（自然地理学专业论文）上海城市降雨径流污染过程及管理措施研究.pdf

华东师范大学2 0 0 5 届硕士学位论文摘要 摘要 城市化的迅速发展，使得城市不透水区域的面积占的比例越来越大，导致雨 天特别是暴雨天气时产生大量的径流通过下水道直接排放到城市河流、湖泊和滨 岸水体，径流携带的来自城市路面和屋面的沉积物、重金属、n 、p 营养物、毒 性有机物等污染物成为城市受纳水体水质下降的主要污染源，因此城市径流污染 是典型的城市非点源污染。本文以上海市市区为研究区域，对不同功能区路面径 流和不同屋面材料的屋面径流污染过程及管理措施进行研究。重点研究了径流中 污染物的时空变化规律、初始冲刷效应，并采用模型估算了径流中污染物的年负 荷量，根据所分析的路面径流和屋面径流中污染物的变化规律，以b m p s 为基础， 提出了适合上海地区的径流管理调控措施。 通过对屋面径流和路面径流样品的实验室分析发现，上海市区不同功能区路 面径流和不同材料的屋面径流中污染物的分布具有明显的时间规律。试验结果表 明，在整个降雨过程中，径流中污染物的瞬时浓度存在有很大的变动性，在屋面 径流中，污染指标浓度随着产流时间的增加呈现出非常明显的指数衰减规律。路 面径流中，不同功能区污染指标的时间变化存在有一定的差异，工业区、商业区 和居民区的污染指标浓度会呈现比较明显的衰减规律，交通区由于有更复杂的人 类活动和机动车辆等持续的污染源排入，其衰减规律不是很明显，存在有较大的 波动性。 论文通过计算径流中污染物的事件平均浓度e m c 值，对城市降雨径流污染 指标进行定量分析。路面径流中，污染物的e m c 值在不同功能区的浓度都比较 高，并且在不同功能区其分布有很大的差异，t s s 、c o d c ，、b o d 5 、t n 、n 4 + n 、 t p 、d p 的平均e m c 值在四个功能区的顺序为：交通区 商业区 2 1 2 业区 居民区。 n 鸭- n 、n 0 2 - n 的平均e m c 值顺序为：交通区 工业区 商业区 居民区；重金 属在工业区的平均e m c 值是最高的，其次是交通区和商业区，居民区最低。在 屋面径流的e m c 值分析中，t s s 、c o d c ，、t n 、t p 的平均e m c 值在四种屋面 材料的顺序为：旧混凝土屋面 旧粘土屋面 新混凝土屋面 新粘土屋面，n h 4 + - n 的顺序为：旧混凝土屋面 新混凝土屋面 旧粘土屋面 新粘土屋面；n 0 3 n 的顺 序为：新混凝土屋面 旧混凝土屋面 l f l 粘土屋面 新粘土屋面。 论文采用无量纲累积曲线对屋面径流和路面径流中污染物进行初期效应分 析。四种屋面重要的污染物质t s s 、c o d c r 都发生了较强的初始冲刷效应，其他 指标在不同的屋面中表现不同。但其总的规律还是存在初始冲刷效应。对路面径 流污染物的初始冲刷分析发现，交通区的初始冲刷非常的弱，有些指标根本就不 华东师范大学2 0 0 5 届硕士学位论文 摘要 存在初始冲刷；在工业区、商业区和居民区，初始冲刷的指标和程度也存在有差 异，从前两次采样分析中发现，t s s 、c o d c f 、b o d 5 的初始冲刷效应非常明显， 初期4 0 的径流冲刷掉了占总量5 0 8 0 的污染物，其他污染指标在不同的区存 在有差异。从5 月份采集的样品分析中发现，降雨强度对初始冲刷的影响是非常 大的，5 月份采集样品时降雨强度很小，对地面累积的污染物的冲刷力度不大， 污染物是缓慢的进入到径流中的，四个区的初始冲刷现象都不明显。另外，四种 路面的重金属初始冲刷效应也不明显，除了居民区的c r 、m n 的初始效应比较明 显外，其他的指标和区域都不存在初始冲刷现象。 通过采用城市降雨径流污染负荷估算模型和实验实测数据，对上海市屋面径 流污染指标年负荷量进行估算，其结果为旧屋面材料径流中污染物负荷量要大于 新屋面材料中的径流污染指标，混凝土屋面材料的径流污染指标年负荷量要大于 粘土屋面材料。在对不同功能区的径流污染指标的估算结果表明，t s s 、c o d c ，、 t n 、t p 、n h 4 + - n 、n 0 3 - n 、n 0 2 - n 、f e 等指标的年负荷量最高出现在交通区， 商业区污染指标负荷量居于第二位。居民区和商业区在上述指标中相对要低一 些。在其他重金属指标中，污染负荷量最大的是工业区。 最后论文以b m p s 的管理措施为基础，结合上海市本地的特征和试验结果， 提出了上海市降雨径流污染的管理措施。这些措施包括工程措施和非工程措施。 在处理屋面径流时，采用独立的雨水处理系统或者把屋面径流与路面径流结合起 来处理，把产生初始冲刷的那部分径流直接排放到污水处理厂，其他的径流通过 不同的处理措施来实现径流的再利用。 关键词：上海市；城市降雨径流污染；屋面径流；路面径流；e m c 值 初始冲刷效应；b m p s i i 华东师范大学2 0 0 5 届硕士学位论文摘要 a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n t o fu r b a n i z a t i o n ，t h ea r e a so f i m p e r v i o u s s u r f a c e sl i k er o a d sp a r k i n gl o t sa n dr o o f t o p si n c r e a s ec o n s t a n t l y ，w h i c h l e a d st ot h eh a p p e n i n ga b o u tl o t so fr u n o f ff r o m i m p e r v i o u ss u r f a c e s d u r i n gr a i n i n g ，e s p e c i a l l ys t o r mw a t e r ，a n dt h er u n o f fw i t hl o t so f c o n t a m i n a n t s ，f o re x a m p l e ，s e d i m e n t ，h e a v ym e t a l s ，n 、pn u t r i t i o n ， t o x i c i t yo r g a n i cc o m p o u n d sd r a i n t ot h eu r b a nr i v e r s ，l a k e sa n de s t u a r i e s a n db e c o m et h em a i np o l l u t i o ns o u r c ew h i c hd e c l i n et h ew a t e rq u a i i t y s o u r b a nr u n o f fp o l l u t i o ni st h e t y p i c a lu r b a nn o n p o i n tp o l l u t i o n t h e r e g i o no fr e s e a r c hi n t h ep a p e ri st h ec e n t e ro fs h a n g h a i c i t y ，w h i c h i n c l u d e d r o a dr u n o f fi nd i f f e r e n t f u n c t i o na r e aa n dr o o fr u n o f fi n d i f f e r e n tr o o fm a t e r i a l s i t a n a l y z e s t h e p o l l u t i o np r o c e s s a n d r e s e a r c h e dt h em a n a g e m e n tp r a c t i c e 。a m o n gt h ec o n t e n t ，t h ei m p o r t a n t p o i n t si n c l u d et h es p a c e t i m er u l eo fc o n t a m i n a n t si nr u n o f f f i r s tf l u s h e f f e c t s ，t h ee s t i m a t i o no fl o a do fc o n t a m i n a n t si nr u n o f fu s i n gm o d e l s a n dm a n a g e m e n tp r a c t i c eo fu r b a nr u n o f fi ns h a n g h a ic i t yb a s i n go nb i p s i ti sf o u n d e db ya n a l y s i ss a m p l e sf r o mr o o fr u n o f fa n dr o a dr u n o f f i nl a bt h a tt h e r ei se v i d e n tt i m er u l ea b o u tc o n t a m i n a n t sr e g u l a t i o ni n r u n o f fi n s h a n g h a ic i t y t h e r e s u l ti n d i c a t e st h a tt h ei n s t a n t c o n c e n t r a t i o no fc o n t a m i n a n t si nr u n o f fc h a n g e sc o n s t a n t l yd u r i n gt h e p r o c e s so fr a i n f a l l f o rr o o fr u n o f f t h ec o n c e n t r a t i o no fc o n t a m i n a n t s p r e s e n t st h ee v i d e n ti n d e xa t t e n u a t i o nr u l ew i t ht h ei n c r e a s i n go ff l o w t i m e b u tf o rr o a dr u n o f f ，t h et i m er u l eo fc o n c e n t r a t i o no fc o n t a m i n a n t s isd i f f e r e n ti n d i f f e r e n tf u n c t i o na r e a s t h ec o n c e n t r a t i o no f c o n t a m i n a n t sp r e s e n t st h ei n d e xa t t e n u a t i o nr u l ew i t ht h ei n c r e a s i n go f f l o wt i m ei ni n d u s t r i a la r e a ，c o m m e r c i a la r e aa n dr e s i d e n t i a la r e a b u t i nt r a f f i ca r e a ，t h ep h e n o m e n an e v e r h a p p e n sb e c a u s e t h ec e n t i n u o u s p o l l u t i o ns o u r c ef r o mt h ec o m p l i c a t e dh u m a na n dv e h i c l e sa c t i v i t i e s t h ee m c s ( e v e n tm e a nc o n c e n t r a t i o n ) o fr u n o f fc a nb eq u a n t i t a t i r e a n a l y s i s o fc o n t a m i n a n t si nr u n o f fi n r o a d r u n o f f ，t h e e m c so f c o n t a m i n a n t sa r ea l lh i g ha n dd i f f e r e n ti nd i f f e r e n tf u n c t i o na r e a s t h e o r d e ro fm e a ne m e so ft s s 、c o d c 。b o d 5 、t n 、n h 4 * - n 、t p 、d pi s ：t r a f f i ca r e a 【i i 华东师范大学2 0 0 5 届硕士学位论文 摘要 c o m m e r c i a la r e a i n d u s t r i a la r e a r e s i d e n t i a la r e a t h eo r d e ro fm e a n e m c so fn 0 3 一n 、n 0 2 - ni s ：t r a f f i ca r e a ：i n d u s t r i a la r e a c o m m e r c i a la r e a r e s i d e n t i a la r e a t h eh i g h e s tm e a ne m c so fh e a v ym e t a l si si ni n d u s t r i a l a r e a ，t h e ni st r a f f i ea r e aa n dc o m m e r c i a la r e a ，a n dt h er e s i d e n t i a la r e a i st h e l o w e s t i nr o o fr u n o f f t h eo r d e ro fm e a ne m c so ft s s 、c o d c 。、t n 、t pi nt h e f o u rk i n d so fr o o f si s ：o l dc o n c r e t er o o f o l dc l a yr o o f n e wc o n c r e t e r o o f n e wc l a yr o o f ：t h eo r d e ro ft h en h 4 + - ni s ：o l dc o n c r e t er o o f n e wc o n c r e t er o o f o l dc l a yr o o f n e wc l a yr o o f ：t h eo r d e ro fn o a ni s ： n e wc o n c r e t er o o f o l dc o n c r e t er o o f o l dc l a yr o o f n e wc l a yr o o f i t i sa n a l y z e da b o u tf i r s tf l u s he f f e c t so fc o n t a m i n a n t si nr o o f r u n o f fa n dr o a dr u n o f fb yu s i n gd i m e n s i o n l e s sc u m u l a t i r ec u r v e t h em a i n c o n t a m i n a n t si n c l u d i n gt s s 、c o d c r p r e s e n tt h ef i r s tf l u s he f f e c t si nr o o f r u n o f f t h eo t h e rc o n t a m i n a n t sp r e s e n tt h ep h e n o m e n at od i f f e r e n td e g r e e t h er e s u l ti n d i c a t e st h ef i r s tf l u s he f f e c t si se x i s t e n t i nr o a dr u n o f f ， t h ef i r s tf l u s he f f e c t sp r e s e n t sw e a k l y ，t h ep h e n o m e n an e v e re x i s tf o r s o m ec o n t a m i n a n t s t h ee o n t a m i n a n t sa n dt h ed e g r e eo ff i r s tf l u s hh a v e d i f f e r e n t i a t i o ni nt h ei n d u s t r i a la r e a ，c o m m e r c i a la r e aa n dr e s i d e n t i a l a r e a t h er e s u l tf r o mt h ef o r m e rt w i c es a m p l e st h ef i r s tf l u s ho f t s s 、 c o d c r 、b o d 5i sv e r ye v i d e n t ，a n d5 0 8 0 o ft h ep o l l u t i o nl o a di st r a n s f e r r e d i nt h ef i r s t4 0 o fe v e n tv o l u m e t h eo t h e rc o n t a m i n a n t sa r ed i f f e r e n t i nd i f f e r e n ta r e a s t h ea n a l y s i so fs a m p l e sf r o mm a yi n d i c a t et h a tt h e i n t e n s i t yo fr a i n f a l l c a na f f e c tt h ef i r s tf l u s hh e a v i i f i nm a y ，t h e i n t e n s i t yo fr a i n f a l lw a sv e r ys m a l la n dt h ei n t e n s i t yo fw a s h o u t w a sa l s o s m a l l s ot h ec o n t a m i n a n t se n t e rt h er u n o f fs l o w l y ，t h ef i r s tf l u s hi n f o u ra r e a si sn o t e v i d e n t t h ef i r s tf l u s hn e v e re x i s tf o r o t h e r c o n t a m i n a n t sa n da r e a se x c e p tt h ec r 、m ni nr e s i d e n t i a la r e a i td e p i c t st h em o d e l sa b o u te s t i m a t i o nt h el o a do fc o n t a m i n a n t si n t h ep a p e ra n de s t i m a t e st h el o a df r o mr o o fr u n o f fb yu s i n gi ta n dd a t a w h i c ha r ef r o me x p e r i m e n t s t h er e s u l ti n d i c a t e st h el o a do fc o n t a m i n a n t s f r o mo l dr o o f si sg r e a t e rt h a nn e wr o o f s ，a n dt h ec o n c r e t er o o f si sg r e a t e r t h a nc l a yr o o f s f o rr o a dr u n o f f ，t h e ：r e s u l tf r o me s t i m a t i o ni n d i c a t e s t h eh i g h e s tl o a do ft s s 、c o d c 。t n 、t p 、n h 4 + - n 、n 0 3 一n 、n 0 2 一n 、f ei s i v 华东师范大学2 0 0 5 届硕士学位论文 摘要 t r a f f i ca r e a ，a n dt h es e c o n di sc o m m e r c ja la r e a t h el o a df r o mr e s i d e n t i a l a r e aa n di n d u s t r i a la r e ai sl o w e rt h a nt h ef o r m e r s ，t h eh i g h e s tl o a do f h e a v ym e t a l sisi n d u s t r i a la r e a f i n a l l y ，i tp u t sf o r w a r dt h em a n a g e m e n tp r a c t i c eo fr u n o f fp o l l u t i o n i ns h a n g h a ic i t yw h i c hh a s eo nt h eb m p sa n dt h ef i g u r eo fs h a n g h a ie it y a n de x p e r i m e n t a lr e s u l t s t h ep r a c t i c e si n c l u d et h es t r u c t u r ep r a c t i c e s a n dn o n s t r u c t u r ep r a c t i c e s f o rm a n a g e m e n to fr o o fr u n o f f ，i ti sv e r y i m p o r t a n tt oa d o p tt h ei n d e p e n d e n tr u n o f ft r e a t i n gs y s t e m o rc o m b i n er o o f r u n o f fa n dr o a dr u n o f ft om a n a g e ，a n dd r a i nt h ef i r s tp a r to fr u n o f fb a s i n g o nf i r s tf l u s he f f e c t st os e w a g et r e a t m e n tp l a n ta n dt h eo t h e rp a r to f r u n o f fc a nb er e u s e do rd r a i ni n t or e c e i v i n gw a t e rd i r e c t l y k e y w o r d s ：s h a n g h a ic i t y ：u r b a nr a i n f a l lr u n o f f p o l l u t i o n ：r o o f r u n o f f r o a dr u n o f f ：e m c s ：f i r s tf l u s he f f e c t s ：b m p s v 华东师范大学2 0 0 5 届硕士学位论文 王和意硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 陈振楼教授华东师范大学 主席 郑祥民教授华东师范大学 范安康副教授华东师范大学兼秘书 华东师范大学2 0 0 5 届硕士学位论文 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰 写过的研究成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均巳在文中作了明确说 明并表示谢意。 作者签名： 圭熟：墨 日期：造羔：f ：里 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利目的的少量复割并允许论 文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在 解密后适用本规定。 学位论文作者签名：枷影 华东师范大学2 0 0 5 届硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 城市降雨径流污染研究背景 1 1 1 非点源污染的概念及特征 非点源污染是指由于土地利用活动产生的溶解的或固体的污染物( 主 要是地面各种污染如城市垃圾、农村家禽粪便、农田中的化肥农药、重金 属及其它有毒有害物质等) ，从非特定的地点随着降水产生的径流进入到 受纳水体造成的污染，既包括城市地表雨水径流引起的水体污染，也包括 广大农村地区等地表雨水径流引起的水体污染，它是相对于点源污染而提 出来的。其污染对受纳水体的影响，取决于距污染源最近的汇水河流的远 近及迁移污染物的径流。 从地表的可透水性方面来划分，非点源污染又可以分为不可透水性地 表径流及可透水性地表径流两种。城市地表、厂区、公路路面、屋面等径 流都属于不可透水性地表径流：而农田耕作区、矿山开发区、林区以及农 村居住区等都属于可透水性地表径流。本文的研究内容是不可透水性地表 非点源污染，即城市不透水区路面和屋面径流污染。一般认为，非点源污 染有以下特点： 污染物主要发生在与气象事件密切相关的间歇时段，以扩散方式进入水 体，即污染物的来源和排放点不固定，排放具有间歇性，发生具有随 机性。因为非点源污染主要受水文循环( 主要为降雨及降雨形成径流 过程) 的影响和支配，而降雨径流具有随机性，所以由此产生的非点 源污染具有随机性。 ( 多非点源污染物在进入地表水体或下渗到地下水之前，主要产生在广阔的 地面上并在地面上迁移。 ( d 非点源污染很难或者不可能在其源处监测。与点源相比，非点源污染的 监测更为困难、复杂和昂贵。污染过程监测是在地面进行而不是在水 中，无法用排放标准进行限制。 ( d 非点源污染的范围与不可控的气候事件和地质地理条件相关，污染负荷 的时间变化( 次降雨径流过程、年内不同季节及年际间) 和空间( 不 同地点) 变化幅度大。 ( d 非点源污染的治理集中在土地利用和径流管理措施上，而不是污水处 理。 ( d 非点源污染物可能是由大气污染物沉降或输送形成的，主要受关注的污 华东师范大学2 0 0 5 届硕士学位论文 第一章绪论 染物是沉积物、营养物、重金属和有机物等。 ( d 点源污染最严重危害发生在枯水期，而非点源污染的严重危害却发生在 暴雨之后。由于非点源污染形成过程受区域地理条件、气候条件、土 壤条件、土壤结构、土地利用方式、植被覆盖和降水过程等多种因素 的影响，具有随机性大、分布范围广、形成机理模糊、潜伏性强、滞 后发生和管理控制难度大的特点。 作为主要的城市非点源污染，城市地表径流除了上述提到的特点外，还有 自己的独特性：1 ) 城市地面多为不透水地面，水文活动很强烈；2 ) 流域 的水文响应加快，增加了洪水发生的可能；3 ) 城市下水道及相关设施的 修建，以及低于水位的建筑物的排水设施都会降低地下水水位，使地下水 基流中以未稀释的下水道污水和废水为主；4 ) 除建筑工地外，城市的透 水地面有植被覆盖，侵蚀作用大为减小，但水流速度加快，使河流的岸蚀 作用增强：5 ) 不透水地表堆积物主要来自大气降尘、街道垃圾、落叶和 枯草、动植物残体、畜禽粪便及道路交通等，经过清扫、风吹或分解后， 不透水地表堆积物经过较长时间，最终都进入地表径流。土地利用、人口、 交通流量、街道地面情况、大气的干湿沉降、气象条件等影响城市非点源 污染的特征。 1 1 2 研究背景 城市是一定地域范围内非农业人口和产业高度密集的自然综合体，它 是人类社会发展的必然产物，也是人类文明进步的标志。到2 0 0 0 年全世 界有5 4 7 的人口居住在城市，一些发达国家这一比例高达8 0 以上，同 时城市也集中了人类绝大部分的经济和消费活动，使得其成为受人类活动 影响和改造最为强烈的区域。城市化的进程中，带来的是人口在城市的聚 集，工业化的发展也是城市化的动力和结果，城市工业化程度的不断提高 和向郊区的扩张，成为人类活动影响环境的重要因素。人类通过大规模的 改变城市区域的下垫面，大量建设人工构建物，高强度的人来开发活动改 变了城市环境自然结构、物质和能量的运动方式和强度。因此城市是研究 人地关系的相互作用最为典型和最有意义的地域。 水是自然环境形成和分异中最重要和活跃的要素，也是人类生存和发 展中不可或缺的自然，人类文明的起源与发展也都是与水资源的开发利用 休戚相关。城市的发展高密集的人口和产业对水环境的需求和依赖不断增 大，同时对水环境的影响和改变也是十分剧烈的。它改变了自然地理环境， 天然土壤植被由建筑物、道路和桥梁代替，城市不透水面积迅速增多，严 华东师范大学2 0 0 5 届硕士学位论文第一章绪论 重影响到城市水循环及自然地理环境的过程，如表1 1 ( u s e p a ，1 9 9 7 ) 。 天然流域地表具有良好的透水性，雨水降落时，一部分被植物截流蒸发， 一部分降落在地面填洼，一部分下渗到地下，补给地下水，还有一部分涵 养在地下水位以上的土壤孔隙内，其余部分产生地表径流，汇入受纳水体。 城市化后，由于人类活动的影响，天然流域被开发，植被受到破坏，土地 利用状况改变，自然景观受到深刻的改变，混凝土建筑、道路、工厂区、 商业区、住宅区、运动场、停车场、街道等不透水地面大量增加，使城市 的水文循环状况发生了很大的变化，降水量增多，但降水渗入地下、蒸发 及填洼的部分减少，而地表径流的部分却大量增加，这种变化随着城市化 的发展，不透水面积率的增大而增大，下垫面不透水面积的百分比愈大， 其贮存水量愈小，地面径流愈大，如图1 1 ( u s e p a ，1 9 8 3 ) 。这样就会给城 市水环境带来两个很重要的影响：( 1 ) 对受纳水体水量的影响。城市不透 水面积的增大，减少降雨径流的渗透，增加径流，使地表总径流量和峰值 量增加，滞后时间( 径流量落后于降雨量的时间) 缩短，其关系如图1 2 所示( s c h u e l e r ，1 9 8 7 年) 。城市化不仅影响到洪峰流量增加，导致洪峰频率 增加，而且可以导致河岸侵蚀和侧蚀，使得河道加宽，河内沉积物堆积， 河流在枯季流量减少甚至断流。( 2 ) 对水质的影响。大量的地面径流冲刷 地面和屋面后携带很多有毒有害的污染物质通过城市下水道排放到城市 河道、湖泊及河口，严重污染了受纳水体，成为典型的城市非点源污染。 表1 1 不透水面增加的城市化带来的影响 t a b l e1 1t h ei m p a c to fu r b a n i z a t i o nw i t ht h ei n c r e a s i n gi m p e r v i o u sa r e a 不透水面积结果导致的影响 的增加导致洪水生物减少 侵蚀河道拓宽河床改变 流量增加 _00_ 峰值增加 _t-_ 峰值时间延长_ 河流水温升高 流量基线下降 沉积物增多 _4 城市降雨径流中污染物的种类和形态非常复杂，它们主要来源于大气干湿沉 降、地表垃圾和尘埃物质以及下水道系统。主要污染物包括：悬浮沉积物、营养 物质、耗氧物质、细菌和有毒污染物等。当点源污染不断的得到控制后，非点源 华东师范大学2 0 0 5 届硕士学位论文 第一章绪论 污染特别是城市非点源污染对环境造成的危害日益突出，成为水环境污染的重要 来源。据美国国家水质委员会在2 0 世纪8 0 年代初估算( 陆雍森等，1 9 9 0 ) ， 美国来自点源和非点源的悬浮物总量为3 4 8 1 0 3 t d ，其中非点源总量占 9 2 ；氮负荷为7 8 6 1 0 3 t d ，非点源占7 9 ；磷负荷总量为8 o 1 0 3 t d ，其 中非点源占5 3 ，大肠杆菌的数目有9 8 以上的来自非点源污染。非点 源污染所占比例随着对点源污染的控制而在不断的增大，目前，在西方发 达国家，非点源污染已经成为主要的水环境污染问题，美国在这方面做出 了大量的研究，其资料和内容非常地丰富，如表1 2 ( c o l l i n s 等，1 9 8 0 ) 。 瑞士和德国也进行了很多关于城市地表径流的研究，结果都表明城市地表 径流中的污染物的浓度对受纳水体会产生很严重的污染( s t o t z ，1 9 8 7 年) 。 图1 1 城市化对城市地表径流的影响 f i g llt h ei m p a c to f u r b a n i z a t i o no ns u r f a c er u n o f f 华东师范大学2 0 0 5 届硕士学位论文第一章绪论 图1 2 城市化产生的地表径流对河流水量的影响 f i g 1 2 t h ei m p a c to fr u n o f ff r o mu r b a n i z a t i o no nt h ev o l u m eo fr i v e r s 表1 2全美测试的城市地表径流污染物浓度 t a b l e1 2t h ec o n t a m i n a n t sc o n c e n t r a t i o no fu r b a ns u r f a c er u n o f fi nu s a 化前 化后 水质参数全美测试的浓度范围 b o d s m g l 1 7 0 0 c o d m g l 5 3 1 0 0 t s s m g l 2 1 1 3 0 0 t s m g l 4 5 0 1 4 6 0 0 v s s m g l 1 2 1 6 0 0 有机氮 m g l o 1 1 6 n h 3 - n m g l 0 1 2 5 溶解态p 0 4 一p m g l 0 1 1 0 总磷 m g l 0 1 1 2 5 氯 m g l 2 2 5 0 0 石油类 m g l o 1 1 0 酚 m g l o 0 2 铅 m g l o 1 9 总大肠杆菌 个1 0 0 m l 2 0 0 1 4 6 x 1 0 粪大肠杆菌 个1 0 0 m l5 5 1 1 2 1 0 5 粪链球菌数个1 0 0 m l 2 0 0 1 2 1 0 5 5 华东师范大学2 0 0 5 届硕士学位论文第一章绪论 近2 0 年来，我国城市化进程加快，城市人口己占全国总人口的3 6 。 未来3 0 一5 0 年将是我国高速城市化的时期，据预测在今后的3 0 年内，我国 城市总人口的比重将达到5 0 。高速的城市化和经济发展与城市环境建设 的滞后，导致对城市及周边地区的生态环境带来巨大的压力，特别是水污 染问题特别突出。城市降雨径流污染作为水体污染的一个重要来源，在国 内研究的较少，但点源污染得到控制后，城市非点源污染对水质的破坏将 日益突出( 图1 3 ) 。长期以来，我国面临着极其严重的工业废水和城市污 染问题，防治任务艰巨，所以政府的主要工作是放在了点源污染控制方面， 对于非点源污染，工作重点主要是针对农村耕作区水土流失等非点源污 染，对于城市地表径流污染尚未给予足够的重视，开展这方面的研究报道 也较少。然而，我国近年来通过对大河流湖泊流域的污染治理的实践已深 刻地体会到了非点源污染的危害性，淮河流域的污染治理就是个典型的事 例。随着城市化高强度的人类活动不断加剧，水环境的恶化已成为限制城 市可持续发展的主要因素之一。因此对城市降雨径流污染进行研究，分析 其变化规律，找出管理控制措旖，对改善城市水环境质量和保持整个水循 环的正常运行，促进城市可持续发展有着非常重要的理论和现实意义。 毫1 5 0 a m o 5 0轧 黧黑黧 卜越i _ h 。悬 l 卫褂i ：| 1 图1 3 城市污水、合流制排水和城市地表径流中污染物浓度比较 f i g 1 ，3t h ec o m p a r i s o no fu r b a ns e w a g e ，c o m b i n e ds y s t e ma n du r b a nr u n o f f 6 一一兽。一牛疑v妊目目k鸡 。 瑚啪喜i栅蓥|弓。 一1，普一嚣 华东师范大学2 0 0 5 届硕士学位论文第一章绪论 1 2 研究目的和意义 城市地表径流非点源污染是仅次于农业非点源污染的第二大非点源 污染源，城市地表径流中包含了大量的污染物质，有固态废物碎屑、化学 物品、大气干湿沉降物以及车辆排放物和摩擦碎屑等。根据v i t a l e 等人的 研究结果表明，中型城市径流中b o d 与c o d 的总含量约4 0 8 0 来自非 点源污染，在降雨较多的年份中，有9 0 一9 4 的总b o d 与总c o d 负荷来 自城市下水道的溢流( 陆雍森，1 9 9 0 年) 。早在1 9 8 1 年美国就预计城市径 流带入水体的b o d 、t s s 、重金属、碳氢化合物的浓度约相当于城市污水 未处理后排放总量，其中1 2 9 种重点污染物中有约5 0 在城市中出现 ( u s e p a ，1 9 8 3 年) 。1 9 9 0 年美国的e p a 公布了不同污染物如农业、工业、 城市污水等对河流污染( 包括化学毒物、沉积物、营养物等) 的贡献之比， 其中城市雨水占到了9 ( 美国e p a ，1 9 9 0 年) 。美国e p a ( 1 9 9 3 年) 已 经把城市地表径流列为导致全美河流和湖泊污染的第三大污染源。美国环 保局向全国报道了城市径流是引起地表水水质恶化的主要来源 ( u s e p a ，2 0 0 0 ) ，在八种污染源的分析中，河流水质恶化，城市径流的贡 献排行第六，对湖泊的贡献排行第四，对河口污染的贡献排行第二( 表l - 3 ) 。 d w i g h t 等研究也表明在加利福尼亚o r a n g ec o u n t y 的河湖污染源主要是城 市降雨径流的排放( d w i g h t 等，2 0 0 2 年) 。p i t t 等人( 1 9 9 5 年) 对不同城 市功能区( 住宅区、商业区和工业区) 的屋面、街道、停车场、景观区、 车辆服务区等地表径流进行的测试研究，发现检出率最高的毒性污染物与 汽车交通( 停车场和车辆服务区) 有关。e i l l s 等人( 1 9 9 5 年) 对英国伦敦 西北部一条位于住宅区的路面径流进行了测试，以研究路面径流对城市地 表径流污染的分担率，结果发现，0 0 5 公顷的沥青混凝土路面在2 4 3 公顷 的城市地表径流中，路面径流排污所占e b 例为：c d 为4 6 、c u 为7 8 、 p b 为4 7 、z n 为1 3 ，并认为受纳水体中3 5 一7 5 的重金属是来自于路 面径流的，受纳水体的化学性质有时被排八的路面径流所主导。在我国， 滇池湖泊流域的大青河，暴雨期悬浮物浓度比平时均值高2 2 倍，亚硝酸 盐氮则高达1 6 3 倍；宝象河暴雨期最大悬浮物浓度是非暴雨期的1 0 6 倍( 杨 具瑞，1 9 9 9 ) 。近年来，我国对滇池污染、太湖污染、淮河流域污染等重 大河流湖泊污染问题的调查研究结果都表明，非点源污染在其中起着很重 要的作用，其中滇池富营养化问题的研究结果表明工业废水、城市污水及 非点源污染分担率分别为9 、2 4 和6 7 ( 赵剑强，2 0 0 2 年) 。随着人口 的增加，城市化的快速发展，城市不透水地面面积迅速增大，城市径流( 特 华东师范大学2 0 0 5 届硕士学位论文 第一章绪论 别是暴雨径流) 挟带大量的工业生产污染物、生活废弃物等有毒有害物质 进入地表水体或地下水体，对河道及周围的工农业生产、鱼类养殖以及生 活饮用水源危害越来越大。其造成的影响不仅仅是污染指标的超标，而且 还会产生污染物的协同作用，直接对水生生物构成危害，并通过食物链对 人体产生影响。因此，研究城市地表径流污染的特性及规律，开发可行性 的污染控制技术和对策，为政府部门对非点源污染的控制管理决策提供科 学依依据具有重要意义。 表1 3人类活动产生的导致河流、湖泊、河口水质恶化的主要污染源 t a b l e1 3t h em a i np o l l u t i o ns o u r c e so fr i v e r s 、l a k e sa n de s t u r i e sf r o ma n t h r o p i c a c t i v i t i e s a 表示括号中的值表示所调查整个河流、湖泊、河1 3 区面积的比例 b 表示包括未知的自然和其他的源 上海市位于长江三角洲前缘的平原感潮河网地区，河湖纵横，地表水 资源十分丰富，有江南“鱼米之乡“的荚誉，经过一个多世纪的发展，上 海已经逐步形成了世界上主要的特大型城市之一，也是我国重要的工业基 地、港口、经济金融、贸易和信息中心。近年来，上海社会经济一直保持 高速的增长，城市规模不断扩大。高度密集的人口和产业对区域地理环境 改变产生了深远的影响，尤其是对地表水环境造成的压力十分突出，高强 度的人类活动引起了城市水环境的巨大变化，严重影响到水循环的正常运 行。当点源污染得到有效的控制后，城市非点源污染对水体的污染日益突