西安市文教区不同下垫面径流污染特征

发布时间：2020-07-26 23:55

【摘要】：城市化进程的加速伴随着城市景观格局的改变,大面积的硬质下垫面代替了原有的透水性下垫面,使城市的水文条件发生改变,对区域气候、环境、水体等产生深远影响。随着点源污染治理率的持续提高,包括城市地表径流污染在内的非点源污染已成为引起城市水生态环境恶化的第二大污染源。小区作为城市主要构成单元,占城市面积比例较大,路面、屋面和绿地是城市小区3类主要下垫面。与城市道路径流相比,小区内道路、屋顶、绿地径流水质相对较好,但其因占城市下垫面面积的比例大,故径流量大,其径流污染负荷亦不容忽视;另一方面,小区下垫面大面积的收集空间及相对较好的水质也给雨水资源集蓄利用提供了良好的基础,而全国正广泛推行的海绵城市建设也需基于各类下垫面径流水质及污染排放特征合理开发设计LID(Low Impact Development)雨水利用系统。本研究在西安市典型文教区设置路面、屋面和绿地径流采样点,采用人工时间间隔采样法对2016年8月-2017年8月的10场降雨径流和2场融雪径流全程采样,测试径流过程SS、COD、TN、TP、Pb、Zn、Cu、Cd、Ni、Cr、PAHs、溶解态COD、溶解态重金属及溶解态PAHs的浓度以及颗粒物粒径d50,研究比较了不同下垫面的径流污染水平、浓度和负荷输出特征,并对径流中对人体有“三致作用”的PAHs的浓度、来源、排放规律进行了研究。得到如下结论:西安市文教区不同下垫面径流污染特征研究结果表明:(1)西安市文教区3类典型下垫面降雨径流主要污染物为SS、COD、TN、Pb、Cr。(2)除COD外,路面和屋面径流中重金属和PAHs主要以颗粒态存在,且屋面径流溶解态污染物比重高于路面径流。(3)路面径流SS、Pb、Zn、Cu、Cr、Ni、Cd、PAHs等污染物的浓度高于屋面径流,而COD、SCOD、TN等指标则相反。(4)路面融雪径流污染程度远大于降雨径流,而屋面融雪径流水质优于降雨径流。(5)雨水中TN、Cr污染较为严重,其对路面径流TN、Cr、溶解态污染物以及屋面径流TN、Pb、Zn、Cu、Cd、Ni、Cr、溶解态Cu和溶解态Ni的污染贡献较大,且其对屋面径流总量重金属和PAHs的污染贡献大于路面径流。西安市文教区不同下垫面降雨径流污染浓度输出特征研究结果表明:(1)不同下垫面降雨径流污染浓度输出规律差异显著,路面径流污染物初期浓度较大,受雨期交通排污影响中后段波动较剧烈,屋面径流污染物呈现冲刷模型所描述的随径流历时持续降低并趋于稳定的排放规律,绿地径流污染物浓度沿程变化相对较小。(2)降雨量、降雨强度、降雨历时等降雨特征以及路面距上次清扫时间等对径流污染物浓度输出和颗粒物粒径分布有重要影响。(3)除Cr、Cd、Ni、Pb、溶解态Cu、TN外,屋面径流其余污染指标浓度输出符合指数函数,建立的数学模型的相关系数均0.8。西安市文教区不同下垫面径流污染负荷输出特征研究结果表明:(1)路面径流初期30%的径流携带的SS、COD、TN、TP、Pb、Zn的污染负荷率分别为51.2%、52.7%、44.8%、42.4%、45.3%、46.1%,屋面径流相应为55.7%、60.0%、64.4%、75.3%、76.2%、48.5%,表现为中等强度初期冲刷,且屋面径流对应的初期径流负荷率均大于路面径流。(2)下垫面类型、污染物赋存状态和降雨特征对地表径流污染负荷排放影响显著。屋面较路面初期径流携带的污染负荷更高,溶解态污染物较总量污染物更易在径流初期具有较高的污染负荷,暴雨、大雨降雨事件较中、小雨降雨事件径流初期更容易携带更多的污染负荷。(3)路面和屋面径流各类污染物污染负荷排放均符合幂函数方程,建立的各污染物负荷输出数学模型方程相关系数均0.99。西安市文教区不同下垫面降雨径流PAHs污染特征及源解析研究结果表明:(1)降雨径流PAHs浓度路面屋面绿地,且不同场次路面和屋面径流PAHs含量变化不大。3类下垫面降雨径流PAHs成分谱具有明显的相似性,即以2环组分为主,4-6环组分次之,3环组分最少。与国内外相关研究相比,西安市文教区降雨径流PAHs属于中等污染水平。(2)路面、屋面和绿地降雨径流中73.32%、67.69%和65.16%的PAHs呈颗粒态。(3)径流过程中PAHs浓度与其他污染物具有相似的沿程变化特征。(4)各类下垫面降雨径流PAHs均主要来源于石油类产品泄漏和挥发。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X52
【图文】：

技术路线图

曲线,含义,曲线,冲刷程度

且 m(t)>80%，即初期 30 %的径流携带了至少 80%的强度显著；>25%，且 m(t)’>80%[90-91]，即初期 25%的径流携带了至少 80%刷显著。采用判定标准③的研究较多，本研究采用判据③来表征初期冲量判定方法究初期冲刷程度，Bertrand 等[48]提出对实测所得的无量纲 M(v指数 b 的大小定量表征初期冲刷程度，采用的拟合公式如（2Y=Xb积径流污染物排放率；X 为累积径流率；b 为拟合指数。通常和 M(v)曲线非常吻合，相关系数（R2）≥0.9[27]。根据 b 的 M(V)曲线分为 6 个区域，不同区域曲线代表不同的初期冲刷

拟合曲线,屋面径流,污染物浓度,拟合曲线

k 为冲刷系数（mm-1），x 为径流时间（min））型指数函数拟合，拟合曲线、拟合方程分别见图4.8 和表 4.2。表 4.2 屋面径流污染物浓度数学模型污染物方程相关系数（R2）污染物方程相关系数（R2）SS y=203.22e-0.05758x0.8651 COD y=1181.44e-0.10372x0.9628SCOD y=893.93e-0.10913x0.9644 TN y=40.41e-0.03711x0.7971TP y=0.4305e-0.0411x0.8525 Pb y=147.23e-0.03723x0.7275Zn y=706.00e-0.03383x0.8336 溶 Zn y=274.13e-0.05894x0.8747Cu y=102.75e-0.03693x0.8228 溶 Cu y=32.19e-0.07719x0.7543Cd y=8.586e-0.03797x0.6936 溶 Cd y=2.972e-0.08131x0.8569Ni y=48.167e-0.01239x0.7215 溶 Ni y=15.78e-0.05885x0.8085Cr y=188.57e-0.00958x0.4858由图表可见，除 Cr、Cd、Ni、Pb、溶解态 Cu、TN 以外，其余污染物浓度输出数学模型的相关系数均在 0.8 以上，可用其定量模拟和预测屋面径流污染浓度输出过程，所建立的数学模型可为相关径流污染模型的水质参数率定提供参考。

【参考文献】