城市雨污合流制排水管道降雨徑流污染特征研究

李云青 李海燕 譚朝洪 張曉然

摘 要：城市合流制排水管道旱季輸送生活污水，雨季同時(shí)輸送降雨徑流，降雨量較大時(shí)易產(chǎn)生合流制溢流污染并對(duì)水環(huán)境造成危害。選取北京市２ 個(gè)典型合流制排水管道進(jìn)行降雨徑流監(jiān)測(cè)，對(duì)典型降雨事件下徑流ＳＳ、ＣＯＤ、ＴＮ、ＮＨ３ －Ｎ、ＴＰ、Ｐｂ、Ｚｎ 七項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析，研究其水質(zhì)污染特征。結(jié)果表明：ＳＳ、ＣＯＤ、ＴＮ、ＮＨ３ －Ｎ 和ＴＰ 在降雨徑流過(guò)程中平均濃度（ＥＭＣ） 均超過(guò)參考標(biāo)準(zhǔn)限值，而重金屬Ｐｂ、Ｚｎ 污染程度較輕，２ 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)Ｐｂ、Ｚｎ 的ＥＭＣ 均低于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（ＧＢ ３８３８—２００２）Ｖ 類水標(biāo)準(zhǔn)限值；管道水質(zhì)變化過(guò)程受降雨強(qiáng)度、污染物地表累積情況、管道沉積物沖刷情況等多種因素的影響，多數(shù)污染物濃度與降雨強(qiáng)度成負(fù)相關(guān)，與雨前干期長(zhǎng)度成正相關(guān)；降雨強(qiáng)度、雨前干期長(zhǎng)度及降雨量分布均會(huì)影響污染物的初期沖刷效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：合流制排水管道；降雨徑流；水質(zhì)污染；沖刷；北京市

中圖分類號(hào)： Ｘ５２；ＴＵ９９２ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．０７．０２０

引用格式：李云青，李海燕，譚朝洪，等．城市雨污合流制排水管道降雨徑流污染特征研究［Ｊ］．人民黃河，２０２３，４５（７）：１０９－１１５．

０ 引言近年來(lái)，隨著城市快速發(fā)展，分流制排水系統(tǒng)應(yīng)用較多，但一些城市老城區(qū)受空間條件限制和歷史文化保護(hù)要求，仍有大量合流制排水管道［１］ 。我國(guó)自２０ 世紀(jì)８０ 年代末開(kāi)始對(duì)城市非點(diǎn)源污染進(jìn)行研究，對(duì)合流制排水管道徑流污染方面的研究多集中在北京［２－３］ 、武漢［４－５］ 、上海［６］ 等城市。研究表明，降雨發(fā)生時(shí)城市合流制排水管道產(chǎn)生的徑流污染比分流制排水管道嚴(yán)重［５］ 。原因是合流制排水系統(tǒng)在干期輸送城市污水，雨期還同時(shí)輸送地表徑流，更容易發(fā)生輸送水量超標(biāo)現(xiàn)象，污水溢流排放到自然水體產(chǎn)生污染，稱之為合流制管網(wǎng)溢流［７］ 。雨污合流制排水管網(wǎng)污染源較分流制排水管網(wǎng)更加多樣，國(guó)內(nèi)外研究將合流制排水管網(wǎng)降雨徑流污染源大致分為三方面：一是管網(wǎng)溢流出的城市污水、地表徑流、管道沉積物［８－９］ ，其中城市污水主要包括生活污水、生產(chǎn)污水、徑流污水；二是雨水沖刷地表在干期形成的污染物；三是在降雨徑流沖刷作用下釋放的排水管道沉積物。目前對(duì)于北京城區(qū)合流制排水管網(wǎng)徑流研究多集中于溢流污染特征、溢流影響因素以及溢流污染控制方面［１０－１２］ ，缺乏考慮降雨因素的干期、雨期合流制排水管網(wǎng)水質(zhì)變化特征研究以及管道污染物濃度變化、初期沖刷過(guò)程的影響因素研究。

本文選取北京城區(qū)兩段典型合流制排水管道，依據(jù)干期、雨期懸浮物（ＳＳ）、化學(xué)需氧量（ＣＯＤ）、總氮（ＴＮ）、氨氮（ＮＨ３ －Ｎ）、總磷（ＴＰ）、重金屬Ｐｂ 與Ｚｎ 徑流污染指標(biāo)監(jiān)測(cè)結(jié)果，探究其水質(zhì)變化特征，分析降雨特征對(duì)污染物濃度的影響規(guī)律以及水質(zhì)變化的影響因素等，以期為合流制排水管網(wǎng)徑流污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及治理提供科學(xué)依據(jù)。

１ 監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置及降雨特征值

分別在北京西城區(qū)和海淀區(qū)各選擇一段合流制排水管道，管道均為ＤＮ３００ 鋼管。在管道下游干管各選擇一個(gè)檢查井設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別位于西城區(qū)宣師一附?。ūO(jiān)測(cè)點(diǎn)ＨＬ１）及海淀區(qū)萬(wàn)壽莊賓館（監(jiān)測(cè)點(diǎn)ＨＬ２）附近，監(jiān)測(cè)點(diǎn)ＨＬ１ 設(shè)置在道路上，ＨＬ２ 設(shè)置在綠地上，所在區(qū)域地形都比較平緩。２ 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別位于北京核心區(qū)和拓展區(qū)，所選的合流制排水管道所控區(qū)域涵蓋屋面、道路、綠地３ 種典型下墊面，其附近地區(qū)的人口密度、交通流量、空氣污染狀況和居民生活習(xí)慣等與所在地區(qū)相近或一致，并且遠(yuǎn)離污染點(diǎn)源（垃圾堆、污水排放口等）。

２ 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)氣候均為典型的大陸性暖溫帶季風(fēng)氣候，四季分明， 降雨集中在夏季， 年平均降雨量６００ ｍｍ。２０１９ 年３—７ 月共監(jiān)測(cè)７ 場(chǎng)降雨，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的降雨特征值及管道流量見(jiàn)表１。

使用２ Ｌ 燒杯收集城市排水管網(wǎng)出口降雨樣品，轉(zhuǎn)移到５００ ｍＬ 聚乙烯采樣瓶中不留頂空。記錄每個(gè)樣品的采樣開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，隨即貼上樣品標(biāo)簽，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定水溫及ｐＨ 值，然后將樣品轉(zhuǎn)移至低溫箱保存并帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)驗(yàn)。水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括ＳＳ、ＣＯＤ、ＴＮ、ＮＨ３ －Ｎ、ＴＰ、Ｐｂ、Ｚｎ。

對(duì)２０１９ 年３—７ 月共７ 場(chǎng)典型降雨進(jìn)行污染物監(jiān)測(cè)，根據(jù)式（１）對(duì)ＨＬ１ 和ＨＬ２ 監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行雨期水質(zhì)計(jì)算分析，干期水質(zhì)則采用瞬時(shí)濃度平均值進(jìn)行分析。通過(guò)將ＳＳ 濃度與《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（ＧＢ １８９１８—２００２）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行比較，其他污染指標(biāo)與《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（ＧＢ ３８３８—２００２）Ｖ 類水標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行比較，來(lái)判斷合流制排水管道水質(zhì)污染程度。

２．２ 水質(zhì)歷時(shí)變化特征與初期沖刷特征分析

選?。?個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)降雨歷時(shí)相同、降雨強(qiáng)度相近的降雨事件（２０１９ 年７ 月２２ 日）為例，研究同一場(chǎng)次降雨事件２ 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)各水質(zhì)指標(biāo)隨降雨歷時(shí)的變化過(guò)程。在降雨過(guò)程中監(jiān)測(cè)斷面徑流出流前采集第１ 個(gè)樣品，在初始產(chǎn)流３０ ｍｉｎ 內(nèi)每隔５ ｍｉｎ 采集１ 個(gè)樣品，在產(chǎn)流３０～６０ ｍｉｎ 內(nèi)每隔１０ ｍｉｎ 采集１ 個(gè)樣品，在產(chǎn)流６０～１２０ ｍｉｎ 內(nèi)每隔３０ ｍｉｎ 采集１ 個(gè)樣品，共采集１２個(gè)樣品（包含１ 個(gè)平行樣）。采用流量監(jiān)測(cè)設(shè)備同時(shí)監(jiān)測(cè)出流流量，在２０１９ 年７ 月２ 日和２０１９ 年７ 月３日連續(xù)監(jiān)測(cè)２ 個(gè)合流制排水管道出口斷面的干期水質(zhì)，每２ ｈ 采集１ 次樣品，歷時(shí)２４ ｈ，共采集１４ 個(gè)樣品（含１ 個(gè)平行樣）。

以污染物的累積污染負(fù)荷與累積徑流量的相關(guān)性為基礎(chǔ)，以兩者所形成無(wú)量綱累積曲線的發(fā)散程度來(lái)確定是否發(fā)生初期沖刷，并繪制其Ｍ （Ｖ） 曲線。當(dāng)Ｍ（Ｖ）曲線起始坡度大于４５°時(shí)存在初期沖刷效應(yīng)，并用偏離４５°的最大值來(lái)量化初期效應(yīng)。選?。?場(chǎng)降雨量各不相同的降雨事件（２０１９ 年４ 月２４ 日、２０１９ 年６月１６ 日、２０１９ 年７ 月２２ 日），探究２ 個(gè)合流制排水管道監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)指標(biāo)變化規(guī)律。

２．３ 水質(zhì)指標(biāo)與降雨特征相關(guān)關(guān)系分析

為探究降雨強(qiáng)度和雨前干期長(zhǎng)度對(duì)合流制排水管道降雨徑流水質(zhì)的影響，對(duì)７ 場(chǎng)降雨的降雨強(qiáng)度、雨前干期長(zhǎng)度與２ 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)指標(biāo)ＥＭＣ 的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。通過(guò)ＳＰＳＳ 統(tǒng)計(jì)軟件計(jì)算降雨特征值與徑流污染物濃度之間的Ｐｅａｒｓｏｎ 相關(guān)系數(shù)，結(jié)合干期、雨期的水質(zhì)指標(biāo)，分析２ 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的徑流污染物來(lái)源，為有效控制合流制排水管道徑流污染提供可靠依據(jù)。

３ 結(jié)果與討論

３．１ 合流制排水管道水質(zhì)污染特征

各水質(zhì)指標(biāo)干期瞬時(shí)濃度平均值見(jiàn)表２。當(dāng)降雨類型為大雨及以上時(shí)管道易產(chǎn)生溢流，平均降雨強(qiáng)度影響溢流事件發(fā)生所需時(shí)間，平均降雨強(qiáng)度越大，發(fā)生溢流事件所需時(shí)間越短［８］ 。分析合流制排水管道雨期徑流水質(zhì)濃度，能夠?yàn)橐缌魑廴究刂铺峁├碚撘罁?jù)。２ 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的干期ＳＳ 瞬時(shí)濃度平均值相差較大；２ 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的干期ＣＯＤ 以及氮磷的瞬時(shí)濃度平均值都較高，對(duì)比ＴＮ 與ＮＨ３ －Ｎ 濃度發(fā)現(xiàn)，氮類污染物的存在形式主要是ＮＨ３ －Ｎ；２ 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的干期Ｐｂ 和Ｚｎ 濃度均較低。

７ 場(chǎng)降雨事件中各水質(zhì)指標(biāo)ＥＭＣ 見(jiàn)表３。ＨＬ１、ＨＬ２ 監(jiān)測(cè)點(diǎn)雨期ＳＳ 的ＥＭＣ 平均值分別為６７２．０４、８４８．２７ ｍｇ／ Ｌ，分別為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（ＧＢ １８９１８—２００２） 二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值（３０ ｍｇ／ Ｌ） 的２２．４ 倍、２８．３ 倍。另外，數(shù)次降雨事件中污染物ＳＳ 的ＥＭＣ 變化范圍較大，ＨＬ１ 監(jiān)測(cè)點(diǎn)ＳＳ 的ＥＭＣ 變化范圍為１５６．４３～２ ０４４．７０ ｍｇ／ Ｌ，ＨＬ２ 監(jiān)測(cè)點(diǎn)ＳＳ 的ＥＭＣ 變化范圍為３７７．２２～１ ８６８．６１ ｍｇ／ Ｌ。雨污合流制排水管道雨水徑流中含有大量的懸浮物，且其污染過(guò)程復(fù)雜，對(duì)自然水體具有極大威脅，降雨量、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置、采樣時(shí)間等均會(huì)影響合流制排水管道ＳＳ 濃度。ＨＬ１、ＨＬ２監(jiān)測(cè)點(diǎn)雨期ＣＯＤ 的ＥＭＣ 平均值分別為３６９． ５１、３２８．５２ ｍｇ／ Ｌ，分別為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（ ＧＢ３８３８—２００２）Ｖ 類水標(biāo)準(zhǔn)（４０ ｍｇ／ Ｌ）的９．２ 倍、８．２ 倍，污染程度較為嚴(yán)重。氮磷類污染物的ＥＭＣ 變化范圍較大，ＨＬ１、ＨＬ２ 監(jiān)測(cè)點(diǎn)雨期ＴＮ 的ＥＭＣ 平均值分別為５９．９２、７０．７５ ｍｇ／ Ｌ，分別為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（ＧＢ ３８３８—２００２） Ｖ 類水標(biāo)準(zhǔn)（２ ｍｇ／ Ｌ） 的３０．０ 倍、３５．４ 倍；ＨＬ１、ＨＬ２ 監(jiān)測(cè)點(diǎn)雨期ＴＰ 的ＥＭＣ 平均值分別為４．１５、５．８２ ｍｇ／ Ｌ，分別為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（ＧＢ ３８３８—２００２）Ｖ 類水標(biāo)準(zhǔn)（０．４ ｍｇ／ Ｌ） 的１０．４ 倍、１４．６ 倍。不同的降雨條件和季節(jié)環(huán)境會(huì)影響合流制排水管道中氮磷類污染物的濃度，降雨量較大時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生稀釋效應(yīng)，降雨量較小時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生富集現(xiàn)象，且合流制排水管道雨污合流，生活污水中也含有較多氮磷元素，因此其水質(zhì)變化具有很強(qiáng)的不確定性。

ＨＬ１、ＨＬ２ 監(jiān)測(cè)點(diǎn)雨期重金屬Ｐｂ 的ＥＭＣ 平均值分別為Ｖ 類水標(biāo)準(zhǔn)限值（０．１ ｍｇ／ Ｌ）的０．０８ 倍、０．０７ 倍，ＨＬ１、ＨＬ２ 監(jiān)測(cè)點(diǎn)雨期重金屬Ｚｎ 的ＥＭＣ 平均值分別為Ｖ 類水標(biāo)準(zhǔn)限值（２．０ ｍｇ／ Ｌ）的０．２１ 倍、０．４２ 倍，但雨前干期較長(zhǎng)的降雨場(chǎng)次污染物Ｐｂ 和Ｚｎ 的ＥＭＣ 較大。

對(duì)比干期、雨期的水質(zhì)可以發(fā)現(xiàn)，降雨會(huì)顯著影響合流制排水管道污染物濃度。監(jiān)測(cè)干期后的第一場(chǎng)降雨事件（２０１９ 年７ 月５ 日）２ 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的徑流ＳＳ 的ＥＭＣ分別高達(dá)２ ０４４．７０、１ ２２３．１１ ｍｇ／ Ｌ，均為２０１９ 年所有監(jiān)測(cè)降雨場(chǎng)次中的較大值，明顯高于干期ＳＳ 的瞬時(shí)濃度平均值，而干期ＳＳ 瞬時(shí)濃度平均值與部分降雨事件ＳＳ 的ＥＭＣ 相比較高，說(shuō)明干期污水中ＳＳ 是降雨時(shí)合流制排水管道中ＳＳ 的重要來(lái)源；雨期ＣＯＤ 的ＥＭＣ 與干期瞬時(shí)濃度平均值相比有一定程度的降低，說(shuō)明降雨會(huì)對(duì)合流制排水管道中ＣＯＤ 污染物產(chǎn)生稀釋作用；對(duì)比２ 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的干期ＮＨ３ －Ｎ 瞬時(shí)濃度平均值與雨期ＥＭＣ 可以發(fā)現(xiàn)，降雨時(shí)合流制排水管道的ＥＭＣ 變化范圍很大，監(jiān)測(cè)點(diǎn)ＨＬ１ 的ＮＨ３ －Ｎ 干期瞬時(shí)濃度平均值為７２．８５ ｍｇ／ Ｌ，６ 月１６ 日（小雨）ＮＨ３－Ｎ 的ＥＭＣ 為７６．５０ ｍｇ／ Ｌ，７ 月５ 日、７ 月２２ 日（中雨）ＮＨ３ －Ｎ 的ＥＭＣ分別為３１．１４、７．３５ ｍｇ／ Ｌ；同樣，監(jiān)測(cè)點(diǎn)ＨＬ１ 的ＴＰ 干期瞬時(shí)濃度平均值為５．３６ ｍｇ／ Ｌ，６ 月１６ 日（小雨）ＴＰ 的ＥＭＣ 為９．８２ ｍｇ／ Ｌ，７ 月５ 日、７ 月２２ 日（中雨）ＴＰ 的ＥＭＣ 分別為０．８４、０．７９ ｍｇ／ Ｌ，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)ＨＬ２ 有相同規(guī)律，可知降雨量較大時(shí)會(huì)有顯著的ＴＰ 稀釋現(xiàn)象，而降雨量較小、雨前干期較長(zhǎng)又會(huì)加重合流制排水管道污染負(fù)荷，從時(shí)間分布上來(lái)看，合流制排水管道中干期的氮磷污染程度接近２０１９ 年６ 月１６ 日降雨事件中氮磷污染程度，并且表現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化性。北京地處季風(fēng)氣候區(qū)，夏季炎熱多雨，是氮磷污染物釋放的階段，極易誘發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化，對(duì)水生生物影響較大，因此需要引起高度重視。

對(duì)所測(cè)２０１９ 年北京合流制排水管道徑流水質(zhì)ＥＭＣ 與２００９ 年北京、２００７ 年上海、２０１０ 年昆明合流制排水管道徑流水質(zhì)ＥＭＣ 進(jìn)行比較，見(jiàn)表４。相比北京２００９ 年監(jiān)測(cè)的合流制排水管道徑流水質(zhì)，除ＳＳ 外，其他污染物濃度均有不同程度的降低，其中ＣＯＤ 的最大ＥＭＣ 降低了約６８％，可見(jiàn)近幾年北京老城區(qū)合流制排水管網(wǎng)的污染得到了有效控制，而徑流ＳＳ 的ＥＭＣ在１０ ａ 后有較大的上升，對(duì)城市水體仍然構(gòu)成巨大威脅。相比上海、昆明的合流制排水管道徑流水質(zhì)，污染物ＳＳ、ＴＮ、ＮＨ３ －Ｎ、ＴＰ 污染水平均較高，說(shuō)明北京的合流制排水管網(wǎng)ＳＳ 與氮磷類污染偏嚴(yán)重，可能是因?yàn)樯虾?、昆明這２ 個(gè)城市氣候與北京不同，降雨更加頻繁，兩場(chǎng)降雨時(shí)間間隔較短，污染物累積少，并且降雨量大，對(duì)污染物稀釋作用更加顯著。因此，要根據(jù)地區(qū)降雨特征，針對(duì)性地進(jìn)行合流制排水管道徑流污染的控制管理。

３．２ 合流制排水管道水質(zhì)指標(biāo)與降雨特征值相關(guān)性分析

降雨特征值與各污染物濃度間Ｐｅａｒｓｏｎ 相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表５。２ 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)污染物濃度與降雨強(qiáng)度大多成負(fù)相關(guān)，與雨前干期多成正相關(guān)。在學(xué)校附近的監(jiān)測(cè)點(diǎn)ＨＬ１，污染物ＮＨ３ －Ｎ、ＴＰ 與降雨強(qiáng)度在０．０１ 級(jí)別顯著負(fù)相關(guān)，Ｚｎ 與雨前干期長(zhǎng)度在０．０１ 級(jí)別顯著正相關(guān)。在賓館附近的監(jiān)測(cè)點(diǎn)ＨＬ２，污染物ＳＳ、ＴＮ、ＴＰ 與降雨強(qiáng)度在０．０５ 級(jí)別顯著負(fù)相關(guān)，Ｐｂ、Ｚｎ 與雨前干期長(zhǎng)度在０．０１ 級(jí)別顯著正相關(guān)。因此，大部分污染物表現(xiàn)為降雨強(qiáng)度越大被稀釋濃度越小；雨前干期越長(zhǎng)，污染物累積越多，濃度越大。但合流制排水管道水質(zhì)組成復(fù)雜，與降雨強(qiáng)度正相關(guān)原因可能是降雨強(qiáng)度的提高沖刷了管道沉積物，使得其濃度增大，而與雨前干期長(zhǎng)度負(fù)相關(guān)或不存在相關(guān)性原因可能是排水管道污染物源自地表累積污染物的比例較小。張智等［１９］ 通過(guò)分析不同降雨等級(jí)與污染物濃度的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)小雨、中雨等級(jí)的降雨形成較明顯稀釋效應(yīng)；中雨、大雨等級(jí)的降雨對(duì)管道形成較明顯的沖刷作用，導(dǎo)致各污染物濃度升高，這與本研究得出的結(jié)果一致。Ｂｅｒｓｉｎｇｅｒ 等［２０］ 采用在線監(jiān)測(cè)與條件回歸樹(shù)測(cè)試相結(jié)合的方法，得出雨前干期長(zhǎng)度、平均降雨強(qiáng)度為合流制排水管網(wǎng)溢流污水中ＣＯＤ 濃度的主要影響因子的結(jié)論，與本研究結(jié)果一致。

３．３ 合流制排水管道水質(zhì)變化特征

２０１９ 年７ 月２２ 日降雨場(chǎng)次中合流制排水管道監(jiān)測(cè)點(diǎn)污染物濃度隨降雨變化過(guò)程見(jiàn)圖１。在此次降雨事件中， ＨＬ１、ＨＬ２ 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的降雨量分別為１３． ５、１９．８ ｍｍ，降雨歷時(shí)均為６ ｈ，降雨強(qiáng)度分別為２．２５、３．３０ ｍｍ／ ｈ。由圖１ 可知，２ 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的各污染物濃度整體呈下降趨勢(shì)，有一定程度的波動(dòng)，不同時(shí)刻有新的波峰出現(xiàn)。車(chē)伍等［２１］ 通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型研究雨水干管污染物輸送規(guī)律，發(fā)現(xiàn)雨水干管污染物濃度總體呈下降趨勢(shì)，其受污染物初始濃度與降雨強(qiáng)度的影響。

由圖１ 可知，污染物濃度變化幅度與降雨量分布有關(guān)，且污染物濃度變化過(guò)程中峰值的出現(xiàn)與降雨強(qiáng)度有一定的關(guān)系，污染物濃度峰值多在降雨強(qiáng)度峰值后出現(xiàn)，污染物地表累積情況、管道沉積物沖刷情況也會(huì)影響不同污染物濃度變化過(guò)程。對(duì)比２ 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)變化過(guò)程可以發(fā)現(xiàn)，ＨＬ１ 監(jiān)測(cè)點(diǎn)前期多數(shù)污染物濃度迅速下降，后期濃度變化趨勢(shì)較緩；而ＨＬ２ 監(jiān)測(cè)點(diǎn)多數(shù)污染物濃度整體均勻下降，只在降雨后期某一時(shí)刻大幅下降。Ｐｂ 和Ｚｎ 濃度變化小，原因是Ｐｂ 和Ｚｎ污染物地表累積量小，在降雨初期便被沖刷進(jìn)入合流制排水管網(wǎng)中；ＳＳ 濃度受降雨量影響較大，尤其在ＨＬ２ 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的２２ 時(shí)之后，其濃度大幅下降，原因是此時(shí)降雨量大幅增加，較多雨水徑流能夠大幅稀釋管道中ＳＳ 污染物；ＣＯＤ、ＴＮ、ＴＰ、ＮＨ３ －Ｎ 濃度隨降雨量變化波動(dòng)較小，可能是合流制排水管道中沉積物被雨水沖刷進(jìn)水體［２２］ ，對(duì)其濃度變化產(chǎn)生一定影響。Ｓｉｌｖａ等［１６］ 對(duì)城市合流制排水管網(wǎng)降雨徑流污染特征進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)合流制排水管網(wǎng)下游干管的合流污水濃度受降雨過(guò)程、管道匯流過(guò)程、地表累積狀況和管道沉積污染物再懸浮等綜合影響，各污染物在不同區(qū)域不同降雨條件下呈現(xiàn)不同的污染特征。結(jié)合３．２ 節(jié)分析可知，合流制排水管道各污染物濃度變化與降雨強(qiáng)度、污染物地表累積情況、管道沉積物沖刷情況等都有關(guān)。

３．４ 合流制排水管道初期沖刷特征

在城市降雨徑流過(guò)程中，多數(shù)情況下存在徑流初期污染物的累積輸送速率大于徑流量累積輸送速率的現(xiàn)象，即降雨初期徑流攜帶著大量污染物，稱為初期沖刷效應(yīng)［２３］ 。徑流過(guò)程中如果污染物初期沖刷現(xiàn)象比較明顯，那么可以對(duì)初期雨水進(jìn)行截留控制，進(jìn)行處理后再排放，可以實(shí)現(xiàn)較高的污染控制率，因此研究污染物的初期沖刷規(guī)律對(duì)污染物的排放治理具有重要意義。降雨初期徑流水質(zhì)較差，初期徑流中污染物的濃度明顯高于中后期，但是各污染物濃度變化曲線并不能直觀反映污染物初期沖刷效應(yīng)是否存在，因此通過(guò)繪制合流制排水管道徑流污染物Ｍ（Ｖ）曲線分析管道初期沖刷特征，見(jiàn)圖２。

４ 月２４ 日降雨場(chǎng)次ＨＬ１、ＨＬ２ 監(jiān)測(cè)點(diǎn)降雨類型分別為大雨、中雨，２ 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)除ＳＳ 存在較為輕微的初期沖刷現(xiàn)象外，其余污染物的初期沖刷現(xiàn)象均不明顯，原因是降雨場(chǎng)次的降雨強(qiáng)度雖大，但是降雨分布較均勻且分散，本場(chǎng)降雨的污染物沖刷現(xiàn)象不明顯。６ 月１６ 日降雨場(chǎng)次ＨＬ１、ＨＬ２ 監(jiān)測(cè)點(diǎn)降雨類型均為小雨，在ＨＬ１ 監(jiān)測(cè)點(diǎn)ＳＳ、Ｚｎ 存在較為明顯的初始沖刷效應(yīng)，當(dāng)累積徑流量與徑流總量之比為０．３ 時(shí)，ＳＳ、Ｚｎ 的累積污染負(fù)荷與污染負(fù)荷總量之比分別達(dá)到０．３０ 和０．４５，其余污染物的沖刷效應(yīng)均不明顯；ＨＬ２ 監(jiān)測(cè)點(diǎn)只表現(xiàn)出輕微的沖刷效應(yīng)。７ 月２２ 日降雨場(chǎng)次兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)降雨類型均為中雨，在ＨＬ１ 監(jiān)測(cè)點(diǎn)ＮＨ３ －Ｎ、ＣＯＤ、ＴＰ 存在輕微的初始沖刷效應(yīng)，在ＨＬ２ 監(jiān)測(cè)點(diǎn)ＣＯＤ、ＴＰ初始沖刷效應(yīng)較為突出，其余污染物均未表現(xiàn)出明顯的沖刷效應(yīng)。綜合本研究所選的３ 場(chǎng)降雨事件，７ 月２２ 日初期沖刷現(xiàn)象最明顯，６ 月１６ 日次之，４ 月２４ 日降雨場(chǎng)次初期沖刷現(xiàn)象最輕微，３ 場(chǎng)降雨事件降雨強(qiáng)度大小順序?yàn)椋?月２２ 日＞４ 月２４ 日＞６ 月１６ 日，３ 場(chǎng)降雨事件雨前干期長(zhǎng)短順序?yàn)椋?月１６ 日＞７ 月２２ 日＝４ 月２４ 日。

結(jié)合３．３ 節(jié)水質(zhì)變化過(guò)程分析可知，降雨強(qiáng)度、雨前干期長(zhǎng)度以及降雨量分布綜合影響污染物的初期沖刷效應(yīng)。降雨強(qiáng)度越大且集中分布在前中期，雨前干期越長(zhǎng)，污染物的初期沖刷現(xiàn)象越明顯。

４ 結(jié)論

以北京城區(qū)２ 個(gè)典型合流制排水管道為研究對(duì)象，通過(guò)監(jiān)測(cè)干期、雨期水質(zhì)指標(biāo)，研究其水質(zhì)污染特征，得出如下結(jié)論。

１）２ 個(gè)合流制排水管道監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要污染物為ＳＳ、ＣＯＤ、ＴＮ、ＮＨ３ －Ｎ 和ＴＰ，監(jiān)測(cè)濃度均超過(guò)參考標(biāo)準(zhǔn)限值，重金屬Ｐｂ、Ｚｎ 污染程度較輕。降雨會(huì)顯著影響合流制排水管道污染物濃度，降雨量較大時(shí)會(huì)有顯著的稀釋現(xiàn)象，而降雨量較小、雨前干期較長(zhǎng)時(shí)會(huì)加重合流制排水管道污染負(fù)荷。

２）合流制排水管道水質(zhì)變化與多種因素有關(guān)，包括降雨強(qiáng)度、污染物地表累積情況、管道沉積物沖刷情況等。各污染物濃度與降雨強(qiáng)度大多成負(fù)相關(guān)，與雨前干期長(zhǎng)度多成正相關(guān)。

３）污染物初期沖刷情況復(fù)雜，不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沖刷規(guī)律不同，降雨強(qiáng)度、雨前干期污染物累積特征以及降雨量分布綜合影響污染物的初期沖刷效應(yīng)。所選３ 場(chǎng)降雨的初期沖刷現(xiàn)象顯著程度排序?yàn)椋?月２２ 日＞６ 月１６ 日＞４ 月２４ 日，７ 月２２ 日降雨強(qiáng)度最大，６ 月１６ 日雨前干期最長(zhǎng)，故降雨強(qiáng)度越大且集中分布在前中期，雨前干期越長(zhǎng)，污染物的初期沖刷現(xiàn)象越明顯。

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