北里湖總氮、總磷主要輸入外源辨識(shí)

焦 鋒,秦惠平,秦伯強(qiáng)

(1.蘇州科技學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 蘇州 215011;2.蘇州市吳中區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站,江蘇 蘇州 215218;3.中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所,江蘇 南京 210008)

杭州西湖是著名的風(fēng)景區(qū),其中相對(duì)封閉的湖區(qū)當(dāng)數(shù)北里湖.北里湖總面積約0.35km2,其北至西北一線為葛嶺,南部為孤山,東與西湖主體以白堤相隔(圖1).近年西湖及北里湖的水環(huán)境問(wèn)題不容樂(lè)觀[1-3],水質(zhì)指標(biāo)以N超標(biāo)較為嚴(yán)重,水體透明度較差及富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題也日趨嚴(yán)重,而確定N和P輸入的主要外源成為水環(huán)境治理的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題.北里湖主要的N和P外源有湖面大氣沉降、沿岸人行道路面物質(zhì)入湖(北山路和白堤雨水由下水管網(wǎng)收集,不直接入湖)、孤山坡面沖刷物質(zhì)以及湖內(nèi)的荷葉枯落物腐爛釋放的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì).筆者以湖面大氣沉降、沿岸人行道路面入湖物質(zhì)為研究對(duì)象,通過(guò)監(jiān)測(cè)、取樣探討北里湖N和P的輸入特征以及相對(duì)作用程度.

杭州市年平均降水量為1100～1600mm,全年有2個(gè)雨季和1個(gè)多雨時(shí)段.第1個(gè)雨季自5月初前后開(kāi)始,為主雨季;第2個(gè)雨季出現(xiàn)在8—9月;3—4月為多雨時(shí)段,降雨量可占全年的13%～23%.其他月份降雨較少.考慮到春季和夏季是雨水較為集中的時(shí)段,大氣總沉降量和路面物質(zhì)沖刷入湖量也主要集中在這一時(shí)段,所以大氣沉降和不透水路面樣品采集工作從2010年3月展開(kāi),同年8月底結(jié)束.

圖1 北里湖示意圖Fig.1 Sketch map of Beili Lake

1 監(jiān)測(cè)采樣方法

1.1 大氣干、濕沉降采樣方法

樣品收集分為濕沉降收集和總沉降收集,參照翟水晶等[4]的方法進(jìn)行.由于北里湖面積相對(duì)較小,湖面的氣象條件相對(duì)一致,因此僅在北里湖南部水面上設(shè)置1個(gè)總沉降采樣點(diǎn).采樣架包括不銹鋼支柱和180mm×150mm不銹鋼托盤,托盤放置離水面1.5m.托盤上放置直徑151mm、高200mm的有機(jī)玻璃采樣罐,采集總沉降樣品.總沉降樣品每10d取1次.同時(shí),1個(gè)濕沉降采樣點(diǎn)設(shè)置在與總沉降采樣點(diǎn)直線距離約200m的西湖美術(shù)館屋頂上,該屋頂高7m.干沉降樣品中的TN和TP量由總沉降中TN和TP量減去濕沉降TN和TP量獲得.所有樣品均由中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所太湖站實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè).

另外在西湖美術(shù)館屋頂上設(shè)置翻斗式自記式雨量計(jì)、自記式溫度計(jì)、風(fēng)速儀,監(jiān)測(cè)雨量、風(fēng)速、溫度等氣象要素.

1.2 路面采樣方法

路面監(jiān)測(cè)從2010年3月8日開(kāi)始,每月分月上中期、月底、旬期進(jìn)行采樣,各旬采2次樣混合后作為該旬樣品.采樣點(diǎn)選擇在湖邊交通干道北山路旁的人行道路面上,每隔300m設(shè)1個(gè)采樣點(diǎn),共設(shè)3個(gè)固定的采樣點(diǎn),分別采樣后將3個(gè)點(diǎn)的樣品混合作為該路面代表樣品,每個(gè)采樣點(diǎn)為面積5m×1.5m的長(zhǎng)方形地塊.樣品收集設(shè)備為改制的大功率吸塵器,以確保盡可能將路面灰塵收集齊全.收集后將雜物清理掉,風(fēng)干、分粒級(jí)稱重、測(cè)不同粒級(jí)灰塵中N和P的含量.TN的測(cè)定采用半微量凱式法,TP的測(cè)定采用鉬銻抗分光光度法.

為研究路面不同時(shí)段灰塵的累積特點(diǎn),分別于6月21—23日、7月31日至8月2日以及11月23—24日3個(gè)時(shí)段進(jìn)行采樣.每個(gè)時(shí)段的采樣之初先選擇路面狀況相對(duì)一致的路段,再在其中細(xì)分出相鄰的地塊11個(gè),每個(gè)地塊面積為4m×1.5m.用吸塵器吸干凈這些地塊路面的灰塵,然后每3h在鄰近的1個(gè)新地塊上采樣,每個(gè)時(shí)段共獲得11個(gè)樣品,從而構(gòu)成灰塵的逐時(shí)累積過(guò)程.采樣完成后將樣品中的雜物清理去除,樣品風(fēng)干、分粒級(jí)并稱重.

為確定無(wú)雨期對(duì)灰塵累積的影響,分別選取3個(gè)無(wú)雨時(shí)段,每個(gè)時(shí)段選擇路面狀況相對(duì)一致的路段,細(xì)分出2塊1.5m×1.5m的相鄰地塊A和B,累積開(kāi)始時(shí)先對(duì)A地塊采樣,累積結(jié)束時(shí)對(duì)B地塊采樣,采樣完成后將樣品中的雜物清理去除,樣品風(fēng)干、稱重,通過(guò)對(duì)比所獲樣品的累積量來(lái)分析無(wú)雨期前后路面灰塵累積量是否增加.

另外,實(shí)地勘測(cè)人行道路面的草地面積和不透水路面面積,測(cè)定儀器為GPS和手持激光測(cè)距儀.

2 大氣干、濕沉降入湖量估算

通過(guò)大氣沉降監(jiān)測(cè),獲得各月干、濕沉降數(shù)據(jù).干、濕沉降通量計(jì)算公式如下:

式中:T——干、濕沉降通量,kg/km2;V——樣品總體積,L;C——總沉降中TN和TP的質(zhì)量濃度,mg/L;S——采樣罐底面積,m2;1000——單位換算系數(shù).

從圖2可以看出,逐月總沉降中的TN變化幅度不大,最小值為334.68kg/km2,最大值為493.32kg/km2,變異系數(shù)為0.12.干沉降中總氮的最小值71.78kg/km2,最大值271.92kg/km2,變異系數(shù)0.45,干沉降的變動(dòng)幅度遠(yuǎn)大于總沉降,且TN的干沉降量春季3—5月明顯大于夏季6—8月;各月總沉降中TP的沉降通量變化趨勢(shì)不明顯,最小值為3.10kg/km2,最大值為7.19kg/km2,變異系數(shù)為0.27.各月干沉降中TP的沉降通量最小值為0.02kg/km2,最大值為6.47kg/km2,變異系數(shù)為0.80,同樣表現(xiàn)為干沉降的TP變化幅度較大,且TP的干沉降量夏季6—8月遠(yuǎn)大于春季.從N和P的來(lái)源分析,由于大氣中NH3-N的成分主要來(lái)自于農(nóng)田或企業(yè),因此統(tǒng)計(jì)各月沉降量中NH3-N在TN中所占的比重(平均值為56.63%),結(jié)果表明農(nóng)田可能是大氣中N的重要來(lái)源之一.最后,用沉降通量乘以北里湖面積獲得3—8月TN輸入量為1 202.20kg,TP輸入量為15.02kg.

圖2 2010年2—8月大氣干沉降、總沉降中TN和TP的逐月輸入量Fig.2 Monthly TN and TP inputs in dry and total depositions from February to August in 2010

3 沿湖人行道路面N和P入湖量分析

3.1 不透水路面塵樣粒級(jí)分布特征

在采樣時(shí)段內(nèi),將所得樣品通過(guò)50目、100目、300目、500目篩進(jìn)行篩分,獲得粒徑 d≥300μm,150μm≤d＜300μm,48μm≤d＜150μm,28μm≤d＜48μm,d＜28μm 共5組粒級(jí)的物質(zhì)并分別稱重,以確定各粒級(jí)所占比例,結(jié)果見(jiàn)表1.從各粒級(jí)組所占的比例來(lái)看,d＜48μm的較細(xì)物質(zhì)(包括28μm≤d＜48μm和 d＜28μm的2組物質(zhì))的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占59%以上,最低的占59.61%(4月中旬),最高則達(dá)到80.07%(3月下旬);d≥48μm的較粗物質(zhì)(包括d≥300μm,150μm≤d＜300μm,48μm≤d＜150μm的3組物質(zhì))的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可達(dá)59.32%(8月上旬),最低僅占19.91%(3月下旬).參考已有的分組方法[5]進(jìn)行分組,將上述粒徑組重新組合成下列3組:粗(d≥150μm)、細(xì)(28μm≤d＜150μm)和極細(xì)(d＜28μm),結(jié)果細(xì)和極細(xì)物質(zhì)(d＜150μm)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高,可達(dá)到90.04%,最低也可達(dá)到79.12%(其中極細(xì)物質(zhì)(d＜28μm)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均可達(dá)到37.15%,最高可達(dá)到58%).以上結(jié)果與張慧敏等[6]在杭州市區(qū)不同功能區(qū)的平均采樣結(jié)果相比(d＜150μm的物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為77.63%),北里湖沿岸路面沉降物中細(xì)顆粒物質(zhì)所占比例更高,說(shuō)明該區(qū)域路面沉降物以細(xì)和極細(xì)物質(zhì)為主.

3.2 不透水路面各粒級(jí)塵樣的N和P分布特征

按粗、細(xì)、極細(xì)對(duì)塵樣進(jìn)行分組,并測(cè)定各組TN和TP的質(zhì)量分?jǐn)?shù),結(jié)果見(jiàn)表2.從表2可以看出,TN質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍為0.08～9.23g/kg,各旬塵樣TN質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值變化范圍為0.39～8.21g/kg.從不同粒級(jí)組TN質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平均值看,細(xì)顆粒組＞極細(xì)顆粒組＞粗顆粒組(其中前者明顯高于后兩者).從前面的結(jié)論可知,該組所占比例最大,所以應(yīng)是N的主要攜帶者.而TP的變化則不太明顯,總體看來(lái),各粒級(jí)組TP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本相當(dāng),變化范圍在0.48～1.99g/kg之間,各粒級(jí)組的TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值變化范圍為1.03～1.06g/kg,各旬TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平均值變化范圍為0.54～1.88g/kg.

表1 2010年3—8月北里湖沿岸路面塵土粒徑分布Table1 Particle-sizedistribution of road dust around Beili Lake from March to August in 2010

表2 2010年3—8月北里湖沿岸路面各粒級(jí)塵土中TN和TP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table2 TP and TN contents for various granule grades of road dust around Beili Lake from March to August in 2010 g/kg

路面塵樣中TN和TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)出一定的逐月變化特征,從每月上、中、下旬各粒級(jí)TN和TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平均值來(lái)看,它們明顯地隨時(shí)間變化而降低.若以季節(jié)劃分則這種變化趨勢(shì)更加明顯,春季3—5月明顯較高,夏季6—8月相對(duì)較低.車輛和人流的變化不可能系統(tǒng)性地造成春季塵埃中N和P含量高于夏季的特點(diǎn),大氣沉降可能是導(dǎo)致這種季節(jié)差異的主要因素.前面關(guān)于大氣干沉降分析中,春季干沉降中TN沉降量明顯高于夏季也證明了這一點(diǎn).春季施肥可能較大地影響了大氣中的N含量,并最終影響路面灰塵的N含量.另外春季路面塵樣中混入植物花粉,也會(huì)導(dǎo)致塵樣中的N和P含量同時(shí)升高.

3.3 路面灰塵累積影響因素分析

取樣點(diǎn)位于交通密集區(qū),目視觀察可以發(fā)現(xiàn),無(wú)論什么季節(jié),每日8:00以前車流量不大,但8:00以后車流量迅速接近飽和,一直持續(xù)到22:00以后.車輛行駛是造成路面塵土的主要原因,其次就是大氣沉降.影響路面灰塵沉積的因素主要有車流量、環(huán)衛(wèi)工人的日常掃街、風(fēng)力等因素[7-9],本文所取樣品是上述因素共同作用的結(jié)果.

3.3.1 清掃道路及行車流量對(duì)路面積塵的影響

在2010年6月21—22日以及7月31日至8月1日2個(gè)時(shí)段中,分別觀察到1次清掃道路事件,清掃工具為笤帚,而11月23—24日的觀察中則沒(méi)有清掃道路事件,所觀測(cè)到的路面塵土沉積量變化見(jiàn)圖3.6月21日6:00清掃干凈的路面,至12:00灰塵沉積量就急速增加至0.92g/m2,15:00時(shí)路面灰塵累積量達(dá)到最大值(0.93g/m2),其后開(kāi)始減少,18:00時(shí)灰塵累積量降至0.52g/m2.當(dāng)日夜間未監(jiān)測(cè).22日6:00之后灰塵沉積量在0.51～0.73g/m2之間變動(dòng).另一監(jiān)測(cè)時(shí)段為7月31日至8月1日.7月31日6:00路面清掃干凈,15:00監(jiān)測(cè)到路面灰塵累積量達(dá)到相對(duì)高值,其后路面灰塵累積量也發(fā)生一定的波動(dòng),波動(dòng)范圍在0.41～0.80g/m2之間.車流量對(duì)路面灰塵的影響已得到很多研究的證實(shí),但在上述2個(gè)時(shí)段中表現(xiàn)并不顯著,在2次監(jiān)測(cè)的后半時(shí)段,即6月22日和8月1日6:00—9:00時(shí)段,在路面灰塵未清掃的情況下,車流量劇增時(shí)路面灰塵累積量并未隨車流量的增加而增加,反而有所減少,說(shuō)明還有其他因素影響了路面灰塵的累積.實(shí)際上Barrett等[10]也曾認(rèn)為交通密度對(duì)灰塵累積的影響在小尺度路段上并不明顯.

圖3 路面逐時(shí)沉積量的非線性函數(shù)回歸Fig.3 Nonlinear regression of hourly build-up dust on road

從表3可以看出道路清掃對(duì)路面灰塵累積的影響不明顯,2次清掃后灰塵累積量進(jìn)一步增大,原因在于掃帚的清除效率不高,很多機(jī)械設(shè)備的清掃也只能對(duì) d＞250μm的塵粒產(chǎn)生顯著的作用[11-12].而北山路面監(jiān)測(cè)的結(jié)果表明大部分灰塵粒徑小于150μm,因此掃帚的作用可能很不明顯.其次,掃帚清掃只能去除掉占灰塵量比例較少的那部分粗顆粒物質(zhì),并可能通過(guò)摩擦生成更多的細(xì)顆粒物質(zhì)[13].再者,清掃后灰塵還會(huì)繼續(xù)累積,清掃的效果會(huì)被新的灰塵累積所削弱甚至抵消.

3.3.2 無(wú)雨期對(duì)灰塵累積量的影響

一般認(rèn)為無(wú)雨期的長(zhǎng)短對(duì)路面灰塵累積量有著明顯的影響,但一些野外試驗(yàn)表明:路面灰塵累積量與采樣前的無(wú)雨期長(zhǎng)短并不直接相關(guān)[14],即灰塵累積量并不會(huì)因累積期的增長(zhǎng)而增加,灰塵累積過(guò)程可能受到其他因素的干擾,如人工清掃或風(fēng)力影響而呈現(xiàn)出較復(fù)雜的變化.筆者分別在2010年6月11—13日、6月18—21日以及7月30日至8月1日3個(gè)無(wú)雨時(shí)段進(jìn)行相鄰地塊采樣,采樣前一天把2個(gè)地塊A和B的路面灰塵清掃干凈.觀測(cè)結(jié)果表明這幾個(gè)無(wú)雨期情況與道路灰塵累積量的無(wú)明顯對(duì)應(yīng)關(guān)系.

實(shí)際上,路面灰塵無(wú)雨期的累積量應(yīng)是路面灰塵堆積與移除過(guò)程綜合作用的結(jié)果,堆積作用來(lái)自于大氣沉降、交通源排放,去除作用包括清掃事件、風(fēng)力侵蝕,兩者最終達(dá)成平衡[15],但達(dá)成平衡所需的時(shí)間可能受采樣點(diǎn)地表?xiàng)l件、氣象條件、人為影響而出現(xiàn)較大差異,Eckley等在未受干擾的遮雨條件下觀測(cè)到長(zhǎng)達(dá)450d內(nèi)灰塵累積仍未達(dá)到平衡的現(xiàn)象,但有些地點(diǎn)灰塵堆積平衡則可能在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)成[16].

表3 觀測(cè)時(shí)段北山路人行道路面灰塵累積量Table 3 Build-up road dust on pavement of Beishan Road during observation period

3.3.3 風(fēng)力作用路面灰塵沉積的影響

風(fēng)力作用對(duì)路面灰塵沉積的影響有2個(gè)方面:(a)風(fēng)力攜帶的灰塵由于風(fēng)速減小而發(fā)生沉積;(b)風(fēng)速較大時(shí)會(huì)造成路面灰塵重新浮起,導(dǎo)致一些細(xì)顆粒物質(zhì)重新進(jìn)入大氣中[17].為了驗(yàn)證風(fēng)力對(duì)灰塵累積的影響,挑選前期具有數(shù)日晴天的樣品進(jìn)行分析,從而避免樣品累積過(guò)程受降雨因素的干擾.

用樣品的累積量和取樣前3d(包括取樣當(dāng)天)的平均風(fēng)速進(jìn)行相關(guān)分析,結(jié)果(表4)表明單位面積沉積量與風(fēng)速有明顯的逆對(duì)應(yīng)關(guān)系,往往是風(fēng)速較大時(shí)沉積在路面的物質(zhì)量相對(duì)較小,反之則較大,兩者的變化趨勢(shì)相反.風(fēng)速與路面物質(zhì)沉積量的相關(guān)系數(shù)為-0.62,反映了兩者呈一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系,說(shuō)明風(fēng)速對(duì)路面灰塵累積過(guò)程的影響較明顯.

表4 北里湖沿岸路面風(fēng)速與路面灰塵累積量的關(guān)系Table 4 Relationship between wind velocity and build-up road dust on lakeside road

3.4 人行道路面灰塵累積平衡及數(shù)據(jù)擬合

國(guó)外研究表明,灰塵累積過(guò)程可以用線性關(guān)系、指數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)、互反函數(shù)等進(jìn)行模擬[15,18-20],一般認(rèn)為指數(shù)函數(shù)在形式上可以反映灰塵的累積機(jī)理.這些函數(shù)表明:在灰塵沉積初期,灰塵量會(huì)迅速增加,其后達(dá)到一個(gè)平衡值并在平衡值附近波動(dòng).從現(xiàn)有的資料和數(shù)據(jù)分析,北山路的這一平衡應(yīng)是一個(gè)以小時(shí)計(jì)量的日內(nèi)快平衡,原因如下:(a)對(duì)3—8月共23個(gè)樣品以單位面積灰塵量進(jìn)行分段統(tǒng)計(jì)(表5),出現(xiàn)頻率最大的區(qū)間落在0.60～0.70g/m2的范圍中.同時(shí)將3—8月所有塵樣沉積量取平均值,得到均值為0.63g/m2.因此,0.60～0.70 g/m2具有明確的統(tǒng)計(jì)意義,表明路面灰塵累積過(guò)程中的累積量經(jīng)常地落在0.60～0.70g/m2區(qū)間.(b)從表3可知,0.60～0.70g/m2是路面灰塵累積的一個(gè)頂部震蕩區(qū)間,可以認(rèn)為這是一個(gè)平衡位置,達(dá)到平衡后的灰塵累積量將反復(fù)落在該區(qū)間,這就給出了3—8月很多灰塵累積量值會(huì)落在這個(gè)區(qū)間的解釋.(c)日內(nèi)快平衡也解釋了有些累積數(shù)據(jù)隨無(wú)雨期的增加反而減少的現(xiàn)象,由于日內(nèi)累積就可達(dá)成平衡,所以采樣初始值可能就是較大值,其后由于風(fēng)的吹揚(yáng),路面物質(zhì)量反而減少,因此在較長(zhǎng)的時(shí)段中卻看不出灰塵累積量在增加.

為模擬北山路路面春夏季的灰塵累積特點(diǎn),以已有數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),使用SPSS軟件進(jìn)行非線性函數(shù)回歸分析,結(jié)果見(jiàn)圖3.

損失函數(shù)為殘差平方和,參數(shù)估計(jì)方法為L(zhǎng)evenberg-Marquardt方法,函數(shù)形式為冪函數(shù)y=atb,其中y為單位面積灰塵累積量,t為小時(shí)數(shù),a和b為待定參數(shù).冪函數(shù)通過(guò)迭代計(jì)算獲得最優(yōu)參數(shù),函數(shù)形式為y=0.302t0.24,反映回歸優(yōu)度的R2=0.62,模型可以接受.線型描述的特征基本符合實(shí)際情況,本文采用該函數(shù)作為灰塵累積量的計(jì)算模型.

3.5 沿岸人行道不透水路面N和P入湖量估算

不透水地面面積為13825 m2,不透水地面的灰塵沖刷量采用城市暴雨徑流管理模型SWMM[21]中的沖刷模型W=C1q C2B進(jìn)行估算,其中w為灰塵沖刷量,C1為沖刷系數(shù),q為徑流量,C2為常數(shù),B為路面積塵量.根據(jù)Vanoni[22]的研究,C2的取值區(qū)間為1.10～2.60,最常出現(xiàn)值為2,本研究取2.Jorge等[23]研究了 C1的取值范圍,認(rèn)為C1可取20或40(對(duì)于商業(yè)區(qū)和居民區(qū)高不透水的路面取40,對(duì)于含一定比例透水性路面的居民區(qū)則取20).北里湖沿岸人行道路面上的不透水路面與草地各占約50%,因此理論上似應(yīng)取20為宜,但筆者以極端輸出情況考慮,C1取40.徑流采用徑流系數(shù)法進(jìn)行折算,通過(guò)室內(nèi)構(gòu)建類似的人行道路面進(jìn)行降雨徑流試驗(yàn),結(jié)果表明:16次試驗(yàn)獲得的徑流系數(shù)為0.49～0.69,折中取0.60.3—8月雨量數(shù)據(jù)來(lái)自于自計(jì)式雨量計(jì).灰塵累積規(guī)律采用函數(shù)y=0.302t0.24進(jìn)行估算.上述函數(shù)可模擬整個(gè)灰塵的累積和沖刷過(guò)程.

表5 2010年3—8月北里湖沿岸路面灰塵累積量統(tǒng)計(jì)Table5 Statistics of build-up road dust on lakeside road from March to August in 2010

各月的N和P入湖量通過(guò)下式計(jì)算:

式中:M——入湖的氮磷沖刷量;W——路面灰塵累積量;m——路面物質(zhì)中的N和P質(zhì)量分?jǐn)?shù).

計(jì)算時(shí)段為2010年3—8月,該時(shí)段是水生植物的主要生長(zhǎng)期.通過(guò)編程進(jìn)行連續(xù)模擬,整個(gè)北里湖沿岸的人行道3—8月由于降雨沖刷造成的TN入湖量約為9.21kg,TP入湖量相對(duì)較少,約為4.41kg.

4 北里湖N和P來(lái)源分析

4.1 沿岸人行道及草地N和P入湖量

北里湖沿岸人行道路面由白堤近湖側(cè)人行道和北山路近湖側(cè)人行道組成(不含北山路路面及白堤主干道路面),人行道路面包括路面磚鋪成的不透水地面和人工草地2種類型,實(shí)測(cè)草地面積為16489 m2.草地表面的N和P輸出采用年輸出系數(shù)方法進(jìn)行估算.對(duì)于不同土地類型的輸出系數(shù),國(guó)內(nèi)外已有很多研究,但國(guó)內(nèi)能引用的權(quán)威數(shù)據(jù)不多,國(guó)外自Rast等[24]發(fā)表有關(guān)輸出系數(shù)的文章以來(lái),又陸續(xù)有涉及不同地區(qū)、不同年份的各土地類型輸出系數(shù)的文章發(fā)表[25-28].筆者對(duì)比綜合草地類型的輸出系數(shù),并參考EPA給出的N和P輸出系數(shù),得到草地總磷輸出系數(shù)的最大范圍為0.05～4.90 kg/(hm2?a),總氮的最大變幅為0.60～30.85kg/(hm2?a).使用輸出系數(shù)最大值進(jìn)行源于路面草地的N和 P入湖量估算,TN輸出系數(shù)取30.85kg/(hm2?a),總磷輸出系數(shù)取 4.90 kg/(hm2?a),計(jì)算得到北里湖沿岸人行道及草地TN輸入量為50.90kg/a,TP輸入量為8.09kg/a.

4.2 大氣沉降與人行道輸入的N,P量對(duì)比

監(jiān)測(cè)得到2010年3—8月北里湖大氣總沉降中TN輸入量為1202.20kg,TP輸入量為15.02kg;通過(guò)加和得到同期北里湖沿岸來(lái)自人行道路(含不透水路面及草地)的TN入湖量為60.10 kg,TP入湖量為12.50kg.與大氣沉降相比,來(lái)自人行道的TN輸入量可以忽略,但來(lái)自兩者的TP輸入相當(dāng),不能隨便忽略,因此認(rèn)為來(lái)自大氣沉降的TN是北里湖N的主要輸入外源.就P而言,大氣沉降和人行道路面輸入的貢獻(xiàn)相當(dāng).從目前西湖及北里湖水質(zhì)現(xiàn)狀來(lái)看,N超標(biāo)是主要問(wèn)題,但欲削減來(lái)自大氣沉降中的N則比較困難.因此,在未來(lái)的北里湖調(diào)水及換水工程中,應(yīng)重點(diǎn)考慮大氣沉降輸入的N影響,通過(guò)稀釋來(lái)降低水體中TN質(zhì)量濃度.

5 結(jié) 論

a.2010年3—8月北里湖大氣總沉降中TN輸入量可達(dá)1202.20kg,TP輸入量為15.02kg,兩者輸入的逐月變化不明顯.

b.北里湖沿岸人行道路面以灰塵顆粒以較細(xì)(28μm≤d＜150μm)和極細(xì)(d＜28μm)的為主.

c.不同粒級(jí)組灰塵顆粒的TN含量呈現(xiàn):細(xì)顆粒組＞極細(xì)顆粒組＞粗顆粒組;其中細(xì)顆粒組N含量明顯高于其他兩組,但各粒級(jí)組的P含量基本相當(dāng).

d.路面塵土累積在多因素共同作用下存在日內(nèi)平衡狀況,平衡區(qū)間為0.60～0.70g/m2,擬合累積規(guī)律可用公式 y=0.302t0.24模擬.

e.從外源輸入來(lái)看,北里湖沿岸人行道對(duì)湖體輸入的TN相對(duì)于大氣干濕沉降輸入而言,可以忽略,但TP輸入不可簡(jiǎn)單忽略.

[1]張志兵,施心路,劉桂杰,等.杭州西湖浮游藻類變化規(guī)律與水質(zhì)的關(guān)系[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2009,29(6):2980-2988(ZHANG Zhibin,SHI Xin-lu,LIU Gui-jie,et al.The relationship between plank tonic algae changes and the water quality of the West Lake,Hangzhou,China[J].Acta Ecologica Sinica,2009,29(6):2980-2988.(in Chinese))

[2]項(xiàng)斯端,吳文衛(wèi),黃三紅,等.近2000年來(lái)杭州西湖藻類種群的演替與富營(yíng)養(yǎng)化的發(fā)展過(guò)程[J].湖泊科學(xué),2000,12(3):219-225.(XIANG Si-duan,WUWen-wei,HUANG San-hog,et al.Algae species succession and trophic developing process during the past 2000 years in the West Lake Hangzhou[J].Journal of Lake Sciences,2000,12(3):219-225.(in Chinese))

[3]韓曾萃,朱軍政,江影,等.杭州西湖總磷模型及其治理應(yīng)用(Ⅰ)[J].環(huán)境污染與防治,2005,27(2):139-141.(HAN Zeng-cui,ZHU Jun-zheng,JIANG Ying,et al.Then TP model of West Lake in Hangzhou and its application for management(Ⅰ)[J].The Environmental Pollution&Control,2005,27(2):139-141.(in Chinese))

[4]翟水晶,楊龍?jiān)?胡維平.太湖北部藻類生長(zhǎng)旺盛期大氣氮、磷沉降特征[J].環(huán)境污染與防治,2009,31(4):5-10.(ZHAI Shui-jing,YANG Long-yuan,HUWei-ping Atmospheric nitrogen and phosphorusdeposition during optimal algal growth period in northern Lake Taihu[J].Environmental Pollution And Control,2009,31(4):5-10.(in Chinese))

[6]張慧敏,章明奎.杭州不同功能區(qū)道路灰塵中污染物的分布和有效性[J].廣東微量元素科學(xué),2007,14(12):14-18.(ZHANG Hui-min,ZHANGMing-kui.The concentration and availability of pollutants in road dust from different functional zones of Hangzhou City[J].The Trace Elements Science of Guangdong,2007,14(12):14-18.(in Chinese))

[7]CHARLESWS,EVERETTM,MCCARTHYR,et al.A comparative study of heavy 22metal concentration and distributionin deposited street dusts in a large and asmall urban area:Birmingham and Coventry,West Midlands,UK[J].Environment International,2003,29:563-573.

[8]VERMETTE S J,IRVINE K N,DRAKE J J.Temporal variability of the elemental composition in urban street dust[J].Environmental Monitoring and Assessment,1991,18:67-77.

[9]ZANDERS JM.Road sediment-characterization and implications for the performance of vegetated strips for treating road run off[J].Science of the Total Environment,2005,339:41-47.

[10]BARRETTM E,ZUBER R D,COLLINS E R,et al.A review and evaluation of the literature pertaining to the quality and control of pollution from highway runoff and construction,report No.CRWR 239[R].Austin,TX,USA:The University of Texas at Austin,1993.

[11]ELLISJB,REVITTDM.Incidence of heavy metals in street surface sediments:solubility and grain sizestudies[J].Water,Air,and Soil Pollution,1982,17:87-100.

[12]SARTORJD,BOYDG B.Water pollution aspects of street surfacecontaminants,report No.EPA-R2-72/081[R].Washington D.C.:US Environ mental Protection Agency,1972.

[13]VAZE J,FRANCISH S.Experimental study of pollutant accumulationon an urban road surface[J].Urban Water,2002,4:379-389.

[14]CHRIS SE,BRIAN B.Simulated rain events on an urban roadway to understand the dynamics of mercury mobilization in storm water runoff[J].Water Research,2009,43:3635-3646.

[15]BALL JE,JENKS R,AUBOURG D.An assessment of the availability of pollutant constituents on road surfaces[J].The Science of the Total Environment,1998,209:243-254.

[16]CHRISSE,BRIAN B,MIRIAM D,et al.Atmospheric mercury accumulation and wash off processes on impervious urban surfaces[J].Atmospheric Environment,2008,42:7429-7438.

[17]常靜,劉敏,李先華,等.上海城市地表灰塵重金屬污染累積過(guò)程與影響因素[J].環(huán)境科學(xué),2008,29(12):3483-3487.(CHANG Jing,LIUMin,LI Xian-hua,et al.Heavy metal mass accumulation of urban surface dust in Shanghai City[J].Environment Science,2008,29(12):3483-3487.(in Chinese))

[18]KIM L H,ZOH K D,JEONG SM,et al.Estimating pollutant mass accumulation on highways during dry periods[J].Journal of Environmental Engineering,2006,132(9):985-993.

[19]RICHARDSON C P,TRIPP G A.Investigation of boundary shear stress and pollutant detachment from impervious surface during simulated urban storm runoff[J].Journal of Environmental Engineering,ASCE,2006,132:85-92.

[20]YUANA Y,HALL K,Oldham C.A preliminary model for predicting heavy metal contaminant loading from an urban catchment[J].Science of the Total Environment,2001,266:299-307.

[21]HUBER W C,DICKINSON R E.Storm water management model-version 4,user's manual,report No.EPA/600/3-88/001a[R].Athens,Ga,USA:USEnvironmental Research Laboratory,1988.

[22]VANONIV A.Sedimentation engineering[R].ASCE Manual and Report on Engineering Practice.No.54,New York:NY,1975.

[23]JORGE G,LARRY A,JENNIFER D,et al.Storm water management model applications mannual,report No.EPA/600/R-09/077[R].Washington,D.C.:US Environmental Protection Agency,2009.

[24]RAST W,LEEG F.Nutrient loading estimates for lakes[J].Journal of Environmental Engineering,1983,109(2):502-517.

[25]CLESCERIN L,CURRAN SJ,SEDLAK RI.Nutrient loads to Wisconsin Lakes:partⅠ.nitrogen an phosphorus export coefficients[J].Water Resources Bulletin,1986,22(6):983-989.

[26]DODD R C,MCMAHON G,STICHTER S.Watershed planning in the Albemarle-Pamlico estuarine system:Report 1-annual average nutrient budgets[R].Washington,D.C.:USEnvironmental Protection Agency,Center for Environmental Analysis,1992.

[27]LOEHRRC,RYDING SO,SONZOGI WC.Estimating the nutrient load to awater body[C]//RYDING SO,RASTW.The Control of Eutrophication of Lake and Reservoirs,VolumeⅠ:Man and Biosphere Series.New York:Parthenon Publishing Group,1989:115-146.

[28]MCFARLANDA M,HAUCK L M.Determining nutrient export coefficients and source loading uncertainty using in stream monitoring data[J].Journal of American Water Resource Association,2001,37(1):223-236.