（环境工程专业论文）重庆城市降雨径流中重金属的输出特征及其风险评估.pdf

仁在文中作了明确说明并表示衷心感谢。 摊敝储：阁。铲辫嘲_ d 钏细咖 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院( 筹) 可以将学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：囹不保密， 口保密期限至年月止) 。 学位论文作者鲐阁心、私导师张欹也舻 签字日期：。) 口77 年汐多月b 日签字日期：? 妒，f 年夕石月抄7 日 本人完全了解西南大学关于对研究生在本校攻读学位期间撰写论文的知识产 权保护规定。本人撰写的论文是在导师具体指导下，并得到相关研究经费支持下 完成的。具体数据和研究成果归属于导师和作者本人，知识产权单位属西南大学。 本人保证毕业后，以本论文数据和资料发表的论文或使用论文工作成果时，需征 得导师同意，并且署名第一单位仍然为西南大学。 乎目式d刁阳 h v p _ 孙 年 签 别 者 储 0 刘 肌 沦 日 位 字 学 登 本文得到国家水体污染控制与治理科技 重大专项之重庆水专项“山地城市面源污染 控制及综合示范课题( 项目编号： 2 0 08 z x 0 7 315 0 01 ) 经费支持，在此由衷 感谢! 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第一章文献综述。l 1 1 城市降雨径流的污染特征1 1 1 1 城市降雨径流污染定义1 1 1 2 城市降雨径流污染的影响因素。2 1 1 3 城市降雨径流对城市水环境的影响。2 1 2 城市降雨径流中重金属污染研究现状2 1 2 1 城市降雨径流中重金属的来源2 1 2 2 降雨径流中重金属的输出特征及其影响4 1 2 3 重金属污染的风险评价方法6 1 2 4 降雨过程重金属污染的风险评价7 1 2 5 重金属污染的控制措施8 1 3 小结：9 第二章绪论1 1 2 1 目的与意义j 1 1 2 2 研究内容1 1 2 2 1 降雨径流中颗粒物的粒径分布1 1 2 2 2 降雨径流中重金属的输出特征1 1 2 2 3 径流颗粒物和街道尘土中重金属的分布特征及风险1 2 2 2 4 降雨径流颗粒物中重金属的载荷分布1 2 2 2 5 降雨径流颗粒物中重金属的化学组成及释放风险1 2 2 3 技术路线1 2 第三章材料与方法1 4 3 1 研究区环境概况1 4 3 1 1 地理位置1 4 3 1 2 地貌概况。l4 两南大学硕十学伊论文 3 1 3 气候特征1 4 3 2 研究区的道路及排水系统特征1 5 3 3 城市降雨径流污染监测15 3 3 1 降雨径流监测点的布置1 5 3 3 2 降雨量观测1 6 3 3 3 样品采集与处理1 6 3 3 4 主要仪器和试剂l7 3 3 5 样品分析方法1 7 第四章结果与讨论2 3 4 1 研究区的降雨特征2 3 4 1 1 重庆城区降雨量的月份分布2 3 4 1 22 0 0 9 2 0 1 0 年研究区的降雨特征2 3 4 2 降雨径流中颗粒物的粒径分布2 4 4 2 1 粒径的体积分布2 4 4 2 2 粒径的质量分布2 5 4 3 降雨径流中颗粒态重金属的输出特征2 7 4 3 1 降雨径流中重金属的历时分布2 7 4 3 2 降雨径流中颗粒态重金属的输出形态2 9 4 3 3 降雨径流中重金属与颗粒物粒径间的相关关系3 0 4 4 街道尘土降雨径流颗粒物中重金属的分布特征。3 1 4 4 1 街道尘土中重金属的分布特征3 1 4 4 2 降雨径流颗粒物中重金属的分布特征3 3 4 4 - 3 街道尘土和径流系统中重金属的“源 与“汇 分析3 5 4 5 降雨径流颗粒物中的重金属载荷分布3 7 4 5 1 颗粒态重金属载荷的空间分布3 7 4 5 2 颗粒态重金属载荷的时间分布3 8 4 6 降雨径流中颗粒态重金属的形态分布及释放风险3 9 4 6 1 街尘中重金属的形态分布及释放风险3 9 4 6 2 降雨径流颗粒物中重金属形态分布及释放风险的空间差异性4 0 4 6 3 降雨径流颗粒物中重金属形态分布及释放风险的时间差异性4 1 第五章结论与建议。4 5 目录 5 1 主要结论4 5 5 2 建议4 5 参考文献4 6 致 射5 3 硕士期间发表论文及参加课题5 5 摘要 当点源污染得到有效控制后，由城市地表径流造成的面源污染对水环境的影 响正日益凸显，并成为城市水体污染的重要来源。城市下垫面累积的重金属是降 雨径流中重金属污染的主要来源之一。街道尘土和降雨径流系统中的重金属输出 及其潜在风险，正逐渐演变为普遍关注和亟待解决的问题。本文以长江上游、水 网密布、正处于快速城市化的重庆市渝北区和江北区为研究区域，该区域依托嘉 陵江支流一盘溪河。通过连续监测2 0 0 8 2 0 0 9 年的降雨事件，以城市降雨径流颗 粒物和重金属为主要研究对象，分析径流中颗粒物和重金属的输出特征、径流系 统重金属的源汇特征，评估重金属在城市街道尘土降雨径流系统中的潜在风 险，旨在明确城市降雨径流中重金属的污染过程和主要控制环节，取得了如下的 主要研究成果： 1 各次降雨事件中，城市降雨径流颗粒物的粒径分布均呈现明显的时间变化 特征。降雨径流中的颗粒物粒径以 3 0 0g r n 为主。随着降雨时间的推移， 4 5 1 t m 的径流颗粒物比例逐渐增加，随后趋于稳定。屋顶、道路、下水道和河流采 样点的颗粒物中，均以 4 5g i n 颗粒物的体积百分数最大，分别达到5 2 5 4 、 6 3 9 6 、4 7 6 5 和5 1 8 1 。比较发现，屋顶径流中的颗粒物最细，其4 5 7 5 、 7 5 1 5 0 、1 5 0 3 0 0 岬粒径范围内颗粒物的体积百分数较小。停车场、道路和河流 中 4 5 岬颗粒物的质量百分数均超过5 0 ，河流 4 5p , m 颗粒物的质量百分数 均超过8 0 。 两南大学硕十学何论文 2 城市降雨径流中重金属的输出形态以颗粒态形式为主，不同重金属的颗粒 态百分数差异明显。研究发现，降雨径流中c r 、n i 、c u 、z n 、c d 和p b 的颗粒态 百分数分别为8 0 1 1 、9 0 8 9 、7 5 6 6 、8 4 6 3 、9 7 1 7 和9 9 4 5 。重金属与 颗粒物的相关性随颗粒物粒径的增大而减小。所有被测重金属的浓度与 4 5l a m 颗粒物的百分数呈显著的正相关关系( p 0 0 5 ，n = 1 0 ) ；n i 、c u 、z n 、c d 和p b 浓度与 4 5 t m 和4 5 7 5g m 颗粒物的百分数呈显著的正相关关系( p 0 0 1 ，刀= 1 0 ) 。 3 随着颗粒物粒径的减小，街道尘土中重金属的浓度逐渐增加，而径流颗粒 物中重金属的浓度变化趋势不明显。粒径为1 5 0 3 0 0g m 的径流颗粒物中c r 、 z n 、c d 和p b 的浓度比街道尘土高。 4 重庆市区街道尘土受到c r 、c u 和z n 的污染严重，对城市水环境质量和水 生生态系统干扰较大；工业区、商业区和停车场 4 5g m 和4 5 7 5 a m 的街道尘 土中c r 、c u 和z n 超过单个重金属的最高效应阀值( s e l ) ，对环境构成严重危 害风险。1 5 0 - - 3 0 0u m 径流颗粒物中z n 和p b 对城市水体构成严重危害风险。工业 区1 5 0 3 0 0g m 颗粒物中c r 、n i 、c u 、z n 和p b 对环境有严重危害风险。 5 在输出过程中，重金属主要附着在 4 5g m 的颗粒物上，并发生迁移。 4 5l a r n 的径流颗粒物中c r 、n i 、c u 、z n 、c d 和p b 载荷分布差异明显，其中河流 分别为7 4 o 、8 5 o 、7 3 3 、6 1 o 、6 3 5 和6 7 5 ，道路分别为5 0 7 、 5 8 7 、6 0 1 、4 5 1 、5 1 8 和5 2 3 ，停车场分别为4 1 1 、4 6 1 、5 2 2 、 3 8 6 、4 6 4 和4 5 1 。 6 街道尘土中z n 和c d 对城市水环境的影响风险高，道路和停车场c d 的释 放风险明显高于河流。道路径流颗粒物中c d 的醋酸盐结合态百分数为3 1 4 ， 对环境构成高释放风险；停车场径流颗粒态c d 对环境构成高释放风险，n i 和z n 对环境构成中等释放风险；河流z n 和c d 对环境构成中等释放风险。降雨过程 中，重金属对城市水环境的风险没有明显变化。 关键词：城市降雨径流；非点源污染；重金属；输出特征：风险评估 i i a b s t r a c t o u t p u tc h a r a c t e r i s t i c sa n d r i s ka s s e s s m e n to fh e a v y m e t a l si nr a i n f a l lr u n o f fi nc h o n g q i n g m a s t e rc a n d i d a t eo fe n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ：t i a nx i a o s o n g s u p e r v i s o r ：p r o f z h a n gj i n z h o n g p r o f s h a nb a o q i n g a b s 仃a c t a st h ep o i n tp o l l u t i o nh a sb e e nu n d e rc o n t r o l ，n o n - p o i n tp o l l u t i o ns o u r c ef r o m u r b a ns u r f a c er u n o f fm a k e sa l lo b v i o u se f f e c to nu r b a nw a t e re n v i r o n m e n t ，a n dt h e ni t h a sb e c o m eam a i ns o u r c eo fu r b a nw a t e rp o l l u t i o n t h e r e f o r e ，t h es t u d yo fh e a v y m e t a l sp o l l u t i o no ns t r e e td u s ta n dr a i n f a l lr u n o f fs y s t e mh a sb e c o m eah o ti s s u e i nt h i s t h e s i s ，y u b e ia n dj i a n g b e id i s t r i c t si nar a p i du r b a n i z a t i o nc i t yo fc h o n g q i n gw e r e s e l e c t e da ss t u d ya r e a s ，w h i c hl o c a t ei nt h eu p s t r e a mo ft h ey a n g t z er i v e r ，a n dr e l yo n p a n - x ir i v e rw h i c hi sab r a n c ho fj i a l i n g j i a n gr i v e r w i t hm o n i t o r i n gu r b a nr a i n f a l l r u n o f fe v e n t sb e t w e e n2 0 0 8a n d2 0 0 9 ，w es e l e c t e dp a r t i c l es i z ea n dc o n c e n t r a t i o no f h e a v ym e t a l sa sr e s e a r c ho b j e c t s ，t oa n a l y z et h eo u t p u tc h a r a c t e r i s t i c so fp a r t i c u l a t e m a t t e r ，o u t p u tc h a r a c t e r i s t i c so fh e a v ym e t a l s ，a n d “s o u r c e a n d “c o n v e r g e o fh e a v y m e t a l s ，a n dt oa s s e s st h er i s ko fh e a v ym e t a l si ns t r e e td u s ta n dr u n o f fs y s t e m a f t e ra l l t h e s ew o r k s ，w ec a nu n d e r s t a n dt h ep o l l u t i o np r o c e s so fh e a v ym e t a l s ，r e c o g n i z et h e c o n t r o lt a r g e t sa n dk e yl i n k so fp o l l u t i o nc o n t r 0 1 n l em a i nr e s e a r c ha c h i e v e m e n t sw e r e s u m m a r i z e da sf o l l o w s 1 d u r i n gt h ep r e c i p i t a t i o np r o c e s s ，d i s t r i b u t i o no fp a r t i c l es i z e si nr a i n f a l lr u n o f f s h o w e da no b v i o u sc h a r a c t e r i s t i ca l o n gw i t l lt h er a i ne v e n t 1 1 1 em a j o rm a s so fp a r t i c l e w a s 3 0 0 “m ，a n dp a r t i c l e 诵吐l 4 5g ms h o w e da l li n c r e a s i n gt r e n du n t i lk e p tas t e a d y 砀ev o l u m ep e r c e n to fp a r t i c l es i z es m a l l e rt h a n4 5p mw a st h el a r g e s ti nt h er o o f , t h e r o a d s ，t h es e w e ra n dt h e r i v e rr a i n f a l lr u n o f f , u pt o5 2 5 4 ，6 3 9 6 ，4 7 6 5 a n d 51 81 ，r e s p e c t i v e l y c o m p a r i s o n 丽t hv a r i o u ss a m p l es i t e s ，w ef o u n dt h a tp a r t i c l es i z e w a st h ef i n e s ti nt h er o o a n dt h ev o l u m ep e r c e n to fp a r t i c l es i z ew i t h4 5 - 7 5g m ， i i i 西南大学硕十学伊论文 7 5 - 15 01 t ma n d15 0 3 0 0 1 1h o l ds m a l lp e r c e n t t h em a s sp e r c e n to fp a r t i c l es i z ew i t l l s m a l l4 5l a i ni nt h ep a r k i n gl o t ，t h er o a d sa n dt h er i v e re x c e e d e d5 0 ，a n dt h em a s s p e r c e n ti nt h er i v e rw a st h el a r g e s t ( u pt o8 0 ) 2 d u r i n gt h ew h o l ep r e c i p i t a t i o ne v e n t ，t h ep e r c e n to fp a r t i c l eh e a v ym e t a lp l a y e d as i g n i f i c a n tr o l e ，a n dd i f f e r e n th e a v ym e t a l ss h o w e dd i f f e r e n t p e r c e n t r e s e a r c h s h o w e dt h a tp e r c e n to fp a r t i c l eh e a v ym e t a l ( c r ，n i ，c u ，z n ，c da n dp b ) w e r e8 0 1 1 ， 9 0 8 9 ，7 5 6 6 ，8 4 6 3 ，9 7 17 a n d9 9 4 5 ，r e s p e c t i v e l y t h ec o n c e n t r a t i o n so f h e a v ym e t a l sb e c a m el a r g e rw i t hs m a l l e rp a r t i c l es i z e c o r r e l a t i o nr e s e a r c hi n d i c a t e d t h a th e a v ym e t a ls h o w e das i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o n 谢t l l 4 5i t m 仞 0 0 5 ，刀= 1o ) ；t h e c o n c e n t r a t i o no fn i ，c u ，z n ，c da n dp bd i s p l a y e das i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o n 、) l ，i t l lp a r t i c l e c o n c e n t r a t i o nw i t hs m a l l e r7 5l a mp n i c d ，重金属的空间分布为工业区 交通区 商业区 文化区、居民区 农村地区。s t o l z e n b a c h 等( 2 0 0 1 ) 运用区域空气质量模型评估 了圣莫尼卡湾的大气沉降污染，其中重金属占总负荷的1 3 - 一9 9 。研究表明， 来自大颗粒干沉降中的重金属占径流中总量的8 0 以上，洛杉矶地区干沉降物中 重金属研究也显示了相似的结果( k a p l a n & l u ，1 9 9 3 ；l a n k e ye ta 1 ，1 9 9 8 ) ，但局 限于大颗粒和大气沉降污染物的测定。 在雨水的冲刷淋洗作用下，大气中的细小悬浮颗粒物随降雨发生迁移。一些 学者发现粒径 1 0 0 岬的颗粒容易在一定的外力作用下( 如风、车辆行驶) 以悬 浮方式进入大气并长期滞留，其中 铁皮屋( 新油漆) 混凝土。表1 - q 对比分析了国内外屋顶径流中重金属p b 、z n 浓度的差异。屋顶材料对城市径流 水质有重要的影响，城市屋顶径流也是城市面源污染的重要来源之一。 表1 - 1 城市屋顶径流中的z n 和p b 浓度 t a b l e1 - 1c o n c e n t r a t i o n so f z n ，p bi nr a i n f a l lr u n o f f o nc i t yr o o f 1 2 2 降雨径流中重金属的输出特征及其影响 1 2 2 1 降雨径流中重金属的输出特征 表1 2 降雨径流中颗粒态重金属的百分数( ) t a b l e1 - 2o u t p u tp e r c e n t a g eo fp a r t i c u l a t em e t a l si nr a i n f a l lr u n o f f 来源：常静( 2 0 0 9 ) ，s t e n s t r o m & m a s o u d ( 2 0 0 5 ) 和s a n s a | o n c ( 1 9 9 6 ) 降雨径流中重金属的输出载体主要是颗粒物，重金属在降雨作用下发生迁 移，见表1 2 。不难看出，c u 、n i 和z n 溶解态比例较大，而p b 、c d 和c r 溶解 态含量相对较低。h a r r i s o n 等( 1 9 8 1 ) 研究发现，道路表面的重金属主要源于交 4 c a m i l l a 和m a f i a ( 2 0 0 6 ) 研究发现，雪融期颗粒物中c d ，c u ，n i ，p b ，z n 的浓 度与颗粒物的尺寸显著相关，在降雨期相关性却不明显。朱伟等( 2 0 0 8 ) 以镇江 城市降雨径流中的悬浮颗粒物为对象，研究了城市降雨径流中重金属形态的输出 特征、重金属浓度与悬浮颗粒物浓度和粒径之间的相关关系，发现重金属的输出 特征与颗粒物的粒径和重金属的种类有关，且重金属浓度与粒径之间存在良好的 相关性。 ： 1 2 2 2 降雨过程重金属输出的影响因素 径流中重金属迁移过程除受颗粒物的特征影响外，还受降雨前干燥期、悬浮 物的运输、降雨量、降雨强度、集水区尺寸和集水区倾斜度等因素的影响 ( m a c d o n a l de ta 1 ，1 9 9 4 ) 。此外，因城市地表径流污染物有晴天累积和雨天排放 的特征，城市降雨径流中重金属的输出具有显著的时间变化特征( 次降雨特征和 季节性特征) 。大多数重金属进入水体与颗粒物结合，随着时间的推移，累积到 受纳水体底部沉积物中( y o u s e fe ta 1 ，1 9 9 4 ；m a r s a l e k & m a r s a l e k ，1 9 9 7 ) 。然 而，沉积物再次悬浮可能改变这些污染物的迁移速率和生物有效性( h a r e s & w a r d ，1 9 9 9 ；h a r e s ，2 0 0 0 ) 。梁涛等( 2 0 0 3 ) 针对不同的土地利用类型，研究重金 属随暴雨径流的迁移过程，对比不同重金属的流失速率，地表径流沉积物相的重 金属流失量远高于水相，水相迁移速率仅占沉积物相迁移率的o 1 q 9 ；就地 表径流水相重金属迁移量占沉积物相的比例而言，c u 较高，c r 、p b 、z n 较低。 两南大学硕十学何论文 1 2 3 重金属污染的风险评价方法 1 2 3 1 基于重金属总量的潜在风险评价 + ii 地累积指数法( i n d e xo fg e o a c c u m u l a t i o n ) 是德国学家m u l l e r 于1 9 7 9 年提出 的，此方法在欧洲得到了广泛使用( a u d r ye ta 1 ，2 0 0 4 ) 。地累积指数法以全球沉 积页岩的平均含量为标准制定污染等级( 将地累积指数划分为7 个等级) ，侧重 每一种重金属。该方法没有引入生物有效性和相对贡献比例，同时也没有充分考 虑重金属的化学组成和空间差异性( 刘文新，1 9 9 9 ) 。 沉积物富集系数法( s e d i m e n te n r i c h m e mf a c t o r ，s e f ) 是b u a t m e n a r d 和 c h e s s e l e t 在1 9 7 9 年提出的，主要用于沉积物中重金属污染程度的评价( b u a t m e n a r de ta 1 ，1 9 7 9 ) 。沉积物中重金属的富集系数越大，表示受污染程度越高。 此方法适合于不同区域河流沉积物的污染比较，但s e f 法对资料要求很高。 潜在生态危害指数法( ) 由瑞典学者h a k a n s o n 建立，用沉积物学原理评 价重金属污染及生态危害的方法。砒法综合考虑了重金属的毒性、迁移规律、评 价区域对重金属污染的敏感性和背景区域的差异性，适合于不同沉积物之间的污 染比较( 冯慕华等，2 0 0 3 ) 。生态风险指数法在我国运用较为广泛，主要利用该 法评价和分析水域的生态风险( 张海清等，2 0 0 1 ；何孟常等，1 9 9 0 ) 。 沉积物质量基准( s q c ) 特指化学物质在沉积物中的允许数值，是避免底栖 生物受到伤害的保护性临界水平值，是底栖生物剂量与效应关系的反映。生物效 应数据法( b i o l o g i c a le f f e c t sd a t a b a s ef o rs e d i m e n t ) 是被广泛接受的制定s q c 的 方法之一。 1 2 3 2 基于重金属形态的潜在风险评价 基于重金属总量的生态风险评价，难以对重金属的来源加以区分，难以反映 重金属的生物活性和生物有效性。因此，在重金属的生态风险评价时，须考虑重 金属的化学组成。在自然条件下，大部分重金属主要分布在矿物晶格中和存在于 铁锰氧化物中；受污染的条件下，人为输出的重金属主要被颗粒物吸附( 表面吸 附和有机质结合) ，存在于碳酸盐相和有机质相( 陈静生，1 9 9 2 ) 。 1 9 8 0 年，h a k a n s o n 根据化学相的起源和重金属的来源，按照传统的地球化 学概念将沉积物划分为原生相和次生相，并且提出次生相与原生相分布比值法 ( r s p ) ，即用存在于各次生相与原生相中重金属的质量分数之比来反映重金属 6 第一章文献综述 的来源和评价重金属的污染水平。1 9 9 7 年霍文毅提出次生相富集系数法 ( p e f ) ，用于消除区域条件差异性的影响( 霍文毅等，1 9 9 7 ) 。 不同的重金属潜在生态风险评价体系基于不同的理论基础和实验方法，它们 之间的相互联系和对应关系仍缺少研究，而不同学者在不同地区往往采用不同方 法进行沉积物的重金属潜在生态风险评价。由于不同方法的局限性，因此很难对 比和分析这些评价结果。 1 2 4 降雨过程重金属污染的风险评价 1 2 4 1 街道尘土中重金属的污染风险评价 地表尘土中重金属的化学形态是指重金属在灰尘颗粒物中与其它组分的结合 形式。由于与其它化合物之间的结合方式不同，导致重金属元素的环境地球化学 活性差异，直接影响重金属的生物有效性和人体健康。王丽丽等( 2 0 0 9 ) 对上海 城市地表灰尘中的重金属赋存形态进行研究，发现z n 以碳酸盐结合态和铁锰氧 化物结合态为主，c r 以残渣态为主，p b 以铁锰氧化物结合态为主。常静等 ( 2 0 0 9 ) 发现，街道尘土中c r 、n i 主要以残渣态存在，c u 和c d 以有机态为 主，z n 以碳酸盐态为主，p b 主要为铁锰结合态存在。 李章平等( 2 0 0 6 ) 运用潜在生态危害指数( 对) 评价方法研究了重庆市主城 区土壤重金属的潜在生态危害，发现c d 呈极度生态危害和很强生态危害水平。 林啸( 2 0 0 9 ) 发现城市街道尘土中p b 达到很强的生态危害水平。常静等 ( 2 0 0 9 ) 发现上海市区街道尘土中重金属污染的风险顺序为z n p b n i c d c u c r ，与英国、意大利、韩国部分城市相比，上海城市地表灰尘中z n 、p b 和 n i 的活性比例偏大，而c u 和c d 相对较低，重金属的致癌风险为c r n i c d ， 均低于癌症风险阈值。研究表明，地表灰尘中重金属污染的风险顺序大致为c d z n p b c u ( l i e ta 1 ，2 0 0 1 ；a n j u & b a n e r j e e ，2 0 0 3 ) 。 1 2 4 2 降雨径流中重金属的污染风险评价 降雨径流中重金属的形态和组成直接影响其生物效应，也是评价重金属对城 市水环境是否构成风险的基础；其次，降雨径流中颗粒结合态重金属的性质和特 征与地表灰尘和城市水体沉积物有差异。以醋酸可提取态( 非稳定形态) 占总量 的百分数为基础，采用基于形态的释放风险评价方法( r i s ka s s e s s m e n tc o d e ， r a c ) 来评价重金属的生物有效性和释放风险。目前，有关降雨径流中颗粒物结 合的重金属形态组成及其释放风险的研究较少。有表明，重金属的生物有效性顺 两南大学硕十学位论文 序为z n n i c d c u p b c r ；从地表灰尘进入径流颗粒物，重金属的释放风 险明显提高；雨水口和河流沉积物是重金属在城市地表环境迁移的蓄积库( 常静 等，2 0 0 9 ) 。，： 1 2 5 重金属污染的控制措施 目前，城市降雨径流污染控制以美国的最佳管理措施( b e s tm a n a g e m e n t p r a c t i c e ，b m p ) 最为全面和系统，且应用最广。b m p 对降雨径流水质、水量进行 管理，是一种集方法、技术和工程为一体的控制措施。美国e p a 把b m p 定义为 “为预防和减少全国水体污染而采取的行动计划、预防措施、维护方法及其它管 理措施”。降雨径流的控制和管理所遵循的基本原理都涉及到土地利用，其一是 控制污染源，提高水土保持能力，将降雨径流污染物的排放降到最低限度；其二 是研究降雨径流污染的扩散机理，采取适当措施，控制污染物的扩散途径，最大 程度地减少地表或地下水中污染物的种类和数量。 b m p 包括工程措施和非工程措施。工程措施主要有植被过滤带、滞留持留 系统、人工湿地、渗透系统和过滤系统等。非工程措施不包含固定的和永久性的 设施，包括制度、教育和污染预防等措施。在许多案例中，非工程措施都能从源 头上控制和减少污染物的使用、产生和累积，具体的方法有环保教育、法律制 度、使用无害化农药、清洁路面和分割不透水路面等。非工程措施可从源头上减 少污染物的含量，是经济和有效的污染控制技术。 与工程措施比较，非工程措施( 管理措施) 的研究也非常重要( s u t h e r l a n d & j e l e n ，1 9 9 7 ) 。g e r m a n 和s v e n s s o n ( 2 0 0 1 ) 认为清扫街道可有效去除街道表面的沉 积物和重金属，特别是能去除粒径 2 5 0 岬的颗粒物( e l l i s & r e w i t t ，1 9 8 2 ) 。 城市道路清洁方式包括道路清洁和道路冲洗( n o v o t n y ，1 9 9 4 ) ，其中道路清洗是 一种有效去除细小颗粒的方式，在欧洲应用较多。目前，我国大多数城市路面还 是采用人工清扫或机械清扫的方式，但是人工清扫的效率较低和有限( 李高飞， 2 0 0 2 ；b e n d e r , 1 9 8 4 ) ，对细小颗粒物的去除效果很差( b a n n e r m a ne ta 1 1 9 8 3 ) 。 v i k l a n d e r ( 1 9 9 8 ) 发现人工清扫方式对 4 5 肛m 和 5 ，次干道较多，交通流的方向性较强。市区道路立体交叉，主干道 交通压力大，特别是过江大桥的压力很大。因城市道路的坡度较大，降雨径流有 着源短流急、污染物浓度高的特点，对污染物具有很强的冲刷能力。 重庆市地势的复杂多变，管道敷设方式也多种多样，其中管道架空敷设是一 大特点，而埋地敷设的排水管道中有部分管道埋深很大。因地形高差大，建立专 门的污水管道比较困难，在老城区大多采用雨污合流制排水系统，在排水系统内 部累积了大量的污染物质，加剧了城市降雨径流污染。 3 3 城市降雨径流污染监测 3 3 1 降雨径流监测点的布置 研究区位于长江和嘉陵江以北，分布在渝北区西南部和江北区西部两个地 区，并且嘉陵江支流盘溪河流经研究区。研究区至北向南海拔逐减，最高与最低 海拔( 江面) 间的落差为1 6 0m 左右，城市降雨径流通过雨水管网直接进入盘溪 河。区域已形成了商业区、工业区、居民区和河滨公园等城市功能区，并日趋成 熟。采样点主要分布在盘溪河流域，根据研究区的特点，设置3 个集水区采样点 ( 盘溪河入江口、中华坊、动步公园) ；按照不同功能区的划分，设置不同地表 汇水单元监测点( 公园、居民区、工业区、商业区和停车场) ，汇水区面积范围 大致在5 0 - 2 0 0 0m 2 ；根据降雨径流的形成过程，再设置不同下垫面监测点( 屋 顶、水泥路面、沥青路面和下水道) 。采样点的具体布置详见图3 1 。 两南大学硕+ 学伊论文 图3 1 研究区采样点示意图 f i g 3 - 1s c h e m a t i cd i a g r a mo ft h es a m p l i n gs i t e si nt h es t u d i e da r e a 3 3 2 降雨量观测 通过监测降雨全过程获取降雨强度信息。降雨观测点位于渝北区大竹林镇实 验学校，采用雨量计监测降雨量，步长为5r a i n ，即每5m i n 获得一个降雨量数 据。 ： 3 3 3 样品采集与处理 3 3 3 1 径流样品采集 采样开始于2 0 0 9 年8 月，结束于2 0 1 0 年8 月，全过程监控降雨过程，共采 集5 场降雨。当发生降雨径流时，在各个集水区的监测断面和下垫面采集径流水 样，降雨产流时即开始采样。形成降雨径流后，采集盘溪河入江口样品于2 5l 塑 料桶中，其它集水区断面和下垫面样品收集于1l 塑料瓶中。 下垫面水样采集：初期3 0r a i n 内采样间隔为5r a i n ，随后1h 内采样间隔为 2 0r a i n 。由于山地城市降雨径流有源短流急的特点，采样过程中可能出现断流， 因此现场采样时要根据实际情况调整采样时间间隔，直至径流停止；断面样品采 集：初期3 0r a i n 内采样间隔为1 0m i n ，随后1h 内采样间隔为2 0m i n ，最后2h 采集1 个样，直到水位回落。 3 3 3 2 样品的处理 采集的径流样品迅速运回实验室，搅拌均匀后待处理。取1 0 0m l 水样冷藏 1 6 滤；处理后的颗粒物冷冻干燥2 4h 后，准确称取各个粒径段的颗粒物重量，待消 解处理和分析化学组成。 3 3 4 主要仪器和试剂 3 3 4 1 主要仪器 方孔筛( 订制) ：尼龙筛( 4 8 目、1 0 0 目、2 0 0 目和3 2 5 目) ，浙江； 过滤装置：m i l l i p o r e ，美国； 超纯水机：m i l l i p o r e ，出水1 8 2m q c m ，美国； 真空泵：b o a p 5 0 4 b n 型，北京； 分析天平：b s 2 2 4 s 型，精度为0 1m g ，上海； 激光粒度分析仪：m s a t e r s i z e r2 0 0 0 型，英国；： 电感耦合等离子体质谱仪：i c p m s7 5 0 0 a 型，p e r k i n e l m e r ，美国； 微波加速反应系统：c e m m a r s 型，安培公司，美国； 冷冻干燥机：f d 1 a 5 0 型，北京。 3 3 。4 2 主要试剂 h n 0 3 、h c l 、h f 、醋酸、双氧水、盐酸羟胺和醋酸铵均为优级纯； 玻璃纤维滤膜：0 4 5 “m ，w h a t m a n ，英国。 3 3 5 样品分析方法 城市降雨径流污染物组分复杂，本研究选择径流中的重金属( c r 、z n 、p b 、 c u 、n i 和c d ) 、总悬浮颗粒物( t s s ) 和颗粒物粒径指标进行分析。 3 3 5 1 颗粒物的测定 降雨径流中颗粒物浓度采用重量法( g b 1 1 9 0 1 8 9 ) 测定，量取混合均匀的 径流样品1 0 0m l 抽吸滤液，使水样全部通过滤膜。停止吸滤后，仔细取出载有 两南大学硕十学伊论文 。 悬浮物的滤膜放于恒重的称量瓶中，移至1 0 3 1 0 5 0 c 的烘箱中，1h 后移入干燥 器中待冷却后称重。反复烘干称重，直至两次误差小于0 4m g 为止。 j i 3 3 5 2 颗粒物的粒径分布 采用m s a t e r s i z e r 的方法( 2 0 0 0 ) 进行颗粒物粒径分布( 体积百分数) 分析。 样品测定前，将搅拌头抬起，在烧杯中加入8 0 0