降雨特征和下垫面特征对径流污染的影响分析

对深圳光明新区典型下垫面的径流雨水水质和水量进行了监测分析,采用Pearson相关系数法研究了降雨特征和下垫面参数对径流污染物的平均浓度(event mean concentrations,EMCs)的影响。结果表明:(1)降雨特征和下垫面特征共同影响着污染物EMCs,而且污染物EMCs随雨前干旱天数、平均雨强和车流量的增加而上升,随着降雨量、降雨历时、最大雨强和汇流面的增加而下降。(2)雨前干旱天数、降雨量、降雨历时和车流量是影响研究区域降雨径流污染的主要参数。(3)污染物的冲刷规律存在一个临界雨强,当降雨强度小于临界雨强时,污染物以冲刷和溶解为主,污染物浓度随着雨强的增加而升高;当大于临界雨强时,污染物以稀释为主,随着雨强的增加,污染物浓度有所降低;公园植被浅沟中SS的累积和冲刷规律的临界雨强(或范围)介于0.15~0.49 mm/min。该研究结果旨在为研究区域降雨径流污染的评价和控制方案的设计、优化提供基础数据。     

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、8571 kg·hm-2·a-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.     

自然沟渠控制村镇降雨径流中氮磷污染的主要作用机制

以四川盆地紫色丘陵区林山村镇为例,分析降雨径流过程中氮磷在自然沟渠内的空间变化特征和不同控制机制的净化能力,研究了自然沟渠控制村镇降雨径流中氮磷的主要作用机制.研究结果表明,除NO3--N浓度在沿程上呈先减后增而后再减的趋势外,其它氮磷污染物(TN、PN、NH4+-N、TP、PP和PO43-·P)均为沿程递减趋势.溶解态氮是降雨径流氮素在空间沿程上的主要迁移形态,溶解态磷是流量限制型事件降雨径流磷紊空间沿程的主要迁移形态,而颗粒态磷是物质限制型事件降雨径流磷素空间沿程的主要迁移形态.泥沙截控固持是自然沟渠控制降雨径流氮磷污染的主要作用机制,有效降低径流中颗粒物浓度和拦截泥沙是控制降雨径流氮磷污染的关键.沉降段和沉沙凼具有明显的泥沙及颗粒态氮磷截控固持作用,可较好地去除村镇降雨径流中的氮磷颗粒态污染物,平均氮磷去除量分别为144.51、65.20 g·m-2(平均雨量37.85mm).植物吸收是植被段氮磷去除的重要途径,在雨季共吸收氮磷分别可达82.69、12.52 g·m-2.跌落曝氧也是降雨径流氮磷污染控制的重要作用机制,跌落段对NH4+-N的平均去除负荷为15.05 g·m-2.     

合肥市不同下垫面降雨径流水质特征分析

通过对合肥市4种不同类型下垫面27场降雨径流和自然降雨水样中SS、COD、TN和TP水质指标的分析,探讨了草地、屋面、校内路面和校外道路降雨径流污染物历时变化规律及初期冲刷效应,比较了不同类型下垫面降雨径流和自然降雨水样中污染物浓度分布的差异,计算了场次降雨径流污染物的事件平均浓度.结果表明,不同下垫面降雨径流污染物浓度随时间变化的规律相似,且大多存在初期冲刷现象,一般在降雨初期污染物浓度较高,随着降雨历时的延长污染物浓度呈下降趋势,并趋于平稳;不同下垫面降雨径流和自然降雨水样中TN污染负荷较高,大气湿沉降对降雨径流中TN的贡献很大;校外道路降雨径流水样中SS、COD、TN和TP浓度的变化范围冬半年大于夏半年,不同下垫面条件对降雨径流中污染物EMC的影响存在差异.     

不同土地利用方式下侵蚀泥沙中磷释放风险评价

采集紫色土丘陵区典型小流域不同土地利用方式(包括林地、水田、旱地、农村居民点等)下的侵蚀泥沙和降雨径流样,测定泥沙的生物有效磷(Olsen P)、磷吸持饱和度(DPS)和降雨径流的溶解性活性磷(SRP).结果表明,泥沙Olsen P和DPS与降雨径流SRP平均浓度呈显著的折线关系.通过折线模型计算出侵蚀泥沙磷释放的风险阈值为Olsen P 32mg/kg和DPS 28%.当泥沙Olsen P和DPS大于其阈值时,磷向水体释放的环境风险大大增加.不同土地利用方式下侵蚀泥沙中磷的释放环境风险差异显著.农村居民点沟渠泥沙的磷释放风险较大,是径流水体的磷源,林地和水田沟渠泥沙是径流水体的磷汇,旱地和综合沟渠泥沙属于潜在的磷释放源.泥沙磷的释放潜力取决于泥沙来源和泥沙理化性质.     

天津市居民区不同材质屋面降雨径流污染特征分析

选取天津市居民区典型材质(油毡、塑钢和水泥瓦)屋面下垫面,对其降雨径流污染特征和污染物初期冲刷效应进行了分析,并考察了不同类型材质屋面降雨径流中颗粒物分布及主要污染物赋存形式.场次降雨径流平均浓度分析结果表明:SS和COD是降雨径流中的主要污染物,降雨径流污染程度顺序为油毡屋面＞水泥瓦屋面＞塑钢屋面;颗粒物是降雨径流中...     

降雨特征及污染物赋存类型对路面径流污染排放的影响

在西安市城市主干道南二环路太白立交高架段设置路面径流采样点,采用人工时间间隔采样法对2014年7月~2015年9月的13场径流事件全程采样,共获得样品207个,测试径流过程SS、COD、溶解态COD、Cu、溶解态Cu、Pb、溶解态Pb、Cr、溶解态Cr、Cd、溶解态Cd的质量浓度变化,研究降雨特征及污染物赋存类型对路面径流污染质量浓度变化和负荷排放的影响.结果表明,西安市城市道路径流SS、COD污染严重,是径流的主要污染物,重金属Pb、Cr污染水平亦较高;径流过程中污染物质量浓度变化与降雨特征及污染物赋存状态密切相关,溶解态污染物排放不受降雨特征影响,均在径流初期达到质量浓度峰值随即持续降低,颗粒态污染物的质量浓度峰值出现在足够大的降雨强度峰值之后,径流过程随雨强变化波动显著,且受降雨历时和降雨量等因素的共同影响;降雨特征对溶解态污染物负荷排放的影响较小,但对颗粒态污染物具有显著影响.Ⅰ、Ⅱ型降雨事件较之Ⅲ型降雨,SS、COD、Cu、Pb、Cr、Cd的负荷初期冲刷效应更明显;路面径流的负荷初期冲刷效应并非普遍存在,所监测径流场次所有污染指标均未出现强烈的负荷初期冲刷,各污染物的负荷初期冲刷程度排序为CODSS溶CODCuPbCr溶CuCd溶Pb溶Cr溶Cd.     

抚仙湖流域城镇降雨径流污染特征及排放负荷研究

对澄江县凤麓镇典型降雨事件地表径流污染时空变化特征进行系统分析,并结合气象数据和下垫面面积等资料,运用SCS模型对降雨径流污染负荷进行了精确估算,结果表明:(1)澄江县凤麓镇径流主要污染物为SS、COD、TP及TN,均超出国家地表水环境质量标准Ⅴ类水标准,氮营养盐NH3-N、NO3-N也有不同程度的污染;降雨过程中主要污染物均表现为径流产生初期浓度较高,随着降雨时间的延长以及径流量的减少,各污染物浓度也随之呈现波动下降趋势;强度较大的降雨主要表现出稀释作用,即雨强越大,污染物浓度相对较低。(2)2016年凤麓镇全年径流总量为157.58×104m3,2016年污染物排放负荷以SS和COD为主,分别达到261.85 t/a及166.34 t/a,氮营养盐污染负荷中以NO3-N为主。     

合流制排水系统降雨径流污染物的特性及来源

在昆明市典型合流制排水小区对降雨径流进出水水量、水质进行了研究,旨在揭示城市区域合流制排水系统中降雨径漉不同来源的污染物特性及各个污染源的比倒.分别监测了合流制排水系统日常污水以及4场降雨期间小区出口断面、街道、屋顶、庭院降雨径流的水量、水质.结果表明,人为干扰是影响城市径流污染物输出强度的主要因素,城市下垫面降雨径流污染物输出浓度顺序为:道路>庭院>屋顶,道路是城市面源污染的关键源区;道路次降雨径流量约25%,却产出了40%～80%的污染物,而屋顶次降雨径流量约50%,却仅有4%～30%的污染物负荷.合流制排水系统中管道沉积物在降雨期间的迁移是重要的污染源,4场降雨中管道沉积物的TN、TP、SS、COD和BOD5的污染贡献率在30%以上.降雨强度是影响管道沉积物输出的重要因素,在高强度降雨下,管道沉积物污染贡献率高50%以上.在不同的降雨特性条件下,合流制排水系统主导污染源有所不同.     

我国东南典型侵蚀区坡地磷素流失机制模拟研究

为了研究侵蚀区坡地坡面径流和壤中流磷素流失特征,以浙江省湖州市安吉县花岗岩风化母质上发育的红壤为研究对象进行人工模拟降雨试验.结果表明,坡面径流和壤中流中的总磷流失浓度、总磷流失量均随着降雨强度的增大而增大,随着降雨强度的增大产流初期坡面冲刷效应显现;坡面径流总磷流失量所占每场降雨总磷流失量百分比分布在51%~92%;坡面径流总磷流失浓度在整个过程中波动幅度很大;坡面径流中总磷流失浓度在坡度25°下最高,壤中流中的总磷流失浓度在坡度8°下最高;坡度8°下坡面TP流失量最大,坡面总磷流失量受坡面径流量和雨强影响极显著(p0.01);壤中流总磷流失量较小,受雨强影响极显著(p0.01);磷素流失以坡面径流流失为主,壤中流流失为辅,磷素主要以颗粒态通过坡面径流流失,以溶解态通过壤中流流失.     

人工模拟降雨条件下黄土坡面水-沙-氮磷流失特征

黄土坡沟水沙及养分流失严重,不仅造成土地生产力下降,对水环境也存在潜在威胁.为探索黄绵土坡面水沙氮磷流失相关关系,采用人工模拟降雨试验,研究不同雨强（45、60、75、90、105、120 mm/h）、不同坡度（5°、10°、15°、20°、25°）下黄土裸地水沙氮磷的流失规律.结果表明:①产流量可用坡度的二次多项式表达,确定系数（R2）达0.83以上,产沙量随雨强变化规律不明显,但随坡度增加呈显著增加趋势.②各雨强下,25°与5°坡面的ρ（TN）比值范围为1.63~5.42,波动较大,而ρ（TP）随坡度的增加基本呈增加趋势,但整体数值低于ρ（TN）.③各雨强下ρ（吸附态氮）随降雨历时的延长呈剧烈起伏变化;大雨强（105和120 mm/h）下ρ（吸附态磷）随降雨历时的延长逐渐减少至稳定值,其他雨强下ρ（吸附态磷）随降雨历时的延长呈现波动增加.各雨强与坡度下,ρ（吸附态氮）与ρ（吸附态磷）分别占ρ（TN）、ρ（TP）的60.66%、96.62%,是黄土裸坡氮磷的主要流失形式.④随水沙流失的氮磷中,TN占主要部分,其流失量是TP流失量的1.43~22.46倍,径流量增加时TN流失量显著增加,而产沙量增加时TP流失量显著增加.研究显示,雨强和坡度变化对水沙氮磷流失影响各异,吸附态氮磷是黄土养分流失的主要途径,可为黄土坡耕地水土流失治理提供科学依据.      

合流制排水管道雨季出流污染负荷研究

针对北京城区合流制排水管道雨季溢流及雨后河道水质恶化等问题,研究了3场降雨期间合流制排水系统不同来源的污染物特性及污染贡献.通过对2012年雨季几场降雨的降雨量数据监测与统计发现,护城河沿岸合流制排水系统累积雨量约10 mm时发生溢流.特大暴雨情况下,溢流水质的污染物平均浓度高于排水系统旱流污水的污染物浓度,溢流水质差,污染物浓度范围为:TN 5.11 ～ 16.36 mg·L-1,TP 4.34 ～10.52 mg·L-1,氨氮1.88～12.73 mg·L-1,COD 134～250 mg·L-1,SS 120 ～155 mg·L-1.管道沉积物在降雨期间对出流水质的污染贡献率分别为:TN 20.9％ ～44.6％,TP 35.76％～47.3％,COD 46.2％ ～48.8％,SS 35.7％ ～79.7％.控制合流制排水管道沉积物的沉积和冲刷对排水系统的正常运行及削减雨季出流污染负荷具有重要意义.     

三峡库区规模化顺坡沟垄果园氮、磷输出过程及流失负荷

通过对三峡库区顺坡垄沟构型的规模化柑橘园集水区次降雨过程径流氮、磷进行动态监测,分析典型降雨事件氮和磷流失负荷,并探讨了规模化柑橘种植对土壤氮磷流失及入库河流水环境的影响.结果表明:①顺坡沟垄柑橘园集水区径流氮和磷年流失负荷分别为13.43 kg·(hm~2·a)~(-1)和1.26 kg·(hm~2·a)~(-1),春季施肥及强降雨冲刷是集水区污染物高负荷的主要原因;②集水区全年总氮(TN)和总磷(TP)的EMC为8.49 mg·L~(-1)和0.87 mg·L~(-1),超过发生水体富营养化含量标准;③春季施肥后的2场典型降雨中,长历时暴雨径流硝态氮(NN)和溶解态磷(DP)负荷为4.94 kg·hm~(-2)和0.28 kg·hm~(-2),分别占TN和TP流失负荷的92.90%和64.69%;短历时大雨径流NN和DP负荷为0.52 kg·hm~(-2)和0.05 kg·hm~(-2),分别占TN和TP的65.92%和74.88%,溶解态氮和磷是顺坡沟垄坡面果园径流氮和磷流失的主要途径;④集水区氮磷流失表现出显著的"初始冲刷效应",初期20%的地表径流流失了58.0%的TN, 57.0%的DN, 58.5%的NN, 79.0%的AN, 62.0%的TP, 63.5%的DP和60.0%的PP,控制初期地表径流对降低入库径流养分具有重要作用.     

三峡库区典型紫色土小流域径流及氮磷流失特征

为了解三峡库区典型紫色土小流域径流污染特征,对新政小流域典型土地利用类型下降雨-径流时间过程和小流域集水区出口径流中氮磷浓度进行动态监测,监测分析库区小流域氮磷在降雨径流中的流失规律.结果表明,小流域径流氮磷损失量分别为13. 69 kg·(hm~2·a)-1和1. 50 kg·(hm~2·a)-1.农肥所含氮磷及降雨冲刷是小流域径流污染的主要原因.小流域的总氮(TN)和总磷(TP)平均浓度达10. 05 mg·L~(-1)和1. 10 mg·L~(-1),远超过富营养化发生标准,须引起关注.本研究观测的两场降雨中,8月15日降雨中硝态氮(NN)和颗粒态磷(PP)分别为69. 47 kg和6. 83 kg,分别占TN和TP的53. 91%和53. 78%; 8月26日降雨中NN、氨氮(AN)和PP分别为6. 68、5. 61和1. 36 kg,分别占TN和TP的37. 74%、31. 69%和57. 63%,表明氮素流失主要通过可溶态的方式,而磷素迁移则以颗粒态为主.小流域强降雨对于氮磷流失的影响显著.这与紫色土土层薄、耕作频繁、土壤相对疏松等性质有关.     

水稻田非点源污染原位试验研究

为了研究野外水稻田的非点源污染,本试验采取一种新的原位观测方法:即在不改变水稻田原有出流特征前提下,在水稻生长季采集田面水水位和降雨信息,通过水位变化曲线计算水稻田每日的蒸散发和渗漏损失量,再根据水量平衡关系计算径流量.观测期间定期采集田面水测定总氮(TN)、总磷(TP)浓度,根据径流量和浓度估算非点源污染流出负荷量.试验选取北京市海淀区上庄镇某村水稻田试验田块,通过1年的试验观测得到在生长季内的37场降雨中共有9场降雨产生了出流.另外,还有2次人工排水和1次农田回归流形成了非点源污染.经计算试验区水稻田每个生长季TN输出系数为8.8 kg·hm-2,TP输出系数为0.47 kg·hm-2.该观测方法针对具有多出水口且最低田埂高度动态变化的野外水稻田的非点源污染观测具有较强的可操作性.     

不同灌溉模式下水稻田径流污染试验研究

为探讨不同灌溉模式下水稻田的产流规律和污染状况,为水稻灌区的农田水管理提供科学依据,本研究在常州市金坛和溧阳两地的野外水稻田开展非点源污染源试验,分别采用深水淹灌和干湿交替节水灌溉模式.在水稻生长季内,通过安装水位计和雨量计采集田面水水位和降雨信息,针对两种灌溉模式采取不同的方法计算径流量和氮磷流失负荷.结果表明,深水淹灌模式下,27场次降雨下有5场产生出流,还有1次人工排水造成了非点源污染,该灌溉模式下水稻田TN输出系数为49.4 kg·hm~(-2),TP输出系数为1.0 kg·hm~(-2);干湿交替节水灌溉模式下,最大降雨量达到95.1 mm时仍未发生产流.水稻田产流受到水稻需水量和灌排措施的影响,与田面水水位、降雨量和最低田埂高度直接相关;相较于传统的淹灌模式,干湿交替节水灌溉模式能明显减低由于降雨或者人工排水造成的非点源污染.     

次降雨过程中不同土地利用配置对径流中氮流失的影响

为了解天然次降雨过程中土地利用配置对径流氮流失的影响,本研究以重庆市忠县石盘丘小流域两个不同土地利用配置的A、B子集水区为研究对象,对集水区出口径流量和氮素进行监测.A集水区为农林水复合配置模式,B集水区为传统农业配置模式,利用EMC评估次降雨过程径流中氮的平均浓度,分析次降雨过程中不同土地利用配置对径流氮素的影响.结果表明,在次降雨径流氮流失过程中,B集水区的TN浓度（1.37~15.17 mg·L^-1）>A集水区（0.84~9.28 mg·L^-1）;A集水区第一次峰值占第二次峰值的比值62%远小于B集水区的97%;A集水区的平均可溶性总氮/总氮（DN/TN）为69%,B集水区的平均可溶性总氮/总氮（DN/TN）为75%,A集水区的平均硝态氮/可溶性总氮（NN/DN）为67%,B集水区的平均硝态氮/可溶性总氮（NN/DN）为80%.不同土地利用配置对氮流失的影响显著,与B集水区相比,A集水区能有效减少氮的流失,明显消减第一次TN峰值,减少DN和NN的养分占比.本研究为三峡库区小流域面源污染防控提供了科学依据.     

西湖龙泓涧流域暴雨径流氮磷流失特征

为掌握西湖入湖溪流龙泓涧流域非点源污染现状,研究了一年内3场暴雨径流过程中营养盐的流失特征.结果表明长历时暴雨事件一般会形成多个径流峰值,而其滞后于雨强峰值的时间取决于当次强降雨的分布.降雨的初期冲刷效应与前期降雨量有关,前期降雨量越少,总磷和氨氮的初期冲刷效应越明显,在退水阶段滞缓的壤中流会使总氮和硝态氮再产生一个浓度峰值.径流中各形态氮素的平均浓度(EMC)与降雨量、降雨历时、最大雨强和平均雨强均表现为负相关,与前5 d的降雨量表现为正相关,而总磷的EMC值与氮素有相反的变化规律.径流营养盐迁移通量随降雨量的增大而上升,Pearson分析表明总氮、硝态氮与径流水深(流量)具有较好的相关性.总磷、总氮、硝态氮和氨氮的平均迁移通量分别为34.10、1 195.55、1 006.62和52.38 g·hm~(-2),硝态氮为主要的氮素迁移类型(占总氮的84%).     

红壤丘陵区小流域典型土地利用的面源氮磷输出特征

科学识别不同土地利用方式下的径流污染输出特征是治理流域面源污染的前提.以南方红壤丘陵地区小流域为例,野外实地观测对比了不同降雨特征下林地、种植用地和建设用地的水文过程和面源污染物输出过程.结果表明,土地利用方式影响着地表径流的水文水质过程,典型降雨下3类用地类型产流时间及产流累积雨量的特征为：建设用地（9 min,2.0 mm）、种植用地（35 min,11.4 mm）和林地（108 min,24.0 mm）;而3种用地类型的总悬浮物（TSS）、总氮（TN）和总磷（TP）的污染物浓度、形态、氮磷比变化及输出强度等污染输出过程特征也呈现明显差异.典型降雨下不同用地类型具有相似的污染输出阶段,径流初期的TSS、TN和TP质量浓度均偏高,之后逐步趋于稳定;产流过程的前30 min贡献TSS、TN及TP负荷的范围均在23%~43%之间.年尺度下,各用地类型对TN和TP负荷的贡献率及单位面积负荷比存在明显差异,表现为种植用地污染负荷贡献最高（57%和45%）,而建设用地单位面积负荷比最高（9.50~12.50）.结果亦表明小流域面源污染关键源区的分布具有时空动态变化特征,由汇水单元内的用地类型组成和年降雨特征等综合决定;随着次降雨量的增加,主要贡献源由建设用地向种植用地动态转变,治理时需要根据关键源区的分布特征及下垫面产流过程规律进行针对性生态拦截.     

后曝气池HRT对改进型A_2N工艺脱氮除磷性能的影响

对A2N连续流工艺进行改进,在后曝气池中填加生物膜填料,以生活污水为处理对象,考察了后曝气池水力停留时间(HRT)对后曝气池内同步硝化反硝化(SND)以及对改进后的A2N工艺除磷脱氮性能的影响.后曝气池HRT为1.3h时,总磷(TP)平均去除率为90%,总氮(TN)平均去除率为75%,但平均出水氨氮浓度较高(为8.6 mg.L-1),后曝气池内基本未发现SND现象.后曝气池HRT为2.3h时,TN平均去除率达到80%,TP平均去除率高达95%,出水平均氨氮浓度较低(2.2 mg.L-1),后曝气池内同步硝化反硝化去除的TN量为2.42 mg.L-1.后曝气池HRT为4h、6h时,工艺TP平均去除率逐渐下降至60%,由于可利用的COD值较低,同步硝化反硝化去除的TN并未随HRT延长而有明显增长,TN去除率也逐渐降至接近60%.试验证明在后曝气池内填加生物膜并合理调控HRT,可强化工艺的脱氮除磷效果.