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.     

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.     

下垫面高度梯度对城市灰尘分布特性及其重金属污染的影响

下垫面高度梯度对城市颗粒污染物的地球化学循环有重要的影响,不同高度下垫面上累积的灰尘可能对城市地表径流与大气颗粒物污染有重要指示作用.本文以不同高度梯度的下垫面,如路面(0 m)、公交站台(3 m)、天桥(5 m)、楼顶(20 m)上的灰尘为研究对象,揭示高度梯度对灰尘颗粒物单位面积质量、粒径组成、重金属含量和粒径污染负荷比的影响.结果表明,随着高度梯度变化,不同下垫面上灰尘颗粒物的单位面积质量之间存在显著差异(p0.05):路面((33.0±27.1)g·m~(-2))楼顶((20.6±11.7)g·m~(-2))天桥((4.4±4.0)g·m~(-2))公交站台((2.3±1.4)g·m~(-2));高度梯度对细灰尘(粒径105μm)的质量比的影响为:公交站台(49.5%)楼顶(40.8%)路面(38.6%)天桥(37.6%);6种重金属在不同高度下垫面的含量不同,其中,Cr、Cu和Ni在公交站台含量最高,Cd和Pb在楼顶含量最高,6种金属(除Cu外)均在路面含量最低.细灰尘(105μm)所占颗粒物污染负荷比为:公交站台(67.4%)楼顶(49.6%)天桥(49.2%)路面(48.1%).临时性管控措施(限行、限产等)和常规性清扫(人工清扫和机械清扫)均能减少灰尘质量,使细灰尘质量比增加,重金属污染负荷有明显削减,但对城市管理来说,后者更经济实用.     

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.     

透水/不透水格局特征对汇水单元径流污染的影响

深入揭示透水/不透水下垫面格局特征（组成、位置和比例等）对城市地块汇水单元地表径流及污染产生能力的影响,对减轻城市内涝及控制面源污染具有重要意义.利用景观格局指数分析透水/不透水下垫面格局特征与地表径流总量（Q）、溶解态污染物累积负荷（L_d）和颗粒态污染物累积负荷（L_p）之间的关系.结果表明：①表征破碎度的斑块密度（PD）与最大斑块指数（LPI）分别与Q和L_d呈正、负相关,PD与L_d呈显著正相关（r=0.59,P<0.05,以COD计）,LPI与L_d呈显著负相关（r=-0.60,P<0.05,以COD计）;②表征复杂度的景观形状指数（LSI）和平均斑块形状（MSI）分别与Q和L_p呈正、负相关性,LSI与L_p呈显著正相关（r=0.61,P<0.05,以TP计）,MSI与L_p呈极显著负相关（r=-0.62,P<0.01,以TP计）;③表征聚散度的内聚力指数（COHESION）和分散指数（SPLIT）分别与Q和L_d呈负、正相关性,COHESION与L_d呈显著负相关（r=-0.59,P<0.05,以COD计）,SPLIT与L_d呈显著正相关（r=0.6,P<0.05,以COD计）;④在城市小尺度透水面格局规划上,适量减少细小规则斑块的散乱分布,增加较大的不规则斑块或斑块群,对有效调控地表径流及污染有积极影响.通过透水/不透水面的破碎度、复杂度和聚散度与汇水区单元径流产生和污染输出的相关性分析,以期从格局特征（面积、距离和形状等）考虑合理配置LID设施调控径流污染提供新思路.     

曲堤油田结垢机理研究与防治

目的解决曲堤油田的结垢问题。方法采用离子色谱仪,对水样理化性质进行测试分析,采用X射线衍射仪对现场垢样进行成分分析,通过室内静态结垢实验结合滴定法,研究油井采出液及联合站注入水混合的配伍性,并对阻垢剂进行筛选及评价。结果曲堤油田水样水型均为CaCl_2型,含有较多的结垢性阳离子Mg~(2+),Sr~(2+)和Ba~(2+)的含量相对较少。对于结垢性阴离子,主要为HCO_3~-,CO_3~(2-)和SO_4~(2-)含量较少。曲堤油田结垢主要是由于Ca~(2+)、Mg~(2+)与HCO3-反应,生成白云石晶体造成的。各油井采出液在低温下混输,配伍性较好;随着温度的升高,会出现一定程度的结垢,但结垢率均小于5%。除Q10-X16油井采出液以外,其余各油井采出液与联合站注入水均不配伍,混合后结垢率达10%以上。选择7#阻垢剂,加注浓度50 mg/L作为曲堤油田的阻垢剂类型及加药制度。结论现场调研的7#缓蚀剂对于曲堤油田的环境具有适用性,阻垢率高,能够有效减缓曲堤油田的结垢问题。     

长江三角洲河网地区典型城镇街尘中多环芳烃的污染特征

街尘是一种重要的环境介质,其携带的污染物在城镇化过程中对河网地区的水环境构成了一定的威胁.为初步探讨长江三角洲河网地区典型街尘中多环芳烃(PAHs)的污染特征,以杭嘉湖平原河网地区饮用水水源河流上游典型小城镇的街尘为研究对象,对工业区、交通干道、旧居区、新居区和商业区5种土地利用类型的15个采样点进行街尘样品采集和粒径分级,测试街尘的密度、有机质含量以及16种U.S.EPA优控PAHs含量等指标.结果表明,粒径为<63、63～125、125～250和250～900μm街尘中总多环芳烃(∑PAHs)的平均含量分别为7261、5835、4660和2909μg·kg-1,粒径越小,PAHs含量越高,其生态风险越大.不同土地利用类型的街尘中PAHs的含量顺序依次为:工业区>交通干道>旧居区>新居区>商业区.街尘中PAHs和有机质含量存在显著正相关关系,且街尘粒径越小,有机质和PAHs的相关性越强.源解析结果表明,街尘中的PAHs多为燃烧源.     

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.     

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.     

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.