城市不同材料屋面径流的污染负荷特性

分析不同材料屋面径流污染负荷特性,对于提高城市面源污染负荷估算精度和确定初期径流截流比具有重要意义。以扬州市为研究区域,通过对小青瓦屋面、水泥瓦屋面和混凝土屋面这3种屋面进行降雨径流监测,比较不同材料屋面径流污染物浓度、冲刷规律以及初期冲刷效应。结果表明暴雨事件中,小青瓦屋面径流中总氮(TN)、总磷(TP)、高锰酸盐指数和总悬浮物(TSS)的事件平均浓度(event mean concentration,EMC)约为水泥瓦屋面的4~9倍;小青瓦屋面径流污染物浓度变化受雨强影响程度大于水泥瓦屋面,其中TP和TSS的浓度变化趋势和雨强变化趋势的Person相关系数r分别为0.853和0.822;各材料屋面的初期冲刷强度呈水泥瓦屋面混凝土屋面小青瓦屋面,分别截流3种屋面初期径流的60.4%、31.5%和58.0%可以完成削减60.0%的屋面径流污染负荷量的目标。如果未具体区分瓦屋面材料,用水泥瓦屋面径流污染物的EMC估算古建筑聚集区的屋面污染负荷量,将严重低估暴雨事件中TN、TP、TSS和高锰酸盐指数的实际排放量,表明精细化区分屋面材料对提高城市面源负荷估算精度具有重要意义。     

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.      

不同屋面类型径流污染特征研究

了解不同屋面类型对径流污染特征的影响,对控制城市非点源污染具有重要意义.选取不同材质、不同形状和老化程度的典型屋面,采用事件平均浓度（EMC）和M（V）曲线判识方法,对不同屋面类型降雨径流污染浓度、污染负荷和初期冲刷效应进行分析.结果表明,油毡屋面径流污染物平均浓度大于彩钢屋面;老化材料径流污染物平均浓度大于未老化屋面,未老化油毡屋面降雨冲刷效应更为明显;尖形顶屋面相比弓形顶屋面初期冲刷效应更为明显.     

屋面径流中营养物质的分布形态研究

对上海市交通干道旁一处混凝土屋面的6次降雨径流进行监测,分析了屋面径流中颗粒态和溶解态营养物质的出流规律,以期加深对屋面径流污染物的认识和为屋面雨水净化工艺的选择提供理论支持.结果表明,TN的EMC值变化范围为4.208～8.427 mg/L,TP的EMC值变化范围为0.078～0.185 mg/L;DN 和PP分别是TN和TP的主要输出形式;随着径流过程的进行,径流中小颗粒数目比例会逐渐上升.TP浓度变化与TSS基本一致,但TN浓度变化与TSS关系不大.径流后期PN（颗粒态氮）/TSS值增加和小颗粒数目比例上升表明单位质量小颗粒上的氮含量要高于大颗粒上氮的含量.径流前10 min的TSS与TP、PP的相关性很好,但径流全过程的相关性稍差,表明单位质量颗粒物上的磷含量在径流全过程中有所变化.溶解态物质污染负荷输出比较平稳,TP比TN更容易出现初期冲刷.此外,单位质量的小颗粒含有更多氮也在一定程度上削弱了TN的初期冲刷效应.     

屋面雨水径流水质特性研究

选择南京市区3处不同类型屋面(沥青屋面、瓦屋面、混凝土屋面),对7场降雨径流事件进行了监测分析,重点探讨了屋面雨水径流中污染物的出流规律、事件平均浓度(EMC).结果表明,对于降雨量大、降雨强度大的降雨事件,初期污染物浓度较高,整个出流过程污染物浓度随降雨历时呈前高后低的变化趋势;对于降雨量小、降雨强度小的降雨事件污染物浓度没有明显降低趋势;降雨强度大、具有明显降雨峰值的降雨事件中污染物出流存在“二次冲刷”现象.EMC的计算结果表明,屋面径流TN,COD的污染严重,3种屋面的TN以及沥青、混凝土屋面COD超出了《地表水环境质量标准》V类标准限值,瓦屋面和沥青屋面的TP也超出了Ⅲ类标准限值;SS和TP浓度排序:瓦屋面＞沥青屋面＞混凝土屋面,COD,TN的浓度排序为:沥青屋面＞混凝土屋面＞瓦屋面;受屋面类型、降雨特性和当地大气状况的影响,本研究与国内外同类研究存在一定的差异.     

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...     

北京城市典型下垫面降雨径流污染初始冲刷效应分析

城市硬化地表的迅速增加使得降雨径流量增加,屋面和路面等下垫面上污染物的大量累积并随径流进入城市排水系统,对城市水环境造成威胁.为了解径流污染过程和给径流污染控制提供科学依据,于2004～2006年选取典型屋面和路面对径流污染过程进行了监测和分析,计算了两种径流的次降雨平均浓度(EMC)水平,发现两类径流的COD和TN污染较为严重;屋面径流的化学需氧量(COD)、总氮(TN)分别超标(地表水环境质量标准GB 3838-2002 V类)3.64和4.80倍;路面径流的COD、TN分别超标3.73和1.07倍.利用M(V)曲线,判断径流量同径流污染负荷的关系,发现屋面径流污染物总悬浮颗粒物(TSS)、COD、TN和总磷(TP)发生了不同程度的初始冲刷现象;路面初始冲刷现象主要表现为TSS和TP,总体上初始冲刷效应不明显.汇水面性质、降雨强度、污染物累积状况等都是影响屋面和路面径流污染物排放特征的重要影响因素.     

滇池流域宝象河暴雨径流初始冲刷效应

为了有效理解滇池非点源入湖过程,选择滇池流域宝象河开展暴雨径流初始冲刷效应的初步研究.2009年雨季,在其干流沿程上、中、下游设置3个断面进行了初期3场暴雨及河道水量、水质同步观测,并提出降雨净冲刷量、负荷净冲刷量以及净冲刷径流平均浓度EMCn的定义与计算方法.结果表明,宝象河TSS、TN、TP、高锰酸盐指数的EMCn、累积曲线M(V)随着河道沿程不透水地面比例和人口规模的增加而提高,TSS、TP负荷贡献率及其M(V)与降雨强度的变化趋势一致,而TN和高锰酸盐指数负荷贡献率则与降雨量表现正相关,其中TN中NO3--N所占比例随着降雨事件次数增加而逐渐降低;此外,提出的EMCn也被证实能有效消除各点位的基流及其负荷影响,相对冲刷径流平均浓度,更为真实反映且能放大沿程断面间、不同降雨事件间的暴雨初始冲刷效应的差异.     

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.     

上海市淀北片降雨径流过程污染时空特性分析

面源是城市水体的主要污染来源之一,其负荷强度及时空分布特征对于城市水环境污染防治具有重要意义.以上海市淀北片为研究区域,选择漕河泾为代表性汇水单元,按照屋面、路面、绿地3种下垫面,于2015年期间进行大、中、小3种雨型的径流-水质同步监测,分析降雨径流特性和面源污染负荷强度,并结合GIS估算区域面源污染负荷的空间分布.结果表明:淀北片CODMn、TP、TN、NH3-N年径流污染负荷强度均值分别为385.40、4.07、57.22、11.22 kg·hm-2·a-1,总体强度较大;屋面和路面径流污染负荷均具有一定程度的初期冲刷效应,对初期55%径流采取截流措施可有效控制60%~70%的面源污染负荷;根据受纳水体河道的空间拓扑,对研究区域进行汇水单元划分,并考虑雨型对污染物EMC(事件平均浓度)的影响,可更精确地估算城市面源污染负荷及其对城市河道的影响,为城市河道水环境治理提供污染负荷来源信息,从而对河道及城市面源污染进行高效而有针对性的治理.     

Pollutant concentrations and pollution loads in stormwater runoff from different land uses in Chongqing

To investigate the distribution of pollutant concentrations and pollution loads in stormwater runoff in Chongqing,six typical land use types were selected and studied from August 2009 to September 2011.Statistical analysis on the distribution of pollutant concentrations in all water samples shows that pollutant concentrations fluctuate greatly in rainfall-runoff,and the concentrations of the same pollutant also vary greatly in different rainfall events.In addition,it indicates that the event mean concentrations (EMCs) of total suspended solids (TSS) and chemical oxygen demand (COD) from urban traffic roads (UTR) are significantly higher than those from residential roads (RR),commercial areas (CA),concrete roofs (CR),tile roofs (TRoof),and campus catchment areas (CCA);and the EMCs of total phosphorus (TP) and NH3-N from UTR and CA are 2.35-5 and 3 times of the class-III standard values specified in the Environmental Quality Standards for Surface Water (GB 3838-2002).The EMCs of Fe,Pb and Cd are also much higher than the class-III standard values.The analysis of pollution load producing coefficients (PLPC) reveals that the main pollution source of TSS,COD and TP is UTR.The analysis of correlations between rainfall factors and EMCs/PLPC indicates that rainfall duration is correlated with EMCs/PLPC of TSS for TRoof and TP for UTR,while rainfall intensity is correlated with EMCs/PLPC of TP for both CR and CCA.The results of this study provide a reference for better management of non-point source pollution in urban regions.     

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。     

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.     

山地城市地表径流源区水质特征监测研究

2010年通过对山地城市重庆江北城区10个地表源区5次地表径流过程水样的采集与分析,研究城区地表径流水质特征及其影响因素,以期为地表径流污染源区控制提供科学依据.结果表明,山地城市重庆地表径流污染过程具有明显的初期冲刷效应,降雨强度影响地表径流水质的变化,地表径流水质的波动同雨强的变化呈同步趋势,雨强增加,污染物浓度下降,表现出水质变化的随机性.山地城市重庆地表径流COD、TP与TSS具有显著的正相关性.悬浮物是城市地表径流污染的主要污染物,而且是有机物质和磷素的载体.有机物质与磷素主要以颗粒态的形式存在,而氮素以溶解态的氨和硝酸盐为主.山地城市地表径流水质TSS、COD、TN、TP和NH4+-N在各个源区的差异显著,商业区和城市交通主干道TSS、COD和TP的浓度最高,其次为城市支路、居民区道路、停车场和屋顶.不透水地表功能、交通流量、人流量和卫生管理是影响地表径流水质的主要因素.城市商业区、交通干道和人流量高的居民区道路是城市地表径流污染的关键源区.     

山地城市典型硬化下垫面暴雨径流初期冲刷研究

为了解山地城市典型硬化下垫面暴雨径流初期冲刷效应,对山城重庆的8场暴雨进行了径流全过程监测,并与平原城市作了对比分析.结果表明:TSS(总悬浮物)、COD和TP来自城市交通干道的贡献较混凝土屋面大,而TN、NH3-N两者相当;对于重金属,除Cd外,城市交通干道重金属的EMC(Event Mean Concentration)值均高于混凝土屋面.城市交通干道,初期40%的暴雨径流携带了53%±16%TSS,66%±10%COD,59%±2%TN,58%±2%NH3-N,51%±5%TP;而混凝土屋面,初期40%的暴雨径流携带了64%±20%TSS,66%±17%COD,55%±14%TN,52%±14%NH3-N,56%±3%TP,建议两类硬化下垫面至少以初期40%的暴雨径流作为控制量.与平原城市相比,山地城市交通干道初期40%的暴雨径流携带污染负荷TSS与COD的比例比平原城市分别高出16%和22%,初期冲刷效应更加明显.     

First flush of storm runoff pollution from an urban catchment in China

Storm runoff pollution process was investigated in an urban catchment with an area of 1.3 km^2 in Wuhan City of China. The results indicate that the pollutant concentration peaks preceded the flow peaks in all of 8 monitored storm events. The intervals between pollution peak and flow peak were shorter in the rain events with higher intensity in the initial period than those with lower intensity. The fractions of pollution load transported by the first 30% of runoff volume （FF30） were 52.2%-72.1% for total suspended solids （TSS）, 53.0%-65.3% for chemical oxygen demand （COD）, 40.4%-50.6% for total nitrogen （TN）, and 45.8%-63.2% for total phosphorus （TP）, respectively. Runoff pollution was positively related to non-raining days before the rainfall. Intercepting the first 30% of runoff volume can remove 62.4% of TSS load, 59.4% of COD load, 46.8% of TN load, and 54.1% of TP load, respectively, according to all the storm events. It is suggested that controlling the first flush is a critical measure in reduction of urban stormwater pollution.     

北京城市主干道降雨径流污染负荷分析

为了解城市主干道径流污染特征,于2018年6—9月对北京城市主干道降雨径流进行取样监测,运用EXCEL和SPSS软件统计分析径流污染物TSS、EC、COD、TN、TP、Zn和Ni之间的污染特性,并在此基础上估算污染物年污染负荷.研究结果表明,北京城市主干道径流水质为劣Ⅴ类;污染物浓度与降雨量、平均降雨强度、降雨历时和雨前干期长度存在一定的相关关系,依据冲刷作用与稀释作用的强弱变化,相关性有一定变化;用TSS和EC表征污染物在径流中的存在状态,发现COD、TN、Zn和Ni在径流中主要以溶解态存在,TP主要以颗粒吸附的形式存在;据实际监测数据估算,北京城市主干道年污染负荷TSS、COD、TN、TP、Zn和Ni分别为3273.15、266.86、16.24、1.89、0.097和0.008 kg·hm~(-2)·a~(-1).城市主干道径流污染特征研究可以为城市道路径流污染防控与管理提供科学依据.