城市雨洪径流模型研究进展

近年来中国城市暴雨引发频繁内涝灾害,降雨径流成为水体污染重要因素。采用数学模型模拟地表径流过程对城市内涝和径流污染物的高效控制具有重要意义。基于城市雨洪径流模型的研究现状和应用实例,选择SWMM、HSPF、Infoworks CS、SLAMM 4个应用较广而侧重不同的国外城市雨洪径流模型进行介绍,归纳模型基本概念和原理,比较主要用途和适用条件,并分析各自的特点及国内外研究进展。同时指出现有城市雨洪径流模型的不足之处,对其发展趋势进行展望。     

广州番禺区不同地类的非点源污染排放特征

在广州番禺区建设代表城市、农田、村镇、园地4类典型集水区的径流试验小区,对每个径流小区采集3场有效降雨径流以研究不同土地利用类型的非点源污染负荷输出特征。结果表明,不同土地利用类型的污染物输出浓度差别较大,TSS和COD输出浓度(EMC值)的大小排列顺序为园地>农田>村镇>城市;NH3--N为农田>城市>园地>村镇;NO3--N为城市>农田>村镇>园地;TN为农田>城市>园地>村镇;TP为农田>园地>城市>村镇。对于农田集水区,TSS和COD的输出明显受降雨的影响,而N、P污染物的输出受施肥的影响更为显著;对于城市集水区,晴天累积污染物的数量和降雨情况是决定初期径流中污染负荷的主要因素。污染负荷与径流量之间相关性显著,且颗粒物是携带污染物的重要载体。各径流小区的初始冲刷效应分析结果显示,不透水地面更易发生降雨初期冲刷;降雨强度是影响降雨径流初始冲刷的关键因素。     

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.     

三峡库区典型小流域氮磷流失特征

为揭示三峡库区农业非点源物氮、磷流失的一般规律,以三峡库区秭归县的张家冲小流域为研究对象,自2005年1月至2006年4月,在自然降雨条件下,同步观测降雨、地表径流量,并对2次降雨径流的全过程进行了氮、磷浓度的测定,对降雨过程中径流量及污染物浓度随降雨-径流变化过程进行了监测研究.结果表明,长期干旱后的初期降雨径流中的氮、磷浓度明显高于雨季径流中的浓度,且氮、磷浓度变化与流量变化呈现出大致相同的趋势.降雨初期,氮、磷浓度随径流量的增大而升高;随着流量的继续增大,浓度呈现出下降趋势.对浓度随流量变化过程的监测表明,与基流中的浓度相比,总氮和硝态氮的浓度变化幅度较小,而氨氮和总磷浓度变化的幅度较大,其最大值分别是其最小值的10和67.5倍.溶解性的氨氮排放主要受降雨条件的制约,而径流中的磷主要是以颗粒态存在通过对径流量和氮、磷排放负荷的多项式回归分析表明,TN、TP、NH4 -N和NO3--N的排放负荷和径流量之间存在着多项式关系,R2分别为0.9545、0.9740、0.9677和0.9504.     

广州城区“雨水-雨水径流-河涌”污染链的特征

正在点源污染被逐步控制后,城市地面雨水径流已成为城市河流与湖泊等水体主要污染源.国内相关研究起步于20世纪80年代,之后在北京、上海、西安、珠海、澳门、天津、广州等城市开展.雨水、雨水径流及河涌的污染过程已经形成了一个完整的污染链,即雨水携带大气颗粒物降至地面,随之形成的雨水径流又携带地表污染物进入城市河涌,从而恶化河涌水质;然而,对"雨水-雨水径流-河涌"整个污染链的研究尚鲜见文献报道.     

路面径流的大肠菌群污染及其雨水花园处理

调查了上海市区路面径流中大肠菌群的污染状况,分析了径流中大肠菌群含量的主要影响因素,采用雨水花园模拟柱,考察雨水花园对城市路面径流中大肠菌群的去除效果。结果表明,上海市区地面道路径流中总大肠菌群、粪大肠菌群的均值分别为2.28×106、9.48×105cfu/100 m L,污染较严重,径流中大肠菌群含量与气温呈正相关;雨水花园对径流中大肠菌群具有良好的去除效果,不同模拟柱平均去除率范围在92.4%~99.5%。填料深度和水力停留时间是影响雨水花园对大肠菌群去除效果的主要因素。长期运行后,填料中没有大肠菌群的积累,雨水花园对大肠菌群的去除效果可保持长期稳定。     

公路地表灰尘及径流中颗粒物附着重金属对比研究

对北京城区北三环上北太平桥以西约300 m处路段地表灰尘及径流中不同粒径颗粒物附着重金属载荷进行对比研究.结果表明:(1)随着颗粒物粒径的增大,地表灰尘中颗粒物附着重金属浓度总体上逐渐降低;地表灰尘中<40.00 μm颗粒物附着重金属浓度最高;重金属载荷分布集中度不强,但主要集中在地表灰尘中<300.00 μm的颗粒物L.(2)地表径流中大部分重金属附着在<125.00 μm颗粒物上;0.45～10.00 μm颗粒物附着重金属载荷最高;0.45～40.00 μm颗粒物附着重金属载荷平均为77.1%.(3)地表灰尘中<40.00 μm的颗粒物的潜在水环境风险不太突出,但是其实际水环境影响却起主导作用.(4)进入水体的小粒径颗粒物质量分数升高是地表灰尘和径流重金届载荷随颗粒物粒径分布不同的重要原因之一;大气湿沉降对小粒径颗粒物重金属载荷可能会有一定的影响.     

城区地表径流面源污染和河道水环境治理的研究

河流为人类提供了多样的生态服务功能,然而城市化对河流生态系统健康状况造成严重的影响。随着点源污染的有效管理控制,非点源污染降雨径流己成为造成城市地表水环境污染的主要原因。为了改善河道水质,引调清水激活城市内河水体,提高河道的水环境自净能力,有效改善城市水环境。文章以南京河西水系为例,利用Saint-Venant方程组对水系建立一维水动力模型,并通过汇流结点水位法对方程组进行数值求解;对WASP5水质模型进行二次开发用于水质模拟;建立水质模型和一维河网水动力模型的耦合模型,将水动力模型计算所得到的水动力参数耦合到WSAP5水质模型中,模拟降雨过程以及引调清水过程的河网各河段的水质变量浓度,得出降雨径流对河流的污染程度以及引清冲污措施对河流水质改善的效果并优化调水过程。     

三峡库区小流域不同土地利用类型“土壤-水体”氮磷含量特征及其相互关系

利用长期田间监测数据,分析了三峡库区典型农业小流域不同土地利用类型土壤、浅层地下水氮磷含量分异特征,剖析了坡面土壤氮磷含量与浅层地下水、坡面地表径流氮磷浓度的相互关系.结果表明梯田的土壤TN平均含量显著(P0.05)高于坡耕地,水田梯田平均含量1.49 g·kg~(-1)最高;旱地坡耕地和桑树套种坡耕地土壤TP平均含量显著高于其它地类;旱地梯田土壤NO_3~--N平均含量最高,离散程度最大.坡面土地利用类型对浅层地下水TN、NO_3~--N浓度影响较大,但对TP浓度影响较小;流域浅层地下水TN浓度与NO_3~--N浓度呈极显著正相关,不同坡面浅层地下水NO_3~--N对TN平均贡献率在67.82%~78.51%之间;浅层地下水TN、NO_3~--N月平均浓度变化规律基本一致,春秋两季农作物施肥后均呈现明显上升趋势.坡面土壤TN平均含量与浅层地下水TN浓度呈显著指数关系,坡面土壤NO_3~--N平均含量与浅层地下水NO_3~--N浓度呈对数关系,但与坡面地表径流TN、NO_3~--N浓度无显著相关性;当坡面地表径流TP浓度0.1 mg·L~(-1)时,坡面土壤TP平均含量与其呈显著线性相关;坡面地表径流与浅层地下水TN、NO_3~--N浓度均呈显著幂函数关系,且NO_3~--N相关性更好.     

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.