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低影响开发实例：当前研究的回顾和未来发展方向的建议
摘要： 低影响开发（LID）方法已经作为传统的雨水储存设计的可替代选择。近年来，不同的LID实例研究越来越多，例如生物滞留、透水路面和草沟。生物滞留细胞已经能有效保留大量径流量和现场污染物并持续减少如污染物的浓度，例如金属。但是，一些特定污染物，例如硝态氮和磷的滞留还是存在问题。透水路面在下渗雨水径流方面极为有效。现在，人们对地面水体污染的关注越来越多，但是研究已表明这在多数情形下并不是问题。绿色屋顶已经被发现在多种气候类型下能储存大量的降水（平均达到63%）。不难发现在生物滞留、绿色屋顶和草沟之间的线索：磷的输出。这个问题似乎与土壤介质中，或在施肥后的草皮和植被中的高磷水平有关。这个难题的解决方法已经被发现。与流行的观点相反，研究表明生物滞留和透水路面甚至连同地面的灰尘一起不断下渗。尽管特定污染物的滞留问题已经确定，效仿前期开发水文功能，LID方法也可作用于当地日益增多的雨水和污染物的保留。未来的研究也需要被确定。
关键字：生物滞留、绿色屋顶、低影响开发、透水路面
1概况
关于水循环的传统开发实践的影响有详细的记载。伴随着城市化，不下渗表面的增加量导致表面径流增多（Hollis 1977；Jennings and Jarnagin 2002；Waananen 1969）；径流速度升高，浓度时间下降（Leopold 1968）；水质量下降（Makepeace et al. 1995；US EPA 1983）。最早提到城市地区径流量的增加的文献是19世纪80年代晚期（Makepeace et al. 1995；US EPA 1983），而城市径流量也一直是损伤国家水路的主导因素（US EPA 2002）。
低影响开发（LID）最先被用于Maryland（Prince Georgersquo;s County 1999），作为一种缓和城市化和不透水表面增长的消极影响的方法。一个地方先前水文开发的保留LID的总目标。相较于典型的雨水收集设计，LID方法倡导在目标相位更加仔细的点的设置。设置点的目的是保留尽可能多的未被干扰的点和一些必要的被干扰的点，减少土壤、植物和水生系统对点的影响。相较于传统的缓和流动速率最大值的雨水收集方法，使用LID方法也有助于维持先前开发的径流量。集群布局、草沟、雨水花园/生物滞留地区和透水路面都能减少流域或直接连接雨水收集系统的区域的“有效不透水地区”（ Booth and Jackson 1997）。
最初对不同LID实例的研究表明了一些有前景的结果。但是自从一篇最初的EPA文献综述（US EPA 2000）发表之后，许多的研究也开始出现了。有一些新的成功案例被记载，但是有一些其他未预见的结果也开始出现。另外，一些有关于LID对所有地点的适用性、地面水污染和LID实践在冬季的执行方式等问题也频繁增多。这篇文献综述的目的是展示不同LID实例的关联研究并总结这些研究结果，以便于 当前情形和未来的研究需要的LID研究结果可以被评定。这篇文献综述聚焦于被同行评定的论文研究。但是，为了理解一个观点或证实一个相似的发现，被发表在报道或者会议记录的结果也偶尔被引用。如果使用这些研究结果，它们将被引用在评述的开头部分。另外，作者的意图并不是支持这个作品否定其他作品。作品的名字只用于为特定的研究项目提供细节。
2生物滞留
生物滞留地区，或雨水花园，都是用来收集雨水的地形中间下凹的区域。它们可以用来作为住宅和商业环境，通常被种上灌木、多年生植物或者树木，并被碎硬的硬木树皮等覆盖。生物滞留区域的好处包括减少地表径流，增加地面水体补给，一系列的污染物处理过程（Prince Georgersquo;s County 1993）。一些自治区已经建立了生物滞留标准。一个极为详细的生物滞留保护实例标准可以通过Wisconsin DNR获得。此标准（WI -DNR 2006）包括选点标准、设计说明书、框架指导书和维护建议。
最初的生物滞留研究聚焦于实验室原型（）。
3 绿色屋顶
种植屋面系统，或绿色的屋顶，已在在欧洲使用多年。从历史上看，绿色的屋顶是由一层种有植物、草或树木的厚厚的泥土层构成，并需要额外的结构支持。这些“密集”的绿色屋顶被“大范围”绿色屋顶取代，“大范围”绿色屋顶拥有更薄、更轻的媒体介质（因此需要较少的结构要求）、不同的植物（戴维斯和库伊2005）。一系列源效益的研究项目绿色屋顶已经完成，这里将主要强调有关雨水的研究.
在绿色屋顶上保留降水是一种植物储存在媒介和蒸散中的结合。绿色屋顶不同的位置的研究一直显示60%和70%的沉淀保留，平均滞留约63%（表2）。绿色屋顶有不同厚度的介质，一个研究人员专门研究了介质厚度和坡度对降水保留的影响（vanwoert.2005）。虽然增加了媒体的深度，降了低坡度，使雨水保留稍微增多，保留的增量不大。一般来说，介质的厚度，从2厘米到12厘米不等，没有使降水保留有任何显著增益（图1）。这表明，以尽量减少安装成本和结构要求，较薄的介质也可用于降水保留。然而，较薄的介质（5厘米）被发现比厚的介质（10或15厘米）的植物冬季霜冻伤害小。景天属植物是典型的绿色屋顶的植物，由于它的耐水性。虽然Boivin等（2001）没有对景天属植物进行研究，其他研究人员已经发现，景天属植物适合种植在10厘米厚的媒介时，冬季损坏最小，灌溉要求最低（monterusso.2005）。
屋顶具有的最低保留量产生于一个初步研究（monterusso.2004），可能是一个低样本数（4个）和2个非常接近的降雨事件的结果。我们还应该注意到，某些绿色屋顶在结构上有额外的蓄水。虽然平均保留值是在表1中，几个研究人员报告了个别风暴的广泛保留百分比，这取决于风暴的强度和一年中的时间。除了整体保留流量，几个绿色屋顶的减少峰值流量和滞后的增加量同时也被报道了（哈钦森.2003；莫兰.2004；vanwoert.2005）。
绿色屋顶的水质指标只有极少的数据。在俄勒冈，初步测量屋顶径流，总磷浓度从为0.2到1毫克每升（哈钦森等。2003）。虽然作者报告说，该地块经过施肥，但绿色屋顶径流平均总磷浓度在0.5到4毫克每升（monterusso.2004）。密歇根一个绿色屋顶系统也报道了屋面径流中NO3–N的浓度超过20毫克每升。TP和NO3–N的浓度在这2项研究中未见报道，因此不能计算。然而，在威斯康星州，在住宅和商业领域屋顶径流的总磷浓度从的0.15和0.20 mg/Lminus;1，比上述列举绿色屋顶研究报道的浓度低得多。北卡罗来纳州的初步结果显示了类似的结果：从绿色屋顶的径流输出的总磷浓度明显高于降水，虽然浓度和径流传统的屋顶比无显着差异报告（Moran.2004）。径流屋面雨水径流的TN浓度也明显高于降水。在北朝鲜的南卡罗来纳州的研究没有报道，但作者推测，TP和TN的输出是由于这些营养成分的从介质中浸出。
研究屋顶绿化的铜浓度只有一个。在俄勒冈，初步结果表明，急性水质标准9mu;G Lminus;1超过三倍，降水中的铜浓度没有报道，作者推测，铜可能来自于屋顶上的处理过的木材，或从土壤介质本身。
研究表明，通过使用绿色屋顶，一个屋顶可以减少60~70%雨水径流量。这一发现可能有在雨水处理是昂贵的和有限的和减少在雨水的流动将提供巨大的救济不堪重负的合流制溢流（CSO）系统城市中的特定空间。这些好处可能超过最初的绿色屋顶的成本。这已被证明在多伦多市、加拿大市可行，因为该城市分析安装成本，假设绿色屋顶被放置在所有可行的城市，由于减少了雨水负荷，将节约很大成本。（Banting.005）。
尽管雨水量可以被减少，在安装绿色屋顶时，TP和TN输口还需要仔细考虑。在许多情况下，雨水量的大量减少将补偿任何浓度的增加。然而，植物应选定不需要施肥的品种，因为施肥将提高总磷的输出。此外，对影响绿色屋顶介质的污染物的输出需要进行更多的研究。尤其缺乏从绿色屋顶输出的金属研究。
4透水路面
现在已经有各种替代传统沥青和混凝土的铺路材料。虽然这些产品有相同的目标（渗透雨水），但有几个设计变化。本文的重点是研究结果，对更多的背景信息或特定的细节感兴趣的话，可以阅读最近的一本书（ferguson2005），里面有详尽的各种产品和规格的评述。
4.1混凝土块或格栅
预制混凝土，通常是网格或块状，内部有一些来过滤的小孔。虽然机械安装方法可以降低了安装成本，但是它们通常是在特定的地基上人工用手放下。混凝土中的小孔会用碎石或豌豆砾石填满。
混凝土铺路材料实验室监测网格开始于1981年，用来监测三种材料：monoslabreg;，GRASSCRETEreg;，和turfstonereg;。径流系数用一系列的模拟降水事件来计算，近20年的降水。混凝土网格铺路材料最高的平均径流系数是0.005，而控制混凝土板的平均径流量系数为0.78。渗滤液也要进行采样。对所有金属（铜，铅，锌）保留度被记录下，磷和氮所占分数也要分别记录。在某些情况下，磷酸根和氮分子也被输出。
最近，华盛顿的兰顿地区几个类型的透水路面已被监测。研究了两个具体的材料，turfstonereg;（草坪填充）和UNI生态石reg;（砾石填充）。在为期6年的研究中，发现这两种材料几乎将所有的降水下渗，而地表径流忽略不计。同时，水质也改善了：四种路面类型下面的下渗水样本中铜和锌的浓度，比流经沥青路面的浓度要低。有趣的是，作者认为，从1996到2002年，透水性路面和沥青径流中的平均锌浓度都上升了，但两渗透系统中铜浓度的同时降低。
来自气候变暖的监测数据也显示相似的结果。来自北卡罗来纳州的初步数据也表明，三种不同的类型的混凝土铺路材料的与沥青材料相比，径流量和流量峰值都减少了。（Collins et al.。2006）。
4.2塑性网格
近年来，几种类型的塑料网格结构已经被采用。混凝土块或网格的设计与安装技术可能会略有不同，路面结构中填充材料的填充量却大有不同。与混凝土砌块大多是不透水相比，塑性网格结构主要是透水的。较大范围的空间被设计成由表层土和种植草皮覆盖，或由一个小直径锋利的碎石填充。不同制造商安装规格不同，但在一般情况下，路面准备情况才是加速渗透到地下的关键。尽管塑性网格越来越受欢迎，研究塑性网格结构的好处的监测文件还是很少。
华盛顿的兰顿地区监测了两种塑性网格结构，grasspavereg;和gravelpavereg;。两者之间的唯一区别是填充材料；grasspavereg;结构中使用表层土壤和草坪，gravelpavereg;结构中使用碎石。监测过程中发现，这两种材料中几乎没有发现地表径流。最大的径流量是在grasspavereg;部分，在很长一段时间的暴雨（降水量121毫米）后，地表径流仅有4毫米。四种路面类型下的下渗水中铜锌浓度低于沥青径流。在佐治亚州一个由沙子和植被覆盖率93%的草地构成的塑性网格铺路材料铺成的停车场，其径流量也比沥青路面的径流少。
4.3 透水沥青
透水沥青是在典型的热拌沥青（HMA）产生变化，常用来作为路面。透水沥青这种混合物，而除去传统沥青材料中的细骨料，作为经过复杂合成过程后被安装的一种沥青层。这种混合物被称为混合开级配磨耗层（OGFC），自从70年代以来，全国各地都在使用它，因为它降低道路噪声，消除路面积水以减少打滑的风险（菲茨2002）。由于一些结构性问题，混合规格已作出适当修改。当需要雨水渗透时，设计的主要区别是，OGFC材料通常被放置在一层粗糙的混凝土储水层之上，以快速渗透和储存水。
一些环保局资助项目使得透水沥青的研究开始（在上世纪70年代初弗格森2005）。欧洲的研究始于上世纪90年代。法国，一个街段重新铺设透水沥青，下面的透水沥青层包含了一个61厘米厚的碎石水库（legret，colandini .1999）。平均来看，96.7%的暴雨水量渗透到水库结构下的土壤（legret andcolandini .1999）。在瑞典，在一个有洼地的透水沥青路段，下渗了30%~40%降水（马克1995）。瑞典的研究中，洼地是一个混杂因素；透水沥青的入渗能力因为洼地的出现变得不能确定。
4.4 透水混凝土
透水混凝土是典型的变化混凝土混合物。细砂通常从混合物中省略，泥浆通常被填实，而不是传统的浮动。这种类型比传统的混凝土安装更加复杂，正确的安装需要经验丰富的安装师。透水混凝土已安装在许多在全国各地的位置，对其安装过程中的监测却很少。
维拉诺瓦大学安装了一个大的透水混凝土广场。虽然有安装过程中一些材料出现问题，有一部分需要被重新安装，这些问题也被解决了，该广场也展现出可喜的成果。该广场从密集混凝土地区、屋顶和草地上引导径流。到目前为止，该广场已成功收集和渗透小于或等于5厘米降水（Kwiatkowski.2007）。该广场也对水质进行监测；氯化物浓度被发现在冬季是最高的，由于在步行区使用融雪剂。此外，铜的浓度在屋面径流相当高（Kwiatkowski.2007）。然而，在透水混凝土以下的地下水中，铜和氯离子浓度都是监测的重点。作者认为，在适当的选址下，透水混凝土例如BMP不会产生对地下水不利影响（Kwiatkowski.2007）。
4.5 其他关注点
4.5.1表面堵塞
随时间推移，多孔路面的一个常见问题是表面的堵塞。相较于由颗粒组成内部结构的颗粒路面，透水沥青路面堵塞似乎只局限于表面2厘米的路面（巴拉德.1995）。如透水沥青、透水混凝土这些类型的材料，每隔一段时间应用真空吸尘器来清除堵塞，以保持渗透效率。在法国，更密集的吸尘和高压冲洗的方式来吸除剩余污泥，可以大大提高部分堵塞的透水沥青的渗水率（legret，colandini.1999）。维护UNI-ecostonereg;材料的方法是填充材料的去除和更换。更换的时间间隔取决于当地条件和碾压入路面表面的细颗粒
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