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城市面源污染特性及污染负荷预测模型研究.doc

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城市面源污染特性及污染负荷预测模型研究.doc

专业文档,值得下载专业文档,值得珍藏城市面源污染特性及污染负荷预测模型研究1叶闽杨国胜肖彩长江水资源保护科学研究所武汉430051专业文档,值得下载专业文档,值得珍藏摘要本文通过分析武汉市汉阳地区城市面源污染的来源和污染特征,并针对城市土地利用和下垫面类型特点,建立城市面源污染预测模型,研究探讨城市降雨径流及污染负荷预测模拟和迁移规律。所建模型已成功地应用于武汉市汉阳地区城市面源污染控制技术研究,获得了满意的结果。该模型可为城市水环境规划、面源控制和管理研究提供科学手段。关键词城市面源污染特性预测模型1前言随着我国城市化水平的发展进程加快,可渗透地面的面积比例越来越小,由暴雨径流产生的突发性的、冲击性强的城市面源污染已成为受纳水体水环境污染的主要来源之一。城市暴雨径流中包含有大量的污染物,使得其初期径流产生的污染负荷远高于城市生活污水。因此,由面源引起的水环境污染已成为当前城市水环境综合治理中亟待解决的主要问题之一。近十年来,武汉汉阳地区的城市面源污染加剧,大量污染物排入水体,水质急剧下降,由城市面源污染和其他污染引起的水环境问题已经严重制约了城市的可持续发展。本文通过分析武汉市汉阳地区城市面源污染的种类、来源和污染物特征并针对城市土地利用和下垫面类型特点,建立城市面源污染预测模型,研究探讨城市降雨径流及污染负荷预测模拟和迁移规律。为有效控制城市面源污染提供强有力的科学手段。2汉阳地区城市面源污染来源及特性武汉市汉阳地区位于武汉市西南部,长江、汉江交汇处的三角地带。为武汉三镇一方。以汉阳区汉阳大道和鹦鹉大道为轴的建成区,两面临江(东北临汉江,东南临长江),是汉阳地区人口密度最高的地区,人口密度为1.6万人/km2。汉阳区域内水资源较为丰富,分布着大大小小的湖泊数十个。根据近年来湖泊水质监测结果分析,汉阳城区几个重点湖泊水质极差,按国家地表水环境质量标准评价,基本均为劣V类。这些湖水污染来源除受工业污染废水、城市生活污水共同影响外,来源于暴雨冲刷地表固体污染物所产生的污染也不容忽视。特别是在暴雨初期,由于降雨径流将地表的、沉积在下水管网的污染物,在短时间内,突发性冲刷汇入受纳水体,而引起水体污染。据观测,在暴雨初期(降雨前20分钟)污染物专业文档,值得下载专业文档,值得珍藏浓度一般都超过平时污水浓度,如2003年6月,对汉阳地区城市雨水排水出口处一次大暴雨监测,其监测结果比平时排放口流出的污水浓度要高得多,如SS(悬浮物)浓度值就高于平时污水浓度的10倍左右,COD高3~4倍,而且暴雨期入湖水量远远的大于平时排放口的水量。因此,城市面源也是引起水体污染的主要污染源。对于城市面源污染具有突发性、高流量和重污染等特点,主要是因为城市的硬质下垫面占大多数,径流系数较大,因而形成径流的时间短,地下入渗量小,对污染物的冲刷强烈。另外,由于城市的市政建设和管理不到位,城市排水管网以雨污合流制居多,生活垃圾及废弃物任意丢弃,由人为因素引起的面源污染占总污染量的60%以上。使得这些污染物除了受地形影响在雨水的作用下流向低洼地外,大部分汇入了城市地下排水系统,然后流入湖泊、河流中污染其水体。根据实地调查和遥感卫星资料分析,武汉市汉阳城区,主要以工矿企业、城市居民区、机关单位的建筑物群、城市道路(包括停车场、广场等)不透水硬质下垫面为主,硬质下垫面占城区面积80%左右,其他为沿湖荒地、菜地、小区公园、道旁绿地等一些透水地面即软质下垫面组成的区域。下垫面的类型直接决定了面源污染的性质和特征。经过调查分析,汉阳城市面源有如下一些特征(1)城市的硬质下垫面占大多数,径流系数较大,形成径流的时间短,地下入渗量小,对污染物的冲刷强烈。径流形式以短时间的地表径流和较长时间的管内流为主。(2)城市面源-雨水径流可粗分为屋面径流和路面径流。屋面径流污染源主要为屋面沉积物及屋面材料析出物。最关键的因素为屋面材料性质。路面径流水质除了与路面材料、老化程度有关外,还取决于道路交通密度。主要污染源为路面沉积物、行人和车辆的交通垃圾等。屋面径流和路面径流两者所受的污染程度不同。屋面径流基本不受人、车辆等流动因素的影响,因此水质略好于路面径流。(3)面源负荷来源主要为屋面建筑材料、建筑工地、路面垃圾和城区雨水口的垃圾和污水、汽车产生的污染物、大气的干湿沉降等。在这些污染物中产生负荷影响较大为雨水口的垃圾和污水。雨水口的污染可分为三种人为扫入、丢入的各种生活垃圾(纸屑、烟头等道路及生活固体垃圾)、人为倾倒的污水和腐烂变质的沉积物等。(4)地表径流大部分通过城市下水管网排入受纳水体中,其汇水区范围主要通过排水管网的走向确定。专业文档,值得下载专业文档,值得珍藏(5)城市面源的主要污染物为有机物、SS、石油类和N、P等。3汉阳地区面源污染模拟3.1模拟方法面源污染是造成水体水质污染的重要因素之一,要控制面源污染,除加强城市管理力度,减少人为因素影响外,根据面源污染源特征,研究城市面源污染物的产生、运移与输出过程,开发出适合汉阳地区的城市面源污染负荷与预测模型。也是为更有效辩识影响面源污染的各种关键性因素,分析城市发展与城市面源污染的关系,有针对性采取一系列技术和措施,削减径流量,降低污染物输出浓度,达到控制面源污染有效途径。由于面源污染是由降雨径流产生,其污染具有发生随机、来源和排放点不固定、污染负荷的时空变化大、污染途径的随机性和多样性、监测、控制和处理难度大等复杂特点。因此,对其面源污染的预测和模拟存在着很大的难度。国际上对面源污染的产生规律和模型模拟也进行了大量研究。基于城市面源污染物的产生主要源于降雨径流冲刷地表累积物,以及径流挟带污染物在排水系统内的运移,在此基础上开发出大量城市面源污染模型。其中,比较成功的模型有城市暴雨水管理模型(SWMM)和城市暴雨径流模型(STORM),化学物质径流负荷与流失模型(CREAMS)。另外,在此之后开发的MIKE-SWMM模型,将一维非恒定流模型与暴雨径流的分布式模型结合,模拟暴雨水和废水排放系统中管道有压流、排水渠和地表漫流等。目前,模型的发展重点是将地理信息系统GIS与原有的面源污染模型相结合,评价面源污染的发生区域,污染物的运移变化、控制措施的影响以及受纳水体的响应等。如土壤水体评价模型(SWAT,SoilandWaterAssessmentTool),已经在美国18条主要河流系统得到了广泛应用。本文结合汉阳地区城市面源污染的特性,将城市地表径流产、汇流联系在一起,基于单元网格产流产污、汇流模型,以及排水管网的水动力学模型和污染迁移模型,建立了分布式城市面源污染模型,模拟暴雨径流过程中城市面源污染特征及其变化规律。

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