、Zn、Cd、Pb、As、Hg 7種常見重金屬含量都分別減少了8.44%、3.93%、12.47%、33.33%、18.88%、5.67%、45.45%。土壤中重金屬污染物的減少是由海綿城市建設完成后研究區(qū)內9種典型海綿結構引起的，如具有生物修復凈化功能的植草溝、雨水花園、碎石滲溝等，利用植物、微生物削減和凈化土壤中的重金屬;同時具有滲透排水功能的植草溝、透水鋪裝、滲排一體渠、雨水花園等典型海綿結構，在表層土壤經過降雨淋洗作用之后，土壤中的重金屬由固相轉為液相，將液相重金屬回收處理，從而使得土壤中重金屬污染物的減少。

此外對海綿城市建設所產生的污染物削減效應各重金屬離子表現(xiàn)出不同的敏感性，敏感性由高到低分別是Hg>Cd>Pb>Zn>Sn>As>Cu。7種重金屬離子中敏感性最高的是汞（Hg）離子，減少高達45.45%;敏感性較低的是銅（Cu）離子，減少百分比僅為3.93%。

3 結論

（1）在海綿城市建成后的土壤重金屬含量明顯低于建設前的土壤重金屬含量，說明海綿城市建設對土壤重金屬污染有明顯的削減效應和實際應用價值。

（2）海綿城市建設中典型海綿結構的生物修復凈化功能和滲透排水功能，利用植物、微生物削減和凈化作用、降雨淋洗作用使得土壤中重金屬污染物含量減少，實現(xiàn)海綿城市建設對土壤重金屬污染的削減作用。

（3）7種常見重金屬對海綿城市建設所產生的污染物削減效應表現(xiàn)出不同的敏感性，建成前后含量減少百分比最小值為3.93%，最大值為45.45%，敏感性由高到低分別是Hg> Cd> Pb>Zn>Sn>As>Cu。

（4）對于土壤重金屬污染的治理應采用預防和防治相結合的原則，針對未被污染的土壤以預防為主，切斷污染源，提高土壤環(huán)境容量;針對已被污染的土壤主要進行改造、治理，以消除污染，具體的治理措施主要有換土和深翻兩種。

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