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(P0.05),商业街、主干道和绿地雨水径流总磷浓度显著高于(P0.05)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.     

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.     

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、1P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.     

潮河流域降雨径流事件污染物输出特征

在半干旱半湿润地区,非点源养分污染的发生主要由降水径流事件驱动,伴随这些短暂脉冲事件流失的养分量决定着一年总的污染排放负荷,因此研究汛期降雨径流事件下水体污染动态特征是半干旱半湿润地区污染负荷模拟及控制的关键.以北京市密云水库上游的潮河流域为研究区域,2018年和2019年汛期进行古北口站和下会站的降雨径流过程水质水量同步监测.结果表明：①监测的3场降雨事件（E1、E2和E3）中,E1的降雨量和强度最大,相应的流量和污染物浓度最高;②不同降雨事件下,污染物浓度及其变化不同.大暴雨事件和暴雨事件（E1、E3）下,总氮（TN）、氨氮（NH₄⁺-N）、硝氮（NO₃^--N）、总磷（TP）和悬浮物（TSS）的浓度与流量变化过程相似;大雨事件下（E2）,总氮（TN）、氨氮（NH₄⁺-N）、总磷（TP）和悬浮物（TSS）的浓度与流量变化过程相似,硝氮（NO₃^--N）浓度变化与流量相反;③不同降雨事件下,不同形态污染物浓度及其变化不同.降雨侵蚀强烈（E1、E2）,颗粒态污染物浓度变化明显,与悬浮物（TSS）呈显著正相关关系;降雨未引起土壤侵蚀（E3）,氮磷形态以溶解态氮（TDN）和溶解态磷（TDP）为主,浓度变化主要与流量有关;④不同降雨事件下,不同站点的流量和污染物浓度不同.强降雨侵蚀事件在古北口表现更明显,引起流量和总磷（TP）、悬浮物（TSS）的变化幅度更大.以上结果可以用来确定降雨事件引发的非点源污染物输出特征,为该地区的汛期水质预测与控制提供参考.     

重庆市不同材质路面径流污染特征分析

通过采集和监测2010年雨季重庆市同一区域的2条不同材质公路的3次降雨径流过程水样,研究了沥青路面和水泥路面径流的污染特征和差异.结果表明,2种材质路面径流中化学需氧量(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)的次降雨平均浓度(EMC)均超过国家地表水环境质量V类水质标准(GB 3838—2002);沥青路面径流中总悬浮物(TSS)、COD和TP的浓度明显高于水泥路面,分别为水泥路面的2.05、1.35和1.27倍;沥青路面污染物的初始浓度普遍高于水泥路面,TSS和TP浓度最大值的出现时间滞后于水泥路面.在2010年6月19日、7月4日和7月9日的3场降雨事件中,沥青路面30%径流量与此时径流污染物浓度之比的平均值(FF₃₀)分别为水泥路面的1.26、1.07和1.32倍.沥青路面坑槽较多和成分复杂是导致其表现出不同于水泥路面的径流污染特征的重要原因.     

澳门城市小流域地表径流污染特征分析

在澳门半岛选取土地利用为公园绿地和商住混合的2个分流制城市小流域.于2005-08～2005-11借助自动采样器进行流域出口5场降雨地表径流水质水量监测.结果表明,商住混合分流制小流域TN、TP、COD多场降雨平均浓度值分别超出国家地表水环境V类标准4倍以上.公园绿地小流域TN、TP均超出V类水标准2倍多.从降雨-径流过程污染物浓度历时变化看,2个小流域TN和TP呈现一定的初始冲刷现象.TSS与TN、TP的判定系数R²都在0.95以上,地表径流中水土流失与总氮总磷输出显     

宁波市城区不同下垫面降雨径流水质特征分析

分析了宁波市城区5种不同下垫面(屋面、绿地、居民区道路、工业区道路、商业区道路)的7~10场降雨的径流水质,研究其污染程度和变化规律。监测项目包括p H、SS、COD、TN、TP、NH3-N、重金属。结果表明:各污染物浓度在径流初期均较高,存在较明显的初期冲刷效应,随降雨历时逐渐下降并趋于稳定。不同下垫面径流污染程度顺序为:商业区道路工业区道路≈居民区道路屋面绿地。除绿地外,各下垫面的径流水质均较差,超过了GB 3838—2002《地表水环境质量标准》V类标准。相比于国内其他城市,宁波城区径流污染总体属于中等水平。     

城市雨水径流水质演变过程监测与分析

为了探讨降雨从落地前至居住小区出口径流的水质演变规律和污染特性,于2011年7～10月进行了6场雨水径流水质演变过程的监测与分析,同时,初步对比了草带对屋面径流的净化效果.结果表明:①城市降雨从"落地前雨水-屋面径流-路面径流-小区出口径流",水质变化规律明显,落地前雨水水质最好,屋面径流和小区出口径流水质较差,路面径流水质最差;②雨水水质从落地前到小区出口的演变过程中,除可溶性TP平均浓度未超出地表水环境质量Ⅳ类标准外,COD、NH4+-N、TN平均浓度均超出地表水环境质量Ⅴ类标准;③前期晴天时间短的降雨径流污染物平均浓度明显低于前期晴天时间长的降雨,并且同一场降雨过程,降雨结束时径流水质明显好于初期;④草带对降雨径流中污染物的浓度削减作用明显,约1.0 m宽的草带对屋面径流污染物COD和氮的削减率基本都在30%左右.     

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Pearson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31. 5%、58. 0%和60. 4%,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.     

苏州城区路面降雨径流污染特征分析研究

通过对苏州典型商住区和文教区路面径流水质的采样分析探讨了道路降雨径流的污染特征.结果显示不同功能区径流水质差异较大,商住区各污染物浓度均高于文教区.径流污染物浓度一般在降雨初期较高,往后逐渐下降并趋于平稳.SS和COD、Pb等都有较强的相关性.各污染物的初期效应明显,商住区初始冲刷效应较强;重金属物质的冲刷强度要大于其他污染物.降雨强度是影响初始冲刷效应的主要因素,强度较大的降雨初期冲刷效应明显.     

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...     

天津中心城区典型区域雨水径流污染特性

不同生活水平区域因生产结构、生活方式等因素的不同,导致雨水径流指标呈现出区域差异性特征。针对天津雨水径流污染问题,以天津中心城区降雨特征为研究对象,选取天津中心城区5个区域,研究不同生活水平区域与径流污染之间的关系。通过对试验区域内9个监测点5次降雨径流过程分析发现,天津中心城区道路径流中固体悬浮物（SS）、化学需氧量（COD）、总氮（TN）、氨氮（NH₃-N）和总磷（TP）的次降雨径流平均浓度（EMC）值分别为159.5~386.1 mg/L,74.6~157.6 mg/L,6.5~10.2 mg/L,1.9~5.4 mg/L和0.38~1.07 mg/L,屋面径流中SS、COD、TN、NH₃-N和TP的EMC值分别为107.7~135.1 mg/L,70.5~102.3 mg/L,8.3~9.1 mg/L,3.1~4.1 mg/L,0.24~0.69 mg/L;对于道路径流,SS、COD和TP浓度与生活水平拟合线的斜率分别为-104.7,-44.8和-0.28,SS、COD显著受区域生活水平影响,呈负相关关系;径流中SS与COD的相关系数为0.86,具有很强的相关性;区域生活水平越低,降雨量对径流污染的影响越大;对于屋面径流,污染浓度与区域生活水平拟合程度较差,无显著关系;降雨量对屋面径流的影响较小,主要影响因素为初期效应的强弱;区域污染源为生活源且具有高生活水平时,可采用Sartor-Boyd冲刷模型进行模拟。     

Rainwater utilization and storm pollution control based on urban runoff characterization

The characteristics of urban runoffs and their impact on rainwater utilization and storm pollution control were investigated in three different functional areas of Zhengzhou City, China. The results showed that in the same rain event the pollutant loads (chemical oxygen demand (COD) and total suspended solids (TSS)) in the sampling areas were in the order of industrial area > commercial area > residential area, and within the same area the COD and TSS concentrations of road runoffs were higher than those of roof runoffs. The first flush effects in roof and road runoffs were observed, hence the initial rainwater should be treated separately to reduce rainwater utilization cost and control storm pollution. The initial roof rainfall of 2 mm in residential area, 5 mm in commercial area and 10 mm in industrial area, and the initial road rainfall of 4 mm in residential area and all the road rainfall in commercial and industrial areas should be collected and treated accordingly before direct discharge or utilization. Based on the strong correlation between COD and TSS (R~2, 0.87-0.95) and the low biodegradation capacity (biochemical oxygen demand BOD_5/COD < 0.3), a sedimentation process and an effective filtration system composed of soil and slag were designed to treat the initial rainwater, which could remove over 90% of the pollutant loads. The above results may help to develop better rainwater utilization and pollution control strategies for cities with water shortages.     

武汉市城区降雨径流污染负荷对受纳水体的贡献

通过连续3年对武汉市汉阳城区降雨径流污染的监测研究,考察了降雨径流污染对受纳水体的贡献.结果表明,城市降雨径流向受纳水体输入的污染负荷占有很大的比例,是引起城市水环境质量恶化的主要原因之一.在城市集水区尺度上,3个没有实施截污工程的雨、污合流制集水区降雨径流输出的TSS、COD、TN和TP分别占集水区总污染负荷的59.4%、26.3%、11.2%和10.1%.采取截流措施,控制初期径流污染是合流制城区降雨径流污染控制的关键.     

循环式生物滤池处理城市地表径流的性能研究

对以木片为填料的塔式生物滤池配置循环装置,将其应用于处理城市地表径流污染.通过设置不同的循环次数,比较了循环操作对滤池性能的影响.研究结果表明:该循环式生物滤池在处理径流过程中存在适应驯化期,不同的污染物质其适应驯化时间不同.COD所需驯化时间最长,适应期内总入水水量达到装置空隙体积的8.5倍;NO3--N和TP适应期相当,总入水水量约为空隙体积的7.2倍;TSS与TN所需的时间最短,总入水水量约为空隙体积的5.3倍.该循环式生物滤池对TSS、COD、NH4+-N、NO3--N、TN和TP的平均去除效率分别为86.2％、24.3％、11.1％、85.9％、37.7％和45.7％.循环操作对生物滤池的性能影响研究表明,TSS、NH4+-N与TP的去除随循环次数的增加而增加,TN与NO3--N的去除未明显影响.由于循环过程中部分有机质从木片中析出,使得有机物质(COD)的去除随循环次数的增加而降低.     

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%).     

Monitoring of non-point source pollutants load from a mixed forest land use

The aim of this study was to determine the unit load of NPS (non-point source) pollutants including organic variables such as BOD (biochemical oxygen demand),COD (chemical oxygen demand) and DOC (dissolved organic carbon),nitrogen and phosphorus constituents,and suspended solids (SS) and their event mean concentration (EMC) of runoff flows from a water-shed of mixed forest land use by intensive field experiments.Field monitoring for continuous measurements of rainfall,flow,and water quality was conducted over 12 storm events during 2008–2009 using automated and manual sampling methods.The EMCs of individual runoff event were estimated for each water quality constituent based on the flow rate and concentration data of runoff discharge.The average EMCs of BOD,COD,DOC,SS,TN (total nitrogen),NH 4+ -N,NO 3- -N,TP (total phosphorus),PO 43- -P from the mixed forest land were 1.794,3.498,1.462,10.269,0.862,0.044,0.634,0.034,and 0.005 mg/L,respectively.The annual unit loads of BOD,COD,DOC,SS,TN,NH 4+ -N,NO 3- -N,TP and PO 43--P were estimated as 66.9,133.2,55.5,429.8,36.5,1.6,26.9,1.3 and 0.1 kg/(ha·yr),respectively.In addition,affecting parameters on the EMCs were investigated by statistic analysis of the field data.As a result,significant correlations with precipitation,rainfall intensity,and total runoff flows were found in most constituents.