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  水流流過這些不透水的表面往往會從道路和停車場沖走汽油、機油、重金屬、垃圾和其他汙染物,從草坪沖走化肥和農藥。道路和停車場是鎳、銅、鋅、鎘、鉛和多環芳香烴(PAHs)的主要來源,這是汽油和其他礦物燃料燃燒所產生的副產品。屋頂雨水內含有大量的有機化合物與鋅(由鍍鋅水槽產生)。住宅的草坪、公園和高爾夫球場中使用的化肥是硝酸鹽和磷的一個重要來源。  由於雨水被引入下水道,地表水的自然滲透就減少了,但水流量和流速卻增加了。事實上,如果大小相同,一個典型城市的不透水覆蓋層阻止地表水滲入地下的能力是一個典型林地的五倍。

  美國美國國家科學研究委員會在2008年的報告指出,城市徑流是水質汙染的主要原因。  徑流也使河流的溫度升高,危害魚類和其他生物。突然的暴雨徑流更會導致魚類由於水溫過高而大量死亡。另外,融化道路和人行道積雪用的鹽會汙染河流和地下蓄水層。

  有效控制城市徑流需要減少雨水的的流速和流量,並減少汙染物的排放。應該利用各種雨水排放管理措施和系統來減少城市徑流的影響。在美國,一些所謂的最佳管理做法(BMPs)注重於對水量的控制,一些注重於改善水質,另一些措施則具備兩種功能。  預防汙染的措施包括低影響開發或綠建築技術, 諸如安裝綠化屋頂和改進化學處理(例如管理汽車燃料及石油、化肥和殺蟲劑)。 徑流減緩系統包括入滲池、生物滯留系統、構建溼地、保留水池和類似設施。
城市徑流(Urban runoff),是城市化造成雨水的地表徑流。這種徑流是世界許多城市化地區水汙染的主要來源。