《Environmental Research》：A systematic review of climate change impacts on sewer overflow
编辑推荐：
气候变化加剧了污水系统溢流（SO）事故及公共卫生风险，需综合评估多场景影响并优化适应性策略。本文系统分析72项近期研究，识别出降雨强度、海平面上升等关键气候驱动因素，评估SWMM-GIS集成模型与可持续排水系统（SuDS）的效能，提出需加强多气候灾害耦合作用下的模型构建与区域适应性策略研究。
作者：邹哲 | Tarek Zayed | 马世辉
香港理工大学建筑与环境学院建筑与房地产系，香港九龙红磡
摘要
气候变化对废水基础设施构成了严重威胁，加剧了污水溢出（SO）的发生及其相关的公共卫生风险。为了捕捉和预测气候变化对污水溢出的影响，人们不断开发创新方法，这些方法为理解污水溢出的关键过程和驱动因素提供了宝贵见解，并支持适应策略的设计。然而，目前仍缺乏对所有潜在气候情景下污水溢出影响的全面总结和严格的证据评估。本文回顾了72项最新研究，并提出了关于气候变化对污水溢出影响的未来展望。
基于系统分析，我们确定了五个关键研究领域，以分析主要的气候危害并评估不同的建模框架和适应策略。由降雨引起的合流制污水溢出（CSOs）是主要问题，因为它们会加重接收水体的污染负荷并增加感染风险。为了模拟这类情景，SWMM是最广泛应用的工具，但需要与地理信息系统（GIS）更好地集成。可持续城市排水系统（SuDS）已被认为是有效应对气候变化影响的适应策略，其潜力可以通过自动多目标决策支持系统得到提升，以平衡径流减少、污染控制和成本之间的权衡。本综述为政策制定者和研究人员提供了对气候引发污水溢出问题的全面理解，有助于他们在气候变化背景下提高城市排水基础设施的韧性。
引言
预计气候变化将导致极端天气和相关危害，包括海平面上升（SLR）、温度升高、干旱、更频繁和更强烈的极端降雨事件、更强的风暴以及持续的高速风（IPCC，2023年）。这些前所未有的气候危害对城市排水系统构成了重大挑战。全球大多数现有的污水系统是根据历史气候条件设计和建造的，对于全球变暖背景下的气候极端情况考虑有限（Lawrence等人，2020年；Saikia等人，2024年）。近期的事例说明了污水系统在气候压力下的灾难性后果。例如，2023年8月，在加拿大渥太华发生强降雨和严重雷暴期间，由于污水系统不堪重负，超过3.16亿升受污染的废水流入了渥太华河（Ottawa Citizen，2023年）。同样，2024年1月，美国巴尔的摩市由于降雨和融雪的共同作用，发生了24小时的污水溢出事件，1400万加仑的污水被排放到周围的水道中（Baltimore (WBFF)，2024年）。
除了直接的水力故障外，污水溢出还会在社会、经济、环境和公共卫生领域引发一系列次级危机。首先，废水泄漏会导致社会中断，包括商业活动中断和居民迁移（Curtis等人，2017年）。清理工作通常需要临时封闭道路和关闭商业场所，而严重的洪水可能需要进行紧急疏散。服务提供商还因污染风险而承担巨大的维护和水质修复费用（Hughes等人，2021年）。从环境角度来看，污水溢出会将未经处理的污染物（如药物、金属和农药）引入接收水体，污染饮用水源（Madoux-Humery等人，2016年），促进藻类繁殖，消耗氧气并形成死亡区（Riechel等人，2016年），并破坏生物多样性（Schertzinger等人，2018年）。公共卫生风险也随之增加，污水溢出与胃肠道疾病传播率上升有关（Cooper等人，2018年），在大流行期间，未经处理的排放物还可能传播病原体（如SARS-CoV-2）（Han & He，2021年）。因此，了解气候变化如何影响污水溢发的发生并制定缓解或预防相关危害的策略至关重要且紧迫。
许多研究调查了未来降雨模式对污水溢出的影响，一致强调降水强度、频率和持续时间的变化是关键驱动因素（Fortier & Mailhot，2015年）。值得注意的是，极端降雨事件可能对污水溢出的特征产生更深远的影响（Nilsen等人，2011年；Roseboro等人，2021年；Tavakol-Davani等人，2016年）。预计降水极值的增加将增加污水溢出的量和频率（Gogien等人，2023年）。为了缓解这些风险，已经提出了各种策略。例如，绿色基础设施（GI）干预措施（如绿色屋顶、透水铺装和生物滞留池）已被证明可以提高基础设施的韧性（Dirckx等人，2018年；Rodriguez等人，2024年）。特别是，绿色屋顶被证明是最有益的GI类型，其改善效果可达9-22%（Rodriguez等人，2023年，2024年）。此外，中国的海绵城市建设倡议已被验证为缓解气候危害复合压力的“无悔”适应策略（Hou等人，2020年）。
尽管有一些综述文章概述了气候变化对废水基础设施的影响并讨论了潜在的适应措施（Hughes等人，2021年；Li等人，2023年），但仍存在一些局限性。首先，大多数现有研究集中在变化降水模式下的溢出动态（如频率、量和持续时间）（Gogien等人，2023年；Montoya-Coronado等人，2024年）。在开发建模框架和适应策略时，需要考虑更多与污水溢出失败相关的潜在气候危害。例如，海平面上升可能导致沿海地下水位上升，使污水系统不堪重负，从而引发污水溢出事件和管道浮起（Sangsefidi等人，2023年）。此外，许多提出的适应措施未能充分考虑区域差异、城市化的不同阶段及其与污水系统和气候模式的相互作用。为了填补这些空白，本研究进行了系统综述，以阐明气候变化对污水溢出的影响及相关适应策略。研究目标是：（1）确定关键的气候驱动因素及其对污水溢出的影响；（2）评估在不同气候情景下评估污水系统韧性的建模方法；（3）提供基于证据的有效适应策略见解。
材料与方法
本研究开发了一个综合框架（见图1），主要包括两个相互关联的组成部分：遵循PRISMA指南的基于文献的系统综述（Page等人，2021年）和使用BERTopic进行的无监督主题建模分析。
2025年5月使用Web of Science和Scopus数据库进行了全面的文献搜索。搜索策略（见表1）旨在捕捉三个关键领域的交叉点：气候变化、污水系统
结果与讨论
本节通过科学计量分析和主题建模相结合的方法分析所审查的文献。首先，科学计量分析描述了研究活动的时间和空间模式，以及该领域内不同期刊的贡献。在此基础上，应用主题建模提取主导研究主题并揭示审查研究之间的语义关系。这些分析共同为
结论
本综述总结了当前关于气候变化对污水溢出影响的知识，以及针对各种气候危害制定的适应策略。相关研究的科学计量分析显示，全球研究活动存在显著差异，美国是最大的贡献者。主题建模结果进一步表明，研究重点集中在由降雨引起的污水系统故障上，降雨强度的增加被认为是主要驱动因素
CRediT作者贡献声明
Tarek Zayed：撰写——审阅与编辑、监督、资金获取。Zhe Zou：撰写——初稿、验证、方法论、正式分析、数据管理、概念化。Shihui Ma：撰写——审阅与编辑、验证、方法论、正式分析、概念化
未引用的参考文献
Baltimore, 2024; Ma等人，2024; NIOSH, 2012; UKCOP26, 2021; Wang等人，2024.
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
数据可用性
作者无权分享数据。本研究中使用的所有数据均出现在文章正文中。
利益冲突声明
? 作者声明以下可能被视为潜在竞争性利益的财务利益/个人关系：Tarek Zayed报告称获得了大学拨款委员会研究基金的财务支持。如果有其他作者，他们也声明没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
作者衷心感谢香港特别行政区研究拨款委员会-一般研究基金（拨款编号15202524）和排水服务部门（DSD）的支持。
