基于城市雨污污染成分動(dòng)態(tài)識(shí)別的觀測(cè)試驗(yàn)探析

郭嘉麗

(遼寧省沈陽水文局，遼寧 沈陽 110000)

城市暴雨徑流形成過程中，攜帶大量的面源污染進(jìn)入河道，對(duì)河道的水環(huán)境造成一定程度的影響，當(dāng)前，對(duì)于城市面源污染的研究逐步得到國(guó)內(nèi)學(xué)者的關(guān)注[1- 5]，在降水過程中，城市不同下墊面的雨污形成特征不同，需要結(jié)合不同下墊面情況分析其雨污形成特征。當(dāng)前，對(duì)于不同下墊面雨污形成特征主要為模型方法[6- 8]和室外觀測(cè)試驗(yàn)[9- 10]兩種方法，第一種模型方法需要實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)的率定和驗(yàn)證，而對(duì)于城市而言，不同下墊面的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有限，因此室外觀測(cè)試驗(yàn)成為分析城市雨污形成特征最為有效的方式。為此本文以遼寧東部某城市為研究實(shí)例，結(jié)合室外降水觀測(cè)方式，對(duì)三類主要下墊面的雨污形成特征進(jìn)行試驗(yàn)分析，并對(duì)各污染源的主要成分進(jìn)行動(dòng)態(tài)識(shí)別。

1 觀測(cè)試驗(yàn)方法

1.1 區(qū)域概況

本文以遼寧東部某城市為研究實(shí)例，該城市夏季暴雨較為集中，夏季的降水量為400～600mm，區(qū)域內(nèi)主要三類下墊面類型主要為交通干道、園地以及居民生活用地，河道主要水體污染指標(biāo)為總氮、總磷、氨氮、重金屬、COD、BOD5等。

1.2 試驗(yàn)采樣步驟

本次室外觀測(cè)試驗(yàn)主要針對(duì)區(qū)域8場(chǎng)降水量超過50mm暴雨進(jìn)行觀測(cè)，在交通干道路邊的采樣點(diǎn)主要布設(shè)在路邊的雨水井，園林采樣點(diǎn)主要布設(shè)在草地或林地區(qū)域，居民生活區(qū)采樣點(diǎn)主要分布在生活下水井，每個(gè)觀測(cè)區(qū)進(jìn)行2～3個(gè)采樣點(diǎn)，由于夏季雨水匯流時(shí)間較短，在形成暴雨徑流后的每20min進(jìn)行一次試驗(yàn)采樣，暴雨結(jié)束后，每隔30～40min進(jìn)行一次采樣，由于城市徑流觀測(cè)難度較大，為此結(jié)合區(qū)域平均徑流系數(shù)和場(chǎng)次降水量來進(jìn)行徑流量的計(jì)算和表征。

1.3 水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法選擇

水質(zhì)監(jiān)測(cè)的主要指標(biāo)為氨氮、總磷、總氮、BOD5，氨氮水質(zhì)測(cè)定方法選擇重氮偶氮分光光度進(jìn)、總磷、總氮分別采用鉬酸銨分光光度法和堿性過硫酸鉀紫外分光光度法進(jìn)行測(cè)定，BOD5選擇直接培養(yǎng)方法進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同下墊面雨水徑流的污染特征分析

結(jié)合8場(chǎng)雨污觀測(cè)試驗(yàn)，分析城市三類主要下墊面的主要污染氨氮、重金屬、總磷、BOD5的濃度，結(jié)果見表1、圖1。

從試驗(yàn)結(jié)果可明顯看出城市不同下墊面類型雨污特征差異度較大，對(duì)于居民生活區(qū)，其氨氮濃度均高于其他指標(biāo)，氨氮均值濃度為標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類極限值的5.8倍，是居民生活區(qū)主要污染物來源，居民生活垃圾是居民生活區(qū)氨氮濃度偏高的主因。而對(duì)于園林區(qū)域，草地林地施肥作用下使得該類型城市下墊面的總磷偏高，達(dá)到Ⅲ類水極限標(biāo)準(zhǔn)的2.5倍。而在交通干道下，其BOD5濃度普遍高于其他幾個(gè)水質(zhì)指標(biāo)，這主要是因?yàn)榻煌ǜ傻榔囉腕w污染所致。圖1中可看出，居民生活區(qū)由于受人類活動(dòng)影響較大，各污染物總體值高于其他幾個(gè)類型的下墊面，園林由于生態(tài)滯留效應(yīng)，使得這類下墊面下的污染物濃度總體偏低。

表1 不同下墊面各雨水徑流事件污染物觀測(cè)濃度 單位：mg/L

圖1 不同下墊面污染物濃度變化觀測(cè)值

2.2 不同下墊面各污染物Person系數(shù)相關(guān)性分析

為分析城市各下墊面污染物的Person系數(shù)，對(duì)居民生活區(qū)、交通干道、草地三類下墊面的4種污染的Person系數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)分析，見表2～4。

表2 居民生活區(qū)各污染物Person系數(shù)相關(guān)性分析

表3 交通干道各污染物Person系數(shù)相關(guān)性分析

表4 園林各污染物Person系數(shù)相關(guān)性分析

氨氮和BOD5的的Person系數(shù)在0.78以上，達(dá)到強(qiáng)相關(guān)，為城市主要的污染成分，總氮、總磷與其他污染物的Person系數(shù)均不高，不是城市的主要污染成分，氨氮和BOD5之間Person系數(shù)較高的原因在于其產(chǎn)生污染的來源相同，均受人類活動(dòng)影響所致，使得這兩類污染物成為研究區(qū)域的主要污染物成分。

2.3 徑流初期污染過程分析

為對(duì)雨污形成過程的特征進(jìn)行動(dòng)態(tài)識(shí)別分析，結(jié)合兩場(chǎng)降水量較大的場(chǎng)次降水觀測(cè)結(jié)果，分析居民生活區(qū)不同污染物的濃度變化過程，兩場(chǎng)降水的初期特征見表5，各污染物濃度變化曲線如圖2所示。

表5 初期兩場(chǎng)降水特征

圖2 居民生活區(qū)污染物隨徑流變化過程

在徑流形成初期，污染物濃度變化較為平穩(wěn)，這主要因?yàn)槌跗趶搅鬏^小，隨著徑流運(yùn)移的污染物較少，因此污染物濃度變化幅度較小。而隨著降雨時(shí)間增加，其徑流量也不斷增大，區(qū)域污染物濃度有所降低，污染物濃度降低的幅度逐步較大，各污染物濃度降低幅度在0.23～3.5mg/L之間。可見，在降水徑流的初期時(shí)段，暴雨對(duì)城市不同來源的面源污染總體具有沖刷作用。而降水徑流后期，污染物濃度總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

3 結(jié)語

(1)氨氮和BOD5是城市夏季雨污徑流的主要污染成分，居民生活區(qū)由于人類活動(dòng)影響較其他兩種類型下墊面污染物濃度偏高較為明顯。

(2)暴雨初期，雨水對(duì)城市面源污染總體具有明顯沖刷效應(yīng)，可通過利用初期雨水徑流來有效降低進(jìn)入河道的城市面源污染。

(3)重金屬污染對(duì)于河道影響較大，本文還城市夏季雨水徑流的重金屬污染指標(biāo)進(jìn)行研究，在以后應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注重金屬污染指標(biāo)的研究。

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