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城市雨水径流水质演变过程监测与分析
更新时间:2016-07-11 来源:《环境科学》​ 作者:董雯,李怀恩,李家科

摘要:为了探讨降雨从落地前至居住小区出口径流的水质演变规律和污染特性,于2011 年7 ~ 10 月进行了6 场雨水径流水质演变过程的监测与分析,同时,初步对比了草带对屋面径流的净化效果. 结果表明: ①城市降雨从“落地前雨水-屋面径流-路面径流-小区出口径流”,水质变化规律明显,落地前雨水水质最好,屋面径流和小区出口径流水质较差,路面径流水质最差;②雨水水质从落地前到小区出口的演变过程中,除可溶性TP 平均浓度未超出地表水环境质量Ⅳ类标准外,COD、NH+4 -N、TN平均浓度均超出地表水环境质量Ⅴ类标准; ③前期晴天时间短的降雨径流污染物平均浓度明显低于前期晴天时间长的降雨,并且同一场降雨过程,降雨结束时径流水质明显好于初期; ④草带对降雨径流中污染物的浓度削减作用明显,约1. 0 m 宽的草带对屋面径流污染物COD 和氮的削减率基本都在30%左右.

由于降雨的空间分布不均,使得降雨量小的西北城市缺水严重. 而对于年均降雨量约500 ~ 700mm 的西安市,无论是水源容量还是质量都不能满足21 世纪可持续发展的需要. 多年来渭河西安段的水质基本在地表水环境质量标准( GB 3838-2002)Ⅴ类内或超出Ⅴ类水质标准. 与巴黎、伦敦、纽约等世界级城市相比,西安属于水质性严重缺水的城市[1]. 近几年西安在建设国际化大都市的同时,又被列为国家“关中-天水经济区”发展的重点,这就要求西安不仅要有充足的水资源作保障,更要有良好的水生态环境作支撑. 2008 年以来,随着“国家水体污染控制与治理科技重大专项———河流主题”的研究在渭河流域的开展,对渭河的治理和发展起到了至关重要的作用. 但是,由于本身水资源的严重缺乏,仅靠治理是不够的. 西安处于半干旱半湿润气候区,夏秋季节的降雨比较丰富,因此,收集利用雨水这一宝贵资源,是解决西安市水危机的有效途径,而首先要明确城市雨水径流的水质特征.国内外对城市雨水径流污染的研究主要集中在以下几个方面: 一是从城市不同功能区,如工业区、商业区、交通区和生活区等去研究非点源污染; 二是从城市的不同下垫面类型,如屋顶、不透水路面、停车场、草坪、灌木丛等研究非点源污染[2,3]; 三是比较不同材质屋面,如绿色屋顶、SBS 屋顶、油毡屋面以及沥青防水膜屋顶等的径流污染[4]; 四是讨论不同交通量的路面径流污染等,然后运用不同的方法去确定污染物的成分、含量及影响因素,找出污染源及污染物的迁移规律,或者分析这些污染物对受纳水体水质的影响,并研究必要且可行的污染控制措施等[5 ~ 11],从而减轻城市非点源污染和洪涝灾害,形成可持续利用的城市排水系统,实现城市雨水再利用,为城市非点源污染的进一步研究奠定基础[12]. 如侯培强等[13]对北京市城市天然雨水与3个不同下垫面( 屋面、单位内部道路和环路干道) 的降雨径流的水质进行了评价,发现环路干道径流的综合水质最差,其他依次为屋面径流、单位内部道路径流和天然雨水,其中环路干道径流综合水质超出国家地表水Ⅴ类水质标准,天然雨水、单位内部道路径流和屋面径流综合水质满足国家地表水Ⅱ类水质标准; 颜文涛等[14]以山地城市重庆主城区某大学校园为例,对路面、屋面和绿地等3 种典型的城市下垫面径流水质进行了监测,得出由于坡度的作用,山地城市初期冲刷效应比平原城市更为显著,降雨径流污染物质的流失率高于平原城市,降雨径流污染物平均浓度随雨强和雨量的增大而增高; 盛建国等[15]研究了镇江市老城区代表性样点的雨水径流污染,发现初期径流污染严重,主要是有机污染物污染和悬浮物固体污染; 张千千等[16]运用多元统计方法分析了降雨特征对径流水质的影响,发现水泥屋面污染物的EMC 值明显高于瓦屋面; 陈莹等[17]对西安市城市主干道南二环的路面径流污染特征进行了研究,得出城市主干道路面径流污染物EMC 变异大且污染严重,SS、COD 的EMC 中值远大于国内外其他研究结果,且高于《污水综合排放标准》三级标准限值,表明颗粒物和有机物是西安市路面径流的主要污染物. 这些大都是降雨径流污染过程中单一环节的研究,关于雨水从落地前到落地后再经不同地表进入雨水管网这一过程的水质变化几乎未曾说明,也就是说对于城市雨水的全程水质演变过程,国内尤其是西北地区目前很少有系统的报道.

本研究通过对西安市“落地前雨水-屋面径流-( 草带出水) -操场径流-屋前路面径流-小区出口径流”的全程雨水水质监测,探讨城市雨水水质演变过程中的径流污染特性、浓度范围及其影响因素,以期为西北缺水型城市非点源污染控制措施的选择与方案的决择以及雨水再利用的研究提供科学依据.

1 材料与方法

1. 1 研究区概况

西安市位于陕西省的中部. 城市建成区面积约369 km2,常住人口843. 46 万人,市区多年平均降水量583. 7 mm. 年平均降水日数88 ~ 105 d,市区年平均降水日数96. 6 d,最长连续降水日数13 ~ 19 d,多出现于秋季,降水强度具有明显季节性. 降雨量年际变化相差很大,7~ 10 月降水量占年降水量的60%以上.

本实验以西安理工大学家属院为研究区,进行城市雨水水质演变过程的监测与分析. 西安理工大学金花校区位于西安市城东区东部东二环金花南路两侧,占地560 亩,建筑面积31 万m2 . 从城市地表类型来看,家属院有大量的不透水区,如屋顶、混凝土路面、不透水砖人行道等,也有各种类型的透水区,如绿化带、透水砖人行道等[18]. 所以,对西安城市地表径流有着良好的代表性,可以作为典型区域进行数据采集和分析. 本研究监测点具体位置及径流流程图如图1 所示.

版权、出处:《环境科学》

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