臨安不同功能區(qū)道路降雨徑流重金屬污染負(fù)荷

潘雅甜 蔡成豪 許立宏 方曉波

摘?要：通過對臨安不同功能區(qū)的道路降雨徑流采集分析，并采用SCS模型法與濃度法估算臨安道路降雨徑流污染負(fù)荷。結(jié)果表明臨安不同功能區(qū)道路降雨徑流污染負(fù)荷不同，污染負(fù)荷總量大小依次為：工業(yè)區(qū)>交通區(qū)>商業(yè)區(qū)>居住區(qū)>文教區(qū)。

關(guān)鍵詞：路面徑流;重金屬;污染負(fù)荷

隨著點(diǎn)源污染治理技術(shù)日漸成熟，降雨徑流引起的非點(diǎn)源污染成為導(dǎo)致城市水環(huán)境污染的主要原因之一[1-3]。在道路降雨徑流污染的研究中，降雨徑流對受納水體的影響是一個(gè)重要的研究點(diǎn)[4]。降雨徑流對受納水體的影響受徑流的流量、污染物的濃度種類等因素決定，所以需要估算降雨徑流污染負(fù)荷，通過污染負(fù)荷來評價(jià)降雨徑流對受納水體的污染貢獻(xiàn)[5]。目前，國內(nèi)外常用來估算污染負(fù)荷的方法有以下三種：濃度法、模型法、估算法[6-7]。

從已有的文獻(xiàn)研究中可知，污染負(fù)荷估算存在一定難度，但污染負(fù)荷研究十分必要，臨安主導(dǎo)工業(yè)為涉及Pb、Cu、Zn、Cd、Ni等重金屬的電線電纜產(chǎn)業(yè)、綠色照明、精密元器件等，所排放的重金屬容易隨降雨徑流進(jìn)入且污染城市地表水體。所以有必要進(jìn)行臨安地區(qū)道路降雨徑流污染負(fù)荷估算，以提出相應(yīng)對策。

一、方法

（一）研究區(qū)概況

臨安地處浙江省西北部。中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)南緣，屬季風(fēng)型氣候，溫暖濕潤，光照充足，雨量充沛，四季分明。年均降水量1613.9mm，降水日158d。

（二）樣品采集與分析

當(dāng)降雨產(chǎn)生徑流時(shí)，及時(shí)到達(dá)預(yù)先設(shè)定好的采樣點(diǎn)，用預(yù)先準(zhǔn)備好的采樣瓶采集徑流樣品，每次采集約1L，由于降雨徑流的污染物存在初期沖刷效應(yīng)，所以采用“前密后疏”的采樣方式。開始30min內(nèi)每隔10min采集1次徑流水樣，之后每隔30min采集1次徑流水樣，至降雨結(jié)束。

采集后的水樣立即送回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理，監(jiān)測指標(biāo)包括（Cu、Zn、Pb、Cr、Ni），水樣采用硝酸消解并ICP-MS法測定。

（三）污染負(fù)荷計(jì)算方法

EMC為：任意一場降雨所引起的地表徑流中排放的某污染物的質(zhì)量除以總的徑流體積，其計(jì)算公式為[8]：

式中：M為污染物總量，g;V為總徑流量，m3;Ct為t時(shí)刻污染物濃度，mg·L-1;Qt為t時(shí)刻徑流量，m3·s-1。

SCS模型可以估算道路降雨徑流量，估算公式如下[9]：

Q=（P-0.2S）2P+0.8S

S=25400CN-254

式中：Q為降雨徑流量，mm;P為降雨量，mm;S為潛在入滲量，mm。

根據(jù)多次監(jiān)測污染物平均濃度與地區(qū)年降雨量的來估算年徑流污染負(fù)荷。常采用以下公式計(jì)算[10]：

Ly=0.001·EMC·Q·A

式中：Ly為年徑流污染物負(fù)荷量，g·a-1;EMC為多場次降雨徑流污染物平均濃度，SymbolmA@

g·L-1;Q為降雨徑流量，mm;A為道路面積m2。

二、結(jié)果與討論

（一）基于SCS模型的臨安道路降雨徑流量估算

SCS模型法所需數(shù)據(jù)資料比較少，適用于缺少降雨資料的降雨徑流計(jì)算，只需要確定CN一個(gè)參數(shù)，就可以對降雨徑流量進(jìn)行估算。SCS模型根據(jù)不同土地利用方式、不同土壤滲透性確定CN值，土地利用方式分為居住、商業(yè)、工業(yè)等，交通區(qū)和商業(yè)區(qū)CN為92，居住區(qū)和文教區(qū)CN為95，工業(yè)區(qū)為93。

由臨安近50年降雨量變化特征的分析可知，臨安多年平均降雨量1613.9mm。通過選取CN值，并運(yùn)用公式計(jì)算可得臨安不同功能區(qū)道路徑流量Q，具體見表1。

（二）基于濃度法的臨安道路降雨徑流污染負(fù)荷估算

臨安不同功能區(qū)道路降雨徑流重金屬（Cu、Zn、Pb、Cr、Ni）EMC計(jì)算結(jié)果為交通區(qū)Cu、Zn、Pb、Cr、Ni分別為55.3、275.3、53.6、99.2、70.6SymbolmA@

g·L-1，商業(yè)區(qū)分別為47.8、225.7、52.9、794、67SymbolmA@

g·L-1，居住區(qū)區(qū)分別為28.5、137.8、32.4、48.7、41.9SymbolmA@

g·L-1，文教區(qū)分別為24.1、106.1、21.2、40.4、30.9SymbolmA@

g·L-1，工業(yè)區(qū)分別為77.7、326.6、56.8、54.9、42.2SymbolmA@

g·L-1。

采用年降雨徑流污染負(fù)荷計(jì)算方法，具體計(jì)算結(jié)果見表2。

從表中可以看出工業(yè)區(qū)重金屬年污染總負(fù)荷最高，其中Cu、Zn、Pb的污染負(fù)荷為各個(gè)功能區(qū)中最高;交通區(qū)重金屬年污染總負(fù)荷比工業(yè)區(qū)略低，其中Cr、Ni的污染負(fù)荷為各個(gè)功能區(qū)最高;居住區(qū)和文教區(qū)重金屬年污染總負(fù)荷與其他功能區(qū)相比較低。從不同功能區(qū)污染負(fù)荷總量的角度出發(fā)，認(rèn)為臨安不同功能區(qū)降雨徑流污染對于地表水污染負(fù)荷的貢獻(xiàn)大小依次為：工業(yè)區(qū)>交通區(qū)>商業(yè)區(qū)>居住區(qū)>文教區(qū)。

三、結(jié)論

臨安不同功能區(qū)道路降雨徑流污染負(fù)荷不同。采用SCS模型法與濃度法估算了臨安不同功能區(qū)道路降雨徑流污染負(fù)荷。從不同功能區(qū)污染負(fù)荷量的角度出發(fā)，認(rèn)為臨安不同功能區(qū)道路降雨徑流污染對于地表水污染負(fù)荷的貢獻(xiàn)大小依次為：工業(yè)區(qū)>交通區(qū)>商業(yè)區(qū)>居住區(qū)>文教區(qū)。

參考文獻(xiàn)：

[1]BRESSY A，GROMAIRE M C，LORGEOUX C，et al.Efficiency of source control systems for reducing runoff pollutant loads：Feedback on experimental catchments within Paris conurbation[J].Water Research，2014，57：234-246.

[2]徐建新，高彥君，谷紅梅，等.秦皇島濱海地區(qū)地表徑流及污染負(fù)荷估算[J].南水北調(diào)與水利科技，2014，12（1）：50-53.

[3]王駿，畢春娟，陳振樓，等.溫州城市降雨徑流中BOD5和COD污染特征及其初始沖刷效應(yīng)[J].環(huán)境科學(xué)，2013，34（5）：1735-1744.

[4]張杰.西安市不同功能區(qū)降雨徑流污染分析與評價(jià)[D].西安科技大學(xué)，2016.

[5]侯培強(qiáng)，任玉芬，王效科，等.北京市城市降雨徑流水質(zhì)評價(jià)研究[J].環(huán)境科學(xué)，2012，33（1）：71-75.

[6]劉莊，晁建穎，張麗，等.中國非點(diǎn)源污染負(fù)荷計(jì)算研究現(xiàn)狀與存在問題[J].水科學(xué)進(jìn)展，2015，26（3）：432-442.

[7]張善發(fā)，李田，高廷耀.上海市地表徑流污染負(fù)荷研究[J].中國給水排水，2006，22（21）：57-60+63.

[8]趙劍強(qiáng).城市地表徑流污染與控制[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

[9]王宇翔，楊小麗，胡如幻，等.常州市湖塘紡織工業(yè)園降雨徑流污染負(fù)荷分析[J].水資源保護(hù)，2017，33（3）：68-73.

[10]王文舉.城市降雨徑流重金屬污染規(guī)律及其控制技術(shù)研究[D].河北工程大學(xué)，2018.

基金項(xiàng)目：2015年浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“臨安市不同功能區(qū)道路降雨徑流污染季節(jié)變異特征及源解析”（No.LY15D010005）

作者簡介：潘雅甜（1998-），女，漢族，浙江麗水人，本科，研究方向：環(huán)境評價(jià)。

*通訊作者：方曉波（1978-），男，漢族，浙江臨安人，博士，副教授，從事環(huán)境評價(jià)與管理工作。