長(zhǎng)沙市城區(qū)雨水徑流污染研究

贠 汶，曲鵬飛,2

（1. 長(zhǎng)安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710064；2. 長(zhǎng)安大學(xué) 旱區(qū)地下水文與生態(tài)效應(yīng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054）

長(zhǎng)沙市城區(qū)雨水徑流污染研究

贠 汶1，曲鵬飛1,2

（1. 長(zhǎng)安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710064；2. 長(zhǎng)安大學(xué) 旱區(qū)地下水文與生態(tài)效應(yīng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054）

掌握城區(qū)雨水徑流水質(zhì)及其主要的影響因素是有效地利用城區(qū)雨水資源和控制城市非點(diǎn)源污染的基礎(chǔ)。對(duì)長(zhǎng)沙城區(qū)不同下墊面的雨水徑流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析不同下墊面雨水徑流水質(zhì)的變化規(guī)律及主要污染物的相關(guān)性，分析結(jié)果表明：徑流初期下墊面的雨水污染較嚴(yán)重，污染物濃度較高。隨著徑流時(shí)間的持續(xù)，各污染物濃度呈下降趨勢(shì)，且徑流中的 COD、TP、TN 與 SS 之間存在較好的線(xiàn)性相關(guān)關(guān)系。

徑流污染；水質(zhì)；下墊面；相關(guān)性

水環(huán)境污染是當(dāng)前世界各國(guó)普遍存在的問(wèn)題。水環(huán)境污染源可分為點(diǎn)源和面源兩大污染源[1]。隨著點(diǎn)源污染治理的深入，面源引起的污染問(wèn)題日益凸現(xiàn)。如美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，至少有一半以上的水質(zhì)問(wèn)題來(lái)源于面源污染，其中城市雨水流污染是僅次于農(nóng)業(yè)面源污染的第二大面污染源[2]。而在我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)水環(huán)境污染防治工作重點(diǎn)主要放在點(diǎn)源污染的治理上，城市雨水徑流引起的面源污染問(wèn)題一直未予足夠的重視。但事實(shí)上，城市雨水徑流已成為制約受納水體水質(zhì)改善的主要因素，不深入研究城市雨水徑流污染問(wèn)題與城市雨水徑流污染的控制和治理，水體污染問(wèn)題難以徹底解決。

城市雨水徑流污染具有其固有的特征，要對(duì)其采取針對(duì)性的進(jìn)行控制和治理，就必須了解它的污染狀況和雨水水質(zhì)的變化規(guī)律。據(jù)此目的，本文以長(zhǎng)沙市為例對(duì)城市雨水徑流進(jìn)行檢測(cè)，分析研究長(zhǎng)沙市區(qū)的雨水水質(zhì),初步掌握長(zhǎng)沙市雨水徑流污染狀況及污染物沖刷規(guī)律,為開(kāi)展雨水徑流污染控制提供數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)。

1 水樣的采集與測(cè)定

1.1 樣品的采集

按照城市徑流污染物的來(lái)源和種類(lèi)[3]，一般將其分為住宅區(qū)徑流、商業(yè)區(qū)徑流和工業(yè)區(qū)徑流三大類(lèi)。本研究是以長(zhǎng)沙市中南林業(yè)科技大學(xué)為區(qū)域進(jìn)行研究。為了初步了解長(zhǎng)沙市降雨徑流水質(zhì)狀況，進(jìn)行了實(shí)地采樣分析。

根據(jù)不同匯水面，大致將匯水面分為屋面、草地坡面、馬路(瀝青鋪砌)、校內(nèi)外機(jī)動(dòng)車(chē)道路。在林科大校園內(nèi)進(jìn)行實(shí)地考察后，在建筑物的雨落管排水口和道路的交叉口或雨水井選取具有代表性的采樣點(diǎn)。采樣點(diǎn)布置如下：

（1）選取林科大后門(mén)芙蓉南路的雨水井處，采集校外道路機(jī)動(dòng)車(chē)道路雨水徑流；

（2）選取林科大校醫(yī)院的雨落管排水口，采集其屋面雨水徑流；

（3）選取林科大青園東教學(xué)樓道牙旁的雨水井處，采集校園內(nèi)道路雨水徑流；

（4）選取林科大情人坡草坪處，采集草地坡面雨水水樣；

（5）選取體藝館前空地，采取天然雨水水樣。

1.2 樣品水質(zhì)的分析方法

1.2.1 徑流水質(zhì)指標(biāo)

從國(guó)內(nèi)外地表徑流水質(zhì)的研究結(jié)果[4-6]可以看出，徑流污染物中主要有總懸浮物（SS）、化學(xué)需氧量（COD）、總氮(TN)、總磷(TP)及重金屬等。據(jù)以上國(guó)內(nèi)外研究，本文對(duì) COD、SS、TN、TP、及重金屬(Pb、Zn 和 Cd)指標(biāo)進(jìn)行分析。

1.2.2 水質(zhì)分析方法[7]

本文地表徑流水樣指標(biāo)分析均采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)分析方法(表 1)。

表 1 水質(zhì)分析方法Table 1 The water quality analysis methods

2 結(jié)果與討論

長(zhǎng)沙市一月份進(jìn)入梅雨期，降雨主要集中在一月份、二月份和三月份，多年平均降雨量為 1 483.6 mm。本實(shí)驗(yàn)于三月開(kāi)始，三月八日前一直在降雨，三月八日后出現(xiàn)幾天的晴天，之后有零星的小雨，但未有徑流。直到三月二十日出現(xiàn)大降雨，本實(shí)驗(yàn)收集此次降雨徑流，采樣時(shí)間為 60 min。

2.1 水質(zhì)分析結(jié)果

分析結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，常規(guī)污染指標(biāo)中草地雨水的水質(zhì)明顯優(yōu)于其他下墊面徑流雨水水質(zhì)；重金屬污染中天然雨水水質(zhì)優(yōu)于下墊面徑流雨水；天然雨水與各下墊面徑流雨水的污染程度由高到低一次為：校外道路雨水＞校內(nèi)道路＞屋頂雨水＞天然雨水＞草地雨水。

2.2 不同下墊面徑流水質(zhì)特征分析

了解掌握城市雨水徑流污染物的特征是控制雨水徑流污染的首要任務(wù)。下面對(duì)不同下墊面的徑流污染物濃度隨降雨歷時(shí)的變化情況進(jìn)行以下分析。

圖1-圖5表示不同污染物不同下墊面與降雨歷時(shí)的關(guān)系。

表 2 不同下墊面雨水徑流污染物濃度變化Table 2 Variation range of pollutant concentration of different underlaying surface mg/L

（1）從圖中可以看出，各下墊面雨水徑流污染物濃度隨降雨歷時(shí)的變化均較好的符合徑流污染物的沖刷規(guī)律：徑流初期污染物濃度很高，但隨著降雨時(shí)間的延長(zhǎng)污染物濃度逐漸降低并且各自趨于穩(wěn)定值。

（2）由圖 1 可見(jiàn)，天然雨水徑流中 SS 含量相對(duì)較低，這可能與長(zhǎng)沙所處的氣候有關(guān)；且可知雨水中含有一定營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，主要為總氮，濃度在 0.3～5 mg/L 之間，但也隨著降雨歷時(shí)的變化而降低；而總磷的含量較低，最高在 0.03 mg/L。

（3）從圖 2、3、4 中可以看出，不同下墊面雨水徑流中各污染物濃度不同。草地坡面雨水徑流水質(zhì)明顯優(yōu)于其他下墊面徑流水質(zhì)，且沒(méi)有檢測(cè)出TP、TN 含量，這說(shuō)明草地具有一定的凈化能力，同樣也與植物、土壤對(duì)污染物的截留作用有關(guān)。而機(jī)動(dòng)車(chē)道路雨水徑流水質(zhì)較差，SS、COD 濃度最高分別達(dá)到了 828、638.40mg/L，這主要取決于其路面污染程度；其中校內(nèi)道路徑流水質(zhì)略?xún)?yōu)于校外道路徑流，這可能是因?yàn)榻煌坎煌拔廴境潭炔煌?，使得?chē)輛行駛過(guò)程中引起雨水徑流沖刷攜帶能力的加強(qiáng)，及車(chē)輛自身帶有的顆粒物質(zhì)及道路材料縫隙中的物質(zhì)進(jìn)入雨水徑流中造成污染物濃度的增加。

（4）圖 5 重金屬 Pb、Zn、Cd 濃度變化可看出：天然雨水徑流中沒(méi)有檢測(cè)出鉛的含量，然而在草地雨水徑流中測(cè)出少量的鉛，這可能與土壤中含有鉛有關(guān)，需要進(jìn)一步研究。屋面的雨水徑流重金屬含量高于其他下墊面的徑流重金屬含量，引起徑流水質(zhì)的變化的主要是屋面材料的性質(zhì)，如材料的類(lèi)型、新舊程度等原因。

圖 1 不同下墊面 SS 隨降雨歷時(shí)的關(guān)系Fig.1 Relationship of SS of different underlaying surface with rainfall

圖 2 不同下墊面 COD 隨降雨歷時(shí)的關(guān)系Fig.2 Relationship of COD of different underlaying surface with rainfall

圖 3 不同下墊面 TN 隨降雨歷時(shí)的關(guān)系Fig.3 Relationship of TN of different underlaying surface with rainfall

圖 4 不同下墊面 TP 隨降雨歷時(shí)的關(guān)系Fig.4 Relationship of TP of different underlaying surface with rainfall

圖 5 不同下墊面重金屬（Pb、Zn、Cd）隨降雨歷時(shí)的關(guān)系Fig.5 Relationship of heavy metals（Pb,Zn,Cd） of different underlaying surface with rainfall

2.3 主要徑流污染物相關(guān)性分析

為了深入的研究雨水徑流中主要污染物之間的關(guān)系，分別對(duì)天然雨水、屋面和校內(nèi)外道路雨水徑流的主要污染物進(jìn)行相關(guān)性分析，選取降雨歷時(shí)剛開(kāi)始時(shí)的雨水徑流，見(jiàn)圖6所示。

由圖6可知，對(duì)不同下墊面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，建立一元線(xiàn)性回歸方程。由回歸方程可知相關(guān)系數(shù)在 R2=0.67～0.98 之間，說(shuō)明不同下墊面徑流水質(zhì) COD、TP、TN 與 SS 都具有良好的相關(guān)關(guān)系。同時(shí)可以看出徑流水質(zhì)的污染程度與顆粒物含量的大小有很大關(guān)系，這對(duì)以后凈化雨水徑流提供了有力方向，可以通過(guò)去除懸浮顆粒物質(zhì)的方法來(lái)凈化雨水徑流。

圖 6 圖 6 不同下墊面 COD、TP、TN 與 SS 相關(guān)性Fig.6 The correlation of SS and COD,TP,TN of different underlaying surface

3 結(jié) 論

（1）長(zhǎng)沙城區(qū)在一次降雨中，其徑流雨水水質(zhì)復(fù)雜，隨機(jī)性強(qiáng)，雨水徑流主要的污染為有機(jī)物污染。不同下墊面的初期雨水徑流的污染程度相差較大，天然雨水與各下墊面污染程度由高到低依次為:校外路面雨水>校內(nèi)道路雨水>屋面雨水>天然雨水>草地雨水。

（2）長(zhǎng)沙市雨水徑流污染物質(zhì)具有一般規(guī)律：即初期徑流污染最嚴(yán)重，可達(dá)到很高的濃度，隨降雨歷時(shí)的延長(zhǎng)，污染物濃度逐漸下降并趨于穩(wěn)定；并且與雨水徑流污染物濃度與匯水面的材料性質(zhì)具有很大的關(guān)系，根據(jù)不同匯水面污染物濃度也呈現(xiàn)不同；且污染物濃度的降低與降雨量、降雨時(shí)間、降雨強(qiáng)度有一定關(guān)系。

（3）不同下墊面雨水徑流主要污染物 COD、TN、TP 與 SS 之間存在較好的線(xiàn)性關(guān)系。這為以后凈化雨水徑流提供了一定的研究方向。

［1］ 楊?lèi)?ài)玲，朱顏明.地表水環(huán)境非點(diǎn)源污染研究[J].環(huán)境科學(xué)進(jìn)展，1999，7(5):60-66．

［2］ Deletic A B，Maksimovic C T.Evaluation of water quality factors in storm runoff from paved areas[J].J of Envir Engrg ASCE，1998，124(9):869-879 .

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［6］ Darren DraPPer, Rodger Tomlinson and Philip Willimas. Pollutant Concentartion in Road Runoff: Southeast Queenslnad Case Study[J].J.of Envir. Engrg. ASCE 2000，126(4):313-320．

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Study on Urban Stormwater Runoff Pollution in Changsha City

YUN Wen1，QU Peng-fei1,2
（1. College of Environment Science and Engineering,Chang’an University,Shaanxi Xi’an 710064,China；2. Key laboratory of Subsurface Hydrology and Ecological Effect in Arid Region of Ministry of Education, Chang’an University,Shaanxi Xi’an 710054,China）

It is a critical basis for utilization of rainfall resource and pollution control of runoff in urban area to understand runoff quality and its main influential factors. In this paper, the runoff quality change rule in different underlaying surfaces was analyzed as well as the correlation of main pollutants. The results showed that the rainwater runoff was seriously polluted initially, had high content of pollutants. With runoff time continuing, the pollutant content presented downward trend, and there was a fine linear relation between COD, TP, TN and SS in runoff.

Runoff pollution; Water quality; Underlaying surfaces; Correlation

X 703

： A文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： 1671-0460（2014）07-1286-04

2014-05-13

贠汶（1989-），女，甘肅天水人，碩士，長(zhǎng)安大學(xué)環(huán)境工程專(zhuān)業(yè) 2012 級(jí)在讀研究生，研究方向：大氣污染控制。E-mail：gloria_9799@sina.com。