（环境工程专业论文）镇江市老城区降雨径流污染时空分布规律研究.pdf

镇江市老城区降雨径流时空分布功率研究 路径流和屋面径流水质进行评价发现，道路雨水径流比屋面径流污染负荷更高， 道路径流水质为劣v 类。城市客厅污染物含量波动性相对较大。南门夜市作为 商业活动区域，污染最为严重。屋面径流虽污染程度较低，但其水质仍超过v 类标准。屋面雨水的主要污染物质为c o d 、s s 和n h 3 一n ，其中c o d 和n h 3 n 水质达到地表水环境质量标准的v 类以上。道路和屋面径流中重金属z n 和c u 浓度较低。 关键词：道路径流，屋面径流，e m c 值，初始冲刷效应，水质 i i 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fu r b a n i z a t i o n ，t h en o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o nh a sb e c o m eo n eo f t h ei m p o r t a n tr e a s o n sf o rt h ed e t e r i o r a t i o no ft h eu r b a ne n v i r o n m e n t s o ，i ti si m p o r t a n tt og e tt h e c h a r a c t e r i s t i c sa n dr e g u l a r i t yo ft h ep o l l u t a n te m i s s i o nf r o mt h eu r b a ns t o r m w a t e rr u n o f fa n d a c c u m u l a t et h eb a s i cd a t ao fl o a da n dr u l er u n o f f , e s p e c i a l l yi nt h ep e r f o r m a n c eo f p r e v e n t i n gw a t e r p o l l u t i o nc a u s e db yt h er u n o f f , r e d u c i n gt h eu r b a np i p e l i n es y s t e mp r e s s u r e ，e n s u r i n gt h es a f e t yo f f l o o dc o n t r o l ，e f f e c t i v e l yc o n t r o l l i n gu r b a nr u n o f fp o l l u t i o n gf r o mt h es o u r c e ，a n da tt h es a m et i m e p r o v i d i n gt h er e f e r e n c ef o rt h et r a n s f o r m a t i o no ft h ec o m b i n e ds e w a g es y s t e mi nz h e n j i a n g t h i sp a p e rt a k e st h ea r e ao fz h e n j i a n ga st h es t u d y i n gz o n e ，d i s c u s s i n gt h ep o l l u t i o np r o c e s so f r o a dr u n o f fa n dr o o fr u n o f ff r o md i f f e r e n tf u n c t i o n a la r e a s w ep a ym o r ea t t e n t i o nt ot h ev a r i a t i o n r e g u l a r i t yo fp o l l u t a n t si nr u n o f f , t h ef a c t o r st ot h er a i n f a l lr u n o f fp o l l u t i o n go u t p u t ，t h ei n i t i a ln u s h e f f e c ta n dt h ee v a l u a t i o no nt h er u n o f f t h em a i nr e s u l t so ft h i ss t u d ya r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h r o u g ht h ea n a l y s i so ft h er u n o f fs a m p l e s ，i ti sf o u n dt h a tt h ep o l l t a n t sd i s t r i b u t i o nh a s o b v i o u st i m er e g u l a r i t yi nd i f f e r e n tf u n c t i o na r e a sf r o mz h e n j i a n go l dd i s t r i c t t h er u n o f fq u a l i t yo f t h ee a r l yr a i ni sb a d ；t h ed e n s i t yo fp o l l u t a n t sw i t ht h et i m ei sd i f f e r e n ti nd i f f e r e n tf u n c t i o n a la r e a s d u r i n gt h ew h o l er a i np r o c e s s ，t h ei n s t a n t a n e o u sc o n c e n t r a t i o no fp o l l u t a n tc h a n g e sal o t ，o v e r a l li t p r e s e n t so b v i o u s l yd e c a y l a w s ( 2 ) t h ei n f l u e n c ef a c t o r so f t h er u n o f fp o l l u t i o n gi n c l u d er a i n f a l lc h a r a c t e r i s t i c s ，l a n du s et y p e s o ft h ec i t y , d r yp e r i o dl e n g t h ，e t c u r b a nl a n du s et y p e ，d r yp e r i o dl e n g t ha n dr a i n f a l li n t e n s i t ya r e t h ei m p o r t a n tf a c t o r st ot h es u r f a c er u n o f fq u a l i t y w h i l et h eu r b a nr o o fr u n o f fp o l l u t i o nl o a dh a sa c l o s er e l a t i o n s h i pw i t hd r yp e r i o dl e n g t ha n dr a i n f a l li n t e n s i t y i nt h es a m er a i n f a l le v e n t , d i f f e r e n t p o l l u t a n t sf r o md i r r e r e n tf u n c t i o na r e a si nm ( v ) c u r v e w i t hd i a g o n a ld e v i a t i o nd e g r e ea r ed i f f e r e n t m a n yr e s e a r c hr e s u l t ss h o wt h a ti nt h ep r o c e s so fd i s c h a r g i n g , p o l l u t i o nl o a do fc o d ，s s ，n h 3 一n ， t p , p b ，z na n dc uh a st h ec h a r a c t e r i s t i c so fi n i t i a lf l u s he f f e c t ，j u s td i f f e r e n tp o l l u t a n t s ，d i f f e r e n t r a i n f a l le v e n t ；t h ed e g r e ef o rt h ei n i t i a lf l u s he f f e c ti sd i f f e r e n t ( 3 ) t h r o u g hc a l c u l a t i o no ft h ee m cv a l u e ，i na c c o r d a n c ew i t ht h ee n v i r o n m e n tq u a l i t y s t a n d a r d sf o rs u r f a c ew a t e r , r o a dr u n o f fa n dr o o fr u n o f fw e r es t u d i e d ，t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e d e n s i t yo fp o l l u t a n tf r o mr o a dr u n o f fi sh i g h e rt h a nr o o fr u n o f f r o a dr u n o f fi so v e rv t ot h e i i i 镇江市老城区降雨径流时空分布功率研究 e n v i r o n m e n t a lq u a l i t ys t a n d a r d sf o rs u r f a c ew a t e r t h ev o l a t i l i yo fp o l l u t a n sf r o mc i t ys q u a r ei s r e l a t i v e l yl a r g e s o u t hg a t en i g h tm a r k e ta sac o m m e r c i a la r e ai sp o l l u t e ds e r i o u s l y t h o u g ht h er o o f r u n o f fi sb e t t e rt h a nr o a d ，i t sw a t e rq u a l i t yi ss t i l lo v e rv a tt h es a m et i m e ，t h em a i np o l l u t a n t sf o r t h er o o fr u n o f fa r ec o d ，s s ，n h 3 一n ，t h ec o n c e n t r a t i o no fc o da n dn h 3 一nb e l o n g st ot h eg r o u pv a c c o r d i n gt ot h ee n v i r o n m e n t a lq u a l i t ys t a n d a r d sf o rs u r f a c ew a t e r t h ec o n c e n t r a t i o no fz n ，c ui n t h er u n o f fi sv e r yl o w k e yw o r d s ：r o a dr u n o f f ；r o o fr u n o f f ；e m cv a l u e ；i n i t i a lf l u s he f f e c t s ；w a t e rq u a l i t y i v 江苏大学硕士学位论文 1 1 选题背景和意义 第一章绪论 随着人类社会的发展和生活水平的提高，城市需水量逐年增加。水资源作为人类生存 最基本资源，是所有资源中不可替代的一种资源。城市的水资源短缺和水质污染问题已引 起各国的广泛关注和不安【l 】o 城市化的加快，水源供需矛盾日益突出。具体表现为城市水 资源缺乏和城市水体环境污染，同时包括由此引发水循环系统的平衡破坏和城市暴雨径流 灾害等问题。 城市化的时代，地表的不透水率持续升高，城市雨水径流水质不断恶化1 2 , 3 1 ，这对城 市水环境造成了巨大的威胁，雨水径流引起的面源污染越来越受到人们的重视【4 】。城市地 表径流是影响城市水环境质量的第二大污染源【5 】，也是仅次于农业面源的第二大面源污染 源【6 】。在美国，面源污染已经成为环境污染的第一因素，6 0 的水污染起源于面源。研究 表明，即使点源污染得到全部控制，河流、湖泊、水库等地表水水质达标率仅为4 2 6 5 7 1 。 在中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，宝象河暴雨期最大 悬浮物浓度是非暴雨期的1 0 6 倍【8 】，可见面源污染对地表水环境的影响是巨大的。面源污 染( t g 称非点源污染源) 是指溶解的或固体污染物从特定的地点，通过雨水的冲刷作用， 形成径流而汇入城市管网，从而影响受纳水体( 如河流、湖泊、水库、海湾等) ，引起水 体污染【9 】。根据地表透水性能的差异，面源径流污染可分为不可透水性和透水性地表径流。 城市地表，工厂厂区，各种屋面以及道路都属于不可透水性地表径流，而农田，广大的农 村居民区地表径流属于后者【埘。城区降雨径流污染与其它面源污染形式相比，在产污、 产流特征等方面有很大区别。 城市地表径流污染是指地表沉积物与大气沉降物等在降雨的淋溶和冲刷作用下，扩散 性进入水体，造成城市水环境质量下降的过程，它包括输入( 污染物积聚) 、转化( 污染 物冲刷) 、输出( 污染物输送) 等3 个子系统【n 1 2 1 。这一过程涉及的介质多、时空跨度大 并且污染过程复杂。地区环境条件、实时降雨状况，土地功能区划、不透水下垫面比例， 城市环境管理以及城市管网体制等因素都是造成城市降雨径流污染负荷增强的重要原因。 美国环保局对城市雨水径流污染的调查研究进行的相对较早【1 3 1 ，地表径流包括路面径流、 屋面径流和庭院径流【1 4 , 1 5 】。城市地表径流中污染物不但形态复杂和种类较多，而且含量较 镇江市老城区降雨径流时空分布功率研究 高。径流中的悬浮物质，多数来自大气沉降物、机动车尾气、交通工具的磨损、车辆轮胎 以及刹车摩擦产生的物质以及居民烟囱释放出的烟尘等，这些物质主要集中在繁华商业 区，工业区以及建筑工地等；耗氧物质主要指的是由废弃物、落叶以及生活垃圾组成，这 些物质堆放腐烂消耗氧气，老城区的雨水径流耗氧量比较高；有毒物质包括杀虫剂、多氯 联苯( p c b s ) 、多环芳烃( p a h s ) 、重金属，主要来源于菜地、绿地等施用农药、路面磨 损、机动车辆排放的尾气以及大气沉降等【1 6 ，1 7 1 ，其中p a l l s 因其毒性和高浓度水平而得到 广泛关注【1 8 , 1 9 ；油脂类物质，来自润滑油及燃料的泄漏。这些污染物随径流进人江河湖泊， 造成了受纳水体污染。美国在2 0 世纪8 0 年代年就得出，城市径流中出现5 0 种重点污染 物【2 0 ，2 1 1 。 城市地表径流的污染特征有三个方面。第一，它具有面源和点源的双重特性。污染物 晴天时在城市不同下垫面( 屋面、道路、绿地等) 累积，降雨时随雨水径流冲刷而排放， 具有面源间歇式排放特征。通常认为，雨水径流污染物浓度变化较大，特别降雨初期污染 物浓度非常高，降雨末期径流水质相对较好。径流污染物经城市地表由城市管网系统进入 受纳水体，这又体现了集中排放的特征。第二，随机性。影响城市地表径流污染负荷的因 素较多，且随机性因素居多，这些因素对任意一场降雨事件来说，偶然性大、随机性强， 这给研究造成的相当难度。地表污染物的累积和冲刷这2 个环节中都有随机性因素起作 用，如两场降雨之间的干期间隔、降雨历时、降雨强度，同时还与城市化程度、不透水下 垫面面积、城市土地功能类型等有关，例如国外对城市商业区、居民区径流污染研究结果 显示【2 2 1 ，城市商业区地面径流b o d 5 为7 7m g l ，c o d 盯为3 9m g l ；居民区地面径流污 染物平均浓度b o d 5 为3 6m g l ，c o d 口为4 0m g l 。第三，污染物输出负荷变化显著。 由于不同功能区污染物输入的随机性，地表径流的污染物输出表现不稳定。城市的不同功 能区，不同区域人群生活方式以及活动强弱的差异，造成了地表污染物累积的种类和数量 也有所不同，所以降雨过程中污染物输出有较大差异。污染负荷的输出在时间上通常表现 为初始冲刷现象。当进入受纳水体污染物含量量超过其自净能力，受纳水体将遭受污染。 从而引起水体毒性增强、富营养化，进而容易造成赤潮、水华等现象，严重危害人类以及 生物的健康。因此城市地表径流及其污染物的产生和迁移，已经成为城市水环境研究的主 要方向。 在中国，水是区域经济社会可持续发展和生态环境保护的核心资源，强力制约着社会 发展和环境系统演变升级。由于我国前期面临的污染问题主要是生活和工业废水，各级政 府及水处理均放在了点源污染问题治理上，严重忽略了城市雨水径流引起的一系列问题。 2 江苏大学硕士学位论文 径流作为水循环的重要环节，是水资源综合开发利用、科学管理、优化调控的重要依据。 而事实上，随人口的增加，城市雨水径流污染已成为制约受纳水体水质进一步提高的主要 因素。 城市面源污染有其自身污染特征，要对其采取针对性、有效的措旅进行优化利用和控 制治理，就必须彻底了解城市降雨径流的污染组成、污染物含量以及水质水量的变化等等。 而在城市当中，城市的道路、绿地、居民区、花园、园林、公园等不同下垫面占据了城市 相当大的不透水面积的比重，经雨水冲刷冲刷后直接进入管网，从而进入受纳水体，使城 市管网污染负荷倍增。 因此研究城市降雨径流污染特性及排污规律，开发可行的污染控制技术及对策，改善 城市水环境质量和保持正常水循环，促进城市经济和社会可持续发展，为政府部门对面源 污染的控制管理决策提供科学的依据具有重要意义。 1 2 国内外研究现状 由于城市下垫面的不同，不同汇水面上的降水径流水质差异较大，如屋顶等汇水面的 雨水径流初期污染浓度较高，后期径流水质良好。但是机动车，娱乐场所，以及商业区域 等汇水上的雨水径流，由于机动车辆轮胎的磨损，燃料泄漏以及食物油的泄漏而含有大量 的金属、橡胶和燃油等污染物质进入受纳水体，严重污染城市水体。 随着监测技术和研究水平的提高，人们深入研究了城市雨水径流各种污染物指标及其 变化，污染物传输特征和初始冲刷效应【2 3 彩1 ，同时相应地对不同城市下垫面，包括屋面、 路面和不同城市功能区小流域进行地表径流污染监测，获取地表径流污染特征【2 6 3 1 】。例如： 许多国家相继开展了城市路面暴雨径流监测，以获取场次降雨路面径流的平均污染物浓度 【3 2 】。此外，道路径流污染物的初始冲刷现象【3 3 1 。路面径流水质与交通量、降雨强度、干 期长度、路面材质等的关系也得到广泛的开展【3 4 1 。 1 2 1 道路径流研究 随着城市快速发展和交通活动的日趋频繁，道路累积物随雨水冲刷和重力的作用，进 入管网，雨水径流污染十分严重。道路车流量大，路线长，晴天污染物的积累，降雨时随 路面径流而排放。径流污染发生的随机性及其污染物排放量的不确定性，越来越引起人们 的高度重视。国内外学者先后开展了路面径流污染及其影响因素等方面的深入研究。 3 镇江市老城区降雨径流时空分布功率研究 a n ad e l e t i c 3 5 1 对城市地表径流的初期雨水径流污染特征作了研究，研究表明排水管 网末端的初期径流效应污染可能与进入排水管网的初期径流关联不大，这可能由于排水系 统内污染物的转化和迁移造成的。b r o w na n dp e a k e 3 6 】和e r i k s s o ne ta l 3 7 】研究发现雨水径 流中存在的大量的无机物和有机物，也包括颗粒性物质以及溶解性物质。geh u ，e ta 1 【蚓 研究发现，离子浓度随月份推移而变化，影响了径流化学成分主要因素是气象条件，径流 中的污染物来源于工业和交通。车伍等【3 9 】对城区屋面和道路雨水径流的水质变化规律及 其主要影响因素研究表明：由于雨水对大气有淋洗作用，使得雨水中杂质有空气中尘埃和 大气污染物存在，另外路面材质、路面污染程度、降雨量、干期间隔、降雨强度和气温都 会影响道路雨水水质。卓慕宁【删对路面径流研究发现不同监测区域径流污染物浓度差异 明显，这主要与日交通量、降雨特征和道路周边土地利用情况有关。黄金良等【4 1 】研究表 明：径流初期，径流中c o d 口和浊度较高，p b 和s s 的浓度随着降雨强度的增大而增加。 路面交通量、降雨特征和路面清扫频率对路面径流水质历时变化过程有重要的影响。 p u j ak h a r e e ta 1 【4 2 】对印度北部居民区的雨水径流进行了分析，结果表明离子浓度冬 季比季风气候时期高，c a 、m g 、s o ? 。、n 0 3 n 和n h 4 + - n 主要与土壤和生物活动有关， n a 、k 和c l 源燃烧的排放物有很大关联，而c u 、z n 、f e 和n i 可能与工业活动和清 扫过程有关。t u c c i l l o 4 3 1 以美国新泽西州蒙默思郡公路和居住区6 处集水口径流雨水为对 象，研究了径流过程中重金属在不同颗粒粒径中的分布，研究表明，由于受自然的变化和 人类活动强度变化的影响，雨水径流中的污染物浓度随着降雨的变化以及降雨地点的变化 而不同。e i n s 等人【4 4 】对研究路面径流对城市地表径流污染的贡献率，结果发现，0 0 5 公 顷的沥青路面在2 4 3 公顷的城市地表径流中，路面径流排污所占比例为：c d 为4 6 、c u 为7 8 、p b 为4 7 、z n 为1 3 ，受纳水体中3 5 7 5 的重金属是来自路面径流，路面 径流对受纳水体的水质造成了严重影响。李立青【4 5 】研究城市地表径流污染空间分异性及 其影响因素，结果表明，城市地表径流颗粒态c o d 、t n 和1 1 p 分别占5 8 - + 1 7 、6 5 - + 1 3 和9 2 - + 6 ，溶解态t n 中n h 4 + 一n 、n 0 3 n 和d o n 相当。不透水地表功能、交通流量、 土地利用、人口密度以及卫生管理水平是影响城市地表径流水质空间分布的主要因素。人 口密度高和管理差的旧城区径流污染最重；道路地表径流污染程度与交通流量呈正相关， 交通流量越高地表径流污染越重。李立青等【4 6 】研究了城市降雨径流污染负荷与2 次降雨 间隔时间的关系，结果表明，城市降雨径流污染负荷受2 次降雨间隔时间和降雨径流量的 共同影响。2 次降雨间隔时间与初期降雨径流污染负荷存在显著的正相关关系( p 2 0 1 0 7 3 2 0 1 0 7 2 0 2 0 1 0 7 4 ；降雨强度： 2 0 1 0 7 - 3 2 0 1 0 7 2 0 2 0 1 0 8 1 6 2 0 1 0 7 4 。4 场降雨都达到大雨标准( 邳0 1 7m m m i n ) ， 特别是2 0 1 0 7 3 、2 0 1 0 7 2 0 、2 0 1 0 8 1 6 达到暴雨级别( 0 0 3 4 7m m m i n ) 。图3 9 3 1 1 表 示老城区典型区域不同降雨事件地表污染物浓度随降雨历时变化情况。 图3 9 3 1 1 可知，三个典型区域，不同降雨事件中不同污染物均呈现一定的冲刷现象， 不同场次降雨在5 3 0 分钟内出现峰值点，甚至出现二次冲刷现象。 城市客厅可以看出水质指标c o d 、s s 浓度与降雨前期的干期长度相关较大。具体表 现在：c o d 浓度，降雨场次2 0 1 0 7 3 2 0 1 0 7 2 0 2 0 1 0 7 _ 4 ；s s 浓度：降雨场次2 0 1 0 7 3 2 0 1 0 7 2 0 ；同样的冲刷时间和降雨历时也可以影响到水质参数浓度：比如s s 浓度 2 9 镇江市老城区降雨径流时空分布功率研究 2 0 1 0 7 4 2 0 1 0 7 3 。对于江滨新村：c o d 、s s 浓度：降雨场次2 0 1 0 7 3 2 0 1 0 7 2 0 ；南 门夜市：c o d 浓度：降雨场次2 0 1 0 7 3 2 0 1 0 7 2 0 2 0 1 0 7 4 ：s s 、t p 浓度：降雨场次 2 0 1 0 7 3 2 0 1 0 7 2 0 2 0 1 0 7 4 。 尽管2 0 1 0 7 3 、2 0 1 0 7 2 0 降雨干期长度小于2 0 1 0 8 1 6 ，但前者的降雨强度是前者的 1 5 2 5 倍。这是造成图中2 0 1 0 7 3 以及2 0 1 0 7 2 0 污染物指标比2 0 1 0 8 1 6 污染物浓度高 的主要原因之一。这表明干期长度与降雨强度是影响城市地表径流水质的重要因素。这与 y a z i zmi 1 5 6 】，e ta l 研究结果相似。 另外，从四场降雨不同功能区污染物变化来看，n h 3 n 浓度变化幅度差异较大，p b 、 z n 和c u 重金属浓度情况看，与干期长度并非完全呈正相关。城市客厅：p b 、z n 浓度： 降雨场次2 0 1 0 7 3 2 0 1 0 7 2 0 2 0 1 0 8 1 6 ；c u 浓度t 降雨场次2 0 1 0 7 2 0 2 0 1 0 7 - 4 2 0 1 0 8 1 6 。对于江滨新村：p b 、z n 、c u 浓度：2 0 1 0 7 4 2 0 1 0 7 2 0 ；南门夜市：p b 、z n 、 c u 浓度：降雨场次2 0 1 0 7 3 2 0 1 0 8 1 6 2 0 1 0 7 2 0 ，这可以反映除干期的累积和降雨冲 刷以外的因素对地表径流污染物输出的影响。 不同降雨事件有的污染物出现一次、二次和三次冲刷过程中，污染物浓度有不同程度 的升高，这也说明降雨强度的变化对污染物浓度变化特征具有重要影响。当初期降雨强度 小，径流量不足以对累积的污染物进行有效的冲刷，在降雨强度增强的情况下，污染物浓 度会再次冲刷，直至冲刷彻底。 耋0 0 留 晷 4 0 0 - - - o - - - 2 0 l o - 7 - 3 - - 4 3 - - - 2 0 1 0 - 7 - 4 - _ 6 r 2 0 l o - 7 2 0 - ，r 一2 0 1 0 - 8 1 6 o 8 0 0 d 管 4 0 0 o 4 08 01 2 0 0 降雨历时m i i i 4 08 0 降雨历时m i n 江苏大学硕士学位论文 8 d 萎4 宣 o 0 4 o 2 o o o4 08 0 降雨历时m i n 4 2 0 1 2 0 04 08 0 1 2 0 降雨历时m i n o 4 0 8 01 2 0 降雨历时m i n 0 3 d 昌 8 0 2 o 1 o o o 5 0 o 2 5 o 0 0 o4 08 01 2 0 降雨历时m i l l 04 08 01 2 0 降雨历时m i n 图3 9 老城区典型区域不同降雨事件地表污染物随降雨历时变化 f i g 3 9p o u u t o g r a p h sf o rd i f f e r e n t r a i ne v e n ti nc i t ys q u a r ec a t c h m e n t 3 1 1 ，旨厶卜 1 ，m g 口n 、l，旨d 镇江市老城区降雨径流时空分布功率研究 9 0 0 6 0 0 謇 营 3 0 0 o 8 d 冒 本4 受 o 0 6 d 昌 岔 o 3 0 0 - - _ 2 0 1 0 7 3 - c 卜2 0 1 0 7 - 4 - - g k - - 2 0 1 0 - 7 2 0 - 1 r - 2 0 1 0 - 8 - 1 6 6 0 0 d 旨 3 0 0 0 o4 08 01 2 0 0 降雨历时m i n 0 5 3 o 4 08 01 2 0 降雨历时，m i l i 4 08 01 2 0 0 降雨历时m i n 0 4 d 昌 口 n 0 2 0 o 4 08 01 2 0 降雨历时恤i 04 08 0 1 2 0o4 08 01 2 0 降雨历时m i n 3 2 降雨历时m i n 、日一 江苏大学硕士学位论文 2 5 0 0 1 2 5 0 o 1 0 d 旨 本 受 5 0 o 4 皂 g 6 0 2 0 0 04 0 8 01 2 0 降雨历时，m i n 图3 1 0 老城区典型区域不同降雨事件地表污染物随降雨历时变化 f i g 3 1 0p o u u t o g r a p h sf o rd i f f e r e n tr a i ne v e n ti nj i a n g b i nv d l a g ec a t c h m e n t - 一2 0 1 0 - 7 - 3 - - c 卜2 0 1 0 - 7 - 4 - - z 卜2 0 1 0 - 7 - 2 0 - r 一2 0 1 0 - 8 - 1 6 0 1 5 0 0 d 誉 们 1 0 0 0 0 4 08 01 2 0 0 降雨历时，m i n 8 4 o 4 08 0 1 2 0 降雨历时m i n 04 08 01 2 0 04 08 01 2 0 降雨历时m i n 3 3 降雨历时m i n d 胃口o u d 呻量山一 镇江市老城区降雨径流时空分布功率研究 0 8 d 昌 岔 0 4 0 降雨历时m i n 0 6 d 鼬 鲁 8 0 3 d 昌 晶 0 3 0 0 降雨历时m i n 4 08 0 降雨历时r a i n 图3 1 1 老城区典型区域不同降雨事件地表污染物随降雨历时变化 f i g 3 1 1p o u u t o g r a p h sf o rd i f f e r e n tr a i ne v e n ti ns o u t hm a r k e tc a t c h m e n t 3 3 道路径流初始冲刷分析 初始冲刷是指暴雨径流的初始阶段，水质最差，污染物浓度远高于暴雨后期冲刷的径 流污染物浓度【9 5 1 。对初期径流进行定量化后，可以作为设计暴雨径流处理设备和暴雨径 流管理的主要依据。 在降雨过程中污染物随径流速率变化情况可用两条曲线来表示：径流曲线q ( t ) 和污染 物浓度曲线c ( t ) ，在此q 表示径流速率，c 表示污染物的浓度。为了对不同降雨事件进行 对比研究，暴雨径流中污染物的变化一般用污染物浓度图来表示，但评价是否存在初始冲 刷现象，引入一种量纲表示法。这种表示法由一条盐线组成，这种曲线通常称为无量纲累 积曲线，即m ( v ) 曲线。从这条曲线可以了解累积污染物与总的污染物之比相对于累积 江苏大学硕士学位论文 径流量与总的径流量之比的变化情况，对于一次降雨事件中n 次按降雨历时采样，q i 为 径流速率，c i 为污染物浓度，假设q 和c 的变化成线性关系，则m ( v ) 曲线可以表示 为： 圭c ，o ，a t ， | v z c ，q 。龇 i = 1 ：彳挫u 轻 = 厂i 宁一l = 厂i 等一 l 善q ，a t r jl 善y r ( 3 1 ) 式( 3 1 ) 中n 为总的测量次数；j 为测量次数( j 一1 ，2 ，n ) ，v i 是在t i 时间 段的排水量。对单场降雨事件的各种污染物质，用累积污染负荷除以整个降雨事件中总的 污染负荷与累积径流负荷除以整个降雨事件中总的径流量所得结果进行比较，前者为纵坐 标，后者为横坐标作图，即可以形成m ( v ) 曲线( 图3 1 2 ) 。图中的对角线表示整个降 雨过程径流中污染物均衡迁移，累积曲线与对角线的偏差比例就代表初始冲刷的强弱程 度，两条线之间的最大发散程度就是初始冲刷的量和负荷的大小。当m ( v ) 曲线高于对 角线且最大离散度大于2 0 时，即有初始冲刷发生【啊。这一定义非常严格，被很多学者引 用 3 3 , 9 7 。 一、 琴 v 框 基 阿 霹 驶 蛹 滔 嚓 累积径流量( ) 图3 1 2g e i g e r 初始冲刷效应的定义 f i g , 3 1 2 t h ed e f i n i t i o no ff i r s tf l u s hb yg e i g e r 文章采用g e i g e r 的定义，即当这条曲线的起始端与水平坐标所成的角度大于4 5 。时， 初始冲刷现象就产生，反之则没有冲刷现象，以路面径流量与污染物之间的相关性为基础， 3 5 镇江市老城区降雨径流时空分布功率研究 来确定2 0 1 0 0 7 3 、2 0 1 0 0 7 - 4 、2 0 1 0 0 7 2 0 和2 0 1 0 0 8 1 64 场降雨三个功能区是否存在初 始冲刷现象。 图3 1 3 是2 0 1 0 年四场降雨过程中道路污染物c o d 、s s 、n h 3 n 、t p 、p b 、z n 和 c u 累积分布曲线。 1 0 0 8 柱 器o 6 脯 曩0 4 赡 o 2 0 0 1 o 0 8 柱 萎0 6 嫌 饕o 4 畴 o 2 o o 1 o o 8 犍 塾6 豢 冬o 4 噱 o 2 o o + c o d + s s 小羚+ 压 o o0 2 + 搬3 n 叫p t p + 幽 一s t a 1 - o 0 8 枢 瑟0 6 噱 曩o 4 烬 0 2 0 o 0 40 60 81 0 0 00 2 累积径流负荷 o oo 2 1 o o 8 枢 篓0 6 嫌 鉴0 4 嘲； o 2 o o 0 40 60 81 0 体积累积负荷 0 40 60 81 0 0 00 2 累积径流负荷 0 0o 2 1 o o 8 柱 嚣0 6 嫌 鉴o 4 嘴 o 2 0 0 0 40 60 81 0 累积径流负荷 o 40 60 81 0 0 00 2 累积径流负荷 0 40 60 81 0 累积径流负荷 江苏大学硕士学位论文 1 0 o 8 枢 墓o 6 臻 冬o 4 酸 0 2 o o 1 o 0 8 枢 翼o 6 豢 鉴o 4 蟥 0 2 0 o 0 o0 2 1 0 0 8 程 姜n 6 豢 i u 蠢o 4 略 o 2 0 o 0 40 60 81 0 0 00 2 累积径流负荷 o oo 2 1 o 0 8 枢 冀o 6 联 鉴o 4 壕 0 2 o o 1 0 0 8 枢 冀o 6 寐 鉴o 4 噱 o 2 o 0 0 40 60 81 0 累积径流负荷 0 40 60 81 0 0 00 2 累积径流负荷 o 0o 2 1 o o 8 枢 羹o 6 球 鉴o 4 暖 o 2 o o 0 40 60 81 0 累积径流负荷 0 40 60 81 0 o 00 2 累积径流负荷 0 40 60 81 0 累积径流负荷 图3 1 32 0 1 0 年7 月，8 月四场降雨不同功能区初始冲刷分析 f i g 3 1 3t h e f i r s tf l u s he f f e c t so f r o a dr u n o f ff r o md i f f e r e n tt y p i c a lc a t c h m e n t si nj u l y , a u g u s t , 2 0 1 0 图3 1 3 可知，4 场降雨事件不同功能区的冲刷规律不同。由于降雨强度的的差异，不 同功能区污染物的冲刷效应差异明显。城市客厅污染物冲刷强度较大，污染物冲刷效应突 出，污染物的m ( v ) 曲线偏离对角线明显；江滨新村、南门夜市各污染物指标的m ( v ) 3 7 镇江市老城区降雨径流时空分布功率研究 曲线位于4 5 。标线下方居多，冲刷效应不强，但c o d 、s s 、n h 3 n 仍表现出一定的初始 冲刷现象，这主要与连续降雨污染颗粒释放效果有关。虽然不同区域初始冲刷效应有很大 的差异，但其主要污染物c o d 、s s 、n h 3 n 、t p 等仍表现出一定的初始冲刷现象。然而 p b 和z n 在不同区域的初始冲刷则相对较差，出现这种情况的原因除了与大气中可溶性物 质有关外，还与这2 个区域污染物本身的特性有关。而且降雨时，污染源持续不停输出污 染物，可溶性物质进入雨水径流中，随着降雨持续进行，虽然浓度会减少，但减少的幅度 不会很明显。而其他物质主要是地面累积和大气降尘，在雨天时污染源会迅速降低，因此 初始冲刷效应明显。这些与s a n s a l o n e t 9 8 】所研究的城市路面降雨径流污染物初始冲刷效应 的研究结果相似，同时l e e 2 3 】的研究也发现p b 在居民区和工业区的初始冲刷效应不明显。 可见，道路雨水径流由于城市功能区划不同污染物初始冲刷效应有所不同。不同污染物在 不同降雨场次中m ( v ) 曲线同对角线偏离程度不同，说明污染物在不同降雨场次中污染 物排放负荷不同，初始冲刷程度不同。同一次降雨中不同污染物m ( v ) 曲线同对角线偏 离程度不同，反映了不同污染物负荷排放特征不同，初始冲刷程度不同。 3 4 道路径流污染程度及其表征 由于降雨特征，下垫面特征和污染本身的影响，在任意一场降雨引起的地表径流过程 中，径流中污染物的浓度随时间变化很大，因此需要对一场降雨径流的污染负荷做出总体 评价。场次降雨污染物平均浓度( e m c ) 常被用于表征一场降雨地表径流量全过程排放 的某污染物平均浓度【3 2 1 。美国环保局2 0 世纪8 0 年代左右设立的国家城市径流项目就提 出了降雨径流事件平均浓度( e v e n tm e a nc o n c e n t r a t i o n ) 这一概念，用来表示一场降雨中 某一污染物的平均浓度。e m c 的定义为：任意一场降雨引起的地表径流中排放的某污染 物的质量除以总体积。可以用下式表示： 删c ：一m ：i c _ t a t d t ：弋y 彳, c t q t a t ( 3 2 ) v c a t d t q t a t 式( 3 2 ) 中，e m g “染物降雨事件平均浓度，m g l 。 m 整个降雨过程中总污染物含量，g ； v _ 一相对应的总径流量，l t - 瑚总径流时间，m i r a c t _ - 髓时间变化的污染物含量，m g l ； 江苏大学硕士学位论文 q 卜随时间变化的径流速率，1 m i n ； t _ 4 连续的时间间隔。 在实际研究中，由于水质指标的监测是非连续性的，所以实际上e m c 实质上是一场 降雨径流全过程的瞬时污染浓度的流量加权平均值。 e m c 可以作为评价雨水径流对水环境的影响程度的指标，从受纳水体对雨水径流的 响应程度来讲，相对于径流过程中污染物浓度的变化或瞬时负荷变化而言，水体对径流的 污染负荷响应速度要慢的多。城市降雨径流污染的e m c 是对每一场降雨径流水质的综合 分析评价，代表了每场降雨径流的污染情况。以下就道路雨水径流的e m c 值( 见表3 2 ) ， 结合来分析评价雨水径流的污染负荷。 表3 2 不同降雨场次各功能区不同污染指标e m c 值 t a b l e3 2s t a t i s t i c a le m co f r o a dr u n o f f 由于雨洪利用的地表径流水质目前还没有统一标准，道路降雨径流冲刷产生的路面污 染物，进入城市管网，对城市水体质量造成严重的影响，直接导致城市生产生活和景观用 水质量难以保证，为了更好的保护水资源，了解镇江道路雨水径流水质。本处运用地表水 环境质量标准g b 3 8 3 8 2 0 0 2 进行水质分析评价，结果见表3 3 表3 3 不同降雨事件功能区的水质类别 t a b l e3 3 c a t e g o r yo fw a t e rq u a l i t yo fd i f f e r e n tr a i ne v e n ti nd i f f e r e n tf u n c t i o n a la r e a s 镇江市老城区降雨径流时空分布功率研究 通过表3 2 的雨水径流e m c 值，结合表3 3 和地表水环境质量标准比较发现， ( 1 ) 道路雨水径流中监测的指标总体上污染物含量较高，道路径流水质为劣v ； ( 2 ) 雨水径流中重金属含量总体偏低，但重金属p b 含量相对较高，达到劣v ，z n 和c u 含量较低，水质类别为i i 类； ( 3 ) 径流中c o d 、s s 含量最大值分别为1 7 4 8 0 2m g l 、1 0 0 2 5 9m g l ，均发生在7 月3 日城市客厅，总体来讲南门夜市e m c 值较高，污染相对严重。 3 5 本章小结 通过对镇江老城区降雨径流现场监测，从径流的历时变化曲线，初始冲刷效应，场次 降雨平均浓度( e