海绵城市地块汇水区颗粒污染物的传输

目前我国海绵工程建设多集中在地块汇水区单元内开展,通过多个低影响开发(LID)设施协同完成地表径流水质水量的调控,但基于地块汇水区尺度下城市面源污染的产生和控制效果鲜有报道.本研究比较分析了不同硬化率地块汇水单元内的面源颗粒污染物晴天累积、降雨冲刷、地表径流及径流输出负荷状况.结果表明,地块汇水单元内硬质路面是面源颗粒污染物贡献的最主要的下垫面类型,中硬化率(61.1%)地块和高硬化率(73.6%)地块路面街尘累积量分别约占汇水区单元的88.4%(2.22～12.51 g·m~(-2))和90.1%(4.99～33.43 g·m~(-2)),对径流SS的输出贡献比率分别约为91.7%(0.97～7.34 g·m~(-2))和90.5%(0.92～18.77 g·m~(-2)),降雨径流SS污染负荷占比分别约为95.2%和83.1%,经LID设施处理后输出径流污染负荷约为地表径流的24.0%和40.2%.硬质路面的街尘晴天累积及降雨冲刷以150μm为主,地表径流及输出径流则以50μm粒径段为主,同时地块不透水比例的增加,细粒径(105μm)颗粒物的累积及冲刷分布增大(24.4%和106.4%),而粒径50μm的颗粒物在路面径流中的分布减小(12.4%).屋面的街尘累积、冲刷及降雨径流的粒径分布状况与硬质路面大致相似,但中硬化率地块(1 000μm)和高硬化率地块(250～450μm、45μm)在3个粒径段范围的颗粒物累积和冲刷相较于路面街尘粒径分布明显增加(1 000μm:58.1%和108.5%; 250～450μm:72.9%和41.8%;45μm:59.2%和64.8%).以上结果揭示了颗粒污染物在地块汇水区尺度下的污染全过程(累积-冲刷-输出)分布及LID设施对地块整体SS污染负荷的控制效果,可为地块汇水单元内LID设施工程绩效的科学评估提供重要参考.     

透水路面-生物滞留池组合道路的城市面源污染控制效果评估

不同低影响开发(LID)技术组合对于控制城市面源污染具有重要应用价值,但是其对城市面源污染形成过程(污染物累积-冲刷-输送)的影响及污染负荷削减效果的评估鲜见报道.本研究以深圳市国际低碳城为例,分析了6场降雨事件下透水路面-生物滞留池组合对城市面源晴天污染物累积量、降雨径流冲刷量、不同LID设施的削减量、溢流的负荷量的影响.结果表明,研究区地表颗粒物平均累积量为(15.80±3.79)g·m~(-2),粒径250μm的颗粒物质量占比约为65.14%;6场不同强度降雨对地表颗粒物的平均冲刷率为17.15%,粒径105μm的颗粒物冲刷率为62.71%~74.94%;降雨冲刷地表径流污染物SS、TN、TP的平均污染负荷分别为2.02、0.025、0.001 3 g·m~(-2);透水路面下渗、过滤作用对污染物SS、TN、TP的去除率分别为70.26%、46.29%、19.27%;生物滞留池对径流二次净化去除率分别为85.25%、20.22%、70.27%;入河径流污染物SS、TN、TP的平均污染负荷分别为0.08、0.011、0.000 3 g·m~(-2),是地表冲刷污染负荷的4.05%、43.47%、24.39%.透水路面-生物滞留池组合应用对道路径流中污染物的净化效果显著.通过定量化表征透水路面-生物滞留池组合应用道路的城市面源污染形成过程,以期为城市面源污染形成过程的污染负荷估算及LID工程绩效评估提供科学依据,为LID在国内的推广应用和海绵城市设计提供参考.     

不透水地表粗糙度对城市面源颗粒物的累积和冲刷影响

目前国内外关于不透水地表微观结构特征如何影响街尘对径流输出过程的研究鲜见报道.本研究基于12场降雨事件的野外观测,以粗糙度（构造深）量化不透水地表微观结构特征,分析粗糙度与晴天街尘的累积特征及雨天冲刷特征之间的相关关系.结果表明,不透水地表粗糙度显著影响街尘的晴天累积-雨天冲刷过程,晴天累积天数对粗糙度与街尘累积量的相关性（r=0.664,P<0.01）具有增强效应,降雨量对粗糙度与街尘冲刷量的相关性（r=0.527,P<0.01）具有增强效应;各粒径段街尘累积量与粗糙度的相关性（0.529≤ r<0.757）随颗粒物粒径变大而提高,各粒径段街尘冲刷量与粗糙度的相关性（0.603 > r > 0.209）随颗粒物粒径变大而降低.通过建立粗糙度和降雨量的线性回归模型可以较好地预测场降雨径流中TSS累积污染负荷.粗糙度和降雨量对<20 μm以及>250 μm粒径段的累积负荷作用效果显著.上述结果揭示了粗糙度和降雨量对街尘输出为地表径流污染物的作用,为准确模拟城市面源颗粒污染物的径流冲刷过程提供了科学依据.     

合流制面源污染传输过程与污染源解析

科学认识和全面理解合流制面源污染发生路径和污染贡献源对于治理和改善城市水环境至关重要.本研究以珠海市典型老城区的合流制小排水区为例,分析了污染物在地表与管道中的累积-冲刷过程,并运用质量守恒法解析了污染物的贡献源.结果表明,地表街尘累积量为(28. 81±10. 69) g·m~(-2),多场降雨事件中地表街尘冲刷量为(19. 27±10. 90) g·m~(-2),冲刷率为(52. 69±13. 3)%,其冲刷形成的地表径流中SS场降雨浓度为52～109 mg·L~(-1),管道径流中SS的浓度为68～158mg·L~(-1);地表径流对SS的贡献率为39%～72%,旱流污水对SS的贡献率20%,管道沉积物再悬浮对SS的贡献率为13%～56%;管道沉积物的厚度在小雨和中雨时增加1～14 cm,大雨和暴雨时,减少7～17 cm;降雨特征影响了污染源贡献比率,其中地表径流对各污染物的贡献范围为2%～52%,旱流污水对各污染物的贡献率范围为9%～65%,管道沉积物对各污染物的贡献范围为8%～81%.基于上述研究结果,为合流制面源污染提出控制措施,以期为我国城市受纳水体污染的解决提供参考.     

不同粒径地表街尘中重金属在径流冲刷中的迁移转化

在我国快速城市化进程中,街尘及其径流冲刷引起的重金属污染日显突出.通过对北京市城乡道路街尘及其人工降雨模拟径流冲刷过程中不同粒径街尘中重金属的分析,探讨街尘与径流冲刷过程中的粒径效应及不同重金属赋存形态的动态变化规律.结果表明,同一粒径颗粒物从"静态"街尘到"动态"径流中的颗粒物,重金属浓度呈下降趋势.街尘中重金属在径流冲刷过程中,存在溶解与解析现象,颗粒物粒径越小,减少比率越大,5种重金属(Cr、Cu、Ni、Pb、Zn)的减少比率分别为24.3%、56.8%、34.3%、22.8%、27.3%.街尘中的弱酸可提取态比例要略大于径流颗粒物中弱酸可提取态比例,部分以水溶态进入水体中.在径流冲刷过程中,水相溶解态重金属变化不大,水相颗粒态重金属含量随降雨时间径流过程迅速降低.固相颗粒物的重金属浓度随降雨时间总体上呈下降趋势.粒径越小,冲刷率越大,最大为62.1%,最小为4.6%.地表街尘在径流冲刷过程中,小粒径颗粒物具有较强的迁移能力,较容易进入水体造成污染.     

北京城区雨水管道沉积物污染负荷研究

在北京市城区部分排水管道调研的基础上,通过监测西城区上游、下游雨水管道检查井断面径流中的污染物,研究管道沉积物在次降雨条件下的冲刷释放污染负荷.结果表明,在城市降雨径流污染控制中,雨水管道沉积物的冲刷释放作用对管道出流的污染贡献不可忽视.对于本研究所选取的雨水管道,其中84 m管道中沉积物次降雨(2010年7月9日)过程中对径流出流的污染负荷贡献率分别为:TN(总氮)8.5%、TP(总磷)8.2%、COD 18.3%、SS(悬浮颗粒物)7.7%;295 m管道中沉积物次降雨过程中(2010年8月4日)的污染负荷贡献率为:TN(总氮)23.12%、TP(总磷)30.01%、COD 33.78%、SS(悬浮颗粒物)31.89%.因此,为保证城市水环境得到根本的改善,明确雨水管道沉积物冲刷释放的量对径流总量的控制有一定的借鉴意义.     

城市道路下垫面粗糙度对街尘累积分布与污染特征的影响

道路下垫面是街尘累积-冲刷这一城市地表径流发生核心过程的重要场所,研究道路下垫面粗糙度对街尘及其负载污染物的持留分布与污染特征将对估算地表径流负荷及控制策略提供重要科学依据.本文以典型沥青和混凝土路面的街尘为研究对象,采样配对法试验设计并结合分形理论,对比分析粗糙度对街尘单位面积含量、颗粒物粒径组成、负载的氮磷及重金属污染的影响.结果表明,相比沥青路面,粗糙度较小的水泥路面所持留的颗粒物单位面积含量较少,颗粒物粒径较细,分选性较好.氮、磷含量与2种下垫面的粗糙度并无显著的相关关系,主要受环境因素影响较大,各粒径的氮、磷含量负荷比与其质量比一致,细粒径颗粒物对氮、磷的吸附作用并不明显.而重金属污染则受2种下垫面的粗糙度影响较大,水泥路面重金属含量高于沥青路面,且细粒径颗粒物的重金属污染负荷比较大,高于其质量比2.4%~24.1%.不同下垫面街尘样品各粒径段颗粒物微观形态相似.破损路面对街尘累积过程的单位面积含量及粒径组成有着较大的影响,可能对街尘累积冲刷过程及污染物富集存在不同程度的影响.     

城镇街尘污染与平原河网水体的源-汇效应研究

太湖流域是我国经济发展最为快速的区域之一,迅速的城市化进程使该地区面源污染问题日益突出.通过对嘉兴市新塍镇的地表街尘、地表径流、受纳河网水体和沉积物样品的分析,揭示了面源污染在平原河网景观格局中和水文条件下的发生及迁移规律.结果表明,街尘作为城镇各种污染物的载体和降雨径流污染的主要来源,其5种重金属(Cr、Cu、Ni、Pb、Zn)的含量分别是122.5、152.6、90.2、172.1和319.0mg·kg-1,高于城镇土壤和农业土壤.在城镇地表径流过程中,污染物的形态主要为颗粒态.城镇地表径流使街尘发生运移并造成受纳水体的污染物浓度较降雨前有大幅提升,其中,重金属和TSS总浓度分别增加了43%～166%和270%～510%.平原河网的水文条件和景观空间格局特征使地表径流颗粒物在进入水体后发生原位沉积,城镇段河道表层沉积物重金属含量比其他河段高.在平原河网地区地表径流的运移过程中,城镇地表是面源污染物的"源",地表街尘是面源污染物的"载体",河道是面源污染物的"汇".     

维护良性水循环的城镇化LID模式:海绵城市规划方法与技术初步探讨

海绵城市是低影响开发模式(Low Impact Development,LID)的重要途径,也是解决我国城市水问题的重要举措。论文从良性水循环理念的角度,针对城市防洪排涝、面源污染控制以及雨洪资源化利用等三大核心问题,以城市雨洪模拟技术和LID优化技术方法为重点,探讨了支撑海绵城市实施的关键技术方法,构建了具有自主知识产权的城市雨洪模型;并以首批海绵城市试点常德市为例进行了应用研究。研究得出:现状常德城区径流系数在0.33~0.81之间,平均值为0.64;按确保年径流总量控制目标的实现,采用渗、滞和蓄等多种LID消纳各地块径流,城区90%的地块均能达到控制目标,下沉式绿地、透水铺装和绿色屋顶总面积分别为496.75、1 338.15和613.21 hm2,占各地块面积的3.9%~31.4%之间。污染负荷SS削减率在45.0%~47.7%之间,平均削减率为46.1%。常德城区通过实施LID措施,雨洪径流和污染负荷的输出量将显著降低,基本能够达到控制目标。研究为常德海绵城市规划设计提供了重要技术支撑和理论依据,为我国海绵城市规划方法和技术研究提供了参考。     

紫色土丘陵区农村集镇降雨径流污染特征

以2006年6月至2007年4月野外观测的8场降雨径流事件中TN、TP、COD与SS含量和流量数据为基础,分析了紫色土丘陵区农村集镇的降雨径流污染物来源、形态与输出负荷及初期冲刷效应,研究了农村集镇降雨径流污染特征.结果表明,农村集镇降雨径流中TN、TP、COD与SS的事件平均浓度(EMC)均值分别为25.52、3.63、714、2396 mg·L-1,年污染负荷分别为39.21、5.57、993、3335 kg·hm-2.农村集镇降雨径流污染物浓度峰值出现在流量峰值之前,两者间隔时间为3-45min.40%的TN、TP、COD与SS污染负荷由占总径流量30%的初期径流所运移,降雨径流污染物具有中等的初期冲刷效应.可溶性氮、颗粒态磷分别是农村集镇降雨径流污染中氮、磷素输出的主要形态.可溶性氮输出量受最大雨强影响较大(r=-0.825,P<0.05).而颗粒态磷输出量较为稳定,受降雨特征影响较小.不透水地面源污染与沟道累积污染是农村集镇降雨径流的主要污染源,透水地(林地、旱坡地)的水土流失则加剧其污染.     

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d₅₀,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d₅₀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.     

西安市融雪径流污染特性及其与降雨径流污染的比较

在对西安市区融雪和降雨径流污染进行监测的基础上,分析了融雪径流的污染特性.同时,将相同地点的融雪径流污染特性与降雨径流污染进行对比,并进行了融雪径流的水质评价.结果表明,融雪径流水质具有一定的初期效应,在一场融雪径流过程中,主要污染物SS、COD、TN的浓度在融雪径流初期高于融雪后期;原状雪水的水质较好,主要指标的浓度均低于多种土地利用类型的融雪径流;不同土地利用类型融雪径流的水质差异较大;通过对比发现,除TP和Zn外,融雪径流污染物浓度低于相同地点的降雨径流污染物浓度;学校操场、屋顶、家属区的TP和学校道路的COD等融雪径流污染物浓度超出地表水V类水质标准.     

城市入河径流排放口总污染特征研究

流入城市雨源性河流的径流污染不容忽视,以我国南方典型城市深圳市的福田河流域为研究对象,经过18场典型降雨径流的测定,从污染过程线、径流初期效应识别和降雨事件平均浓度(EMC)等方面分析和讨论了城市河流入河径流排放口的总污染特征规律,有利于指导城市河流污染控制.结果表明,排放口地表径流浓度随时间变化历程中,COD、SS、TN、TP和BOD5普遍超出地表Ⅴ类水标准十多倍以上,某典型降雨场次的重金属(铬、镉、铜、砷和汞)污染较为严重,研究区排放口的浓度范围和平均值均高于重庆沙坪坝雨水口和加拿大Silerwood的雨水排放口,但低于武汉十里铺排放口.COD、SS、BOD5的初期效应尤为明显并且COD和SS冲刷强度较大,TN、TP初期效应不明显.COD、SS、TN、TP和BOD5的EMC浓度平均值分别为224.14、571.15、5.223、2.04、143.5 mg/L,在某种程度上,深圳市研究点的COD和SS的EMC值高于邻近的澳门、珠海,TN、TP值高于北京、广州、上海等城市,与国外的一些研究结果相比较,EMC值比韩国、美国及加拿大一些城市地表径流污染物浓度高得多,可见由排放口入河的径流总污染极其严重并需要治理.     

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.     

上海市城区非渗透性地面径流的污染特性研究

通过2003～2005年连续3 a对上海市城区非渗透性地表径流的采样与检测,获得了19个采样点56组径流水样污染物（COD、BOD₅、SS、NH⁺₄-N、TP、TN）浓度随降雨历时的变化过程线.据此分析了径流污染物浓度的变化规律及其与降雨特性之间的关系,计算了地表径流水质的事件平均浓度,分析了事件平均浓度的分布规律及其与降雨特性参数之间的相关关系.研究表明,上海市区非渗透性地面径流事件平均浓度中值（mg/L）为：COD 205,BOD₅ 68,SS 185,NH⁺₄-N 3.14,TP 0.40,TN 7.23,大大高于法国巴黎同类研究的结果;BOD₅与COD的比值约为0.37,明显高于发达国家相关监测的结果.结果表明,上海市城区地表径流污染严重,即使实现了理想的分流制也难以控制面源污染对城市水环境的危害.     

滨州高速公路径流污染特征分析

采用现场连续取样,对长深高速滨州段路面径流排水进行监测,探讨了路面雨水径流污染物的出流规律以及各污染物之间的相关性。结果表明:高速公路路面径流有较高的污染强度,汛期开始时降雨径流中COD、SS、TP、TN和NH3-N的事件平均浓度(EMCs)分别为292,366,0.85,7.52和2.75mg/L;降雨量大、初期降雨强度大的降雨事件,初期效应显著,径流形成30min后,COD、SS、TP、TN和NH3-N的浓度降为径流初期的29.4%,35.0%,59.2%,58.7%和64.5%,降雨量小、降雨强度小的降雨事件,整个降雨过程污染物浓度没有明显的降低趋势;初期降雨强度大的降雨事件,初期以颗粒态COD为主,中等降雨强度的降雨事件,颗粒态与溶解态COD的浓度在同一水平波动;SS与COD,TP有显著的相关性,颗粒物携带污染是高速公路径流污染的重要来源之一。     

芦溪流域非点源污染物流失的一般规律

以芦溪小流域为研究对象,监测在自然降雨条件下,不同土地利用类型小区、流域出口的污染物流失情况,研究一次降雨径流过程中非点源污染物流失的一般规律,以及不同前期降雨条件下的污染物流失特征.研究表明:随着前期降雨量的增大,SS的流失明显降低,当试验前5天总降雨量为15、115、161mm时,流域出口的SS流失浓度分别为265.6、145.8和124.2mg/L;流域出口的营养物质与COD受前期降雨条件的影响相对较小,波动幅度不大于±15%.小区试验的结果表明:污染物流失浓度的一般规律为:旱地>居民点>草地>林地>水田.植被覆盖可有效地减少泥沙流失,当植被盖度从50%上升到90%时,泥沙流失浓度可减少80%.土壤背景值是决定TN流失浓度的关键因子,旱地、草地、林地的TN流失浓度与土壤背景值的比值为2.75%、2.79%和2.42%.NO₃^--N与NH₄⁺-N的流失浓度随植被盖度的增大而增大.     

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%).