（环境科学专业论文）城市降雨径流中多环芳烃的污染特征、源解析及生态风险评价.pdf

t h ep o i l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s 、s o ly 19 0 3 0 0 7 i i 洲 i f | l | | f i f j j l | f i | f f m i d e n t i 6 c a t i o na n d e c o l o g i c a lr i s k a s s e s s m e n t o fp a h si nu r b a nr u n o f f b y j i e c h e n gz h o u s u p e r v i s e db y p r o f e s s o rz h e n l o uc h e n p r o f e s s o r s h i y u a nx u ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt o e a s tc h i n an o r m a l u n i v e r s i 够( c o d e ：1 0 2 6 9 ) f o rt h em a s t e r sd e g r e ei ne n v i r o n m e n t a ls c i e n c e m a y 2 0 1 l s c h o o lo fr e s o u r c e sa n de n v i r o n m e n t a is c i e n c e e a s tc h i n a n o r m a lu n i v e r s i t ) ，s h a n g h a i ，2 0 0 0 6 2 ，p ：r c h i n a 华东师范大学学位论文原创性声明 郑重声明：本人呈交的学位论文城市降雨径流中多环芳烃的污染特征、源解析 及生态风险评价，是在华东师范大学攻读琵孝博士( 请勾选) 学位期间，在导师的指 导下进行的研究工作及取得的研究成果。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 已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期：山jj 年r 月乡) 日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 城市降雨径流中多环芳烃的污染特征、源解析及生态风险评价系本人在华东师 范大学攻读学位期间在导师指导下完成的硕左博士( 请勾选) 学位论文，本论文的研 究成果归华东师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学位论 文，并向主管部门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送交学位论文的印刷版 和电子版；允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借阅；同意学校将 学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和 摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) () 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部”或“涉密 学位论文半， 于年月日解密，解密后适用上述授权。 ( 、) 2 不保密，适用上述授权。 导师签名本人签名围遮堕 曲，f 年，月纠日 幸“涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定过的学位论文 ( 需附获批的华尔师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表方为有效) ，未经上述部门审定 的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均适用上述授权) 。 屉缱盛硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 杨凯教授华东师范大学地理系主席 郑祥民教授华东师范大学地理系 黄民生教授华东师范大学环科系 毕春娟副教授华东师范大学地理系秘书 华东师范大学别届硕士学位论文摘要 摘要 随着城市的迅速发展，城市的环境污染问题已日益突出。在城市的水环境 污染中，非点源污染已越来越受到人们的广泛重视。由于城市所形成的独特不 透水下垫面类型，污染物质在城市地表中的积累、迁移，并通过降雨径流等传 输途径成为城市受纳水体水质下降的主要原因。其中城市的降雨所形成的地表 径流是典型的城市水环境非点源污染。 本论文在国家重大水专项课题“城市黑臭河道外源阻断、工程修复与原位 多级生态净化关键技术研究与示范”、国家自然科学基金“沿海城市河岸带氮素 截留效率和转化机制研究”和上海市优秀学科带头人计划“城市河岸带对面源 营养盐的生态阻控机理研究“等项目的支持下，以温州和上海城区为例，选取 不同的下垫面类型，重点研究了降雨径流中有机污染物p a h s 的污染动态变化、 初期冲刷效应，以及对环境的影响，并对降雨径流河岸带土壤河道河水沉积 物系统中各环境介质中的p a h s 进行了源解析和生态风险评价。 城市不同下挚面降雨径流中的p a h s 的e m c 值表明各不透水下垫面的地表 径流有较为显著的冲刷作用，且在较大雨强条件下稀释作用较为明显，使得小 雨强条件下的各下垫面e m c 值比较大雨强的降雨事件高。而直排入河道的汇 流口水体p a h s 的e m c 在大雨强条件下普遍较高，山下河和九山外河分别达到 0 6 5 m g l 。和0 4 3m g l ，对受纳水体有较大的环境影响。 各下垫面降雨径流中p a h s 的污染变化显示，对于小雨强的降雨事件，p a h s 的浓度变化更多表现出冲刷效应；对于大雨强的降雨事件，不同汇流面积的下 垫面类型p a h s 的浓度变化表现特征不同，较大汇流面积的下垫面p a h s 的浓度 变化更多表现为稀释作用，大径流量使得相对应时间段的p a h s 浓度相对较低， 较小汇流面积的下挚面p a h s 的浓度变化则表现为冲刷作用。 对于同一场降雨事件的不同下垫面类型，雨强较小的小雨或者中雨，各下 垫面的类型的p a h s 含量变化相对较小；雨强较大的大雨或暴雨，各下挚面类 型p a h s 含量变化普遍较大。对于城市不同下垫面类型，具有较大汇流面积的 下垫面较易发生p a h s 的初期冲刷效应，且较大雨强产生较大的初期冲刷离散 t 华东师范大学别届硕士学位论文摘要 度，p a h s 初期冲刷效应更为明显。 城市不同下垫面的降雨径流河岸带土壤河道河水沉积物系统中的p a h s 对 环境的影响效应分析，不同降雨事件的各下垫面类型p a h s 含量对于整个系统 影响有所差异。在研究区2 个采样区各类下挚面类型中，在小雨强的降雨事件 中，九山外河交通干道下挚面的p a h s 对受纳水体的污染最为严重，山下河小 区屋面对受纳水体污染最严重；大暴雨的雨强下，由于产生较大的地表径流量 产生的稀释作用的原因，九山外河和山下河各下垫面类型的p a h s 对受纳水体 的污染相对较小，对环境的影响程度较低。相对于能够反映长期污染效应的河 岸带土壤和河道沉积物p a h s 含量，反映近期污染状况的河道河水和地表径流 p a h s 含量相对较高，且较为集中于中低环p a h s 。 对城市不同下垫面的降雨径流一河岸带土壤河道河水沉积物系统中的p a h s 进行特征化合物比值判源解析以及生态风险评价，结果表明各介质中p a h s 组 分比值来源显示较为相似，f l 抓f l a + p y r ) 更多显示的是草、木和煤燃烧来源， 加州( a m t + p h e ) 基本以高温燃烧来源为主，b a ( b a a + c h r ) 在灰尘和土壤样点基 本以混合源为主，其余基本为高温燃烧源，i c d p ( i c d p + b 曲i p ) 比值则显示石油 泄漏、石油燃烧等的综合来源。各下垫面类型中交通干道的p a h s 生态风险最 高，相对反映较长期污染效应的河岸带土壤和河道沉积物p a h s 而言，反映近 期人为活动和环境综合污染的河道河水的p a h s 生态风险较高。 关键词：城市；非点源污染；降雨径流；多环芳烃；源解析；生态风险评价 i i 华东师范大学彩盯届硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i mt h ea c c e l e r a t e du r b a n i z a t i o na n du r b a ns p r a w l i n g ，d e g m d a t i o ni nu r b a l l e n v i m 砌e n t a lq u a l i t yh a sb e c o m i n gac o n c e mf o rb o t ha c a d e m i ca 1 1 da d m i n i s t r a t i v e s e c t o r s i np a n i c u l 码w a t e rp o l l u t i o ni nu r b a l le n v i r o m n e n th a sg a i n e dm o r ea n d m o r ea t t e n t i o n c o n s i d e n n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so fm eu r b a ni m p e r v i o u ss u r f a c e s ， u r b a ns t o 锄m n o f rp o l l u t i o nh a sb e c o m eam 句o rc a u s eo fd e g r a d a t i o ni nq u a l i t yo f u r b a nw a t e rb o d i e s p o l l u t a n tl o a d i n g 舶ms t r o mm n o f rh a sb e e nr e g a r d e da l sa n i m p o r t a n tc o m p o n e n t o ft h e n o n p o i n t s o u r c e p o l l u t i o n i nu r b a na r e a s u n d e r s t a n d i n go ft h ec h 孤a c t e r i s t i c so fu r b a nm n o f rp o l l u t i o n ，e s p e c i a l l yt h et r a n s f e r a n dl o a d i n go fp a h si nu r b a ne n v i r o n i n e n ti sq u i t ec r u c i a lf o ri m p r o v i n gu r b a n a q u a t i ce n v i r o 姗e n t a l 1 1 1 i sp a p e ri s s u p p o r t e db yt h epr i 町e c t so f “ 型r 口，d ，汜f p ，? c p 口，? d 死c j f z ，2 d 厶7 9 ) ， p r o g r n m加r w a l e rp o l t l l t i o nc o m r o l a n dt r e d f m e n t ” 婶t a n t n q 2 0 0 9 z x 0 7 317 0 0 6 ) ，a f 面，z 口z 斫甜r 口，把，z c pf i d 材胛如f 面刀( g r a n tn o 4 0 9 712 5 9 ) a n dt 1 1 e p r o j e c t o f 戥c p ，z p 耐彳c 础聊七三p 口沈瑚 d 厂黝口嘶口f( g r a n t n o 10 x d14 0l6 0 0 ) w e n z h o ua n ds h a l l 曲a it h a tw ed i s c u s s e dd i 脏r e n tt ) r p e so fu r b a n s u r f a c e sa r et h ec i t i e sw ep a ya t t e n t i o nt o t h ec o n t e n t st r e n d so ff a h si nu r b a n r u n o 危f i r s tn u s he a e c t sa n de n v i r o i u l l e n t a le f r e c sa r et h em a i np o i n t sw ec o n c e m e d i nt h ev i e wo fs y s t e mo fu r b a nm n o 氆r i v e r b a n ds o i l s ，r i v e r 、a t e ra n ds e d i m e n t ，w e p u tr e s e a r c hi nt h es o u r c e si d e n t i f i c a t i o na n de c o l o g i c a lr i s ka s s e s s m e n to fp a h s t h ep a h se m co fd i 仃e r e n ti m p e r i o u ss u r f a c e si nu r b a nr u n o f rs h o wt h en u s h e 行e c t s w i t ht h em i n o r r a i n f a l li n t e n s i t y ，e m cv a l u e sa r eh i 曲e rw h i c hm a yb et h e r e a s o nt h a td i l u t i o ne f r e c ti sm o r es i g n i f i c a mi nt h ec o n d “i o no fl a r g e rr a i n f a n i n t e n s i t y t h ep a h se m cv a l u e so fc o n n u e n c ed i s c h a r g e di n t or i v e rw a t e rd i r e c t l y a r eg e n e r a l l yh i g h 1 1 1 ev a l u e so f t 、v od i s t r i c t sa r e0 6 5 m g l 。1a n do 4 3m g l ，w h i c h s h o wt h el a 略ei n f l u e n c et ot h er e c e i v i n gw a t e r t h ep a h sc o n t e n t st r e n d so fd i 虢r e n ts u r f a c e si nu r b a nr u n o f rs h o wt h a tf l u s h i i i 华东师范大学劂届硕士学位论文 a b s t r a c t e f f e c t sa u r er e p r e s e n t e do f 王a h sc o n t e n t st i e n d si nt i n ym i ni n t e n s i t y ，m e a n w h i l e d i l u t i o ne f 琵c t sa r es h o w e di nb i g g e ru r b a nc a t c e n to fh u g er a i ni n t e n s i t yw h j c h m a yb et h er e a s o nt h a th u g eq u a t i t yo fm n o f r w h i c hd i l u t e dt h ep o l l u t a n t t h ev a r i a t i o no fp a h sc o n t e n t si ss m a l l e ri nt h ec o n d i t o no fs m a l l e rr a i n f a l l i n t e n s i t yf o rt h ed i 肫r e n tu n d e r l y i n gs u r f a c e so f t h es a m er a i n f a l le v e n t m e a n 、v h i l e ， l a r g ev a r i a t i o ni ss h o wi nt h el a r g e rr a i n f a l li n t e n s i t y f i r s tn u s he 脏c t so fp a h sa r e m o r ee a s i e rh a p p e n e di nb i g g e ru r b a nc a t c h m e n t w h a t sm o r e ，t h el a r g e rr a i n i n t e n s i t ys h o w sb e t t e rn u s ha b i l i 妙 i nt h es y s t e mo fu r b a nm n o f er i v e rb a n ds o i l s ，r i v e rw a t e ra n ds e d i m e n t ，t h e e n v i r o n m e n t a li n f l u e n c e ss h o wt h ed i 雎r e n c e so fu n d e r l y i n gs u r f a c e so fr a i n f a l l e v e n t s u n d e rt h ec o n d i t i o no fm i n o rr a i n f a l l i n t e n s i 吼t h ee m cv a l u e so fj i u s h a n t r a m cf o a da n ds h a n x i ar e s i d e n t i a lr o o fa r eh i g h e s t ，h i c hm e a n st h eh e a v yp o l l u t i o n t ot h er e c e i v i n gw a t e r m e a n w h i l e ，m i n o rp o l l u t i o ni ss h o 、v nu n d e rt h ec o n d i t i o no f 伊e a t e rr a i n f a l li n t e n s i t y t h a tm a y b et h er e a s o no fd i l u t i o no fg r e a tr u n o f rv o l u m e t h ep a h se m co fr i v e rb a n ds o i l sa n ds e d i m e n t sw h i c hs h o w st h el o n g t e n n e f r e c to fh u m a na c t i v i t i e sa n de n v i r o n m e n t a li n f l u e n c ei sm i n o rt h a nt h a to fm n o f f a n dr i v e rw a t e rw h i c ht h ee n v i r o m n e n t a li n n u e n c e so fm e d i u ma n dl o wr i n g so f i ) a h sa 1 em o r es e r i o u s t h es o u r c e si d e n t i f i c a t i o no fp a h ss h o w st h es 曲i l a r i t yo fd i 行e r e n tm e d i af o r t h es y s t e mo fu r b a nm n o 正r i v e r b a n ds o i l s ，r i v e rw a t e ra n ds e d i m e n t f l a ( f l a + p ”) m o s t l ys h o w st h es o u c eo f 黟a s s ，、o o da n dc o a lc o m b u s t i o n ；a n t ( a n t + p h e ) s h o w s c o m b u s t i o ns o u c e ；b 副v ( b a a + c h r ) o fm o s td u s ta n ds o i l ss h o w st h em i xs o u c e ，a n d o t h e r ss h o wt h ec o m b u s t i o ns o u c e ；i c d p ( i c d p + b g h i p ) s h o w st h em u l t i p l es o u c e so f p e t r o i e 啪l e a k a g ea 1 1 dc o m b u t i o n e c o l o g i c a l r i s ka s s e s s m e n to ft r a 衔cr o a d si st h e m o s ts e r i o u si nd i 腩r e n tk i n d so fu r b a ns u r f a c e s t h ep a h se c o l o g i c a lr i s k a s s e s s m e n to fr i v e rw a t e rw h i c hs h o w st h er e c e n te f r e c to fh u n l a na c t i v i t i e sa n d e n v i r o n m e n t a li n n u e n c ei sm o r es e r i o u st h a nt h a to fr i v e rb a n ds o i l sa n ds e d i m e n t s i v 华东师范大学彩 届硕士学位论文 a b s t r a c t k e yw o r d s ：u r b a n ； n o n - p o i n ts 叫c e ；m n o 行p a h s ； s o u r c e si d e n t i f i c a t i o n ； e c o l o g i c a lr i s ka s s e s s m e n t v 华东师范大学彩盯届硕士学位论文目录 目录 摘要i 彳召s 丁删c r i i i 臼录i 1 1 研究背景及研究意义1 1 1 1 水环境非点源污染和城市降雨径流的研究背景及意义1 1 1 2 多环芳烃( p a h s ) 的研究背景及意义5 1 2 国内外研究进展6 1 2 1 水环境非点源污染和城市降雨径流国内外研究进展6 1 2 2 多环芳烃( p a h s ) 国内外研究进展1 l 1 3 研究总体思路和框架1 l 1 3 1 研究目标物1 2 1 3 2 研究方法与技术路线1 7 1 3 3 本研究主要特色l8 2 1 研究区自然环境概况1 9 2 1 1 温州市和上海市自然环境概况1 9 2 1 2 温州市和上海市采样研究区概况2 0 2 2 研究方法2 6 2 2 1 降雨和地表径流样品采集方法2 6 2 2 2 降雨和地表径流样品分析测试方法2 6 第三章城市降而径流手刚胁的污染特征3 0 3 1 场次降雨径流事件污染物平均浓度( e m c ) 3 0 3 1 1e m c 基本定义3 0 3 1 2 降雨径流中p a h s 污染的e m c 分析3 l 3 1 3 降雨径流事件对e m c 影响因素分析3 4 3 2 降雨径流中p a h s 浓度的动态变化3 6 3 2 1 降雨与地表径流中p a h s 的特征分析3 6 3 2 2 雨水中p a h s 的特征分析4 3 3 2 3 降雨径流中p a h s 浓度的动态变化4 4 3 3 降雨事件对地表径流中p a h s 含量的影响5 0 3 3 1 上海降雨事件对地表径流中p a h s 含量的影响5 0 3 3 2 温州降雨事件对地表径流中p a h s 含量的影响5 l 3 4 下挚面类型对降雨径流中p a h s 含量的影响5 2 3 4 1 上海下垫面类型对降雨径流中p a h s 含量的影响5 2 华东师范大学别届硕士学位论文目录 3 4 2 温州下挚面类型对降雨径流中p a h s 含量的影响5 3 3 4 3 树冠穿透水中p a h s 的污染特征5 4 3 4 4 雨前道路灰尘中p a h s 的污染特征5 5 3 5 降雨径流中p a h s 浓度与理化指标的相关性分析5 6 3 5 1 降雨径流中p a h s 浓度与t s s 的相关性分析5 6 3 5 2 降雨径流中p a h s 浓度与t o c 、t i c 的相关性分析5 7 3 6 城市降雨径流中p a h s 的初始冲刷效应5 9 3 6 1 初期冲刷效应定义5 9 3 6 2 城市不同下挚面降雨径流p a h s 初始冲刷效应6 1 3 7 小结6 3 第四章城市降雨径流中m h s 污染负荷估算及其环境效应6 s 4 1 城市次降雨径流p a h s 的污染负荷估算6 5 4 1 1 地表径流污染负荷当量法6 5 4 1 2 城市次降雨径流污染负荷估算6 8 4 2 城市黑臭河道与地表径流中p a h s 的含量对比6 9 4 3 河岸带土壤与河道沉积物中p a h s 的含量对比7 4 4 4 河岸带土壤对地表径流中p a h s 的阻控效应7 6 4 5 小结7 6 第五章城市降雨径流河岸带土壤河道河水沉积物系统中 刚月譬的冻i ) | 解析7 8 5 1 城市不同下挚面降雨径流中p a h s 的源解析7 8 5 1 1 城市降雨径流中p a h s 的源解析7 8 5 1 2 不同下垫面灰尘中p a h s 的源解析8 2 5 2 城市河岸带土壤中p a h s 的源解析8 7 5 3 城市河道河水沉积物中p a h s 的源解析9 0 5 4 城市降雨径流河岸带土壤河道河水沉积物系统中p a h s 的来源异同9 5 5 5 小结9 6 第六章城市降雨径流河岸带土壤河道河水沉积物体系中 6 1 降雨径流p a h s 生态风险评价9 8 6 1 1b a p 的毒性当量生态风险评价9 8 6 1 2 危害商值( h q ) 生态风险评价9 8 6 1 3 风险商值( r q ) 生态风险评价9 9 6 1 4 沉积物生态效应区间( e r l e r m ) 的生态风险评价l o l 6 2 城市不同下垫面降雨径流中p a h s 的生态风险评价1 0 2 6 2 1 城市降雨径流中p a h s 的生态风险评价1 0 2 6 2 2 不同下垫面灰尘中p a h s 的生态风险评价1 0 6 6 3 河岸带土壤中p a h s 的生态风险评价1 0 8 6 4 河道水体中p a h s 的生态风险评价10 9 华东师范大学删届硕士学位论文 目录 6 5 河道沉积物中p a h s 的生态风险评价1 1l 6 6 城市降雨径流河岸带土壤河道河水沉积物系统中p a h s 的生态风险评 价对比“3 6 7 小结1 1 4 7 1 主要结论1 1 6 7 2 研究展望1 1 7 附泵l 12 5 后记12 6 华东师范大学刎，届硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景及研究意义 1 1 1 水环境非点源污染和城市降雨径流的研究背景及意义 1 水环境非点源污染的研究背景与意义 随着人类经济活动的不断深入，水环境污染已经成为全球性问题。点源污 染和非点源污染是地表水体污染的两大来源( 赵剑强，2 0 0 2 ) 。非点源污染 叫o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n ) 与点源污染相对应，主要是指溶解的或固体污染物 从非特定的地点，在降水和地表径流冲刷的作用下，通过径流过程而汇入受纳 水体( 如河流、湖泊等) ，所引起的水体污染。非点源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。 广义的城市非点源污染，按照成因主要可分为城市地表径流污染、大气的干湿 沉降、城市水土流失及河流底泥的二次污染；狭义的城市非点源污染主要指城 市地表径流( 杨柳等，2 0 0 4 ) 。城市地表径流污染主要是指在降雨的过程中，雨 水以及所形成的地表径流流经城镇地面，如商业区、街道、停车场等各类下垫 面类型，聚集一系列的污染物如原油、盐分、氮、磷、有毒物质及杂物等，随 之进入受纳水体河流或湖泊，污染地表水或者地下水体( 贺缠生等，1 9 9 8 ) 。 点源污染通常是指有较为固定的排放位置而集中排放，例如工业废水和污水处 理厂的出水。在过去由于受控制技术和财力限制，尤其是点源污染，在过去的 水环境污染中十分严重，所以在水环境治理中点源污染的治理一直被作为污染 治理的主要方面。然而，经过多年的实践证明，仅仅单纯控制点源污染，许多 被治理水体仍然达不到水污染治理指标。许多水体除受到点源污染外，还受到 相当严重的水环境非点源污染。据美国、日本等国家的报道，即使点源污染全 面控制之后，江河的水质达标率也仅仅为6 5 ，湖泊的水质达标率为4 2 ，海 域的水质达标率为7 8 ( 鲍全盛等，1 9 9 6 ) 。 有关非点源定义，目前有许多种提法。在许多国家的传统意义上，所有类 l 华东师范大学嬲，届硕士学位论文 第一章绪论 型的农业活动和土地利用，包括畜牧养殖等，均可以被视为非点源污染。即非 点源污染主要为向环境中排放不连续的扩散过程，而且不能由一般的污水处理 方法获得水质改善的排放源，它是由降雨、地表径流、渗漏或者大气沉降产生 的。在较大范围内，大气、地面和土壤中的污染物通过地表径流进入地表水和 地下水，并且在水体中大量富集从而导致的水环境污染( n o v o t n ye ta 1 ，1 9 8 7 ) 。 也可以将非点源污染简单定义为晴天积累、雨天排放的不固定的排放污染源( 金 相灿，2 0 0 1 ) 。 当水环境的点源污染得到有效控制后，非点源污染就显得十分突出，成为 城市水质恶化的主要原因之一( b r e z o n i k ，2 0 0 2 ) 。其污染物类型主要有盐分、 重金属和有机物等。由于非点源污染起源和位置难以识别和确定于分散多样的 区域，且其地理边界和位置难以识别和确定，所以和点源污染相比较而言，非 点源污染危害规模大，因而防治相当困难( 贺缠生等，1 9 9 8 ) 。非点源污染一直 是水环境污染防治、管理和研究的重点，随着工业污染和城市生活的点源污染 的控制水平的提高，非点源在污染贡献中的位置越来越突出( 宫莹等，2 0 0 3 ) 。 有相关的研究表明，即使点源污染的得到全部控制，水环境也得不到根本改善， 水质达标率也仅为4 2 6 5 。在美国，非点源污染已经成为水环境污染的第一 因素，6 0 的水环境污染是起源于非点源( u se p a ，1 9 9 5 ) 。非点源污染的研 究已经成为当前水环境研究的难点和重点之一，世界各国和组织都在寻找一个 科学而高效的非点源污染控制管理措施。与点源污染相比较而言，非点源污染 的空间范围大，时间上具有不确定性，所形成原因相对比较复杂，不能像点源 污染那样仅仅单纯的通过污水处理方法来控制非点源污染，而应该主要集中于 土地和径流管理措施上。 目前非点源污染的污染控制一般可由两方面进行入手：( 1 ) 主要是对污染 源的控制，即从源头上控制，控制污染物进入水体，这也是控制非点源污染最 有效的方法；( 2 ) 对污染物迁移转化途径的控制，改变或者切断污染物的传播 途径。这样，相对应的，在城市中对于非点源污染的最佳管理措施就有两种类 型：工程型和非工程型。工程措施主要有：人工湿地、植被过滤带和草地、河 华东师范大学别，届硕士学位论文 第一章绪论 岸缓冲带、暴雨蓄积池和沉淀塘等；非工程措施主要有：有害物质的综合管理、 生物废弃物的再利用等。其中，源头控制措施有：街道地表清除污染物、条状 种植、营养物管理、综合有害物质管理、植草水道等；通过控制迁移路径的管 理措施有：人工湿地、河边缓冲带、过滤带等( 王晓燕，2 0 0 3 ) 。 2 城市降雨径流的研究背景及意义 城市的高度发展使不透水地面的面积迅速增加，形成了不同于自然地表的 “城市第二自然格局”，从而对地表水文过程产生了深刻的影响( 许世远，2 0 0 4 ) 。 城市区域是人类活动最为剧烈的社会区域，形成了大量以不透水硬质下垫面为 主要类型的城市用地类型和状况，产生的污染物类型多样、量大、分布随机等 特点，导致其特有的污染物源汇特征( 陈桥等，2 0 0 9 ) 。土地利用变化之所以能 够对非点源污染产生影响的关键，主要在于地表径流对所流经的下挚面性质反 应的敏感性。因此，一般是将下垫面分为透水性下垫面和非透水性下垫面。一 般而言，透水性下垫面( p e m e a b l e p e i o u ss u 而c e s ) 主要是指流经其上的地表 径流能够下渗( i n f i l t r a t i o n ) 并截留部分径流的下垫面，例如林地、草地、未利 用土地及农田等。非透水性下垫面( i m p e 肌e a b l e i m p e r v i o u ss u r f a c e s ) 可简单定 义为流经其上的地表径流不能下渗的下垫面，包括各种自动车或非机动行车道、 人行道、停车场及屋顶等水泥、沥青或其他不透水材料所覆盖的表面( s c h u e l e r ， 1 9 9 4 ) 。在雨季，降雨在不透水地面上迅速转化为径流，挟带并冲刷大量的污 染物质进入地表水体，形成了典型的非点源污染，已经成为影响城市受纳水体 水质下降以及河口水环境污染的重要因素( b r e z o n i ke ta 1 ，2 0 0 2 ) 。 在城市非点源的污染过程研究中，了解非透水性下垫面的污染物累积、传 输以及冲刷特征，对于预测污染物的冲刷规律，设计和制定减少水体非点源污 染对环境负面影响的方法措施等，起着相当重要的作用( v 如ee ta 1 ，2 0 0 2 ) 。 非透水性下垫面对恶化城市水体非点源污染的重要性，已引起了不少学者的普 遍重视，并且已经属于当今城市水环境非点源污染研究的热点之一。 欧美一些国家，早在上世纪7 0 年代初便开展了有关水环境非点源污染的大 华东师范大学别届硕士学位论文第一章绪论 规模研究。在1 9 9 3 年，美国环境保护署( u s e p a ) 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( a m i rt a e b ie ta 1 ，2 0 0 4 ) 。在我国，随 着点源的污染得到有效的控制，非点源污染也已经成为水体污染的主要因素之 一，受到越来越多的广泛关注和研究( 邢可霞等，2 0 0 5 ) 。 城市非点源污染同时也被称为城市暴雨径流污染，主要是指在降雨条件下， 雨水和径流冲刷城市地表，含有污染物质的径流通过排水系统的传送和输送， 或者未经排水系统而直接流入下一级水体如河流、湖泊等，使受纳水体的水质 遭受污染。和农业非点源污染所显著不同的是：城市中的商业区、工业区、居 民区和街道等不同下垫面类型的地表绝大部分为不透水性下垫面，这些地表由 于环境积累以及日常人类活动而累积有大量污染物，当遭受暴雨冲刷是极易随 径流流动，通过排水系统进入水体。 城市非点源污染由于其独特的下垫面特性和高强度的人类干扰特性，其产 生与输出的特质具有与农业非点源污染截然不同的规律。城市非点源污染主要 是由于城市生态系统失调的结果造成的，其具有城镇人口密集、各种人类活动 和生产活动频繁，产生的污染物具有面广和量大的特点。从排放的特点上看， 在时间上，城市非点源污染源排放具有间断性，污染物具有晴天累积，雨天排 放的显著特性；在空间上，由于受排水系统的影响，在小尺度的空间上主要呈 现出的是点源污染的特征，而在较大的空间尺度上显现为非点源污染特征。而 从污染物种类上来看，城市非点源污染物有总悬浮物( t s s ) 、总氮( t n ) 总磷 ( t p ) 等营养盐、c o d 、石油烃类有机污染物、重金属、农药等，污染物种类 和排放强度与城市的发展程度、经济活动类型以及环境影响、城市人类的活动 行为等因素密切相关，自然背景效应则相对很低( 王晓燕，2 0 0 3 ) 。 随着城市化进程的加快，在城市水环境的非点源污染中，城市道路地表径流 已成为城市地表水体的一个主要污染来源( m o t e l a y m a s s e ie ta 1 ，2 0 0 6 ； t s i h r i n t z i se ta 1 ，1 9 9 7 ；c h e ne ta 1 ，2 0 0 4 )。道路地表径流中含有t n 、t p 、 重金属、多环芳烃( p a h s ) 、卤代酚、营养盐等各类污染物，其中p a h s 因其高 浓度水平和毒性而得到广泛关注( b r o w ne ta 1 ，2 0 0 6 ；h o 胁a ne ta 1 ，1 9 8 4 ) 。 4 华东师范大学彩，届硕士学位论文 第一章绪论 城市道路环境中的p a h s 主要有汽车尾气排放、燃油或机油泄露、轮胎摩擦和 路面磨损等各类来源( w a l k e re ta 1 ，1 9 9 9 ； h a 仃i s o ne ta 1 ，1 9 9 6 ) 。 1 1 2 多环芳烃( p a h s ) 的研究背景及意义 持久性有机污染物( p e r s i s t e n to r g a n i cp o l l u t a n t s ，简称p o p s ) 主要是指具 有长期残留性、生物蓄积性、半挥发性和高毒性四个显著的特性，并能够在大 气环境中长距离迁移并能沉降回到地面，对人类健康具有严重危害的天然的或 人工合成的有机污染物质( 刘敏等，2 0 0 5 ) 。p o p s 一般具有4 个显著的特征而 受到研究者的广泛关注，主要有以下：( 1 ) 持久性或长期的残留性。p o p s 对于 自然条件下的生物代谢、光降解、化学分解等具有很极强的抵抗能力。一旦被 排放到环境中，很难被分解，因此可以在水体、土壤和底泥等各类的环境介质 中存留数年甚至数十年或是更长的时间；( 2 ) 生物的蓄积性。p o p s 分子结构中 通常含有卤素原子，具有低水溶性、高脂溶性等特性，因而能够在动物或人类 的脂肪等组织中发生生物蓄积，从而导致p o p s 从周围媒介物质中富集到生物 体内，并通过食物链的生物放大作用而达到中毒作用；( 3 ) 半挥发性。p o p s 能够从水体或者土壤中以蒸汽方式进入大气环境或者吸附在大气颗粒物上，从 而可以在大气环境中进行远距离迁移。正是p o p s 的挥发沉降再挥发再沉降