城市不同下垫面降雨径流水质监测及特征研究

城市面源污染是仅次于农业面源污染的第二大非点源污染,也是影响城市水生态系统健康的重要原因。随着城市化的快速发展,下垫面改变导致城市河流洪峰增大,河流污染加剧。基于沥青屋面、砖砌路面、油毡屋面和绿地四种典型城市下垫面的5场降雨径流监测试验资料,分析了不同下垫面条件下的降雨径流污染水平、径流水质变化特征和初始冲刷效应。结果表明:(1)4种下垫面的降雨径流总氮质量浓度均属于劣Ⅴ类水;四种下垫面的总磷污染程度相对较轻,沥青屋面、砖砌路面、油毡屋面和绿地的降雨径流总磷质量浓度优于Ⅳ类水的频率分别为80%、16%、88.46%和5.56%;沥青屋面、砖砌路面、油毡屋面和绿地的降雨径流总悬浮物质量浓度分布范围分别是7~798、15~569、10~871和44~378 mg/L。(2)总氮和总磷的径流污染水平排序为:砖砌路面>绿地>沥青屋面>油毡屋面;总悬浮物的径流污染水平排序为:绿地>砖砌路面>油毡屋面>沥青屋面。(3)中雨情景下各下垫面不同污染指标变化趋势差异较大,而小雨情景下受人为活动影响较大的下垫面的各污染指标浓度较高。(4)各下垫面污染物的初始冲刷强度排序均为:总悬浮物>总磷>总氮;各下垫面的初始冲刷强度排序为:沥青屋面>油毡屋面>砖砌路面>绿地。(5)沥青屋面和油毡屋面降雨径流中的总悬浮物和总磷具有较好的同源性,而砖砌路面降雨径流中的总磷与总氮和总悬浮物都具有较好的同源性。综合而言,各下垫面总氮和总悬浮物的场次降雨径流平均浓度远超于地表水Ⅴ类水质标准,会对城市水体造成污染,可根据不同下垫面的特点采取相应措施来降低污染物浓度。

粤西典型村域次降雨条件下非点源氮素排放特征

粤西农业发达,施肥季降雨频繁,面源污染风险大。为研究粤西典型农业村镇不同土地利用类型在次降雨条件下的非点源氮素输出特征,采用降雨过程密集连续监测、雨后径流追踪监测的方法,结合降雨特征和土地利用类型分析降雨事件中氮素浓度及其形态的时空变化规律。结果表明:①监测点在降雨中总氮(TN)的事件平均浓度(EMC)为1.20~8.66 mg/L,其中溶解态氮(DN)占TN的比例最大,平均占比在43.23%~77.00%之间,DN又以溶解态氨氮(AN)为主,占比峰值达64.46%,氮素浓度表现为居民区>果园>农田。②结合氮浓度与径流量变化特征分析,发现氮素输出呈现两个峰值,其浓度随降雨时间的增加呈现先增后减的趋势,各形态氮素均存在初期冲刷效应,居民区最为显著,农田在整个降雨过程倾向于均匀输出。③降雨特征参数中,氮素浓度与前期干燥天数、降雨历时呈正相关,与最大降雨强度呈显著负相关,表明间隔多日的长时降雨会增加氮素输出风险,而雨强较大的降雨会起到稀释作用。氮素浓度受土地利用类型面积的影响,整体与农田、果园面积均呈显著负相关,与居民区面积呈显著正相关。④雨后氮素浓度在农田和果园呈先降后升的趋势,居民区则明显升高。农田沟渠对氮素存在消解作用,居民区是氮素的最大污染源。研究显示,粤西农业农村氮素面源污染要结合降雨和土地利用类型的污染特征对河道中(DN)进行精细化管控,同时要重视农村居民区的面源污染削减。

Multiple linear regression models of urban runoff pollutant load and event mean concentration considering rainfall variables

Rainfall is an important factor in estimating the event mean concentration （EMC） which is used to quantify the washed-off pollutant concentrations from non-point sources （NPSs）. Pollutant loads could also be calculated using rainfall, catchment area and runoff coefficient. In this study, runoff quantity and quality data gathered from a 28-month monitoring conducted on the road and parking lot sites in Korea were evaluated using multiple linear regression （MLR） to develop equations for estimating pollutant loads and EMCs as a function of rainfall variables. The results revealed that total event rainfall and average rainfall intensity are possible predictors of pollutant loads. Overall, the models are indicators of the high uncertainties of NPSs; perhaps estimation of EMCs and loads could be accurately obtained by means of water quality sampling or a long term monitoring is needed to gather more data that can be used for the development of estimation models.

澳门城市路面地表径流特征分析

对澳门半岛孙逸仙大马路两场降雨时段的地表径流进行采样监测,项目包括浊度、CODCr、Pb、Zn、Cu.结果表明,初期径流水质中浊度和CODCr极高,但随着降雨冲刷强度的增大,SS和Pb的监测浓度增加.路面径流水质参数随降雨径流历时变化的过程曲线,很大程度上取决于降雨特征、路面车流量和路面垃圾清扫状况.2场降雨路面径流初始冲刷现象定量分析结果正好相反,反映了路面径流特征的不确定性和复杂性,因此,需对路面径流冲刷、累积过程的影响因素进行综合考虑.

北京城区不同下垫面降雨径流产污特征分析

通过对北京城区3类不同下垫面的降雨径流水质进行监测以及对实验数据进行皮尔森(Pearson)统计分析,探讨了沥青路面、硬质屋顶及草地屋顶的雨水径流污染物历时变化规律,计算了各场次降雨径流污染物的事件平均浓度(EMCs),分析了径流水质的主要影响因素.结果表明,相对于沥青路面与硬质屋顶,草地屋顶对除磷外的其他径流污染物浓度有明显削减作用;初期降雨径流中CODcr、NH3-N、NO3-N、TP、Pb、Cu、Zn的EMC值大多超出V类国家地表水标准,3类重金属污染物监测结果也表明城区暴雨径流污染明显;统计分析结果表明污染物质与前期晴天数、降雨历时呈现正相关关系,与降雨量、降雨强度呈现负相关关系,通过控制初期径流污染、加强清扫及屋顶绿化可以从源头减少城市降雨径流污染.

上海市文教区屋面径流水质特性研究

在对2003-2006年上海市文教区屋面径流进行监测的基础上，分析了屋面径流污染物的出流过程，并应用统计分析方法对屋面径流水质及其影响因素进行了探讨.结果表明，屋面径流污染物EMC的对数正态概率分布均呈现出良好的线性分布，说明污染物EMC具有较好的正态分布性；上海市文教区屋面径流污染物COD、SS、BOD5、NH4^＋-N、TP和TN的EMC中值浓度分别为42.6、76.9、15.2、1.61、0.14和4.8 mg/L；通过聚类分析可知，屋面径流水质整体上受大气沉降等污染物累积效应的影响最大，而受雨水冲刷作用的影响次之.

Characteristics of Hg pollution in urban stormwater runoff in Nanjing city, China

In order to assess the mercury Hg pollution in urban stormwater runoff in Nanjing 11 rainfall events in the Maqun region of Nanjing circle expressway were monitored and the events mean concentrations EMC of Hg and the impact of rainfall characteristics on Hg pollution in runoff were analyzed.Results show that the pollution of different Hg species is serious and total Hg THg dissolved Hg HgD and particulate Hg HgP are found to be in the range of 0.173 to 3.347 0.069 to 0.862 and 0.104 to 2.485μg/L respectively.The average EMC value of THg exceeds the Ⅴ class limitation value of Quality standards of surface water environment GB 3838-2002 of China. Hg in runoff mainly exists in particulate form and the concentrations of Hgre 0.250 to 2.821 μg/L are far more than those of Hg0 0.023 to 0.215 μg/L and Hg2＋ 0.026 to 0.359 μg/L . The order of rainfall characteristics impacting on Hg pollution in runoff is dry periods 〉runoff time〉duration of rainfall〉storm intensity〉rainfall.

西安市城市主干道路面径流污染负荷研究

在西安市城市主干道南二环路建立路面径流原位采样站,利用自制流量等比例采样装置,对2009年3—11月的34场降雨径流进行径流过程连续采样,测试各场次径流SS、COD、NH_4^+ N、Pb和Zn的事件平均质量浓度(EMC),计算径流次污染负荷,并在分析次污染负荷影响因素的基础上,采用多元回归方法建立径流次污染负荷数学模型。结果表明,西安市城市主干道路面径流SS、COD、NH_4^+-N、Pb和Zn的次污染负荷分别为4.56～778.39 kg/hm^2、2.22～308.7 kg/hm^2、0.01～1.39 kg/hm^2、0.05～33.09g/hm^2和1.38～115.82 g/hm^2,不同场次径流事件携带入受纳水体的污染物量差异大,对受纳水体造成冲击影响。表征降雨特征的各因子中,降雨量与路面径流次污染负荷呈显著正相关,在显著性水平0.01时相关系数为0.734～0.943,最大降雨强度和降雨历时也与次污染负荷显著正相关,而前期晴天时间与次污染负荷不相关。所建立的径流污染负荷模型一致通过拟合优度检验和方程显著性检验,可用于对路面径流次污染负荷的预测。

城市降雨屋面、路面径流水文水质特征研究

为研究城市硬质下垫面径流的水文过程与污染物浓度变化特征,对北京市2006年6-8月的4场降雨进行路面和屋面水文、水质过程同步分析.结果表明,径流曲线与降雨过程线形状类似,波动幅度相对较小,滞后于降雨过程线5- 20 min,屋面径流系数在0.80-0.98之间;路面径流系数在0.87-0.97之间.径流污染物的浓度是由累积排放规律决定的,路面径流的污染物浓度高于屋面径流,径流中COD、TN、TP的浓度均超过地表水环境质量标准V类水要求.各类污染物之间的相关性均处于显著性水平R=0.1以上,屋面径流颗粒物与有机物和阴离子之间的相关关系较大（〉0.5）,而与氮磷等营养物质的相关系数较小（〈0.5）;路面径流中,TN、TP与颗粒物的相关性有所增加.径流中各类物质大多存在初期冲刷现象,并受到污染物种类、下垫面特征、降雨强度和雨型等因素的影响.SS初期冲刷现象较其它几类污染物更为明显,路面较屋面更容易形成初期冲刷,低强度降雨不容易形成有机物和营养物质的初期冲刷现象.控制初期径流污染是北京市径流管理的有效措施.

不同屋面雨水径流中PAHs污染特性对比分析

对南京市典型沥青屋面、瓦屋面径流中PAHs含量进行了9场降雨事件的现场取样监测,对比分析了2种不同屋面径流中PAHs的EMC值及其各组分的浓度,并对其初期效应及影响因素进行了分析和探讨.结果表明,沥青屋面径流PAHs污染较严重,其平均浓度为4 261.7 ng/L,而瓦屋面径流PAHs平均浓度仅为351.2 ng/L.沥青屋面、瓦屋面径流中PAHs均以4环组分为主,沥青屋面径流中3环组分占较大含量,而瓦屋面径流中5环和6环PAHs浓度仅次于4环PAHs.大多数降雨事件中总PAHs及各组分均存在较显著的初期效应;前期晴天数对PAHs在屋面的累积影响最大,瓦屋面径流PAHs含量受降雨强度影响较大,而沥青屋面径流PAHs含量受降雨量影响较大.

重庆市不同材质屋面径流水质特性

2010年雨季对重庆市6场降雨时段的屋面径流进行采样监测,分析了水泥屋面和瓦屋面径流污染物的出流过程和初始冲刷现象,并且运用多元统计方法分析了降雨特征对径流水质的影响.结果表明:2种材质屋面径流水质参数中CODCr和TN的次降雨平均浓度(EMC,以ρ计)均超出GB 3838—2002《地表水环境质量标准》的Ⅴ类标准,为屋面径流主要污染物.水泥屋面的CODCr、TN、NO3--N、TSS、Cu和Zn的EMC明显高于瓦屋面,分别高出1.63、1.57、1.15、1.70、1.50和1.88倍.在水泥屋面上,ρ(CODCr)、ρ(TN)、ρ(TP)和ρ(TSS)变化幅度大于瓦屋面,并且其峰值滞后或同步于最大雨强;在瓦屋面上,ρ(CODCr)、ρ(TN)、ρ(TP)和ρ(TSS)的峰值提前或同步于最大雨强.瓦屋面各污染物FF30(初期30%径流携带的污染负荷)的平均值均高于水泥屋面;水泥屋面各污染物(除Zn和Cd外)FF30的标准差均高于瓦屋面.各污染物的EMC与降雨量、平均雨强、径流量和最大雨强呈负相关;溶解态重金属的EMC与前期晴天数呈负相关,其余指标均与前期晴天数呈正相关.

苏州市枫桥工业园区非点源污染特性研究

对苏州市枫桥工业园区湘江路段的14场有效降雨事件径流污染特性进行了研究。结果表明,该工业区降雨径流水质较差,COD、SS、NH3-N、TN和TP的事件平均浓度(EMC)中值分别达到了119、188、2.30、6.35、0.80mg/L,超过了《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)的Ⅴ类水体标准;COD、SS、NH3-N、TN和TP的污染负荷分别为846、1337、16、45、6kg/(hm2.a),是国外工业用地的2～7倍,与我国其他类型用地相比,SS负荷高是其主要特点;该工业区雨水径流的初期效应不明显,且主要污染物指标之间具有较好的相关性,可通过减少SS污染源来削减其他污染负荷。

太原市工业区不同下垫面降雨径流污染特征

[目的]揭示太原市工业区不同下垫面降雨径流的污染特征,为探明工业水体污染的来源以及工业水污染治理提供科学依据。[方法]基于研究区2类不同下垫面的降雨径流水质监测数据,计算场次降雨径流污染物的平均浓度(EMCs)。监测项目包括化学需氧量(CODcr),NH_3—N,NO_3^-—N,TN,TP,Cu和Zn。[结果]2种下垫面条件下降雨径流的CODcr,NH_3—N,NO_3^-—N,TN和TP的浓度均超出Ⅴ类国家地表水标准,重金属污染不明显;污染物负荷(EMC)与降雨历时呈现负相关关系,符合指数回归方程。[结论]研究区降雨冲刷效应显著,随着降雨历时的增加,污染物浓度趋于降低。同时,与国内其他城市工业区相比,太原市工业区的污染程度较轻。

高速公路雨水径流重金属出流特性

对南京机场高速公路路面径流中Cd,Pb,Cu和Zn四种重金属进行了24次现场取样检测的基础上,重点探讨了重金属污染的出流特性与事件平均浓度（EMC）.结果表明不同类型降雨事件重金属污染出流特性不同：降雨历时短、降雨量小、降雨强度小的降雨事件重金属浓度在一定范围内波动,在整个径流过程中始终维持在较高水平;降雨历时长、降雨量大、前期强度大的单峰、多峰降雨事件初期污染物浓度高、污染重,初期效应显著;降雨历时短、降雨量较大具有双峰雨型的降雨事件中重金属出流存在＂二次冲刷＂现象.Cd,Pb,Cu和Zn的EMC变化范围较大,分别为0.09-2.18,6.4-120.6μg/L和0.024-0.197,0.1-1.03mg/L.Pb总体污染程度较严重.与国外同类研究相比,本研究Pb和Cd污染程度较低,Cu和Zn则较为接近.

苏州市工业用地地表径流污染特性研究

对苏州新区枫桥工业园湘江路段的10场有效降雨事件的地表径流污染特性进行了研究。研究表明,地表径流水质参数COD、SS、NH3-N、TN、TP均服从对数正态分布,在95%置信水平下,SS与COD、TP、TN之间存在线性相关性(R=0.45～0.72)。统计了污染物事件平均浓度(EMC),COD、SS、NH3-N、TN、TP的EMC中值分别为213、491、2.65、5.19、1.07mg/L,相对应的单位面积污染物负荷分别为1898、4375、24、46、10kg/(hm2.a)。与韩国Chongju工业区和上海市相比,SS负荷高是苏州新区枫桥工业园地表径流水质的主要特点,削减SS负荷对控制其非点源污染具有重要意义。

太滆运河流域水稻田径流污染试验研究

选择太滆运河流域水稻田开展非点源类型源试验,监测水稻生长期田间水深和水质,以及降雨-径流-产污过程,并调查水田灌溉及施肥等农田管理措施.基于观测的降雨量、水田出流流量及水质数据,计算次降雨平均质量浓度(EMCs),并结合田间水深和水质变化规律及农田管理措施,分析水稻田径流污染特征及其影响因素.结果表明,降雨量、降雨强度与EMCs之间没有明显的相关关系,EMCs与稻田中污染物质的质量存在正相关关系.在水稻生长期,水稻田水质变化较大的时间点主要发生在施肥后.水稻田田埂最低出口高度在水稻生长期存在变化,增加了水稻田非点源污染流失的复杂性,模拟水稻田的产流和非点源流出过程不能忽略这一重要因素.

太滆运河流域葡萄园径流污染规律分析

选择常州市太滆运河流域的葡萄园开展非点源污染类型源试验,监测葡萄园的降雨、产流及产污过程,计算次降雨平均浓度(EMCs),并结合施肥等葡萄园管理措施分析葡萄园径流污染特征及影响因素。结果表明,EMCs与平均降雨强度总体上呈负相关关系,而且不同场次降雨的EMCs差异很大;对于同一场次降雨,径流的产生滞后于降雨,污染物浓度也随径流过程而不断变化。污染物流失是一个复杂的过程,受降雨量、降雨强度、施肥等诸多因素的影响。

上海中心城区合流制排水系统雨天溢流水质研究

合流制排水系统雨天溢流已成为上海中心城区河道的主要污染源。为此,重点研究了上海中心城区某合流制排水区域JXB系统雨天污染物溢流的出流过程和污染物的事件平均浓度,并探讨了溢流污染物的初期效应。结果表明,降雨特性对污染物溢流过程的水质影响较大;该区域雨天溢流COD、BOD5、SS、NH3-N的事件平均浓度分别为268、101、110、9.5mg/L,SS浓度明显低于相关研究的结果;分析溢流污染物的初期效应表明,JXB系统排江污染物的初期效应较为显著,其中COD和BOD5的初期效应比SS的显著。

西安市城市主干道路面径流污染特征研究

在西安市城市主干道南二环路建立路面径流原位采样站,利用自制流量等比例采样装置,全程收集2009年3月～2010年2月的32场降雨产生的路面径流,测试径流SS、COD、溶解性COD、NH3-N、Pb、溶解性Pb、Zn和溶解性Zn的事件平均浓度(EMC),研究路面径流污染强度、污染物赋存状态、相关关系、浓度影响因素以及季节变化规律.结果表明,城市主干道路面径流污染物EMC变异大且污染严重,SS、COD、溶解性COD、NH3-N、Pb、Zn、溶解性Zn的EMC中值分别为1543,574,129,1.86,0.042,0.219,0.111mg/L,变异系数0.41～0.8,其中SS、COD的EMC中值远大于《污水综合排放标准》三级标准,是主要污染物.路面径流中Pb主要以颗粒态存在,而47.4%的Zn、25.1%的COD呈溶解态.径流中颗粒物是许多其他污染物的载体,COD、Pb、Zn均与SS在显著性水平0.01时显著相关,相关系数分别为0.845,0.807和0.903.表征降雨特征的各因子中,降雨量、最大降雨强度与污染物浓度呈负相关,降雨历时与除NH3-N之外的其他污染物呈负相关,相关性依次为降雨量>最大降雨强度>降雨历时,前期晴天时间与溶解性Zn和溶解性COD浓度正相关,但与其它污染指标不相关.方差分析结果表明,SS、COD和NH3-N浓度随季节明显变化,而溶解态COD、重金属Pb、Zn和溶解态Zn的浓度季节差异不大.

西安市路面径流污染季节变化特征研究

在西安市城市主干道南二环路建立路面径流原位采样站,利用自制流量等比例采样装置,对2009年3月—2010年2月的36场降雨径流和3场融雪径流进行全程采样,测试各场次径流SS、COD、溶解态COD、NH+4-N、Pb、溶解态Pb、Zn和溶解态Zn的事件平均质量浓度(EMC),结合径流污染来源,利用单因素方差分析方法,识别路面径流污染季节变化特征并进行致因分析。结果表明:路面径流中SS质量浓度、COD和NH+4-N质量浓度随季节变化显著,SS质量浓度和COD呈现冬、春季高、秋季最低的趋势,表明其受交通污染源排放和大气降尘的共同影响;NH+4-N质量浓度秋冬采暖季最高、夏季最低,且与雨水接近,表明其主要源于雨水溶解大气中的含氮化合物造成的雨水污染;Pb、Zn主要来自交通污染源,道路交通量不随季节变化,因此其质量浓度季节差异不大,场次间质量浓度的波动主要与场次降雨特征有关。