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。

长江流域丘陵与平原城镇降雨径流污染特征对比分析

随着城市化进程的加速,长江流域降雨径流导致的城镇面源污染问题日益凸显。在长江流域丘陵城镇重庆永川区和平原城镇常州金坛区分别选取部分老城区和部分新城区作为研究区域,监测4个研究区域降雨径流的水质和水量,采用场次降雨径流平均浓度(EMC)和综合径流系数法计算各下垫面降雨径流污染物平均浓度和污染负荷,采用b(初期冲刷系数)参数法分析降雨径流初期冲刷效应。结果表明:1)SS、COD、TP、NH3-N和TN的EMC主要受地形、降雨特征及前期干旱天数影响,丘陵城镇中交通道路SS和COD的EMC分别是其他下垫面的1.10~7.05和0.86~8.98倍,平原城镇中交通道路SS和COD的EMC分别是其他下垫面的1.01~3.70和1.07~6.70倍;2)丘陵城镇降雨径流初期冲刷效应强于平原城镇,且SS和COD的初期冲刷强度较高,b的范围分别为0.25~1.20和0.50~1.28;3)丘陵城镇各下垫面污染负荷平均输出系数大于平原城镇,丘陵城镇老城区各指标污染负荷平均输出系数为平原城镇的0.37~16.13倍,丘陵城镇新城区各指标污染负荷平均输出系数为平原城镇新城区的0.38~7.11倍。研究揭示了长江流域丘陵和平原城镇降雨径流污染特征,可为这两类城镇降雨径流污染控制提供参考。

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.

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.

城市旅游区降雨径流污染特征——以武汉动物园为例

选择武汉动物园旅游区具有代表性的5种汇水单元,对降雨径流水质水量进行了同步监测,研究了城市旅游区降雨径流污染过程,对比了裸露林地、草地林地、兽类泥土场院、禽类泥土场院及屋顶这5种汇水单元的年降雨径流污染物平均浓度,并计算了污染物的年污染负荷.研究结果表明,透水地表的水土流失是其降雨径流污染的主要原因,室外动物展览馆中动物排泄物在地面累积使场馆径流受到严重污染.城市旅游区中颗粒态是N、P污染物输出的主要形态.各汇水单元中,TN、DN、TP、DP、COD、SS的年污染负荷最高值分别为165、31.2、22.5、1.03、2216、8571kg·hm-·2a-1.城市旅游区的土地景观利用方式是影响污染物输出的首要原因.

川中丘陵区村镇降雨特征与径流污染物的相关关系

以野外观测的12场降雨径流污染数据为基础,分析川中丘陵区村镇的降雨径流污染物之间及与降雨特征的相关关系.结果表明,村镇降雨径流中TN、TP、COD、SS的EMCs(事件平均浓度)分别为21.31,3.00,526,1941 mg/L.TN和TP的EMCs与降雨特征(最大雨强、降雨量、径流量、径流时间、降雨时间)存在负相关关系,氮和磷污染物因初期径流冲刷而具有较高的浓度,但随着雨量、径流量的增大而发生稀释或污染源耗竭效应;TN和TP二者的EMCs存在显著的正相关关系,说明氮和磷的主要污染源相同.COD和SS的EMCs与降雨特征无显著相关关系,且COD和SS的EMCs存在显著的正相关关系,说明COD和SS的污染源较均匀分布于集水区,来源充足,控制颗粒物污染,可以较好地控制村镇COD输出.TN、TP、COD、SS的EMCs和FF30(由占总径流量30%的初期径流所运移的负荷)之间存在显著的负相关关系,表明初期径流运移的负荷较大,有将近40%的污染负荷为占总径流量30%的初期径流所运移.村镇降雨径流污染普遍存在中等初期冲刷效应.

城市合流制管网降雨径流污染特征分析

对北京市老城区合流制管网排除系统下游干管进行降雨径流监测,分析降雨径流和生活污水混合后的水质变化特征,以便为合流制管网污染控制提供数据依据。结果表明北京市合流制管网污染程度较高,其污染过程受降雨过程、管道汇流过程、地表径流污染特征和管道沉积物冲刷等综合影响。

快速城市化地区小流域降雨径流污染特征

降雨径流污染对快速城市化地区的水环境安全造成巨大威胁。在对深圳市石岩水库6条入库支流的4次降雨径流事件进行水文水质监测的基础上,选择CODCr、NH3-N、TN、TP、SS和BOD56种常见水质测试指标对该区域的降雨径流污染的水质状况、空间差异和初始冲刷效应等基本特征进行了分析。结果表明,研究区降雨径流中耗氧性污染物尤其是固体悬浮物污染严重;城镇用地占较大比例的流域,污染物以颗粒态输出为主;城中村比例较大的子流域降雨径流污染严重;初始冲刷强度随着子流域不透水面积比例和雨强的增大而增强。

无锡市城区降雨特征对径流污染的影响分析

选择无锡市沈巷小区、广丰三村、槐古豪庭三个经过雨污分流改造的排水区(以下简称"排水达标区")作为研究区域,对2014年7月1日至9月23日13次降雨事件中研究区域的降雨径流排水过程进行水质水量同步监测,分析了无锡城区主要地表径流污染物类型,比较了降雨特征(降雨历时、降雨量、降雨强度和前期累计晴天)与污染物次径流平均浓度EMC的相关性大小,选取典型降雨事件,研究了降雨径流初期冲刷效应。结果分析表明:虽然排水达标区已经完成雨污分流改造工程,但降雨径流污染仍然很严重,主要污染物为COD、NH3-N、TP;降雨强度与EMC有显著的正相关关系,其余降雨特征与EMC的相关性不明显;降雨初期的降雨强度对初期冲刷效应的影响较大,降雨初期雨强大,则初期冲刷效应明显。

典型城市降雨径流污染特征调查分析

为了了解城市降雨径流污染特征,对武汉市汉阳区5种不同下垫面不同场次降雨径流进行取样监测,研究结果表明,该城区主干道、支路及绿地径流COD、TN污染程度劣于Ⅲ类水体水质标准,SS浓度劣于城镇污水处理厂污染物排放一级A标准。降雨特征对降雨径流污染影响显著:对于特定采样点降雨强度越大、雨前干期越长,则场次降雨径流污染物浓度(EMC)相对越高;降雨强度大、雨峰靠前、雨前干期长其初期冲刷效应显著,且雨峰越靠前的降雨事件其场均降雨累积径流量比例为30%时所对应的累积污染负荷比例(FF30)值越大。

临安区不同功能区道路降雨径流污染特征及源解析

通过采集杭州市临安区不同功能区6个监测点3次降雨径流过程的水样,监测降雨径流中总磷(TP)、总氮(TN)、氨氮(NH3-N)、化学需氧量(COD)的EMC值,分析城市道路地表径流污染特征。结果表明,临安区不同功能区路面降雨径流中相同污染物浓度不同,降雨径流污染物EMC平均值由高到低为商业区>交通区>居民区>文教区。降雨径流污染物EMC值随着降雨时间增加逐渐降低。降雨前期空气污染越严重,降雨径流污染物浓度越高,即冬季降雨径流污染物浓度大体上高于秋季。

青岛市不同功能区降雨径流重金属的特性分析

通过采集2014年9月28日青岛市4个不同功能区降雨径流样品,监测其重金属Cd、Cu、Pb、Zn的含量,并分析重金属之间的相关性、事件平均浓度(EMC)和初期冲刷现象等。结果表明:石油化工区降雨径流中Cd、Cu、Pb之间具有显著相关性,并且Zn、Cu、Pb之间亦具有显著相关性;重金属Cd、Pb是降雨径流中主要污染物,Pb具有交通强度越高含量越高的特点,Cd具有距离石油化工区越远含量越低的特点;降雨径流中Cd、Cu、Pb、Zn的初期冲刷效应不仅与汇水面积、下垫面材料有关,而且与重金属的类别有关。

基于SWMM的不同降水量对城市降雨径流TSS的影响分析

受物理、化学、生物等多重因素的影响,城市降雨径流水质的模拟研究比较模糊。以TSS(总悬浮固体量)为例,利用SWMM的污染物模块及其土地利用模块、污染物累积模块和污染物冲刷模块进行城市雨水径流水质模拟;考虑了不同土地利用情况对污染物的累积及冲刷的影响,针对不同的降水量,利用EMC法(平均浓度法)以及指数方程法进行污染物的冲刷模拟,指数方程法的模拟精度大于EMC法的模拟精度,与监测值更接近。指数方程法的模拟结果表明:当降水量小于2.5mm时,其TSS冲刷量增长幅度较缓;而当降水量大于3.5mm时,其TSS冲刷量呈显著线性增加关系,从而表明,降水量较大的降水事件对于TSS的冲刷量影响更为显著。

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.

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.

城区路面雨水径流水文水质特征试验研究

鉴于研究城区路面径流水文过程与污染物变化特征可为有效利用城市雨水、控制非点源污染等提供参考依据,采用污染物分析方法对新乡市2010年城区路面3场降雨—径流的水文、水质过程进行采样分析。试验结果表明,路面径流系数在0.78～0.82之间,径流曲线形态与降雨过程线类似,两者波动幅度相对较小;径流初期污染严重,后期COD、SS浓度分别小于203、458mg/L;各指标的标准差率呈SS>COD>DO>pH值的趋势,这与各自浓度变化过程的指向性一致;径流中COD与SS之间的相关性较好,而DO与其之间的相关性较差。

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。

城区路面径流水质特征与初期径流量研究

鉴于研究城区路面径流水质特征与初期径流量可为有效利用城市雨水、控制城市非点源污染等提供参考依据,采用污染物分析法对新乡市2010年城区路面3场降雨径流的水文水质过程进行采样分析,水质指标包括pH值、SS、COD和DO。结果表明:径流初期污染严重,主要污染物COD、SS变化趋势基本一致,随着降雨过程的持续含量逐渐降低,趋于一个稳定值;各指标标准差率呈SS>COD>DO>pH值的趋势,这与各自浓度变化过程的指向性一致;径流中COD、SS之间的相关性较好,DO与其之间的相关性较差;场次降雨路面初期径流量可取为前8 mm^10 mm的降雨量或前25 min^30 min的径流量。

不同降雨水平年条件下旱作玉米面源污染试验

为研究不同降雨水平年旱作玉米农业面源污染流失特征,选取辽河流域昌图县玉米地试验田进行面源污染试验,对比分析了其在2013年丰水年和2014年平水年的面源污染流失规律。结果表明,对所选试验地点(坡度0.5‰,种植玉米),在前期降雨量比较少的条件下,中雨很难产生径流污染,但是在前一场次降雨量较大时,中雨也会导致产流,形成面源污染流失。2013年玉米生长季TN、TP和CODCr的输出系数分别为5.46kg/hm2、0.57kg/hm2、25.79kg/hm2,而2014年的输出系数分别3.14kg/hm2、0.27kg/hm2、19.62kg/hm2,较2013年都有所增加,即丰水年产生的面源污染相对平水年较多。