重庆市路面降雨径流特征及污染源解析

2010年雨季对重庆市3场降雨时段的地表径流进行采样监测,分析了重庆市路面降雨径流过程特征与降雨强度和降雨间隔时间对不同水质参数初始冲刷的影响,运用多元统计技术区分出路面径流的潜在污染源.结果表明,3场降雨径流的COD、TP和TN的次降雨平均浓度(EMC)分别为60.83～208.03、0.47～1.01和2.07～5.00 mg.L-1,超出了国家地表水环境质量V类标准,是主要污染物;3次降雨事件中,污染物浓度的峰值均提前或同步于径流量的峰值,并且污染物浓度的峰值多数出现在产流10 min内;重金属Zn、Cu、Pb和Cd浓度随降雨径流过程呈锯齿状变化;运用主成分分析区分出路面径流水质的2种潜在污染源:①机动车交通损耗和大气干湿沉降;②城市垃圾.     

城市交通干道降雨径流中PAHs的污染特征

以上海、温州市典型交通干道地表径流为研究对象,分析了样品中16种溶解态和颗粒态PAHs浓度,了解了城市交通干道降雨径流中PAHs污染特征及其动态变化过程.结果表明,径流中∑PAHs(包括溶解相、颗粒相)浓度范围为919.8～16711.6ng·L-1,溶解相中PAHs浓度要远低于颗粒相(分别为4.9～1558.0ng·L-1,635.4～16624.0ng·L-1).通过对3场降雨事件中PAHs浓度随降雨过程变化的研究,可以发现并不是所有道路径流都有初期冲刷效应,初期冲刷的产生受雨前干期、降雨强度以及径流量等因素共同作用,因此简单拦截初期径流并不能十分有效地降低PAHs污染负荷.径流中PAHs在颗粒相-水相间的分配系数Kp值为2.3×104～2.5×106L·kg-1,随着悬浮颗粒物含量增加而减少,这可能跟径流过程中颗粒物粒径组成有关.     

城市降雨屋面、路面径流水文水质特征研究

为研究城市硬质下垫面径流的水文过程与污染物浓度变化特征,对北京市2006年6-8月的4场降雨进行路面和屋面水文、水质过程同步分析.结果表明,径流曲线与降雨过程线形状类似,波动幅度相对较小,滞后于降雨过程线5～20 min,屋面径流系数在0.80～0.98之间;路面径流系数在0.87～0.97之间.径流污染物的浓度是由累积排放规律决定的,路面径流的污染物浓度高于屋面径流,径流中COD、TN、TP的浓度均超过地表水环境质量标准V类水要求.各类污染物之间的相关性均处于显著性水平R=0.1以上,屋面径流颗粒物与有机物和阴离子之间的相关关系较大(＞0.5),而与氮磷等营养物质的相关系数较小(＜0.5);路面径流中,TN、1P与颗粒物的相关性有所增加.径流中各类物质大多存在初期冲刷现象,并受到污染物种类、下垫面特征、降雨强度和雨型等因素的影响.SS初期冲刷现象较其它几类污染物更为明显,路面较屋面更容易形成初期冲刷,低强度降雨不容易形成有机物和营养物质的初期冲刷现象.控制初期径流污染是北京市径流管理的有效措施.     

温州城市降雨径流磷的负荷及其初始冲刷效应

监测了温州2个采样区5场较为典型的降雨过程,测定了不同下垫面径流pH值以及总磷(TP)、溶解态磷(DP)、颗粒态磷(PP)、总无机碳(TIC)、总有机碳(TOC)、总悬浮颗粒(TSS)、BOD5、COD的含量.结果表明,温州城市降雨径流中TP、DP以及PP含量分别介于0.01～4.32 mg.L-1、ND～0.88 mg.L-1以及ND～4.31 mg.L-1之间,径流初期阶段PP占绝对主导地位,而在整个径流过程的中后期,大部分降雨径流中DP占TP的比重呈现出一个上升的趋势,屋面径流和汇流口径流这一情况尤其明显.从TP和DP的EMC值来判断,有些城市降雨径流会对下级受纳水体造成环境压力.同时,不同城市降雨径流中TP以及DP含量之间的差异显著,而不同的降雨条件也会影响降雨径流中磷的含量.根据M(V)累积曲线判断,TP初期冲刷效应在城市降雨径流中是较为普遍的;与TP相比,城市降雨径流中的DP比较难发生初始冲刷的情况.城市降雨径流中总磷的含量不但受下垫面类型的影响,而且与径流各种理化指标之间呈现出显著的相关关系.所有结果皆指出针对不同下垫面径流磷污染的治理工作应采用不同的最佳管理方案(BMPs),而降低径流TSS含量是削减其磷负荷的有效途径之一.     

温州城市不同下垫面径流中无机氮的含量及初期冲刷效应

在温州两个采样区分别监测了4场降雨事件,选取交通干道、停车场、小区屋面、小区路面、城市排水系统汇流口、草地等6种下垫面,测定地表降雨径流中溶解铵态氮（NH＋4-N）、溶解硝态氮（NO-3-N）、溶解亚硝态氮（NO-2-N）的含量及基本理化指标.结果表明,温州城市降雨径流中NH＋4-N、NO-3-N和NO-2-N的降雨事件平均浓度（EMC）值分别介于0.40～5.55、0.01～4.70、0～0.87mg·L-1（以N计）之间,九山外河区域氮污染比山下河区域严重,交通干道、居民生活区是氮污染严重的地方,应加以重视.多数下垫面径流中溶解态无机氮以NH＋4-N为主,比例可达50%以上,九山外河区域各下垫面径流中NH＋4-N普遍超过了地表水环境V类水标准.除小区路面以外,各下垫面径流多次出现NH＋4-N的初期冲刷效应,仅小区屋面和汇流口径流中出现过NO--N初期冲刷效应.     

宁波市典型城市下垫面雨水径流污染特征解析

雨水径流污染影响受纳水体水质,为掌握宁波市雨水径流污染特征,于2009～2019年开展了8场降雨调查,采用频率统计分析和相关性分析方法研究了中心城区的屋面、广场、绿地、小区道路、商业街道路和城市主干道等不同下垫面的雨水径流污染水平,径流污染来源,以及中小雨型径流水质的冲刷规律.结果表明,宁波市各下垫面雨水径流的化学需氧量(COD)、氨氮、总氮、总磷和总悬浮固体(TSS)等污染指标的次降雨径流平均浓度(EMC)均值分别介于23.88～102.31、 0.40～1.69、 3.41～8.71、 0.09～0.50及37.6～323.4mg·L~(-1)之间.除广场外,其它各下垫面雨水径流的COD和总氮污染严重,屋面、商业街和小区雨水径流氨氮显著高于广场、绿地和主干道(P0.05),商业街、主干道和绿地雨水径流总磷浓度显著高于(P0.05)其它下垫面;屋面、广场、主干道及商业街雨水径流中的TSS与COD、氨氮、总磷具有同源性质,绿地和小区雨水径流的氨氮和总氮具有同源性质;在中小雨情景下屋面和绿地等下垫面的氨氮较易形成初始冲刷效应,而广场、小区和城市主干道等下垫面的总氮和总磷初始冲刷效应并不明显.     

北京城区不同下垫面降雨径流产污特征分析

通过对北京城区3类不同下垫面的降雨径流水质进行监测以及对实验数据进行皮尔森(Pearson)统计分析,探讨了沥青路面、硬质屋顶及草地屋顶的雨水径流污染物历时变化规律,计算了各场次降雨径流污染物的事件平均浓度(EMCs),分析了径流水质的主要影响因素.结果表明,相对于沥青路面与硬质屋顶,草地屋顶对除磷外的其他径流污染物浓度有明显削减作用;初期降雨径流中CODcr、NH3-N、NO3-N、TP、Pb、Cu、Zn的EMC值大多超出V类国家地表水标准,3类重金属污染物监测结果也表明城区暴雨径流污染明显;统计分析结果表明污染物质与前期晴天数、降雨历时呈现正相关关系,与降雨量、降雨强度呈现负相关关系,通过控制初期径流污染、加强清扫及屋顶绿化可以从源头减少城市降雨径流污染.     

天津中心城区典型下垫面降雨径流污染冲刷特征分析

为研究城市降雨冲刷过程中污染物变化特征,选取天津市中心城区3类典型下垫面,针对2018年6—8月期间5场降雨事件,分析降雨初期冲刷效应和径流污染特征。结果表明:SS和COD是降雨径流中的主要污染物,降雨径流污染程度从大到小依次为小区路面>平屋面>斜屋面。SS与COD、浊度以及TP存在一定相关性,是降雨径流中污染物的主要载体。典型场次降雨事件中斜屋面前30%的径流量输送SS、COD污染物总量的比例分别为73. 33%、57. 78%,平屋面为61. 11%、56. 67%。各下垫面径流污染均存在一定程度的初期冲刷效应,其中屋面径流冲刷与Sartor-Boyd模型拟合相关性较好。     

降雨特征和下垫面特征对径流污染的影响分析

对深圳光明新区典型下垫面的径流雨水水质和水量进行了监测分析,采用Pearson相关系数法研究了降雨特征和下垫面参数对径流污染物的平均浓度(event mean concentrations,EMCs)的影响。结果表明:(1)降雨特征和下垫面特征共同影响着污染物EMCs,而且污染物EMCs随雨前干旱天数、平均雨强和车流量的增加而上升,随着降雨量、降雨历时、最大雨强和汇流面的增加而下降。(2)雨前干旱天数、降雨量、降雨历时和车流量是影响研究区域降雨径流污染的主要参数。(3)污染物的冲刷规律存在一个临界雨强,当降雨强度小于临界雨强时,污染物以冲刷和溶解为主,污染物浓度随着雨强的增加而升高;当大于临界雨强时,污染物以稀释为主,随着雨强的增加,污染物浓度有所降低;公园植被浅沟中SS的累积和冲刷规律的临界雨强(或范围)介于0.15~0.49 mm/min。该研究结果旨在为研究区域降雨径流污染的评价和控制方案的设计、优化提供基础数据。     

澳门城市路面地表径流特征分析

对澳门半岛孙逸仙大马路两场降雨时段的地表径流进行采样监测,项目包括浊度、COD_Cr、Pb、Zn、Cu.结果表明,初期径流水质中浊度和COD_Cr极高,但随着降雨冲刷强度的增大,SS和Pb的监测浓度增加.路面径流水质参数随降雨径流历时变化的过程曲线,很大程度上取决于降雨特征、路面车流量和路面垃圾清扫状况.2场降雨路面径流初始冲刷现象定量分析结果正好相反,反映了路面径流特征的不确定性和复杂性,因此,需对路面径流冲刷、累积过程的影响因素进行综合考虑.     

自然沟渠控制村镇降雨径流中氮磷污染的主要作用机制

以四川盆地紫色丘陵区林山村镇为例,分析降雨径流过程中氮磷在自然沟渠内的空间变化特征和不同控制机制的净化能力,研究了自然沟渠控制村镇降雨径流中氮磷的主要作用机制.研究结果表明,除NO3--N浓度在沿程上呈先减后增而后再减的趋势外,其它氮磷污染物(TN、PN、NH4+-N、TP、PP和PO43-·P)均为沿程递减趋势.溶解态氮是降雨径流氮素在空间沿程上的主要迁移形态,溶解态磷是流量限制型事件降雨径流磷紊空间沿程的主要迁移形态,而颗粒态磷是物质限制型事件降雨径流磷素空间沿程的主要迁移形态.泥沙截控固持是自然沟渠控制降雨径流氮磷污染的主要作用机制,有效降低径流中颗粒物浓度和拦截泥沙是控制降雨径流氮磷污染的关键.沉降段和沉沙凼具有明显的泥沙及颗粒态氮磷截控固持作用,可较好地去除村镇降雨径流中的氮磷颗粒态污染物,平均氮磷去除量分别为144.51、65.20 g·m-2(平均雨量37.85mm).植物吸收是植被段氮磷去除的重要途径,在雨季共吸收氮磷分别可达82.69、12.52 g·m-2.跌落曝氧也是降雨径流氮磷污染控制的重要作用机制,跌落段对NH4+-N的平均去除负荷为15.05 g·m-2.     

紫色土丘陵区农村集镇降雨径流污染特征

以2006年6月至2007年4月野外观测的8场降雨径流事件中TN、TP、COD与SS含量和流量数据为基础,分析了紫色土丘陵区农村集镇的降雨径流污染物来源、形态与输出负荷及初期冲刷效应,研究了农村集镇降雨径流污染特征.结果表明,农村集镇降雨径流中TN、TP、COD与SS的事件平均浓度(EMC)均值分别为25.52、3.63、714、2396 mg·L-1,年污染负荷分别为39.21、5.57、993、3335 kg·hm-2.农村集镇降雨径流污染物浓度峰值出现在流量峰值之前,两者间隔时间为3-45min.40%的TN、TP、COD与SS污染负荷由占总径流量30%的初期径流所运移,降雨径流污染物具有中等的初期冲刷效应.可溶性氮、颗粒态磷分别是农村集镇降雨径流污染中氮、磷素输出的主要形态.可溶性氮输出量受最大雨强影响较大(r=-0.825,P<0.05).而颗粒态磷输出量较为稳定,受降雨特征影响较小.不透水地面源污染与沟道累积污染是农村集镇降雨径流的主要污染源,透水地(林地、旱坡地)的水土流失则加剧其污染.     

高速公路路面雨水径流有机污染物赋存状态研究

选择南京机场高速公路禄口高架桥段,对14场降雨径流进行了监测分析,探讨了雨水径流中溶解态和颗粒态COD的出流规律、事件平均浓度(EMC)、赋存比例及其影响因素.结果表明,若初期降雨强度大,冲刷作用显著,径流初期出流COD以颗粒态为主,后期以溶解态为主;若初期降雨强度小,溶解效应强,出流COD则以溶解态为主.就14场降雨的EMC中值而言,颗粒态COD约为溶解态COD的2倍;颗粒态COD受降雨特性影响的权重降序排列为:前期晴天数>最大降雨强度>降雨量和降雨历时;溶解态COD受降雨特性影响的权重降序排列为:最大降雨强度>降雨历时和降雨量>前期晴天数.     

Uncertainties in stormwater runoff data collection from a small urban catchment, Southeast China

Monitoring data are often used to identify stormwater runoff characteristics and in stormwater runoff modelling without consideration of their inherent uncertainties. Integrated with discrete sample analysis and error propagation analysis, this study attempted to quantify the uncertainties of discrete chemical oxygen demand (COD), total suspended solids (TSS) concentration, stormwater flowrate, stormwater event volumes, COD event mean concentration (EMC), and COD event loads in terms of flow measurement, sample collection, storage and laboratory analysis. The results showed that the uncertainties due to sample collection, storage and laboratory analysis of COD from stormwater runoff are 13.99%, 19.48% and 12.28%. Meanwhile, flow measurement uncertainty was 12.82%, and the sample collection uncertainty of TSS from stormwater runoff was 31.63%. Based on the law of propagation of uncertainties, the uncertainties regarding event flow volume, COD EMC and COD event loads were quantified as 7.03%, 10.26% and 18.47%.     

川中丘陵地区近55年来农田生态系统植被碳储量动态研究——以四川省盐亭县为例

通过农田样方观测与实验分析获得主要农作物的含碳率、经济系数、果实水分系数,再根据盐亭县近55年来(1949~2004年)农作物产量与耕地面积的相关数据,估算了该区农田生态系统植被碳储量与碳密度的动态变化。结果表明,近55年来该区农田植被碳储量和植被碳密度都有一定程度的提高,具有碳汇效应;但植被碳储量和碳密度很不稳定。植被碳储量以大春作物为主(占总碳储量的70.80%);近期大春作物的比重略有下降,而小春作物所占比重则略有上升。今后该区应加强农田基本建设,维持农业生产和农田植被碳储量的稳定;改进农业生产技术和管理水平,提高作物单产、农田植被碳储量和碳密度;适度扩大水稻、马铃薯和油菜等作物的种植面积,稳定小麦播种面积。     

川中丘陵地区冬水田甲烷排放特征研究

以川中丘陵地区典型冬水田为对象,设置了有水稻常规施肥(RF)、无水稻常规施肥(NP)、有水稻无氮肥(NN)3种处理,以静态暗箱-气相色谱法对甲烷(CH_4)排放进行了原位观测.结果表明,RF、NP和NN处理下CH_4排放通量分别为-0.0042~18.29、0.03~16.78和0.10~26.76mg·m~(-2)·h~(-1),平均排放通量分别为10.22、4.25和14.15 mg·m~(-2)·h~(-1)(以每平方米每小时消耗/产生的C量(mg)计),水稻生长季是主要排放期,但休闲季CH_4排放量仍占全年CH_4总排放量的14%.没有水稻处理的CH_4排放量显著低于有水稻处理(p0.01);而不施氮肥处理的CH_4排放量显著高于施肥处理(p0.01).CH_4排放通量与5 cm深土壤温度呈显著正相关(p0.01),随着温度的升高,甲烷排放量呈指数增加.CH_4排放通量与1~4 cm的稻田水深呈显著负相关(p0.01),随着水深的增加,甲烷的排放呈指数迅速下降;而与4~8 cm的稻田水深无相关性,甲烷的排放也变化缓慢.由此表明,土壤温度和水深在很大程度上调控着CH_4的排放.此外,研究结果也显示将冬水田休闲期改为旱作可减少CH_4排放,对环境有利.     

高速公路雨水径流重金属污染初期效应

通过对8场降雨高速公路路面雨水径流中溶解态和颗粒态Cd、Cu、Pb和Zn 4种重金属进行现场取样检测,在定性分析径流重金属污染初期效应存现的基础上,定量分析了重金属污染初期效应的显著程度,并探讨了降雨特征对径流重金属污染初期效应的影响.无因次累积负荷分数-累积体积分数曲线分析结果表明,大多数降雨事件中总重金属存在较显著的初期效应,除溶解态Pb不具有初期效应外,其余溶解态与颗粒态重金属均存在较显著的初期效应.少数降雨事件的径流在中后期存在二次冲刷效应.初期冲刷比值分析结果表明,拦截并处理径流初期25%流量(径流的体积分数,下同)可去除整个降雨事件中所排放的35%～39%(质量分数,下同)的重金属污染负荷.总重金属初期效应的显著程度顺序如下:Cd>Cu>Zn>Pb;溶解态重金属初期效应的显著程度顺序如下:Cd>Zn>Cu>Pb;颗粒态重金属初期效应的显著程度顺序为:Cu>Cd>Pb>Zn.重金属初期冲刷比值与降雨特征相关性分析表明,平均降雨强度对径流重金属污染负荷初期效应的影响显著,降雨历时、降雨量、前期晴天数和产流时间对径流重金属污染负荷初期效应的影响较小.     

川中丘陵区自然沟渠水体与沉积物中砷的分布特征及污染评价

通过对川中丘陵区72条自然沟渠水体和沉积物总砷含量的调查与分析,研究了该区自然沟渠水体和沉积物总砷含量的分布特征,并利用综合指数法和地累积指数法分别对该区自然沟渠水体和沉积物总砷的污染状况进行了评价.结果表明:①川中丘陵区自然沟渠水体总砷含量在2.20～44.13μg·L~(-1)之间,平均值为7.44μg·L~(-1),其中,有22.22%的沟渠水体总砷含量超过WHO限定标准;沉积物总砷含量在3.40～17.78 mg·kg~(-1)之间,平均值为8.64 mg·kg~(-1),有5.56%的沟渠沉积物总砷含量超过国家一级土壤标准;②不同类型自然沟渠水体和沉积物总砷含量差异显著,沟渠水体总砷含量大小顺序为:居民区沟渠水田沟渠旱地沟渠荒地沟渠;沉积物总砷含量大小顺序为:居民区沟渠水田沟渠荒地沟渠旱地沟渠;③自然沟渠水体总砷含量与水体总氮、总磷含量呈显著正相关,沉积物总砷含量与沉积物总氮、总磷和有机质含量均呈显著正相关;④水体和沉积物总砷含量评价结果显示,川中丘陵区大部分自然沟渠总砷含量处于清洁水平,但仍有部分自然沟渠处于轻度污染状态,具有潜在的砷污染风险.     

四川盆地近地面风场及污染物输送通道统计分析

利用2017年四川盆地18个城市PM_2.5小时浓度数据、欧洲气象中心ERA-Interim再分析资料对四川盆地污染特征及不同季节近地面风场特征进行统计分析.通过分异指数和相关性分析各城市PM_2.5逐小时浓度，结合近地面风场特征分析出四川盆地污染物变化趋势最相似的城市组合，探索污染物传输特征.研究发现，分异指数和相关性分析得到的传输通道城市组合与地面风场基本相符.四川盆地污染物输送途径可能包括以下3条路径，第1条"川西通道"：污染物随气流沿广元→绵阳东南部→德阳→成都、眉山北部→雅安流动；第2条"川中通道"：污染物随气流沿巴中→南充北部→遂宁北部、绵阳东南部→资阳北部→眉山东部→乐山北部流动；第3条"川东通道"：污染物随气流沿重庆北部→达州、广安→南充南部→遂宁中部→资阳东部→内江、自贡→宜宾、泸州流动.川西通道城市污染排放量大，容易引起连片污染，对应城市群应实施联防联控；川东通道末端在川南城市群和重庆形成风场辐合，造成污染物的滞留和累积，因此，建议在中长期产业布局中减少川南城市群的重污染企业.     

改进WQI在川中丘陵地区典型流域水质评价中的应用—以琼江流域上游段为例

水质指数（WQI）克服了传统水质评价方法无法同时满足定性评价与定量评价的缺点,但其所需指标较多,无法做到广泛运用。以琼江流域上游段为川中丘陵地区典型流域的代表,对其2018—2019年水质监测数据进行多元线性逐步回归分析,从25个水质指标中筛选出氨氮（NH₃-N）、化学需氧量（COD_Cr）、生化需氧量（BOD₅）、溶解氧（DO）4个指标建立改进WQI （WQI_min）模型,该模型评价结果与WQI高度相关,并且具有较好的预测性能（R²=0.81,PE=11.9%）。WQI_min评价结果表明：琼江流域上游段WQI_min均值为63.1±17.2,水质等级为好;干流WQI_min整体上呈沿程升高的趋势,流经安居区时,WQI_min明显降低,但能较快恢复至入城区前的水平;WQI_min由高至低依次为琼江干流>会龙河>玉丰河>蟠龙河>石洞河,主要支流水质均劣于干流,建议区域水污染治理的重点应逐步放到支流上。