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。

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。

道路雨水径流中重金属特征研究进展

为研究不透水道路路面雨水径流中重金属污染现状,从危害程度较大的Fe、Cu、Cd、Zn、Pb、Cr、Ni等7种重金属元素入手,总结了国内外主要城市道路雨水重金属赋存状态、道路沉积物重金属含量及与地表径流出流污染间关系。结果表明,相比于城市道路,高速公路雨水出来存在明显的“二次冲刷效应”,且Pb污染最为严重;城市道路较科教区、生活区和商业区,Zn、Pb出流量显著增大,但各元素均存在“初期效应”;道路沉积物中重金属含量远超出土各城市壤背景值数倍,且污染程度整体上与粒径呈负相关;沉积物是重金属累积的重要载体,也是径流污染源之一,循环关系可描述为:大气悬浮物→道路沉积物→城市土壤→雨洪沉积物。

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.

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.

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.

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.

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。

广州番禺区不同地类的非点源污染排放特征

在广州番禺区建设代表城市、农田、村镇、园地4类典型集水区的径流试验小区,对每个径流小区采集3场有效降雨径流以研究不同土地利用类型的非点源污染负荷输出特征。结果表明,不同土地利用类型的污染物输出浓度差别较大,TSS和COD输出浓度(EMC值)的大小排列顺序为园地>农田>村镇>城市;NH3--N为农田>城市>园地>村镇;NO3--N为城市>农田>村镇>园地;TN为农田>城市>园地>村镇;TP为农田>园地>城市>村镇。对于农田集水区,TSS和COD的输出明显受降雨的影响,而N、P污染物的输出受施肥的影响更为显著;对于城市集水区,晴天累积污染物的数量和降雨情况是决定初期径流中污染负荷的主要因素。污染负荷与径流量之间相关性显著,且颗粒物是携带污染物的重要载体。各径流小区的初始冲刷效应分析结果显示,不透水地面更易发生降雨初期冲刷;降雨强度是影响降雨径流初始冲刷的关键因素。

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.

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。

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.

柴河水库流域主要种植类型非点源污染试验研究

为研究水稻田、玉米地和苗木地三种重要耕作类型的非点源污染产生规律,分别选取了柴河水库流域内地理位置相近、土壤特性相似的三块试验田进行了非点源污染类型源试验,分析了不同试验田的产污特征及其影响因素。结果表明,在相同降雨条件下三种耕作类型试验田的污染物输出特征各不相同;相同试验田在不同降雨条件下的产污规律也会发生相应变化;耕作类型、降雨特征和施肥状况都是影响农田非点源污染的重要因子。

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。

深圳市道路径流雨水典型污染物特征及其相关性分析

以深圳市光明新区为对象,选取具有代表性的路段,开展了3种降雨条件下道路径流雨水中典型污染物质量浓度变化规律,污染物平均质量浓度(EMCs)及主要污染物的相关性研究。研究结果表明:降雨类型、前期干旱时间均对道路径流雨水中污染物质量浓度有较大的影响,这是导致I型降雨污染物质量浓度较高的主要原因;道路径流雨水中COD和TP均不同程度的高于地表水V类标准,SS和COD均超出城镇污水处理厂污染物一级B排放标准,因此SS和COD为道路径流雨水中的主要污染物;COD与SS、TN与SS、TP与SS之间存在较好的线性关系。

西安市某文教区典型下垫面径流污染特征

在西安市某文教区路面、屋面和绿地设置径流采样点,采用人工时间间隔采样法对2016年8月～2017年2月的3场降雨径流和2场融雪径流全程采样,测试径流过程SS、COD、TN、TP、Pb、Zn、Cu、Cd、Ni、Cr、PAHs、溶解态COD、溶解态重金属和溶解态PAHs的浓度以及颗粒物粒径d_(50),研究各下垫面降雨径流污染水平及出流规律,比较不同下垫面降雨径流和融雪径流污染特征.结果表明,各类下垫面降雨径流主要污染物均为SS、COD、TN、Pb、Cr,路面和绿地径流中SS的EMCs均超过《污水综合排放标准》二级标准,3类下垫面降雨径流COD、TN、Pb、Cr的EMCs均超出《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准,PAHs与国内相关研究相比属于中等污染水平,路面、屋面和绿地径流的EMC分别为266.8～389.8ng/L、254.9～303.0ng/L和231.2ng/L.路面径流SS、COD、Zn、Pb、Cu、PAHs浓度高于屋面径流,而TN、TP、Cr等指标则相反,表明径流中TN、TP、Cr主要源于大气干湿沉降,而交通排污对SS、COD、Zn、Pb、Cu、PAHs等有较大输入贡献.3类下垫面降雨径流污染浓度输出规律差异显著,路面径流污染物初期浓度较大,受雨期交通排污影响中后段波动剧烈,屋面径流污染物浓度随径流历时持续降低且趋于稳定,绿地径流污染物浓度沿程变化相对较小.降雨强度对总量污染物浓度输出的影响大于溶解态污染物,表现为d_(50)与降雨强度呈现良好的相关性.因降雪期间污染物持续累积且径流量较小,路面融雪径流污染物浓度远大于降雨径流,而屋面融雪径流因流量较小导致携带污染物的能力较弱故水质优于降雨径流.

重庆市路面降雨径流特征及污染源解析

2010年雨季对重庆市3场降雨时段的地表径流进行采样监测,分析了重庆市路面降雨径流过程特征与降雨强度和降雨间隔时间对不同水质参数初始冲刷的影响,运用多元统计技术区分出路面径流的潜在污染源.结果表明,3场降雨径流的COD、TP和TN的次降雨平均浓度(EMC)分别为60.83～208.03、0.47～1.01和2.07～5.00 mg.L-1,超出了国家地表水环境质量V类标准,是主要污染物;3次降雨事件中,污染物浓度的峰值均提前或同步于径流量的峰值,并且污染物浓度的峰值多数出现在产流10 min内;重金属Zn、Cu、Pb和Cd浓度随降雨径流过程呈锯齿状变化;运用主成分分析区分出路面径流水质的2种潜在污染源:①机动车交通损耗和大气干湿沉降;②城市垃圾.

温州城市不同下垫面径流中无机氮的含量及初期冲刷效应

在温州两个采样区分别监测了4场降雨事件,选取交通干道、停车场、小区屋面、小区路面、城市排水系统汇流口、草地等6种下垫面,测定地表降雨径流中溶解铵态氮(NH+4-N)、溶解硝态氮(NO-3-N)、溶解亚硝态氮(NO-2-N)的含量及基本理化指标.结果表明,温州城市降雨径流中NH+4-N、NO-3-N和NO-2-N的降雨事件平均浓度(EMC)值分别介于0.40～5.55、0.01～4.70、0～0.87mg·L-1(以N计)之间,九山外河区域氮污染比山下河区域严重,交通干道、居民生活区是氮污染严重的地方,应加以重视.多数下垫面径流中溶解态无机氮以NH+4-N为主,比例可达50%以上,九山外河区域各下垫面径流中NH+4-N普遍超过了地表水环境V类水标准.除小区路面以外,各下垫面径流多次出现NH+4-N的初期冲刷效应,仅小区屋面和汇流口径流中出现过NO--N初期冲刷效应.

宁波市典型城市下垫面雨水径流污染特征解析

雨水径流污染影响受纳水体水质,为掌握宁波市雨水径流污染特征,于2009~2019年开展了8场降雨调查,采用频率统计分析和相关性分析方法研究了中心城区的屋面、广场、绿地、小区道路、商业街道路和城市主干道等不同下垫面的雨水径流污染水平,径流污染来源,以及中小雨型径流水质的冲刷规律.结果表明,宁波市各下垫面雨水径流的化学需氧量(COD)、氨氮、总氮、总磷和总悬浮固体(TSS)等污染指标的次降雨径流平均浓度(EMC)均值分别介于23.88~102.31、 0.40~1.69、 3.41~8.71、 0.09~0.50及37.6~323.4mg·L-1之间.除广场外,其它各下垫面雨水径流的COD和总氮污染严重,屋面、商业街和小区雨水径流氨氮显著高于广场、绿地和主干道(P<0.05),商业街、主干道和绿地雨水径流总磷浓度显著高于(P<0.05)其它下垫面;屋面、广场、主干道及商业街雨水径流中的TSS与COD、氨氮、总磷具有同源性质,绿地和小区雨水径流的氨氮和总氮具有同源性质;在中小雨情景下屋面和绿地等下垫面的氨氮较易形成初始冲刷效应,而广场、小区和城市主干道等下垫面的总氮和总磷初始冲刷效应并不明显.