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".     

城市路面径流重金属排放规律及初期效应研究

在西安市城市主干道南二环太白立交高架段设置路面径流采样点,采用降雨-产流-产污同步观测的试验方法,对2014年7月—2015年8月的6场降雨径流事件进行采样,监测径流过程中Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd的浓度变化,并研究其污染排放规律及初期冲刷效应。结果表明:路面径流污染排放规律与降雨特征及污染物赋存状态密切相关,溶解态重金属浓度均在径流初期达到峰值;颗粒态重金属浓度峰值出现时间略滞后于雨强峰值;重金属总量初期冲刷程度的强弱和溶解态重金属的差异较大,重金属总量初期冲刷程度越强,溶解态重金属反而越弱。     

高速公路雨水径流重金属污染初期效应

通过对8场降雨高速公路路面雨水径流中溶解态和颗粒态Cd、Cu、Pb和Zn 4种重金属进行现场取样检测,在定性分析径流重金属污染初期效应存现的基础上,定量分析了重金属污染初期效应的显著程度,并探讨了降雨特征对径流重金属污染初期效应的影响.无因次累积负荷分数-累积体积分数曲线分析结果表明,大多数降雨事件中总重金属存在较显著的初期效应,除溶解态Pb不具有初期效应外,其余溶解态与颗粒态重金属均存在较显著的初期效应.少数降雨事件的径流在中后期存在二次冲刷效应.初期冲刷比值分析结果表明,拦截并处理径流初期25%流量(径流的体积分数,下同)可去除整个降雨事件中所排放的35%～39%(质量分数,下同)的重金属污染负荷.总重金属初期效应的显著程度顺序如下:Cd>Cu>Zn>Pb;溶解态重金属初期效应的显著程度顺序如下:Cd>Zn>Cu>Pb;颗粒态重金属初期效应的显著程度顺序为:Cu>Cd>Pb>Zn.重金属初期冲刷比值与降雨特征相关性分析表明,平均降雨强度对径流重金属污染负荷初期效应的影响显著,降雨历时、降雨量、前期晴天数和产流时间对径流重金属污染负荷初期效应的影响较小.     

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.     

太湖上游城市宜兴城区主干道路径流污染特征解析

通过监测2015年8月—2016年9月7场典型降雨事件,系统分析太湖上游城市宜兴城区3个不同功能区(环科园、新城区和老城区)主干道路径流污染特征.研究表明:宜兴市城区主干道路径流浊度、COD、TN、NH_3-N、TP浓度分别为(77.2±66.9)NTU、(97.2±79.7)、(3.0±1.9)、(0.93±0.59)和(0.35±0.36)mg·L~(-1).COD和TN超出地表水环境Ⅴ类标准,是该地区径流特征污染物.降雨过程中污染物浓度整体呈下降趋势,伴随有不同程度的波动,主要受地表残留污染物及降雨强度的影响.3个区域TN浓度差异不大,且主要以溶解态存在(60%);环科园、新城区TP浓度差异不大,且主要以颗粒态存在(70%);然而,受居民生活活动的影响,老城区TP主要以溶解态存在(60%).此外,受交通及道路坡度影响,新城区道路径流浊度和COD污染最为严重.不同降雨事件径流污染物浓度变化较大,主要受干期长度和降雨强度的影响.干期长度越长、降雨强度越小,污染物累积量及可冲刷量越大.因此,加强控制宜兴市道路初期径流、路面颗粒物、径流颗粒物和TN以及老城区TP,对保护径流主要受纳水体南溪水系及太湖水体具有重要意义.     

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.     

海绵城市试点区域内面源污染发生过程及其对水体污染负荷贡献评估

低影响开发(LID)作为我国海绵城市建设中最为重要的技术手段,能够有效解决大概率小降雨事件带来的径流污染问题,然而海绵城市试点区域内城市面源污染的发生全过程与污染输出特征规律鲜有报道.本研究选择已经建成的海绵城市建设试点区域,在地块尺度上研究多个不同降雨事件中城市面源晴天污染物累积量、降雨径流冲刷量、LID削减量、外排后对河流水体的污染输出量.结果表明,LID建设区域内街尘的累积范围为7.82~33.36 g·m-2,降雨冲刷量为0.29~4.90 g·m-2,街尘的径流冲刷率为0.9%~62.7%;LID设施对降雨冲刷的固体悬浮物(SS)削减率达90%,即占街尘累积量的13.1%~16.7%,发生溢流时SS输出量占街尘累积量的0.6%~3.8%,占径流冲刷量的3.9%~5.0%.LID径流的调蓄能力大于其设计降雨量(即在降雨量为21 mm)时径流无外排,经过LID设施外排径流水中COD、NH+4-N、TN、TP浓度均低于《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅳ类水标准.另外,LID设施对颗粒物中小于10μm和大于250μm的细颗粒物去除率较高,且微地形和常规性清扫(人工清扫和机械清扫)均对城市面源污染物累积和迁移分布产生影响.上述发现揭示了LID建设区域内城市面源的发生规律,可为定量评估LID工程绩效提供科学依据.     

北京市城乡环境梯度下街尘中重金属污染特征

街尘是引起城镇面源污染分布最为广泛、最重要的污染物载体.以城乡环境梯度为出发点,以北京地区的中心城区-城中村-郊区区县-乡镇-农村村庄的街尘为研究对象,并对街尘的粒径进行分级,分析城乡环境梯度下街尘的单位面积质量、粒径组成的分异规律和街尘的重金属含量及赋存形态,揭示城乡环境梯度对街尘及其负载的中重金属污染的影响和街尘中重金属污染的粒径效应,以期为我国城市化进程中街尘的源头控制和分层次管理提供科学依据.结果表明,街尘中Cr、Cu、Ni、Pb、Zn这5种重金属浓度以中心城区最高,农村村庄最低,单位面积街尘量则相反.街尘中Ni、Pb、Zn的弱酸可提取态比例较高(19.1%、11.1%、34.8%),Cr和Cu则相对较低(3.7%、2.1%).粒径<105μm街尘对重金属总量的贡献率(32.4%～62.4%)要大于其所占总质量比例(22.9%～49.6%).对重金属污染在不同城乡环境梯度可采取不同的控制策略:中心城区和郊区区县可加强细粒径冲刷的关注,而农村村庄和城中村则需加强环境卫生管理与改善道路清扫方式和频率.     

城市交通干道降雨径流中PAHs的污染特征

以上海、温州市典型交通干道地表径流为研究对象,分析了样品中16种溶解态和颗粒态PAHs浓度,了解了城市交通干道降雨径流中PAHs污染特征及其动态变化过程.结果表明,径流中∑PAHs(包括溶解相、颗粒相)浓度范围为919.8～16711.6ng·L-1,溶解相中PAHs浓度要远低于颗粒相(分别为4.9～1558.0ng·L-1,635.4～16624.0ng·L-1).通过对3场降雨事件中PAHs浓度随降雨过程变化的研究,可以发现并不是所有道路径流都有初期冲刷效应,初期冲刷的产生受雨前干期、降雨强度以及径流量等因素共同作用,因此简单拦截初期径流并不能十分有效地降低PAHs污染负荷.径流中PAHs在颗粒相-水相间的分配系数Kp值为2.3×104～2.5×106L·kg-1,随着悬浮颗粒物含量增加而减少,这可能跟径流过程中颗粒物粒径组成有关.     

贵阳市冬季地表灰尘重金属含量动态变化及原因探析

本研究以贵阳市冬季地表灰尘和家庭燃煤为研究对象,分析了贵阳市冬季不同时段地表灰尘重金属含量的动态变化,以及家庭燃煤取暖排放的煤灰与煤尘对环境中重金属的排放影响.结果表明:贵阳市冬季前后不同时段地表灰尘重金属含量的动态变化规律为:As含量在初冬和晚冬时段均大于初春,Cu和Pb含量表现为晚冬初春初冬,Cd、Ni、Zn在3个时段的含量变化不大;冬季地表灰尘中Cd、Cu、Zn、Pb累积较重;燃煤中元素As、Cd、Pb、Zn主要富集于煤尘中,Ni、Cu则主要富集于煤灰中.贵阳市地表灰尘在晚冬、初春时段,细粒级灰尘所占质量占比明显高于初冬,而且晚冬灰尘中粗粒级所占质量比最低,3个时段中,晚冬时段灰尘中大部分重金属含量随粒级减小而增大的特征表现得最明显.家庭燃煤排放对地表灰尘中的As、Pb含量有一定的影响.     

宿州市街尘重金属的粒径分布特征及污染评价

在宿州市不同功能区采集23个街尘样品,利用X-Ray荧光光谱法测定了样品中重金属Cu、Zn、Pb、Mn、Cr、V的含量,分析了街尘重金属的粒径分布特征,并利用地累积指数法对其污染状况进行了评价。结果表明:(1)宿州市街尘中细颗粒质量比重较高,在<75μm、75～150μm、150～250μm、250～500μm四个粒径段的街尘质量比例分别为39.73%、27.52%、22.57%和10.18%;(2)街尘中各重金属元素的含量最大值均出现在<75μm和75～150μm粒径范围内,说明重金属易在细颗粒中富集;(3)各重金属元素在<75μm粒径范围内的赋存比例均高于其他3个粒径级别,达40%左右;(4)随着街尘粒径的由粗到细,其重金属污染程度从无污染到轻度污染,各重金属元素的污染程度依次为:Zn>Pb>Cr>Cu>V>Mn。     

石家庄裕华路西段道路尘与表土重金属污染

城市道路尘与土壤表土是现代化城市环境变化的重要载体,记载了城市工业、交通和人类活动的环境影响。在城市化不断加快的背景下,重金属污染对人体潜在的危害越来越大,重金属污染监测已日益引起人们高度重视。磁化率在一定的环境中可作为重金属的替代指标,磁性测量成为城市环境污染监测的新途径新方法。通过对石家庄裕华路西段道路尘土与土壤表土样品的低频磁化率分析得出结论：裕华路西段道路尘磁化率自市中心向郊区逐渐降低,道路尘重金污染程度由市中心向郊区逐渐减弱;不同区位的道路尘与土壤表土重金属污染程度分别为中心区〉二环以内〉三环以内〉郊区和三环以内〉二环以内〉郊区〉市中心;同一区域的道路尘比土壤表土的重金属污染更严重。     

透水砖系统堵塞失效全过程对径流重金属控制效果的评价

针对透水砖系统堵塞失效对径流控制效果衰减的问题,考察了透水砖堵塞失效演化全过程时雨水径流重金属的输出变化特征,并采用综合污染指数法对不同堵塞节点透水砖铺装径流重金属污染进行风险评价。结果表明:透水砖堵塞程度增加可显著增大其表面径流溶解态和颗粒态重金属输出,且在透水砖堵塞程度达到30%后的场次降雨输出的重金属浓度明显上升;不同堵塞程度透水砖径流中重金属均出现了初期冲刷现象,初期冲刷效应强弱与透水砖堵塞程度呈正相关。透水砖堵塞前期各历时径流重金属污染风险较低,但随着堵塞加剧初期径流重金属污染风险变高,其中Cd和Pb是主要风险源。     

城市地表灰尘-降雨径流系统重金属生物有效性研究

以上海中心城区为例,定点采集地表灰尘、径流悬浮物、雨水口和河流沉积物,探讨重金属在地表灰尘-降雨径流系统中的环境行为及其生物有效性变化.研究表明,研究区域地表灰尘重金属浓度高于上海土壤背景值,其中Zn、Pb、Cd和Cu高出5~7倍,Cr和Ni高出2倍,径流非点源污染Pb、Cr和Ni贡献较大,Cd、Cu和Zn污染程度较轻.多介质赋存形态研究表明,重金属生物有效性依次为Zn>Ni>Cd>Cu>Pb>Cr.其中Cr、Zn和Cu在4种介质中分别以残渣态、碳酸盐态和有机态为主;Ni地表灰尘以残渣态为主,其它3种介质以碳酸盐态为主;Cd地表灰尘以有机态为主,径流悬浮物以非稳定形态为主;Pb在迁移过程中主导形态由铁锰结合态变为有机态.非稳定形态(F1+F2)在径流悬浮物组分中占有最高比例,6种重金属迁移比率平均值为1.74,说明从地表灰尘到径流颗粒物,重金属生物有效性明显升高,径流水体毒性和潜在生态效应值得关注;雨水口和河流沉积物残渣态含量较高,成为重金属在城市地表环境迁移的蓄积库.     

重庆市典型降雨径流中颗粒物粒径与重金属污染输出特征研究

选择重庆市渝北区水泥路面、沥青路面和屋顶面等3种典型的下垫面,以及中华坊、柏林公园汇水区作为新旧城区的典型代表,收集降雨径流样品,研究山地城市降雨径流中颗粒物粒径分布与重金属含量之间的关系。结果表明:在典型场降雨径流事件中,重金属输出形态主要是以颗粒态形式;初期径流中颗粒态Pb、Ni、Cu、Cd和Cr的百分数均超过60%。水泥路面、沥青路面和屋顶面3个下垫面径流中颗粒物粒径<240μm的体积百分数分别为92.66%、86.16%、91.74%,进入下水道后<240μm的颗粒物的体积百分数减少到81.77%;在柏林公园和中华坊汇水区,径流中颗粒物粒径<240μm的体积百分数分别为84.34%和92.13%。水泥路面和沥青路面径流中重金属含量与颗粒物总量均在0.05水平上显著相关;柏林公园和中华坊径流中重金属(除Cr和Pb外)与颗粒物不存在显著相关性。不同粒径段颗粒物与重金属之间的相关性差异明显,重金属主要是与<52μm粒径段的颗粒物总量极显著相关(Pearson相关系数>0.758),表明重金属主要与细小的颗粒物结合,山地城市降雨径流中重金属的污染控制关键是去除下垫面累积的细颗粒。     

贵阳市不同粒级地表灰尘中As、Ni水平及权重

根据贵阳市城区土地利用的情况,在不同功能区地表采集灰尘样品,分析As、Ni含量及变异规律。结果表明:贵阳市地表灰尘As、Ni含量分别为17.4mg/kg和50.0mg/kg。工业区地表灰尘中As、Ni含量最高,商贸区和校园等区域As、Ni水平较低。贵阳市地表灰尘中不同颗粒物的质量百分比大小为细颗粒(<105μm)>中等颗粒(105～250μm)>粗颗粒(250～425μm)。As在不同粒径灰尘中含量差别不大,Ni在不同粒径灰尘中含量随粒径增加而降低。细颗粒对灰尘As、Ni的贡献分别为42%和47%。除垃圾站外,贵阳市各功能区地表灰尘不同粒径颗粒物百分比随粒径增大而减小,其中交通区地表灰尘细颗粒所占比例最大。垃圾站地表灰尘中不同粒径颗粒百分比则随粒径增大而增大,As、Ni在垃圾站地表灰尘中颗粒物贡献为中等颗粒>粗颗粒>细颗粒,其余功能区不同粒径颗粒物的贡献基本为细颗粒大于粗颗粒。     

宣威街道尘中重金属的分布特征及其健康风险评估

云南肺癌高发区(宣威)的环境污染与人群健康之间的关系一直是环境科学研究领域的热点之一.本研究采集了宣威市电厂及其上风向地区和下风向地区的街道灰尘,利用ICP-MS对样品中的重金属元素进行了分析;利用富集因子法对样品中的重金属污染及来源进行探究;并运用美国环境保护署(US EPA)发布的人体暴露风险评价方法对样品中重金属元素的健康风险进行了评估.结果表明,宣威街道尘土中Al、V、Ni、Co、Zn和Cd等金属元素的质量浓度明显呈"电厂来宾倘塘"的特征;V、Cd、Cr、Cu、Mn、Co、Ni、Pb、As和Zn等10种重金属的含量明显高于云南省土壤背景值,显示宣威市地表灰尘重金属污染较为严重;宣威街道中Cr、Cu、Zn、Pb、As和Cd等重金属主要来源于电厂排放的燃煤颗粒物.健康风险评估的结果表明,宣威街道灰尘中10种重金属元素对儿童的非致癌风险大于成人,手-口摄入是灰尘重金属暴露的主要途径;宣威街道尘土中Cd、Cr、Ni、Co和As等5种致癌重金属存在潜在的致癌风险;Cr是威胁儿童健康的主要污染因子.     

不同粒段降尘重金属赋存与有机碳关联性分析

为评估不同粒径降尘重金属形态与有机物含量的相关性,测定山西运城市3种不同粒段降尘颗粒中不同形态As、Pb、Cd、Cr、总有机碳（TOC）及水溶性有机碳（WSOC）含量,并对重金属富集因子、生物有效性以及重金属赋存形态与有机碳含量之间的关联性进行了分析.结果表明：降尘中金属总含量呈现As > Cr > Pb > Cd,随粒径增大,富集重金属总量升高,不同粒段重金属形态区别不明显;随着粒径的减少,降尘中WSOC和TOC明显降低;降尘TOC和WSOC含量与某些形态的Pb、Cd、Cr之间具有较好的相关性,与As相关性较差;富集因子（EF）呈现Cd > As > Pb > Cr,其中Pb和Cd具有潜在的健康风险,Cr、As属于较稳定的元素.降尘颗粒来源不同,赋存有机物和重金属行为差异明显,不同粒段降尘颗粒环境风险不同.