降雨地表径流水质模拟中SWMM模型水质参数确定

检测城市不同功能区污染物累积和径流样本并结合模拟实验,分析不同污染物累积和冲刷规律,确定SWMM模型在降雨地表径流水质模拟中污染物累积和冲刷参数取值范围,并进行模型验证。研究结果表明,SS、COD、氨氮污染物累积量均随累积时间不断增加,并趋于稳定,其在不同功能区最大累积量C_1取值范围分别为:6.37~12.86、14.03~21.66和8.89~12.88 g/m~2,累积速率常数C_2取值范围分别为:0.055~0.100、0.061~0.085和0.133~0.167。降雨强度较大时,降雨地表径流中污染物浓度较高,但均随降雨历时不断下降,并趋于稳定。SS、COD、氨氮冲刷系数S_1取值范围分别为:0.003~0.005,0.025~0.035和0.01~0.02,冲刷指数S_2取值范围分别为:0.4~0.8,0.8~1.0和0.5~0.8。在确定的取值范围内选取SWMM模型水质参数,对某场降雨地表径流中SS、COD、氨氮污染物浓度变化过程进行模拟,模拟结果与实测数据基本吻合,表明水质参数取值范围适用于SWMM模型降雨地表径流水质模拟。     

天津中心城区典型下垫面降雨径流污染冲刷特征分析

为研究城市降雨冲刷过程中污染物变化特征,选取天津市中心城区3类典型下垫面,针对2018年6—8月期间5场降雨事件,分析降雨初期冲刷效应和径流污染特征。结果表明:SS和COD是降雨径流中的主要污染物,降雨径流污染程度从大到小依次为小区路面>平屋面>斜屋面。SS与COD、浊度以及TP存在一定相关性,是降雨径流中污染物的主要载体。典型场次降雨事件中斜屋面前30%的径流量输送SS、COD污染物总量的比例分别为73. 33%、57. 78%,平屋面为61. 11%、56. 67%。各下垫面径流污染均存在一定程度的初期冲刷效应,其中屋面径流冲刷与Sartor-Boyd模型拟合相关性较好。     

降雨特征及污染物赋存类型对路面径流污染排放的影响

在西安市城市主干道南二环路太白立交高架段设置路面径流采样点,采用人工时间间隔采样法对2014年7月~2015年9月的13场径流事件全程采样,共获得样品207个,测试径流过程SS、COD、溶解态COD、Cu、溶解态Cu、Pb、溶解态Pb、Cr、溶解态Cr、Cd、溶解态Cd的质量浓度变化,研究降雨特征及污染物赋存类型对路面径流污染质量浓度变化和负荷排放的影响.结果表明,西安市城市道路径流SS、COD污染严重,是径流的主要污染物,重金属Pb、Cr污染水平亦较高;径流过程中污染物质量浓度变化与降雨特征及污染物赋存状态密切相关,溶解态污染物排放不受降雨特征影响,均在径流初期达到质量浓度峰值随即持续降低,颗粒态污染物的质量浓度峰值出现在足够大的降雨强度峰值之后,径流过程随雨强变化波动显著,且受降雨历时和降雨量等因素的共同影响;降雨特征对溶解态污染物负荷排放的影响较小,但对颗粒态污染物具有显著影响.Ⅰ、Ⅱ型降雨事件较之Ⅲ型降雨,SS、COD、Cu、Pb、Cr、Cd的负荷初期冲刷效应更明显;路面径流的负荷初期冲刷效应并非普遍存在,所监测径流场次所有污染指标均未出现强烈的负荷初期冲刷,各污染物的负荷初期冲刷程度排序为CODSS溶CODCuPbCr溶CuCd溶Pb溶Cr溶Cd.     

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.     

城市不同下垫面降雨径流多环芳烃（PAHs）分布及源解析

以上海市不透水下垫面降雨径流为研究对象,分析了交通道路、校园、小区路面和小区屋面径流样品中16种溶解相、颗粒相PAHs质量浓度和场次降雨事件平均浓度(EMC).研究了不同下垫面降雨径流PAHs冲刷过程.通过对不同样点降雨径流初始冲刷散点进行幂函数拟合,定量表征了降雨径流PAHs和悬浮颗粒物(TSS)的初始冲刷强度.对径流样品中PAHs来源进行了分析.结果表明,径流样品Σ16PAHs(包括溶解相和颗粒相)质量浓度变化范围为317.21~10364.32 ng·L-1,其中龙吴路Σ16PAHs质量浓度(均值)最大,而校园最小.污染物的EMC值在不同样点具有很大的差异.不同样点PAHs含量在径流过程中皆呈现出明显的衰减特征,并显示出不同程度的初始冲刷效应.运用因子分析方法解析PAHs来源发现,降雨径流PAHs来自化石燃料的不完全燃烧、石油泄漏、炼焦等,且各源的贡献率在不同下垫面降雨径流中有差异.     

模拟降雨下磷石膏堆场地表径流的磷污染研究

明确磷化工企业不同形态磷元素随地表径流的迁移特征,对防控磷污染物的环境过程具有重要意义。文章通过人工模拟降雨试验,研究了不同降雨强度下(16.8、46.8、96 mm/h)磷石膏堆场中不同形态磷元素随地表径流的迁移特征。结果表明:径流中不同形态磷(TP、TDP、TPP和PO43-)含量随时间的变化具有一定规律性,即在雨水径流形成初期,各含磷污染物浓度下降迅速,并随着降雨时间延长其浓度下降速度变小,直到降雨后期(30 min以后)污染物浓度逐渐趋于平衡。其中,TPP含量的动态变化情况与TP具有高度的一致性,相关系数r为0.9。3次降雨事件均存在冲刷效应,其强弱受降雨强度、降雨量等降雨参数的影响,其中降雨事件2(降雨强度46.8 mm/h)的冲刷效应最强。     

城市降雨径流污染模拟的水质参数局部灵敏度分析

在城市降雨径流污染模拟研究中,参数灵敏度分析是进行模型率定和验证的必要研究环节,同时也是理解非点源污染产生和变化过程及进行城市降雨径流污染管理的重要参考.运用修正的摩尔斯分类筛选法(Morris screening method)对暴雨管理模型(Storm Water Management Model,简称SWMM)的水质参数进行局部灵敏度分析.研究结果显示,占区域比例较大的不透水地表的累积和冲刷参数灵敏度较高;在强降雨过程中,降雨中污染物浓度的灵敏度较高.研究表明,对占区域比例较大的不透水地表的累积和冲刷参数进行仔细识别,对于非点源污染模型的验证具有重要意义;强降雨时雨水本底浓度的测量误差会影响降雨径流污染模拟的准确度.     

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.     

北京市中心城区屋面径流污染特征及来源分析

以北京市中心城区屋面径流为研究对象,对2019年6～9月期间7场降雨事件中屋面径流及附近降雨水质情况开展监测,分析了屋面径流及降雨水质特征、径流初始冲刷效应、径流污染物浓度影响因素及其来源特征.结果表明,北京市中心城区屋面径流中总氮、氨氮、化学需氧量和悬浮物污染较为严重,降雨事件径流平均浓度(EMC)均超过《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅴ类标准限值[悬浮物超过《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)二级排放标准];降雨水质相对较好,但氨氮和总氮也存在超标情况.屋面径流中各污染物初始冲刷强度以中等和微弱为主,由大到小排序依次为：氨氮>悬浮物>化学需氧量>总氮>汞>锌>总磷>铅.屋面径流中悬浮物、化学需氧量、总磷浓度水平与干燥期长度呈显著正相关,与降雨强度呈显著负相关.结合主成分分析结果可知,降雨中的主要污染物为交通运输来源的氮类污染物,屋面径流中的主要污染物则为屋面材料老化和金属雨落管锈蚀释放的悬浮物、有机物和磷类污染物.     

重庆市路面降雨径流特征及污染源解析

2010年雨季对重庆市3场降雨时段的地表径流进行采样监测,分析了重庆市路面降雨径流过程特征与降雨强度和降雨间隔时间对不同水质参数初始冲刷的影响,运用多元统计技术区分出路面径流的潜在污染源.结果表明,3场降雨径流的COD、TP和TN的次降雨平均浓度(EMC)分别为60.83～208.03、0.47～1.01和2.07～5.00 mg.L-1,超出了国家地表水环境质量V类标准,是主要污染物;3次降雨事件中,污染物浓度的峰值均提前或同步于径流量的峰值,并且污染物浓度的峰值多数出现在产流10 min内;重金属Zn、Cu、Pb和Cd浓度随降雨径流过程呈锯齿状变化;运用主成分分析区分出路面径流水质的2种潜在污染源:①机动车交通损耗和大气干湿沉降;②城市垃圾.     

澳门城市路面地表径流特征分析

对澳门半岛孙逸仙大马路两场降雨时段的地表径流进行采样监测,项目包括浊度、COD_Cr、Pb、Zn、Cu.结果表明,初期径流水质中浊度和COD_Cr极高,但随着降雨冲刷强度的增大,SS和Pb的监测浓度增加.路面径流水质参数随降雨径流历时变化的过程曲线,很大程度上取决于降雨特征、路面车流量和路面垃圾清扫状况.2场降雨路面径流初始冲刷现象定量分析结果正好相反,反映了路面径流特征的不确定性和复杂性,因此,需对路面径流冲刷、累积过程的影响因素进行综合考虑.     

三峡库区古夫河小流域氮磷排放特征

本文以三峡库区古夫河小流域为研究对象,在自然降雨条件下,自2014年1月至2014年12月对古夫河小流域出水口断面水质水量进行了连续监测,分析了流域出水口断面污染物氮磷输出浓度、排放负荷随降雨的季节变化特征及其形态组成.结果表明,古夫河小流域年度水流量为0.6×108m3,7~9月丰水期径流量占全年的63.9%,流域出口径流流量与年降雨量间存在极显著(P0.01)的线性相关关系.小流域总氮的年排放负荷为1 432 t·a-1,溶解态氮是氮的主要排放形态,各月份溶解态氮排放负荷占总氮比例的变化范围为55.4%~91.3%,7~9月丰水期总氮排放负荷达853 t·a-1,占全年的59.6%;硝态氮输出浓度与降雨量间存在显著(P0.05)线性相关关系,其他形态氮浓度与降雨量、泥沙量间线性相关关系均不显著.总磷的年排放负荷为563.1 t·a-1,颗粒态是磷的主要排放形态,各月份颗粒态磷排放负荷占总磷比例的变化范围为41.9%~79.5%,丰水期总磷的排放负荷占全年的71.2%,总磷、可溶性总磷和颗粒态磷与降雨量和泥沙流失量之间均存在显著(P0.05)线性相关关系.     

北京市新建城区不透水地表径流N、P输出形态特征研究

2010年通过对北京市新建城区典型不透水地表径流水样的采集与分析,研究新建城区地表径流水质特征及其N、P输出形态组成,以期为城市地表径流污染的源区控制提供科学依据.结果表明,北京市新建区典型不透水地表屋面和道路地表径流污染初期冲刷效应显著,屋面径流污染负荷的输出主要集中在初期10 mm径流,而道路径流污染负荷的输出主要集中在初期15 mm径流.屋面地表径流TSS、COD、TN、NH4+-N、NO3--N和TP事件浓度均值分别为50.2、81.7、6.07、2.94、1.05和0.11 mg·L-1;道路地表径流TSS、COD、TN、NH4+-N、NO3--N和TP事件浓度均值分别为539.0、276.4、7.00、1.71、1.51和0.61 mg·L-1.屋面径流颗粒态COD、TN和TP分别占20.8%、12.3%和49.7%,道路径流颗粒态COD、TN和TP分别占68.6%、20.0%和73.6%.屋面径流溶解性氮素占总氮87.7%,其中NH4+-N和NO3--N分别占57.6%和22.5%,道路径流溶解性氮素占总氮的80.0%,其中NH4+-N和NO3--N分别占42.1%和35.0%.城市地表径流污染控制应加强NH4+-N和NO3--N的去除.     

华西雨屏区典型人工林对降雨过程中NH_4~+-N和NO_3~--N的过滤作用

氮沉降已成为河流、湖泊及城市等生态系统的主要污染威胁因素之一,森林生态系统能从林冠、地被和土壤自上而下截留过滤大气降雨中的NH+4-N和NO-3-N,是区域大气环境污染生态防治的重要途径.选取华西雨屏区几种典型人工林森林生态系统为研究对象,采用定位监测与室内分析相结合的研究方法,于2011年4—12月对大气降水、穿透雨、树干茎流、地表径流和地下渗滤NH+4-N和NO-3-N的含量与分配进行了研究.结果表明:观测期内40次降雨总雨量为492.72 mm,NH+4-N和NO-3-N的总沉降量分别为13.248 kg·hm-2和16.320 kg·hm-2;3种人工林林冠层对NH+4-N和NO-3-N的过滤能力表现为香樟林混交林柳杉林,而地表和土壤层均表现为混交林香樟林柳杉林;无林地、香樟林、柳杉林和混交林生态系统无机氮截留过滤净输入量分别为19.557、44.079、42.331、64.896 kg·hm-2,对无机氮的综合过滤作用表现为混交林香樟林柳杉林无林地.这些结果说明华西雨屏区合理配置混交林能更加有效地降低大气氮沉降对生态系统的影响.     

黄土高原降雨驱动下流域碳输移特征及其碳流失评估：以羊圈沟坝系流域为例

通过对黄土高原典型坝系流域雨季碳沉降与径流碳输移过程的研究,探讨降雨径流过程对流域碳流失的驱动机制,并进一步评估流域碳侵蚀通量.结果表明,羊圈沟坝系流域湿、干季碳沉降月通量为3.33 kg·hm~(-2)、2.18 kg·hm~(-2),干湿季碳沉降存在一定变化且对流域碳输出贡献较小.流域8月碳输出量为944.89 kg·km~(-2),其中DOC、DIC输出量分别占55.39%、44.61%;9月碳输出量为300.29 kg·km~(-2),DOC、DIC输出量分别占23.03%、79.97%,不同降雨强度径流的碳流失量不同,总体溶解性无机碳输出比重较大.羊圈沟小雨强降雨事件中径流溶解性碳输出量为156.98 kg·km~(-2),中等雨强降雨事件中径流碳输出284.60 kg·km~(-2);该流域雨季月均碳流失模数为1.89 kg·(km~2·mon)~(-1),经评估得出研究区域年碳流失模数为2.70kg·(km~2·a)~(-1).     

水肥用量对玉米季土壤CO2排放的综合影响

为揭示水肥用量对农田生态系统土壤CO_2排放的综合影响,试验设高水W1(90 mm)、中水W0.85(76.5 mm)、低水W0.7(63 mm)这3个灌水水平,300、255、210和0 kg·hm~(-2)这4个施氮水平和90、76.5、63和0 kg·hm~(-2)这4个施磷水平,采用静态暗箱-气相色谱法对夏玉米地土壤CO_2排放进行原位观测,分析土壤CO_2排放对水肥调控的动态响应.结果表明,玉米季农田土壤CO_2排放呈双峰曲线,主峰值出现在拔节期至抽雄期,次峰出现在抽雄至灌浆期,其他阶段排放通量较低.W1在高肥F1(N 300 kg·hm~(-2),P2O590 kg·hm~(-2))和低肥F0.7(N 210 kg·hm~(-2),P2O563 kg·hm~(-2))水平下全生育期土壤CO_2平均排放通量均显著高于W0.7(P0.05);中肥F0.85(N 255 kg·hm~(-2),P2O576.5 kg·hm~(-2))和F0.7水平下,W0.85与W0.7差异不显著(P0.05).W1水平下,F1比F0.7显著增大14.82%(P0.05);W0.85水平下,F0.85比F0.7显著增大8.03%(P0.05);而W0.7水平下各施肥水平间无显著性差异.单施氮(N 210 kg·hm~(-2))或磷(P2O563 kg·hm~(-2))、氮磷配施(N 210 kg·hm~(-2)、P2O563kg·hm~(-2))较不施肥处理分别显著增加23.70%、19.00%和12.30%,且氮磷交互作用极显著(P0.01).方差分析表明,供应水平相差15%时,水肥交互作用对全生育期土壤CO_2平均排放通量影响不显著(P0.05),而对土壤CO_2累计排放量影响显著(P0.05);供应水平相差30%时水肥交互作用对全生育期土壤CO_2平均排放通量和累计排放量均影响显著(P0.05).可见,灌水量、施氮量、施磷量单因素均显著促进土壤CO_2排放,而氮磷配施起抑制作用.土壤CO_2排放与水、肥供应水平均有密切关系,水肥交互显著促进了土壤CO_2排放,通过水肥联合调控可有效调节土壤CO_2排放.     

三峡库区石盘丘小流域氮磷输出形态及流失通量

小流域作为三峡库区非点源污染源头,是缓解水体水质恶化的重点防控对象.在三峡库区选取具有多种土地利用类型的石盘丘小流域为研究对象,对流域出水口断面水量水质进行连续监测,分析了小流域氮、磷污染物随降雨径流流失的浓度及形态变化特征,并计算小流域的污染物流失通量,分析影响氮、磷养分流失的主要人为和自然因素,对农业非点源污染特别是三峡库区的农业非点源污染研究具有相当重要的现实意义.结果表明,流域降雨量随季节变化明显,降雨多分布在4～6月,为小流域氮、磷流失的主要输出时期,占全年总氮、总磷负荷的58.94%和67.60%.石盘丘小流域年径流总量为8.02×10~4 m~3,总氮年流失通量为5.04 kg·hm~(-2),其中以硝态氮(2.54 kg·hm~(-2))为流失主体;输出总磷为0.534 kg·hm~(-2),可溶性总磷(0.422kg·hm~(-2))占总磷流失通量的79.00%.因此,对于石盘丘小流域来说,需要注意防范施肥和降雨期重合时水田氮磷流失.     

黄土高原磷湿沉降特征及其对坝系流域磷输出影响-以羊圈沟为例

对黄土高原坝系流域磷(P)的湿沉降过程进行动态监测,分析了降雨-径流过程中各形态磷的输出变化,探讨了黄土高原坝系流域磷湿输出分异特征及其对水体的影响.结果表明:2015年湿季(7、8月)共11场降雨,产生的磷湿沉降负荷为30.8 kg,磷湿沉降通量为0.16kg·hm~(-2),干季(9月)共3场降雨,产生的磷湿沉降负荷为20.51 kg,磷湿沉降通量为0.11 kg·hm~(-2),干湿季磷湿沉降负荷呈现出明显差异性;选取3场降雨过程(降雨量从小到大)进行动态分析发现,流域磷湿沉降负荷分别为3.33、7.51和6.35 kg,相应的本地区磷湿沉降通量依次为0.02、0.04、0.03 kg·hm~(-2),3场降雨总磷(TP)的输出负荷为1.5×10-3kg,溶解性总磷(DTP)的输出负荷为1.24×10~(-3)kg,PO_4~(3-)-P的输出负荷为7×10-4kg,表明该地区磷湿沉降以可溶性磷为主.根据单因子评价方法中的标准指数法,发现流域水质不能满足Ⅴ类水质标准,应对流域水体加强管理.