阜新城區(qū)夏季雨污特征及其主要污染源識別

尹璐璐

(遼寧省阜新水文局，遼寧 阜新 123000)

城區(qū)大量的面源污染在夏季暴雨徑流中產(chǎn)生進入河道內(nèi)，使得河道內(nèi)的水體環(huán)境產(chǎn)生不同程度的影響[1]。城區(qū)不同下墊面類型下污染形成特征差異較大，其主要污染來源也較為復雜，對于城區(qū)規(guī)劃而言，需要對其不同下墊面污染物形成特征及主要污染源進行識別，從而制定較為有效的綜合規(guī)劃，提高城區(qū)河道水生態(tài)環(huán)境[2]。近些年來，國內(nèi)對于城區(qū)面源污染研究取得一定的研究成果[3-11]，但這些研究成果大都相對較為宏觀，未能針對不同下墊面類型污染形成特征進行系統(tǒng)研究，此外由于城區(qū)面源污染源識別較難，對其主要污染源識別的研究還較少。阜新位于遼寧的西部，近些年來，隨著城市建設(shè)快速發(fā)展，城區(qū)面源污染逐年增多，對城區(qū)內(nèi)河流水質(zhì)產(chǎn)生了不同程度的影響，為改善城區(qū)主要河流水環(huán)境，提高城區(qū)水環(huán)境水平，亟需對城區(qū)夏季面源污染負荷特征進行系統(tǒng)分析，并對其主要污染源進行有效識別。為此結(jié)合室內(nèi)觀測方式對阜新城區(qū)夏季不同下墊面類型(交通干道、園林、居民生活區(qū))下雨污染形成特征進行觀測，并采取當前國內(nèi)污染源識別較為成熟的污染物Person系數(shù)法對其主要污染源進行動態(tài)識別。研究成果對于阜新城區(qū)面源污染治理規(guī)劃具有參考價值。

1 試驗方案

1.1 試驗區(qū)域

阜新地區(qū)降水主要集中在夏季，夏季降水量占全年降水量的比重超過70%，夏季年均降水量達到400～500mm，針對城區(qū)交通干道、園地以及居民生活用地3種主要下墊面類型開展觀測試驗，總氮、總磷、氨氮鹽以及5d生化需氧量是主要測定的污染物指標。

1.2 試驗方式

考慮到城區(qū)污染物主要受夏季暴雨沖刷影響，因此按照雨量高于50mm選取場次降水進行各下墊面污染物水樣的采集，對采集的水樣進行測定。路邊的雨水井為交通干道下墊面類型下雨污采樣點，草地或林地區(qū)域為園林下墊面雨污采樣區(qū)域，生活下水井為居民生活區(qū)下墊面類型下雨污采樣區(qū)域。每個雨污采樣區(qū)域進行3～4個采樣點的布設(shè)，由于夏季暴雨徑流匯集時間較短，每次采樣時間需要在暴雨產(chǎn)生徑流后的20min內(nèi)完成，每隔30～40min在暴雨結(jié)束后采樣一次，由于很難對城區(qū)徑流進行有效觀測，因此其場次徑流量主要通過場次降水和區(qū)域徑流系數(shù)均值進行乘積計算得到。對各下墊面類型下采樣井觀測點水樣采用重氮偶氮分光光度法進行氨氮污染指標的測定，鉬酸銨分光光度法和堿性過硫酸鉀紫外分光光用來對總磷、總氮污染物指標的測定，直接培養(yǎng)方法用于5d生化需氧量BOD5的試驗測定。

2 試驗結(jié)果

2.1 不同下墊面類型污染物指標值

按照暴雨量超過50mm，在阜新城區(qū)不同下墊面類型下觀測8個場次降水量，對各采樣點進行水樣采集，并采樣室內(nèi)試驗測定方法對其總氮、總磷、硝酸鹽以及5d生化需氧量進行濃度測定，各下墊面類型下的污染物指標濃度測定結(jié)果見表1，各試驗場次下的污染物濃度變化過程如圖1所示。

圖1 各下墊面類型不同試驗場次下的污染物濃度變化過程

表1 不同下墊面類型下雨污濃度試驗測定值 單位：mg/L

從不同下墊面類型下雨污濃度試驗測定值可看出，各暴雨場次下不同下墊面污染物濃度有所差異，居民生湖區(qū)氨氮濃度明顯高于其他污染濃度值，氨氮濃度值居民生湖區(qū)Ⅲ類標準濃度限值的5.2倍，是居民生活區(qū)主要污染物類別，氨氮濃度偏高的主要原因在于居民生活污水及生活垃圾綜合影響，暴雨產(chǎn)生過程中，居民生活垃圾及污水排放使得氨氮濃度加大，當暴雨徑流達到峰值時，其受暴雨沖刷影響進入河道內(nèi)的氨氮濃度也相對應達到一個峰值。草地和林地是園林下墊面類型下兩種主要土地利用方式，總磷在園林區(qū)域其污染物濃度明顯高于總氮、氨氮以及5d生化需氧量，是園林下墊面類型下的主要污染物，其濃度偏高的主要原因在于草地林地施肥影響所致，當城區(qū)暴雨徑流達到峰值時，園林下墊面類型下的總磷濃度峰值可達到Ⅲ類標準濃度顯著的2.3倍。5d生化需氧量是交通干道主要污染物，其濃度值均要高于其他污染物指標，汽車油體污染是交通干道下墊面5d生化需氧量濃度較高的主要原因，暴雨徑流沖刷影響下汽車油體進入水體中，加大了水體中5d生化需氧量的濃度。從各下墊面類型不同試驗場次下的污染物濃度變化過程，居民生活區(qū)各類污染物濃度偏高，且均要高于污染濃度均值，草地類型下污染物濃度相對較低，且均低于污染物濃度均值。

2.2 污染物Person系數(shù)分析

在不同下墊面類型污染物濃度均值變化分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合Person系數(shù)分析方法建立不同下墊面類型和污染物之間的Person系數(shù)，各類下墊面污染物Person系數(shù)相關(guān)性分析結(jié)果見表2—4。

表2 居民生活區(qū)下不同污染物各污染物Person系數(shù)分析結(jié)果

表3 交通干道下不同污染物各污染物Person系數(shù)分析結(jié)果

表4 園林下不同污染物各污染物Person系數(shù)分析結(jié)果

從不同下墊面類型下的各污染物濃度Person系數(shù)相關(guān)性分析結(jié)果可看出，5d生化需氧量和氨氮之間具有較好的相關(guān)度，相關(guān)系數(shù)總體高于0.7，是各類下墊面的主要污染指標，其他污染物濃度之間的Person系數(shù)相對較低，對于阜新地區(qū)各類下墊面污染程度影響相對較低。5d生化需氧量和氨氮是主要污染物的原因在于其主要受人類活動影響，因此成為阜新地區(qū)城市主要污染物指標。

2.3 徑流對污染物濃度影響

為對城市夏季暴雨徑流對污染物濃度影響，結(jié)合阜新地區(qū)2場較強降水過程下不同下墊面污染濃度變化過程進行分析，2場降水特點見表5，不同徑流形成時間下各污染物濃度變化過程如圖2所示。

圖2 居民生活區(qū)污染物隨徑流變化過程

表5 不同場地降水變化特點

從不同下墊面類型各場次降水徑流下污染物濃度變化可看出，污染物濃度在徑流形成初期變化較為穩(wěn)定，這主要因為降雨初期由于產(chǎn)生較小的徑流，因此污染物隨著暴雨徑流進入河道內(nèi)的濃度相對較低，因此降雨初期污染物濃度具有較小的遞增幅度變化。徑流量隨著降雨時間的增加其不斷加大，使得污染物進入河道內(nèi)的比例有所增多，變幅加大，各類污染物濃度總體在0.5mg/L上下變幅。因此夏季城市在暴雨初期其面源污染總體呈現(xiàn)減少變化，降低了污染物濃度，后期隨著徑流量的增大其污染物濃度進一步減少。

3 結(jié)語

(1)居民生活區(qū)氨氮濃度較高，主要來源生活污水和生活垃圾，園地區(qū)域總磷濃度較高，主要受園地施肥影響所致，汽車油體污染是交通干道下墊面5d生化需氧量濃度較高的主要原因。

(2)城市暴雨初期對面源污染物沖刷效應明顯，尤其是在20～40min以內(nèi)，暴雨40min以后污染物濃度有所下降，沖刷效應減弱，暴雨后期污染物濃度具有明顯的富集效應。

(3)本文主要分析城市暴雨徑流下有機面源污染物濃度影響，而無機面源污染濃度變化還未進行分析，有所不足，在后續(xù)研究中應重點關(guān)注城市暴雨徑流下無機面源污染物濃度影響。