平原城市降雨徑流污染特征分析

張志強(qiáng)

(衡水學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，河北 衡水 053000)

隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市不透水路面不斷增加，這種狀況不僅使徑流在質(zhì)的方面發(fā)生了改變，而且在更大程度上增加了徑流的量[1]。由于徑流中攜帶著大量的TSS、營養(yǎng)物質(zhì)、重金屬、大腸桿菌等污染物，如果直接排入城市河流中，會造成嚴(yán)重的水體污染[2-6]。因此，對降雨徑流的研究成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)問題。學(xué)者Lee對多個徑流進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)不同類型的徑流中各污染物初始沖刷效應(yīng)存在明顯差異[7]。學(xué)者M(jìn)a對徑流產(chǎn)生的初期沖刷效應(yīng)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)沖刷效應(yīng)與土地的利用類型有關(guān)，而與集水面積無關(guān)[8]。國內(nèi)學(xué)者對徑流的研究相對較晚，主要集中在上海、北京、澳門等經(jīng)濟(jì)相對發(fā)達(dá)的城市[9-11]，對典型平原城市的研究鮮有報道。本研究選取典型的平原城市衡水為研究區(qū)域，通過對平原城市徑流水質(zhì)監(jiān)測，得到平原城市徑流污染的基本特征，以期為平原城市徑流污染負(fù)荷預(yù)測和開展地表徑流污染源區(qū)控制提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

衡水市處于華北平原的中南部，氣候?qū)儆诘湫偷臏嘏敫珊敌痛箨懠撅L(fēng)氣候區(qū)，多年平均降水量為522.5mm，其中降雨主要集中在夏、秋兩季，占年降雨量的80%。因此，采樣時間集中在6～9月。根據(jù)道路的性質(zhì)不同，將研究地點(diǎn)分為工業(yè)區(qū)路面、商業(yè)區(qū)路面、居民區(qū)屋頂及學(xué)校區(qū)域路面。各采樣點(diǎn)的具體位置見表1。

表1 采樣點(diǎn)設(shè)置情況

1.2 樣品采集

分別于2017年6月22日、2017年7月6日、2017年8月18日，對能產(chǎn)生徑流的3場有效降雨進(jìn)行監(jiān)測。在各采樣點(diǎn)匯水口采集水樣于聚乙烯瓶中，自徑流起前30min內(nèi)，每隔5min采集一次；30～60min，每隔15min采集一次；60min以后至徑流結(jié)束，每隔30min記錄一次。樣品采集后，迅速送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行指標(biāo)測定。樣品采集的同時，利用自制梯形的采雨器進(jìn)行雨量測定。

1.3 樣品分析

監(jiān)測指標(biāo)包括TSS，TN，TP。根據(jù)國家水質(zhì)檢測標(biāo)準(zhǔn)的要求[12]，TSS采用重量法，總氮的測定采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(HJ 636-2012)，總磷的測定采用鉬酸銨分光光度法(GB 11893-1989)。

1.4 研究方法

由于徑流中污染物的含量受降雨量、集水點(diǎn)特征、污染物本身的性質(zhì)及降雨前的晴天數(shù)等多重因素影響，所以徑流中污染物的濃度隨時間變化很大，通常用次降雨徑流污染物平均濃度EMC，即一場降雨徑流全過程的瞬時污染物濃度的流量加權(quán)平均值，來表示在一場降雨的地標(biāo)徑流全過程排放的某污染物的平均濃度[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同下墊面徑流中TSS的污染特征

圖1是不同下墊面徑流中TSS的污染特征。從圖1可以發(fā)現(xiàn)，不同下墊面TSS的污染程度為：工業(yè)區(qū)水泥路面(G-1)>商業(yè)區(qū)水泥路面(S-2)>商業(yè)區(qū)瀝青路面(S-1)>工業(yè)區(qū)/交通區(qū)瀝青路面(G-2)>學(xué)校區(qū)域?yàn)r青路面(X-1)>居民區(qū)斜面屋頂(J-2)>居民區(qū)平面屋頂(J-1)。其中工業(yè)區(qū)水泥路面徑流污染最為嚴(yán)重，達(dá)298.73mg/L，主要原因?yàn)樵撓聣|面位于橡膠城內(nèi)，橡膠城內(nèi)部分布著大大小小的橡膠加工廠，工廠的存在在一定程度上造成了TSS含量過高；另一方面，路經(jīng)此處的車輛中，大型運(yùn)輸車輛相對較多，在一定程度上也造成了TSS含量過高。商業(yè)水泥路面(S-2)的TSS含量也很高，分析原因?yàn)?，該下墊面位于商業(yè)中心，周邊有信發(fā)商廈、浙江村小商品中心、衡水百貨大樓及各種臨街門店，造成了該區(qū)域的人流量極大，因此該區(qū)域的TSS含量相對較高。與路面下墊面相比，屋頂下墊面的徑流中TSS含量較低，其中斜面屋頂(J-2)和平面屋頂(J-1)的TSS分別為71.19mg/L、52.07mg/L，主要原因是兩個下墊面位于房屋的頂部，人為活動影響較少，TSS主要來源于大氣降塵，造成屋頂下墊面的TSS含量較低。劉守城對在南京市區(qū)的研究表明，水泥屋面徑流TSS質(zhì)量濃度為49.0 mg·L-1，本研究結(jié)果與劉守城的研究存在一定相似性[14]。

圖1 不同下墊面TSS的含量

2.2 不同下墊面徑流中TP的污染特征

圖2為不同下墊面徑流中TP的污染特征，從圖2可以發(fā)現(xiàn)，不同下墊面徑流中TP平均含量介于0.117～0.208mg/L，其中最大值位于商業(yè)區(qū)水泥路面(S-2)，最小值位于工業(yè)區(qū)/交通區(qū)瀝青路面(G-2)。如果按下墊面類型進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，路面徑流中TP平均含量大于屋頂徑流中TP平均含量，而路面徑流中TP含量大小分布情況為：商業(yè)區(qū)水泥路面S-2>商業(yè)區(qū)瀝青路面S-1>學(xué)校區(qū)域?yàn)r青路面X-1>工業(yè)區(qū)水泥路面G-1>工業(yè)區(qū)/交通區(qū)瀝青路面G-2。如果按功能區(qū)對徑流中TP含量進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)商業(yè)區(qū)的TP含量明顯高于其他功能區(qū)，分析原因，可能是商業(yè)區(qū)的人為活動較頻繁、餐飲行業(yè)較多，該區(qū)域內(nèi)餐飲所產(chǎn)生的垃圾較多，因此造成商業(yè)區(qū)域內(nèi)TP含量明顯高于其他類型。根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)規(guī)定，III類水中TP含量不超過0.2mg/L，IV類水中總磷含量不超過0.3mg/L，因此，商業(yè)區(qū)水泥路面(S-2)徑流中TP平均含量符合了IV類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其他區(qū)域徑流中TP含量均符合III類水質(zhì)。

圖2 不同下墊面徑流中TP的含量

2.3 不同下墊面徑流中TN的污染特征

圖3為不同下墊面徑流中TN的污染特征，從圖3可以發(fā)現(xiàn)，不同下墊面徑流中TN平均含量介于6.9～10.71mg/L，其中最大值位于工業(yè)區(qū)水泥路面G-1，最小值位于學(xué)校區(qū)域?yàn)r青路面X-1。工業(yè)區(qū)水泥路面G-1徑流中TN平均含量最高，可能是該區(qū)域位于橡膠城內(nèi)，橡膠城內(nèi)部分布大大小小的幾十個橡膠企業(yè)，周邊存在大量的拆遷房和建筑施工，同時該區(qū)域靠近物流園，多種原因造成該區(qū)域揚(yáng)塵較多，外加該區(qū)域不屬于主干道，清掃頻率相對較低，因此造成該區(qū)域徑流中TN平均含量高于其他區(qū)域。根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)規(guī)定，V類水中TN含量不超過2mg/L，因此，所有類型下墊面徑流中TN平均含量均超過了V類標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 不同下墊面徑流中TN的含量

3 結(jié)論

(1)不同下墊面徑流中TSS的污染特征不同，其中工業(yè)區(qū)水泥路面G-1污染最嚴(yán)重，居民區(qū)平面屋頂J-1最輕。

(2)不同下墊面徑流中TP平均含量介于0.117～0.208mg/L，其中最大值位于商業(yè)區(qū)水泥路面S-2，最小值位于工業(yè)區(qū)/交通區(qū)瀝青路面G-2。

(3)不同下墊面徑流中TN平均含量介于6.9～10.71mg/L，其中最大值位于工業(yè)區(qū)水泥路面G-1，最小值位于學(xué)校區(qū)域?yàn)r青路面X-1。