臨安區(qū)主干道路路面降雨徑流污染負(fù)荷

洪家興 朱方倫 苗涵倩 龔苗苗 許振波 方曉波

[摘 要]本文通過對(duì)臨安城區(qū)主干街道中武肅街、吳越街、衣錦街、城中街和萬馬路5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)3次降雨徑流過程水樣的采集，分析測(cè)試了降雨徑流中典型污染物總磷（TP）、總氮（TN）、氨氮（NH4+-N）、化學(xué)需氧量（CODcr）的污染濃度，估算了降雨徑流污染負(fù)荷。結(jié)果表明：臨安城區(qū)主干道路基于EMC平均值的TP、TN、NH4+-N、CODcr年降雨徑流污染負(fù)荷分別為：1.61t、52.77t、3.43t、1067.92t，削減量分別達(dá)到1.13t/a、50.75t/a、0.95t/a、1027.77t/a才能滿足地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。建議通過雨污分流、完善排水體制、加強(qiáng)工業(yè)企業(yè)的污染源頭控制等措施，減少降雨徑流污染負(fù)荷。

[關(guān)鍵詞]臨安城區(qū);路面降雨徑流;污染負(fù)荷

[中圖分類號(hào)]X52 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

近年來，臨安經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，但同時(shí)也受到杭州城市擴(kuò)張、周圍工業(yè)區(qū)帶來的環(huán)境問題的影響，大氣沉降、城市交通、建筑活動(dòng)等不僅影響空氣質(zhì)量，還會(huì)通過降雨徑流污染水體。因此，本研究對(duì)臨安主城區(qū)的主干街道降雨徑流進(jìn)行采集，分析常規(guī)污染物的負(fù)荷及影響，以期為中小城市非點(diǎn)源污染控制與治理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

臨安區(qū)總面積3126.8平方千米，境內(nèi)以丘陵山地為主，地勢(shì)自西向東南傾斜，立體氣候明顯。根據(jù)王濤等人對(duì)臨安近50年降水量變化特征的分析，全年降水量主要集中在汛期5-9月，占年均降雨量的一半左右，降水最多的月份為6月，其次是7、8月，11、12月降水則偏少，年均降水量1613.9毫米，降水日158天，無霜期年平均為237天。臨安城區(qū)主干道路路基材料以瀝青為主，錢王大街等小部分道路路基材料為鋼筋混凝土，本研究采用平均寬度計(jì)算道路面積。臨安主干道路的總面積約為1.553 km2，占臨安主城區(qū)面積的比例約為0.35%。

1.2 樣品采集

開始下雨后，當(dāng)?shù)乇韽搅餍纬珊?，立即用預(yù)先洗凈、做好標(biāo)記的塑料瓶采集地表徑流。每個(gè)采樣點(diǎn)間隔10min、10min、30min、30min共采集5個(gè)水樣，并在1℃-4℃溫度下避光保存，24h內(nèi)完成樣品分析。

1.3 樣品分析

COD采用《水質(zhì)化學(xué)需氧量的測(cè)定重鉻酸鹽法》（HJ 828-2017）測(cè)定?？偭撞捎谩端|(zhì)總磷的測(cè)定流動(dòng)注射-鉬酸銨分光光度法》（HJ 671-2013）測(cè)定。氨氮采用《水質(zhì)氨氮的測(cè)定納氏試劑分光光度法》（HJ 535-2009）測(cè)定。總氮采用《水質(zhì)總氮的測(cè)定堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》（HJ 636-2012）測(cè)定。

1.4 污染負(fù)荷計(jì)算方法

場(chǎng)次降雨徑流污染負(fù)荷是指：由一場(chǎng)降雨所引起的地表徑流排放的污染物總量?？捎孟率接?jì)算：

其中：L——降雨徑流的污染負(fù)荷（g）;

ct——降雨徑流中某污染物在t時(shí)的瞬時(shí)濃度（mg/L）;

Qt——降雨徑流在t時(shí)的徑流流量（m3/s），可用下式計(jì)算：

Q=ΨqF（m3/s）

式中：Ψ--徑流系數(shù)，取0.9;

F--匯水面積（m2）;

q--降雨強(qiáng)度，本文中簡(jiǎn)化為降雨量與降雨歷時(shí)的比值。

tr——降雨徑流形成的總歷時(shí)（s）。

由于地表徑流排放污染物負(fù)荷的隨機(jī)性，使得單次降雨徑流污染物負(fù)荷的代表性很差，所以通常采用年徑流污染負(fù)荷Ly，并利用下式計(jì)算：

其中，EMCi——第i場(chǎng)降雨徑流的污染物濃度;Pi——第i場(chǎng)降雨的降雨量，mm;

A——集水區(qū)面積，km2。

EMC是一場(chǎng)降雨徑流全過程的瞬時(shí)污染濃度的流量加權(quán)平均值，即一場(chǎng)降雨引起的路面徑流中污染物的總負(fù)荷除以總徑流量?？捎上率接?jì)算：

其中：Cj——第j時(shí)段所測(cè)的污染物的濃度，mg/L;

Vj——第j時(shí)段的徑流量，m?。

2 結(jié)果與分析

2.1 場(chǎng)次降雨特征

本研究3場(chǎng)降雨基本特征見表1。

由表1可知，其中2017年9月20日和2018年1月21日的兩場(chǎng)降雨為中雨，2017年11月13日的降雨為小雨。

2.2 降雨徑流EMC值

2017-09-20、2017-11-13、2018-01-21三次降雨中，臨安區(qū)主干道路降雨事件道路徑流常規(guī)污染物（總磷（TP）、總氮（TN）、氨氮（NH4+-N）和化學(xué)需氧量（CODcr））EMC計(jì)算結(jié)果見表2。

由表2可知，不同采樣日期的各常規(guī)污染物EMC值具有明顯差異。9月20日，TP EMC值范圍為0.007～0.33mg/L，TN EMC值范圍為0.38～0.625 mg/L，NH4+-N EMC值范圍為0.067～0.73 mg/L，CODcr EMC值范圍為99.32～151.48 mg/L;11月13日，TP EMC值范圍為0.12 ～ 0.16mg/L，TN EMC值范圍為4.89 ～ 7.58 mg/L，NH4+-N EMC值范圍為0.37 ～ 0.59 mg/L，CODCr EMC值范圍為161.68 ～ 316.48 mg/L;1月21日，TP EMC值范圍為0.24 ～ 0.49mg/L，TN EMC值范圍為5.35 ～ 18.68 mg/L，NH4+-N EMC值范圍為0.36 ～ 0.83 mg/L，CODCr EMC值范圍為62.13 ～ 152.00 mg/L。與地表水中的Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，不難發(fā)現(xiàn)三次道路降雨徑流TN和CODcr EMC均值均超過地表水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，TP只有在2018年1月21日超標(biāo)，NH4+-N則均未超標(biāo)。建議在今后針對(duì)降雨徑流的面源污染控制中，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)TN和CODcr的污染控制。

2.3 臨安區(qū)主干街道降雨徑流污染負(fù)荷

采用本文中降雨徑流污染負(fù)荷計(jì)算方法，以每場(chǎng)降雨的EMC平均值為基礎(chǔ)，對(duì)本研究中三場(chǎng)降雨徑流污染負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，基于每場(chǎng)降雨徑流EMC平均值的降雨徑流污染負(fù)荷特征如下：2017年9月20日，TP、TN、NH4+-N、CODcr降雨徑流污染負(fù)荷分別為0.0045t、0.1253t、0.0114t、4.0577t;2017年11月13日，TP、TN、NH4+-N、CODcr降雨徑流污染負(fù)荷分別為0.001t、0.0427t、0.0033t、1.4551t;2018年1月21日，TP、TN、NH4+-N、CODcr降雨徑流污染負(fù)荷分別為0.0092t、0.2865t、0.0141t、2.4253t。從污染負(fù)荷量的角度出發(fā)，認(rèn)為臨安城區(qū)主干道路每單場(chǎng)降雨地表徑流污染物對(duì)于地表水污染負(fù)荷的貢獻(xiàn)大小依次為：COD>TN>NH4+-N>TP;三場(chǎng)降雨的TP、TN、NH4+-N、CODcr污染總負(fù)荷大小分別為0.015t、0.455t、0.029t、7.938t，三場(chǎng)降雨城區(qū)主干道路地表徑流污染總負(fù)荷大小次序與單場(chǎng)降雨完全一致，依次為COD>TN>NH4+-N>TP。對(duì)比9月與1月，9月降雨量大于1月，各監(jiān)測(cè)指標(biāo)污染濃度小于1月，而1月污染負(fù)荷大于9月，說明EMC對(duì)污染負(fù)荷的影響大于降雨量。

2.4 污染負(fù)荷削減分析

道路降雨徑流進(jìn)入地表水體的污染物濃度超過地表水相應(yīng)的水環(huán)境功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，則更容易導(dǎo)致水質(zhì)惡化。錦溪和苕溪是穿臨安境而過的主要河流，由浙江省環(huán)保廳、浙江省水利廳2016年編制的《浙江省水功能區(qū)水環(huán)境功能區(qū)劃分方案》可知，臨安境內(nèi)錦溪與苕溪都可歸屬于Ⅲ類水質(zhì)。根據(jù)氣象局天氣記錄，臨安多年平均降雨量為1613.9mm。以臨安區(qū)多年平均降雨量為基礎(chǔ)，分別計(jì)算了基于地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和EMC平均值的降雨徑流年污染負(fù)荷量。

臨安區(qū)主干道路基于地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的TP、TN、NH4+-N、CODcr年降雨徑流污染負(fù)荷分別為：0.5 t/a、2.51 t/a、2.51 t/a、50.13 t/a，而基于EMC平均值的TP、TN、NH4+-N、CODcr年降雨徑流污染負(fù)荷分別為：1.61 t/a、52.77 t/a、3.43 t/a、1067.92 t/a。TP、TN、NH4+-N、CODcr四種常規(guī)污染物基于EMC平均值的年污染負(fù)荷均超過基于地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的年污染負(fù)荷，TP、TN、NH4+-N、CODcr年污染負(fù)荷超標(biāo)量分別為1.13 t/a、50.75 t/a、0.95 t/a、1027.77 t/a，其中TN、CODcr超標(biāo)達(dá)到20倍以上。降雨徑流如果不加處理，直接排放進(jìn)入河流會(huì)對(duì)受納水體造成較大污染，甚至破壞生態(tài)平衡，管理部門需重視降雨徑流引起的面源污染控制工作。

3 結(jié)論

為有效減少降雨徑流引起的面源污染，本文提出以下幾點(diǎn)建議：第一，大力推進(jìn)雨污分流，完善排水體制，加強(qiáng)河岸緩沖帶建設(shè)，以降低地表徑流對(duì)受納水體的污染;第二，應(yīng)針對(duì)商業(yè)區(qū)流動(dòng)商販提出切實(shí)有效的整治措施，規(guī)范廢棄物的去向，減少對(duì)地表徑流產(chǎn)生污染。第三，在城市建設(shè)時(shí)可以參考低影響開發(fā)（LID），基于源頭控制和延緩沖擊負(fù)荷，構(gòu)建與自然相適應(yīng)的排水系統(tǒng)，減少降雨徑流引起的面源污染。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 常靜，劉敏，許世遠(yuǎn)，等.上海城市降雨徑流污染時(shí)空分布與初始沖刷效應(yīng)[J].地理研究，2006（06）.