（环境科学专业论文）城市非点源污染及其控制研究——以四平市为例.pdf

引言 引言 我国正处在城市化高速发展时期，这是工业化、现代化和经济高速增长无法遏制 的必然。跨越2 l 世纪我国人口将由1 2 亿增长到1 6 亿城市人口2 0 世纪9 0 年代末 期的1 97 增长到2 0 1 0 年的2 9 ，到2 1 世纪5 0 年代将达到4 7 i “以这样的城市化 发展速度必将导致城市基础设施投入不足，人居环境质量偏低及城市环境污染等一系 列城市环境与生态问题。其中城市需水量也将随着城市化加快而迅速增长，城r f 水资 源短缺及水环境污染问题越来越受到各级政府的重视。 水环境污染按污染物柬源分两大类：即点源污染和非点源污染。1 j 苔包括人类活 动( 工业生产和生活) 的污染物排放、自然界特定区域的污染物自然释放( 如火山喷 发、地质灾害等) 的污染物；后者包括自然沉降( 降水、降生等) 污染和地表径流( 降 水产生的片流、小股水流) 冲刷而产生的污染物。城市的非点源污染物主要来自暴雨 径流冲刷下来污染物质。由于各国对点源污染排放的预处理，已使点源污染比例大大 降低。而非点源污染严重威胁着地表水环境；2 0 世纪9 0 年代，全球3 0 一5 0 的地表 水受到非点源污染的影响，据调查，在美国6 0 的水环境污染源于非点源口j ，农业因 此损失高达3 0 亿美元年，间接经济损失2 0 亿6 0 亿美元年”j 。在我国，黄浦江上游、 上海淀山湖等河流都有存在着不同程度的非点源污染，特别是2 0 0 4 年7 月发生的淮河 油污染，在短时暴雨后，河道内的油污像一条巨龙，绵延儿十公罩，污染源却无从查 起，造成沿河地区水产养殖场受到严重的损失。可见非点源污染造成的损失卜分严重、 污染源不易调查、经济纠纷不易解决等诸多环境问题和社会问题。 非点源污染是造成城市水体环境恶化的重要原因，许多城市都建成了大型污水处 理厂，尽管尚不能实现污水的全部处理+ 但污水排放得到了较为有效的控制，而城市 河流、湖泊却仍有很大程度的污染，水质恶化、水体富营养化等现象十分普遍，其中 相当大程度来源于暴雨径流带来的非点游污染。凼此研究城市水水环境非点源污染物 的来源、迁移转化规律、传输途径及污染物的负荷，是控制城市非点源污染，改善城 市环境，促进城市可持续发展的关键。 伞文共分六章。第一章：概述非点源污染研究的目的、意义；到内外研究现状及 存在的问题；并论述非点源污染的研究方法。 x 翌兰垦垫主圭点塑望鲞墨基垫塑堡壅 一般实测研究主要根据土地利用类型来分别取样，多分为：工业区、街道、公园 绿地、居民区、商业繁华区及受纳水体等。在法国还进行了屋面径流、庭院径流和街 道径流的分类研究；北京对天然雨水、屋面雨水及路面雨水进行了分类研究。实测污 染物一般有以下几种：c o d 、s s 、t p 、1 n 及n h 3 _ n 、重金属、石油、合成洗涤剂、 酚等。 一些文献【1 41 5 1 进行了污染物与径流量的相关关系分析，进行了非点源污染负荷计 算。城市的非点源污染土地利用类型复杂，污染物来源广泛、随机性强，现在国内的 研究只是针对不同城市进行模拟，从而得出定性的结论：城市暴雨径流污染浓度高、 污染物浓度随径流而变化，在雨后短时间内会使水质恶化，随降雨持续时间的增加， 污染有所降低i l5 ”j 。 3 城市非点源污染数学模型 自2 0 世纪7 0 年代后期，非点源污染的机理模型开始成为研究重点。其中有著名 的城市暴雨径流污染的s w m m 和s t o r m 模型：模拟农业非点源污染的a r m 、流域 模型a n s e r s 和h s p 等，美国农业部研究所开发的c r e a m s ( u s d a ，1 9 8 0 ) 模型 首次对非点源污染的水文、侵蚀和污染物迁移过程进行了系统的综合。其后在此基础 之上又进一步开发了一系列模型，如：农田小区模型e p i c ( w i l l i a m s 等，1 9 8 4 ) ，模 拟农业活动对地下水影响的g l e a m s ( l e o n a r d ，r a 等，1 9 8 7 ) ，模拟大型流域非点源 污染负荷的s w l u 国( w i l l i 咖s 等，1 9 8 5 ) 和s w 町( a m o l d 等，1 9 8 8 ) ，此外，还有c n p s 模型、a g n _ p s 模型、流域侵蚀和泥沙模型s e d 幢o ti i 和w e p p 、r o t o 用于大型 流域水文和泥沙演算的模型等1 1 8 l 。9 0 年代后，随着计算机技术与3 s 技术的快速发展， 一些功能强大的超大型流域模型被开发出来，成为集空间信息处理、数据库技术、数 学计算、可视化表达于一体的模型软件，如美国国家环保局开发的b a s i n s ( w h i t t e m o r c ，1 9 9 8 ) 和美国农业部农业研究所开发的a g n p s 9 8 等。概括起来，非点 源污染的模型可分为水文模型( 降雨径流模型) 、土壤侵蚀和泥沙输移模型、污染物迁 移转化模型和受纳水体水质模型等四大类。 城市非点源污染模型有美国环保局的城市暴雨径流污染水管理模型( s w m m ) 、 城市污染模拟模型( u p s m ) 、美国水文工程中心的存储处理与漫流模型( s t o r m ) 【1 9 】、 美国地质勘察局的雨水径流扩散水质模型d r 3 m t o u a l 等模型外，我国一些城市如 北京、苏州、杭州等在此模型基础上发展了城市径流运动波模型，用于计算一次典型 降水径流过程平均给予受纳水体的污染负荷量1 2 叭。但总体上来说城市非点源污染模型 尚不完善，特别是美国建立的模型多是在有大量观测数据基础上建立起来的，如美国 环境保护局于1 9 8 2 、1 9 8 3 两年在2 8 个城区采集了2 3 0 0 场降雨数据【2 9 】。而我国实测 数据相对缺乏，因此需根据实际情况对现有模型予以修正方可适用于研究地区。 其中s w m m ( s t o 姗w a t e rm a n a g e m e n tm o d e l ) ( m e t c a l fa 1 1 de d d y1 9 7 1 ，h u b e ra n d d i c k i n s o n1 9 8 8 ) 【2 l l 、径流曲线数值方程( c n e ) f 2 2 1 、美国通用土壤流失方程( t l l e u h i v e r s a ll o s se q u a t i o n - 一t s l e ) 吲和j o h n e s 的输出系数模型【2 42 5 】在城市非点源污 染研究中可以推广使用。每一个模型对于城市水环境非点源污染研究的意义有所不同， 4 邵兰霞城市非点豫污染及其控制研究 ( 三) 非点源污螋囊墓蓉薹譬0 蔷t i 夏0 0 薹薹篓零而警囊雾曼冀至零i 二薹霉毳霉毒薹墓 琴j = 一t j _ _ _ j o j 兰三一? o ；。0 曼。差喜耋善嚣善一0 0 0 j0 0 二享一0 jo o 兰孑一- 乏三。耋号一0 。0 0 i 萋羹薹誊警薹享，o 一o jo 耋奏；三主；喜王王鍪墓冀要 | _ | 譬i i i i i i j ；i | | 而| | | | 三孽 二囊囊誉 氧 化一还原完成污染物 的形态转化；并通过对流作用、挥发作用和沉积作用实现污染物的迁移；再通过生物 降解、挥发作用、光解作用、水解作用及氧化还原作用实现污染物的转化1 5 2 1 。 三城市非点源污染的环境影响 城市非点源污染主要是城市暴雨径流携带地表固体沉积物、营养物质、耗氧物质、 细菌及有毒物质进入城市下游受纳水体，并在水体中发生一系列物理化学过程而对水 质及水生生物造成影响，进而威胁人类健康。 ( 一) 造成受纳水体富营养化 城市园林绿地及城郊菜地农药化肥的施用、家畜粪便及生活垃圾的处理不当，随 降雨径流排入水体，是造成水体富营养化的主要原因之一。由于氮肥的旌用及城市居 民生活排出大量洗涤用水及生活垃圾的堆放，造成水体中n h 3 一n 含量增高，使藻类大 量繁殖，并大量消耗水中的溶解氧，导致水生生物窒息而死亡，破坏水生生态系统平 衡。此外，水中大量的n 0 3 、n 0 2 。若经食物链进入人体，将危及人类健康，甚至有致 癌作用。 ( 二) 耗氧有机物造成水质恶化 降雨携带地表沉积的大量耗氧有机物如碳水化合物、蛋白质、脂肪等进入水体， 消耗水体大量的溶解氧，使水体中化学需氧量( c o d ) 和生化需氧量( b o d ) 大大增 谢锶缣妓衔铩鞍字省镜冉胨澹消耗水体大量的溶解氧，使水体中化学需氧量(cod)和生化需氧量(bod)大大增x 苎二主苎丝 制的方法及减少污染的途径、解决当前城市建设只注重经济效益和视觉效应，而不注 重环境效益的实质问题，寻求城市建设的“三效”结合，实现真正意义上的城市生态 系统的平衡与城市可持续发展。 本文拟解决的关键问题：首先，污染负荷与降雨量、降雨强度、地表下渗率及蓄 水特征等水文要素的关系。由于实测降雨径流没有多年累积数据可以利用，因此在负 荷量计算中要根据实验数据及年平均降水量来估算污染负荷量，这是本文要重点解决 的问题之一。其次，通过城市生态规划及城市建设中的环境设计来实现暴雨径流的合 理输导，有效改善城市非点源污染给受纳水体造成的污染现状，寻求一种减小城市暴 雨径流给下游受纳水体造成水质污染的途径与方法，探讨城市非点源污染的有效控制 方法及实现城市环境优化的基本途径。 2 技术路线 本文采取现场调研与实验研究的综合研究方法。根据四平市目前城市水环境现状 调查，取得现实的环境质量状况资料，确定点源污染的污染源及污染类型，结合目前 受纳 x 邵兰霞城市非点舜污染及其控制研究 第二章城市非点源污染概述 城市是高度人工化的人类生存环境，水是城市环境的基础和命脉。随着城市化进 程的加快及人类生活水平的提高，城市的需水量在逐年增加，城市水源污染问题也引 起各国的广泛关注。城市水源污染不仅是制约国民经济发展的重要因素，而且成为危 害和威胁人民健康的严重社会问题。近些年来，我国水体水质总体上呈恶化趋势，全 国工业和生活的废污水排放量日近2 0 0 0 亿k g ，使9 0 以上的城市地表水域受到比较 严重的污染【3 6 】。在接受调查的1 1 8 座大城市中，9 7 的城市浅层地下水受到污染，4 0 严重污染：超过1 0 0 0 0 k m 的城市河段，丧失了灌溉功斛3 7 j 。 城市水环境污染除点源污染基本得到控制外，非点源污染成为城市水环境污染的 重要来源。 一城市非点源污染物的特点和来源 ( 一) 城市非点源污染的特点 l 污染的广泛性 城市非点源污染源多、分布范围广、污染途径多样化。 2 污染的随机性 非点源污染源、污染物组分及污染途径具有不确定性，受外在因素影响较大，如 降雨、地表径流、地下渗流等往往成为非点源污染的触发机制，促成非点源污染的发 生，因而使非点源污染具有偶然性和随机性。 3 潜在威胁性 这种污染与点源污染不同的是点源污染发生是定点的、可预见的和可控的，而非 点源污染则是累积的、不宜观测的和不易控制的，它在土壤中滞留或进入水体造成潜 在威胁。 4 空间相关性 非点源污染涉及大气、水体土壤及地下水等多层空间，同时来源广泛分布范围广， 某一层次发生污染都会影响其它层次，具有空间相关性。 由于城市地面是高度人工化了的非自然地面，因此其产流过程与自然产流有很大 不同。城市下垫面大部分为硬化地面，因而产流速度快，下渗少，水流运动速度快， 降雨径流过程线幅度大，特别是短时暴雨冲刷及淋洗作用更强，在降雨初期即可产流， 且污染物携带量大，是地表非点源污染危害最大时期1 3 8 】。 ( 二) 非点源污染物的种类及来源 早在1 9 8 1 年美国就预计城市径流带入水体的b o d 量约相当于城市污水处理后的 b o d 排放总量，其中有1 2 9 种重点污染物中有5 0 在城市中出现【3 9 】。城市径流中污染 苎三童熊皇韭盛塑望墼楚兰 麓豹释类和形态j 常复杂，主要来源予大气污染耪静干瀛沉降、滤表堆积的垃圾、建 筑工地、交通工具泄露及城市排污管道替多方面。它们磁大气降水作用下进入城市河 逶藏承俸，造成窳体东矮繇往，裔毒毒密穆度污染采钵瓣灭类毽康擒成蒇胁；逡袋承 体富营养化，破坏水生生物的生存环境，造成水擞生态系统恶化，进一步影响人类的 垒活等。 城市降雨径流污染物燕要有阐体悬浮沉积物、营养物质、耗鬣物质、细菌及有毒 污染耪。 l 固体悬浮沉积物 主要寒叁城露撩遗豹主壤侵镪、交遥工吴携露淀涉及锈镀瘁攘产生弱猝建戆、大 气干湿尘沉降物、工业及居民烟囱排放烟尘等。彩集中于老城区，由于港城区建筑密 震较大，缓嚣基磁浚麓条终差，壹| 羹下搀泰系统容黧骞浆，遇枣暴露时多以遮表经浚形 式进行地激侵蚀，此外工业区、商业区高速公路敷建筑工地亦是多发地。 2 营莽勃凄 主要来自居民生活排放的生活污水及建筑王地生产材料的排泄，如氮、磷等，值 褥说明熬怒建筑王造是磷翡羹要采滚蘧，薅嚣买l l 采妻子城送躅边地嚣豹农爰遣戆纯惩 【4 0 1 。营养物质随地表径流进入城市水体( 河流、湖泊) 引起水体富营养化，影响水生生 物生存，渡坯农垒生态系绫魏平键，最终汇入海洋，弓l 怒海洋蓑漠化( 如赤潮的产生， 遗成海洋生物大爨死亡，海洋生怨系统严重破坏) 。 3 裁氧妨震 主要指来自城市生活垃圾、卡古枝落时及废弃物，这些物质进入水体腐烂时消耗大 爨麴氧气，暴瑟避爱，拳中瓣溶姆氧会大爨溃耗，造成求生生兹约大量戮亡。 4 细黼 主要寒叠簸索下承譬遴溢流、畜牧鼗发家禽客整夔粪便，葵中暴焉经流中粪便丈 肠杆菌的数量是最多的，它要比游泳健康标准高出2 0 4 0 倍1 4 w 。 5 寿辫污染貔 主要包括重龛属、杀斑剂、多氯联苯( p c b s ) 和多环芳烃( p a h s ) ，重金属主要 寒叁城枣嚣域裁趱懿重金属强1 】掇动车损耧、杀虫裁、多氯联苯( p e b s ) 翻多环芳烃 ( p a h s ) 等主要来自城市绿化地及城市闵边地区农用地施用的农药、化肥，机动车排 敖瓣趸气及大气鳇于浸沉辫。 二城市非点源污染物的传输与归趋 城市求环境浮染有三祭主要途径：工农熊生产及詹民垒活捧藏瑙东体中瓣废 水；城市地表堆积物，如工业废渣、垃圾及交通工具的泄漏物；工农业生产排 放翔大气中静污染耪逶适于、漫流降返强爨建瑟褥经嚣零净弱送入速表承俸鹃污染耪。 前者属于点源污染，后两者属非点源污染h 2 1 ，其中暴雨径流造成的非点源污染怒影响 城市承繇虢豹耋簧强素。 9 第三章城审非点耀污絷概述 城市化使不透永面积的比衡璐大，在城市纯虢不同除段永文现象有不同的表现。 城市化早期，树木的砍伐和植被的破坏可导致蒸发和植被截流的减少，假固体径流会 穗应增粕，在房艨、衡遂、遥下镑网系统建成磊，下渗会大大降低，获黼降低遗下求 饭，增加黎雨径流量减少枯水期基础径流量，在住宅及商用建筑建成后，不透水地面 翡增麓会缩短产滚辩闽、滢麴洪蜂流量，并镬峰麓疆蘸，洪本遥程变短鄹l 。洪蜂量戆 增加加大了对地袭积累物的侵蚀与冲刷，使城市黎雨径流造成的污染加熏。 降露瓣漤洼纛净涮楚滚枣菲煮源污染豹重要一嚣，零本中豹各耱污染凌寒蠡藏云 凝结核的污染成分，在降雨的过程中又避一步淋洗大气中的漂尘、污染物颗粒等，降 藤鬟这圭| 羹囊嚣，罄先漠是植按截整、藿渗 与填洼及部分蒸发后产生径流，从而冲刷 撼嚣累积戆污染物矮，一些可溶瞧物质或 营养物质被溶解斌吸附，隧地表径流排入 瓣漩或渗入地下，进一步污染媳寝水或地 下潜水( 黎雨径流的水文过程机制如图2 示) 。 城市非点源浮染与农业非点源污染裔 很大不同，其报本源因在于其下垫面性质 的不同，地利用与土蛾覆盖的变化鼠檄 本上改变了区域水文过瑕，从而改变了污 染物的暴袄和冲涮瓶律，改变城市径流魏 速率、数量和方向【4 9 】，谶而影响污染物的 传输与l 骞趋。 豳2 城市暴两径流水文过程系统模型 ( 三) 城市暴雨径流污染物的传输与归趋 暴雨径流携带的污染物传输怒地球元素迁移中的承迁移过程。承是地球表露分布 最广的物质，水分子的偶极性与商介电常数，使水成为囱然界中良好的溶剂，而对非 极性纯台物来说，在永分子酶强缀化力诱导下氇会产生一定程囊秘溶解凌象，这使承 中污染物会发生一定程度的转化。另外，水是地球表层气液一固三相中居中问的位 嚣的成分，它趋承上寝下静俸蠲，又霞蒸其有滚韵性，竣成为承载大气、磊落悠球表 面中污染物的主要传输的载体。大气中的各种自然风化与人为污染物质通过干湿沉降 或透遥遮表径滚餐专蠹送入零葵羲鬟金藩、n 、p 等蠢分予聚合兹成为零髂涎染豹耋要来 源【5 0 l 。 簸枣煮源游染经掇海瘩滚洗一衽滚一熬表净剽一受纳承蒋斡一系裂水文过 程，并形成一个概念化系统。在城市水循环过程中，大气污染物会随降雨沉降到达地 表，地表积累耪魄会夔水滚运动遴入受纳承葵，铁露造皴城枣及下游淫段她表求污染 ( 如图3 示) 5 1 1 。 繇兰覆城市非点簿薄蒙驶其控制研究 第三章妥平市非赢源污染瑗状调蜜 皇然地理概况凝承环壤矮量现状 鼹平带处于东北松辽平原的中辩，吉抟省最南端，市区地处1 2 4 。1 6 + 3 3 ”e 1 2 4 。 3 带3 2 ”e ，4 2 95 7 1 4 ”n 4 3 4l s 1 5 。n 。辖四县两区。城区藤积4 0 7 平肓公爨，建成医面 积鹪。4 平方公里。2 】d 0 2 年统计城嚣总人口5 7 万，常驻入妇5 0 万，群农照入口4 3 万。 ( 一) 自然地理概况 l 地攒邋貌条件 疆平地区遗处松辽平原与长鑫由余朦丘陵地带之滴，地形可分三个邈带：东部低 山丘陵地带、中部波状平原地带、西部平原地带，蹬平市区位子中部地带，海拔潜度 为1 2 0 4 4 穆米，由东南向鼹犍缓黪。表屠炎冲积屡藏洪积费状糕，下部必砂砾匿， 基部为自鏊系岩层，层厚度为2 3 0 米。全嚣总面积1 4 ，0 8 0 平方公里，其中由避占 6 ，1 ，为8 5 9 平方公里；妊羧占l s 7 麓2 ，2 l 番平方公里；平原占7 8 2 ，为i ，0 l l 平方公里。 2 气镁祭释 四平市属于温带大醯性气候，四季分鼹，春拳干旱多大风，夏季炎热多雨，秋季 睛嫂岛温差大，冬拳严寒。最低平均气温。1 4 8 0 e ，竣高平均气温2 3 6 0 c ；极端最离气 温3 7 1 3 0 e 、极端最低气温0 4 6 0 c ；多年平均气温s 9 0 c 。多年平均降雨量6 5 9 4 m m ，最 大年降雨螫1 0 0 8 蚴，最小年降鬻壤4 0 4 m 戳，乱擘p 舞降蔼鳖占年均降雨量的7 5 ，多 年平均永蕊蒸发8 1 3 m m ；平均茏籍麓1 4 0 天庄右，最大冻深度】，5 0 m ，主要风向s s w 、 s w 向，最大风速3 5 n s 。 3 流域水文特点 四平带境内主簧河流霄东辽溺、谣运河、碚苏太河、条子河。城区主要河流为条 子瀚，发源子梨秘县石岭镇上蓝家沟，南河汇入口竣上千流习痰上称j 芝溺，流域面积 必1 7 7 8 l 平方公里，上游建有下三台水库，控制流域面积6 2 。7 平方公里，下三台水库 至南河入嚣区澜面积为l l s 1 平方公里，露河流经市区南部，是条子河支流，上游建 功立业有塔山水库，控制箍积1 2 o 平方公熙。南河秘北河程城嚣遁托部汇舍，汇合后 称祭子河。j b 河、南河环绕城区南北，自东南囱蘧托蛲蜒浚过，瘸辽河流域招苏太海 水系。l e 海、南弼上游均势出区，中下游麓丘陵、平原地带。出区菇次生钟阔混交栋， 中下游多为翠俸农豳，土壤质地大部分麓壤土和轻壤土，窝予农业辫佟。整个流域里 弼状，长宽比为2 ：l 。河水主要来源于地袭径流、工业泼水及生活污水。j g 酒位于城 区魏部，逸势东嵩嚣低，内东南流癌西乾，逸下东与河水霄鳃显的互补牲，丰隶魏涎 水补给地下水，梏水期地下水 绘河东，地下承年变幅1 2 米，北河上游建成下三台 1 4 苎三整罂! 妻垫受垦斐皇竖誊塞塾坚塑壅 永库。南河河床为第霞系褪砂瑶，西藏地下承为潜东，渗透性强，建下窳受遮寝承影 响较大。 条子游天然河遴藐蜒瑟舞，浮遂疆降蕤，游淤严重，海寐不稳定，占逢较多。量 防洪能力低，据四平市志记裁，从1 9 0 9 1 9 9 8 年有9 0 年阐，先后发生洪水灾害 1 6 次，蝰造藏不怒程度懿缓失。 四平市水资源总量为2 3 0 9 亿立方米，人均占有水资源量为7 7 4 立方米，低予全国 入缘求瓷滚占有豢，是全鋈严重映拳城零之一。嚣蔻，二楚潮弓| 承工程豹实夔森一定 程度上缓解了城市缺水问题，但是水资源紧缺仍是困扰城市经济发展的实质性问魃。 ( 二) 嚣平拳瑟变辫薄祷嚣 据吉林省气敷台统计，四平滞( 1 9 7 l 砣o o o ) 3 0 年的降水统计数据如下。 表 豳平市静秀降承溅( 0 m m ) ( 1 7 1 口0 0 0 ) 月份 l2 3 4587891 0 l l ! l 型 番月平均驿承量弱弱l 弱3 1 85 孢9 骘l ? 豹1 3 3 55 3 l 3 2 91 2 l7 48 3 2 7 从上面数据可见，四平市最大降东鬣出现在7 8 月份，降水集中全年总降水量的 4 9 0 6 ，降雨相对集中，这对城市排洪造成相当压力，也是大气湿沉降、地表蠛积物 侵蚀和地裘径流冲利最大的季节。 表2 购平毒各只蠢级剐撵零霉数( o 1 夭) ( 4 7 1 2 0 0 0 ) 月份 l23 456 7 891 0l l1 2 总计 4 79 7 0 i1 9 5 o5 9 o9 图4 四平市多年降水量分布柱状圈 扶烫可以器蹬，嚣母枣历霉簿瘩频数最高瓣瞧是出现在7 8 胄蹬，魁毅歪辫辫拳 为主，较大暴雨( 2 5 o n h n ) 出现的比率并不高，而特大暴雨( 5 0 o m m ) 在3 0 年的 绞诗中仅感现过9 次。甄乎市的洪水主要寒宴暴疆，主骚是气旋嚣和部分台风磷。最 大l 小时降雨量为8 6 3 m m ，出现在1 9 5 7 年8 月1 6 日。 。吉林省气辣台吉林省气象资料( 1 9 7 1 2 0 0 0 年) 2 0 0 l ，1 2 1 5 弧2 0 o 鹋搪2 o 辐越3 o啪姐 3弱豁5岍9 。 捧4 o他撼；0 虬3 o o 似；0 0 “；o o岫嘉翥 部兰覆城市非点豫污絷及其控制研究 但是城区由于不透水地面的影响，加之降水季节的相对集中，产生的降雨径流极 易冲刷地表积累物，并随地表径流带入南、北河，造成水体污染。 ( 三) 水环境质量现状 l 水环境监测情况 根据四平市环境质量报告书。统计，四平市地面水环境监测工作持续进行，共设九 个观测点( 如表3 ) 。 表3 四平市地面水监测点位 市区受纳水体为条子河，是地表污染物冲刷和城市工业及生活污水的主要排出通 道，故在条子河汇合口处设置监测点，监测断面为7 号点，样品数均为6 个，1 9 9 6 2 0 0 0 年水质监测数据如表4 。 表5 条子河近5 年同期水质监测数据统计表 单位：m 叽 从上述四平市环境质量季报统计数据来看，城市水环境污染物主要来自四平市的 工业废水、生活污水排放及地表径流冲刷，以有机物为主，因此主要污染项目是化学 需氧量、五日生化需氧量、氨氮等，其它种类超标率较小，如重金属、石油等。 2 点源污染排放状况 四平市2 0 0 0 年工业废水排放总量为4 1 6 7 3 万吨，其中排放量最大的行业是化工原 料及化学制品，其排放量为2 4 7 2 2 万吨，占全市的5 9 3 2 ，排在第二位的是烟草加工 及食品饮料业，排放量为7 3 7 6 万吨，占全市的1 7 7 ，其它行业所占比重相对较小。 2 0 0 0 年工业废水中排放的六种主要污染物的总量为4 3 0 1 2 吨，居前两位的是化学需氧 量的悬浮物，其排放量分别为2 6 1 8 4 2 吨和1 6 7 5 8 4 吨，分别占6 0 8 8 和3 8 9 6 。其 。四平市环保监测站，四平市环境质量报告书，1 9 9 6 2 0 0 0 年度。 1 6 第三章嬲乎市铁西避非点辣污浆现状调查 余豳种污染物侵占总量静0 1 6 。( 觅表6 、7 ) 。 袭62 0 0 0 卑四平市 千业瘫水污染物排放璧统计表 行业名称 工觜惹嚣量六价铬 砷挥发酚化学需氧懿石油粪悬浮物 注：造纸、i k 排放受萁生产情况影响，本年度污染负荷较小但是主臻的污染企业 装72 e 年强乎毒 亏韭壤承嚣染麴等掭污染嶷芬统诗袭 弋?旷s 警蛩s sf 叁* 龇 疗 栏 ( ) 聍 o 5 1 00 5 0 50 51 5 01 02 0 0 t 0 来据照 0 e 5o 0 50 。0 l0 。l lo 4 0 食品斓革加工爱食品饮料啦 4 4 7o 0 41 2 05 。7 l2 0 5 5 纺织业 n0 800 10 0 90 3 2 皮革、礁皮、羽绒及制品业 o 0 00 造纸及纸制晶墟 o 7 70 0 00 7 2 7 7 化工腻料及化学制品制造业 o 30 9 81 1 8 lo 5 36 9 42 0 5 67 4 ，0 1 暇药制造业 o 1 40 o l0 1 50 5 4 纯掌簿维割造啦 0 0 40 。0 l0 。e 50 。1 8 非金属矿物制造业 黑色盎属冶炼及压延工业 收攘、电气、电子设餐铡造韭0 0 畦 0 0 0o 0 20 ，0 40 0 0o 。1 90 2 9l ，0 4 电力、煤气殿承的生产、供应啦 o 0 40 0 00 0 莲0 1 4 其它行业 o0 lo 0 00 0 l0 0 4 总计( 夸市)0 0 4 0 。31 o o1 7 4 5o 6 28 3 72 7 7 8 污絷受簿篦0 00 。1 4 l ，秘3 鑫08 2 8 l2 2 33 0 ；1 3 从污染负荷最大的企业食品、烟草加工、食品饮料业和化工原料、化学制品 到造韭豹污染骢撼敷量亲爱，姨1 9 弼每愿2 0 0 0 冬静监溅数据亦蠢爨显交纯，这秘交 化主要取决于行业生产能力的变化和生产状态( 图5 ) 。近年企业擞产效益的下降，至使 企婕生产爨大堰下降，城繁污染负蘅亦有明显下降。 邵兰覆城市非点j 幕污染及其控制研究 图8 四平市人口状况图 2 大气干湿沉降 四平市地处东北平原中南部，冬季长达5 个半月的采暖期，至使大气中漂尘含量 大，由干、湿沉降带来的非点源污染成为城市非点源污染的一个重要污染源。据统计， 2 0 0 4 年一、二季度总悬浮微粒和降尘如下表( 表1 0 ) 。 表1 0 四平市2 0 0 4 年一、二季度漂尘与降尘统计表 项目 漂尘降尘 标准0 3 毫克标准立方米吨平方公里月 指标 浓度范围日均值超标率( )浓度范围 日均值 超标率( ) 第一季度0 2 3 2 加2 6 8o 3 0 05 3 _ 31 8 6 8 2 2 0 62 06 28 89 第二季度 0 ，1 8 7 一o 2 9 4o 2 4 20 0 2 3 7 l 2 56 82 4 6 5 3 7 5 注：表中“浓度范围”指日均值的浓度范围，“日均值”指季日均值 3 城市环境卫生状况 四平市于2 0 0 3 年被评为国家级卫生城市，城市环境卫生状况很好。虽然四平市由 于所处地理位置的影响，春季多大风天气，大气漂尘与降尘含量较高，但春季降水较 少，地表冲刷率亦不高，加之街道清扫频率高，除每天早晚的定期清扫外，街道随时 都有清洁工人保持清洁，此外，每天倾倒垃圾时间也规定于早6 点前和晚1 9 点后，城 市环境管理十分严格，街道积尘少，所以固体沉积物( s s ) 未列入本次监测项目。 ( 三) 地表径流污染监测项目 根据四平市环境监测站对南北河汇合口监测数据所示地表河流污染物种类，我们 选择监测项目有p h 值、b o d 5 、c o d c ，、氨氮( n 心n ) 、总氮( t n ) ，采样时，对样 品进行了9 5 浓硫酸固定，并同步进行了温度监测。 由于四平市非点源污染研究尚没有任何监测历史记录，我们只以单场降雨监测为 依据来研究，监测结果难免有偏颇，但可以根据单场降雨来计算污染负荷，再根据年 平均降雨量及年平均地表径流量来推求年负荷量。 三城市非点源污染研究方法 由于城市水环境非点源污染具有来源复杂性、发生时间的不确定性、排放污染物 的偶然性和随机性等特点，加之四平市非点源污染监测没有早期研究记录，使城市非 点源污染研究更加困难，因此采取数学模型进行模拟是十分常用的方法。 ( 一) 土地利用类型面积的确定 首先根据四平市城市土地利用方式，将城市划分为以下几种土地利用类型：居民 2 0 苎三主婴墨! 堡堕曼斐生望黧墨垄垫塑燕 区( 半透浓缝面和透东遗瑟) 、公鞫绿逶、建筑蕊芏i 逡( 半透承遮嚣) 、工鲎爱缝、 街道、河流。根据四平市避感图像( 见附圈1 ) 现状图、四平市城市交通图和城市1 ：1 万邃形鼙，应舔蕊s 簌释送行数字纯，取褥各耱主遣翻焉类型嚣羧。 ( 二) 地表径流计算 蔽撂瓣乎泰魂有哥裂廷数摆帮实验篷测结果，我弱蕊先摄据翳乎整溅强降霜攫及 多年平均降雨量求出地表径流量。 蔽据荧鏊承主煤持弱( s c s ) 提出熬後滚熬线数篷方程( c n 嚣) 辨】寒求出题乎索 监测日地液径流最及四平市年地袭径流量、径流模数及年径流深。确定径流在城市地 表累积物中豹砖捌能力； ( 三) 计算污染负荷 逮表强渡量瓣大，l 、蠹接影穗污染麴熬攀位负懿量，选期相应躲数学横墅诗冀不冠 土地利用类型各种污染物的负荷模数，再乘以土地面积求得污染负荷量。 2 1 第四章四平市铁西区非点源污染研究 四平市t m 卫星图像 i 四平市城市交通图ll 四平市1 ：l 万地形图 确定城市边界| | 确定土地利用类型界限ii 提取等高线利用o p s 定位 数字化 按土地利用方式分类 并台并图层 格网分析计算污染负荷 图形输出( 土地利用污染负荷) 图1 03 s 技术应用流程图 2g i s 空间分析与可视化表达 空间数据是地理信息系统的个主要组成部分，是g i s 年表达的现实世界经过模 型抽象后的内容。它可分为基予图形数据的分析运算：基于非空间属性的数据运算； 空间和非空间数据的联合运算【6 3j 。 借助a r c e w 软件的空间统计分析模块进行空间量算，量算了各级公路里程和宽 度、广场的面积，以求算街道广场的面 x 第四章四平市铁西区非点辣污染研究 表 8 疆平市地表年径流 + 篝结暴 二爿# 点源污染物负荷量计算 污染兹受蓊模鍪对滚城翡污染受薅诗冀毒翔下嚣秘方法：穗爨系数竣羁楚易法。 ( 一) 输出系数法 三p2 茏( 奶x 鸯) “ t ) j 式中；如为污染负荷( t ) ；上删为土地稠用类烈为u 的污染负旖率( “m 2 a ) ，4 u 为地和确类鼙为移的地面积( m 2 ) 。 ( 二) 简易法 o = ( o o l p 弓妒q ，x 彳e ，) ( 6 r ， 式中：妒沟媳剥弱类型u 魏避表径滚系数；尹为黪箍量( m 心a ) ；乃为酶箍产 流率；c 为土地利用类型u 下的污染物产出平均浓度( m g 几) ，其它参数意义同上。 经溅系数妒与薅强、土壤性质、壤早期含水量、地表覆藏等因索有关，由于城市土 地利用类烈不同的下垫面肖不同的透东率，其径流系数亦不同口3 】( 径流系数取值参考 表1 7 ) 。 论文中选用了输出系数法进行的计算。 依据鼙场降惑径流量及测定的不同土地剥用方式污染物成分含量，可计算出单场 暴雨地表经流中游染物负荷( 如袭1 9 ) 。 裘1 9 实测单场暴薅她表径滚枣污染物负薄 地利用方式街道广场多单j c 住宅单家住宅公园绿地建筑工地工业用地合计 污 总氮( 州)一 1 9 ? 4 7 。9 50 ，i 5妫。1 5 6 9 8 21 2 3 8 l 染 氨氮( n b n ) 3 4 8 9i 0 3 23 i 5o _ 0 78 5 03 9 1 69 6 1 8 负 葛 b o 瑰3 1 4 ，4 84 7 l ，9 25 8 。1 72 。1 02 5 4 8 41 2 0 4 。3 72 3 0 5 ，6 8 拿 巴 c 0 n c 。8 8 3 9 81 0 0 1 3 l1 2 9 3 54 6 64 9 t 1 04 0 2 3 2 06 6 2 3 6 总燕赫量( k g )拉3 3 + 3 5l s 9 3 2 9l e 8 。6 2s ，9 87 8 0 4 85 3 3 6 ，5 50 1 4 9 2 7 依据年降雨缴、地表年径流量及吾炭土地利用面积求算出污染物年负荷模数 ( 难2 - a ) ，霉求爨年遮淡经漉污染受芬慧量( 魄) ( 见袭2 0 、2 1 ) 。 邵兰霞城市非点源污染及其控制研究 表2 0 污染物年负荷模数( g ，m 2 a ) 污染物负荷模数( g n 2 a ) 街道广场多单元住宅单家住宅公园绿地建筑工地工业用地 表2 1年地表径流污染负荷量 三城市污染负荷特点及来源分析 城市土地利用方式对城市水循环产生重要影响，弓l 起城市水文条件在时空范围内 发生重大变化，城市土地利用的变化，使水循环过程加快，冲刷能力增强，改变城市 雨洪过程，其携带污染物能力亦加强，而土地利用类型的不同，使得污染负荷不同， 这对研究城市非点源污染的控制有重要意义。 应用g i s 手段对四平市地表土地利用类型进行格网处理，求出各土地利用类型的 面积，对城市地形分析，确定地表径流和污染物的归趋。对四平市单次暴雨径流、地 表年径流量、城市非点源污染物负荷模数，污染负荷的计算，从获得的数据来看，各 种土地利用类型对同一种污染物的贡献率差异较大，同一土地利用类型对不同污染的 贡献率亦不同。 ( 一) 城市地表径流对污染物浓度的影响 城市地表径流来自大气降水，除雨天的少量蒸发及填洼外，其产生的地表径流量 随地表下渗能力而变化。土地利用区的透水性对地表径流产生直接影响，透水率高的 地区，下渗能力强，产生的地表径流量小，对地表累积物冲刷能力弱，地表径流中污 染物浓度低，如公园绿地和多单元住宅区，公园t n 为2 6 4 m g l ，n h 3 - n 为1 2 9 5 m g l ， b o d 5 为3 6 4 m g l ，c o d c r 为8 0 9 m g l 。而透水率低的地区，下渗能力弱，产生的地 表径流量大，对地表累积物冲刷能力强，地表径流中污染物浓度高，如工业用地和建 筑工地等，特别是建筑工地，污染物浓度高，t n 为8 3 4 m g l ，n h 3 _ n 为2 7 4 m 以， b o d 5 为8 1 2 m g 几，c o d c r 为1 5 6 6 m g 尾。 地表径流量与地表径流中污染物浓度成正相关性。因为降雨强度决定地表径流的 大小，也决定淋洗地表污染能量的大小，降雨量决定地表径流稀释污染物的水量，降 邵兰霞城市非点豫污染及其控制研究 利用羹萋i 謇墼蓉| 薹霪霉霎囊i 囊孽妻。雾萋囊￥；塞萎霪霆i | l ! l ! f 囊露；蠢蠢澄遵强燃 j 番i ? i 耋l 篓。；耍竖盐必链j 型撼骥罂甍牌甲建弦嘉霭罂型懋理引鹳娶j 即岛霞黪戳碧甄翟醴二溪篓懿鞠臻妇话疆瓣警强泰餐豢麓鏊辫菇肇炎嚣。捌翰 民晓强季露i 薹掣耗掣 矗烈鞘型f i j 硒爵晶措魍匕毒逍强爆瑙愿黧荔攀；i 髯蠹蠢地袭累积物的性质和数量裔很大麓异，同时地表遴承 率、径流系数、径流量也因士地利用方式和土地覆蕊丽不同，会造成非点源污染负荷 的变化。因诧在城市非点源污染控制中应搬锸生态蕊划原剃，改善城市景蕊格屙键迸 城市生态系统的物质循环和能量流础，维护城市生态系统的稳定和可持续发展。城市 景观格局饶优的生态学设计愚路(如图1 3 ) 。 城市娥划匿域 u 由鞠p l 蝴n 衲gm 8 l l最观格局优化分析 _ 1 l m d s c叩ep 毗t e m l o p t i i i l 魄a t 鼬 地嗣用类戤对非点源污染的贡献分析 a n a l y s 话a b 0 u tl 蛐du s et y p e s c o n t r i b u t 曲“o n n p 8 土0 污染匏避移转纯避释 t h e i f sco f p o h h 渤n n a n sf b m 承环境烹嚣污染物分析 w a e r 岱l v 油n m e n t 啦 p o u u t i o na n a i y s j s 农环境褰量分析 班e r v i r o n m 龃t a i g 印a c i tym a i y s “ l 景观格局优化方案 第玉章四平市非点源污豪控制研究 第五章城帝菲点源污染控制研究 城市地表径流带来的城市水环境非点源污染目前己成为水环境污染主要因素。特 别楚由于撼表经溅污染物簸送熬 # 连续搜秘暴发热，其泻染所占毙铡在囊季降薅事漳 时期会成倍升高，造成城市下游河段水质恶化，初步保守估算，城市雨水造成的地表 径滤污染占求葬污染的比搠，窭蘸在j 哀髑上海占到l o 左右i 酗】。因此，城市嚣点源 污染控制研究对减缓暴雨给城市受纳水体造成的环境压力、改善城市水环境质量、促 进城市可持续发展有重要懑义。 一城市非点源污染控制研究概述 2 0 餐纪8 0 每代鑫兹，主要集中手城泰工程与城枣鬟鲻方瑟靛洪承羧刳，并镬洪 水尽快地传输至非城市地区，目前在工程设计上不仅要考虑城市径流量的控制，也要 注差承震麴警理 臻x ，1 9 9 4 ) 郴 。 城市非点源浮染控制w 从污染源、污染物传输途径和受纳水体终端治理三个方面 束滏蠢。蠢予城零点漂污染麴寒滚熬不确定缝、传稔避提及黄竣途径懿复杂性，控 制非点源污染还需从污染源和传输过程设计治理方案，使城市非点源污染得到根治。 城市饕点源浮染寒塞降藤径滚黠遗表泼积物麴净刷。因此污染程度一方嚣取次子 污染物的累积量源、另一方面取决予地表径流量汇。 ( 一) 源的治理 城市非点源污染物主骠来自大气沉降和地表鬃积物的冲刷，大气沉降因受大气环 境质量的影响，变幅大、难以预测郛控制。因此控制地表累积物的数量成为城市非点 源污染控制的主要内容。 改善城市环境质量，定期进行街道清归并适当增加街道清扫次数和质量以减少城 市地表累税物的数量；控制居民及工商照产生的斑圾倾翻时间与场所，减少污染物的 随意排放；控制城市绿地及街道绿化廊道化肥及农药的使用，减少n 、p 等营养物质的 累穰；翔强城市环境管理，建立键全益督滚潞制度，控制污染源芬圃。 ( 二) 汇的治理 城市非点源浮染是在黎雨发生后产生游大量穗表径流条件下狰弱逮表鬃积物造成 的，因此减轻城市雨洪量可以有效控制城市非点源污染。径流量的大小取决于雨强、 霭频蹬j 、黹蘩蒸发量苇曩逡表下渗率，英中砖缝表下渗率麓决定佟糟豹是逡表下垫蠢静 透水率。提高地裘下渗率能有效地控制地波冲刷能力、抑制地表累积物进入受纳水体 懿数量。 减少地表累积物数量和控制地表径流量成为城市非点源污染控制的芙键要素。这 一毽标还骞羧予一系列控期捂施来实理。 箜兰兰! 主! ! 皇塑望鲞茎型盟垄一 一， 自然三个子系统相互联系、相互作用、相互补充的自然社会一经济复合生态系统【6 酊。 而城市环境则是由各种斑块、廊道和基质组成的，在区域尺度上其镶嵌与分布格局 有一定的重复性和规律性【6 ”。 城市景观具有不稳定性，特别是在城市边缘区和旧城区，弓或市景观格局随着城市 的扩张和旧城区的改造而不断变化。由于城市生产、生活的需要，i 四通八达的对内对 外交通网络将城市切割成相对破碎的斑块，交通道路及穿越城区的河流及其两侧的绿 化带构成斑块间的廊道，在城市景观中，呈主体部分的是建筑群及其周边的街区则构 成城市基质。 城市绿地是城市人居环境支撑系统的主体，在维系人类生存与生态平衡中发挥着 重要作用。随着城市化的加剧，城市周围的农田、水面等自然生境被人工环境取代， 市区建筑密度不断增加，绿地空间缩小，破碎化日益严重，大大降低了城市景观生态 质量和物种多样性【7 0 l 。 城市绿色廊道的空间形态呈线状。分为人工廊道( a r t i f i c i a lc o 玎i d o r ) 和自然廊道 ( n a h 珊lc o r r i d o r ) 两大类，人工廊道以交通干线为主，自然廊道以河流、植被带( 包括人 造自然景观) 为主。自然廊道环境有利于吸收、排放、降低和缓解城市污染，减少中心 市区人口密度和交通流量，使土地利用集约化、高效化，为物质运输、迁移和取食提 供保障。绿色廊道具有相互联结性，不同规模、不同形式的绿色廊道、公园绿地等构 成绿色网络。绿色廊道与廊道、廊道与斑块、斑块与斑块之间的联结构成了城市绿地 系统【7 1 7 2 1 。 因此城市生态系统以绿地斑块破碎性、绿地廓道的不连续性、基质的不透水性为 特点。由于城市景观的质性和破碎性为城市生态系统生物多样性的提高奠定了基础， 但由于绿地斑块面积的局限及绿色廓道的不连续性，又降低了生物多样性水平，使城 市生态系统内部的物质循环和能量流动受到影响，因此城市生态系统是一个非自律系 统，实现城市生态系统的稳定与平衡，必须通过负熵流的输入来完成。 2 城市非点源污染控制措施 2 1 加强城市景观规划与管理 在论文第四章论述了城市土地利用类型对污染物累积的影响，对城市地表径流污 染物贡献率最大的是建筑工地，其次是居民住宅( 多单元住宅和单家住宅) ，其中多单 元住宅比单家住宅b o d 5 、c o d c ，负荷模数高，多单元住宅分别为1 8 6 5 咖2 衄和4 3 1 4 g m 2 a ，单家住宅分别为1 l ：5 5 和2 5 6 9 m 2 a ，而单家住宅的t n 及n h 3 - n 的负 荷模数为1 5 8g m 2 a 和o 6 3 9 m 2 a ，多单元住宅为o 7 8 9 m 2 a 和o 4 1 9 m 2 - a 。 因为单家住宅区缺少排污管网系统，造成地表径流中t n 和n h 3 - n 的负荷高。因此在 城市土地利用规划中，应加强旧城区改造，改造单家住宅为多单元住宅，一方面改善 了城市景观面貌，另一方面也从根本上改变不适当的土地利用方式带来的污染负荷。 公园绿地t n 为2 ，6 4 m g