（环境工程专业论文）山地城市居民区面源污染特征及其控制研究.pdf

山地城市居民区丽源污染特征及其控制研究 摘要 近年来我国城市化进程加速发展，在点源污染治理不断完善的情况下，由城市 地表径流对地表沉积物的击溅、冲刷等作用而引起的非点源污染对水体环境的影响 正日益突显，成为水体污染的重要来源。被称为继点源污染和农业面源污染的第三 大污染源。本文选择重庆市渝北区大竹林镇的居民区作为研究区域，此地区位于长 江上游三峡库区，为典型的山地城市居民区。三峡水库总面积1 0 8 4 平方公里，库区 水质安全和生态环境健康直接影响三峡综合效益的发挥。重庆市是三峡库区最大的 城市，其污水排放量占整个库区污水排放量6 0 以上，对库区的水质安全有重要影 响。因此，对重庆市的面源污染进行调查与控制研究显得十分必要。本研究在两年 里对典型山地城市居民区的5 种不同的下垫面地表径流进行了水质水量的同步监 测，以此了解山地城市降雨径流的污染过程和污染负荷。同时对基质进行了吸附解 吸实验，考察了各种土地渗滤组合技术对地表径流的治理效果。最后对绿色屋顶削 减沥青屋顶径流污染的效果进行了研究。研究结果表明： ( 1 ) 各璐测点径流中，主要污染物t s s 、c o d 、t p 的平均浓度依次为：沥青路 面 水泥路面 水泥庭院 屋顶，路面污染物浓度都位居前列，所以首先应该进行治 理的下垫面应为路面。 ( 2 ) 降雨中t s s 与c o d 、t n 、t d n 、n 0 3 n 、t p 在a = 0 0 1 水平上都里极显著的 正相关关系，t s s 是城市径流污染的主要污染物，也是其他污染物的载体，因而颗 粒物是地表径流治理中的首要对象。 ( 3 ) 由污染负荷累积曲线可以看出各髓测点的各污染物都存在不同程度的初期 冲刷现象，所有不透水下垫面初期3 0 径流所携带的t s s 、c o d 、t n 、n 0 3 - n 、n h a - n 、 t p 和t d p 的平均比例分别为5 6 0 0 、4 5 1 9 、4 5 17 、4 1 3 8 、3 8 0 4 、4 8 9 4 和 3 9 2 5 ，控制面源污染时应侧重拦截初期污染严重的径流。 ( 4 ) 由各污染物的负荷累积曲线可以看出：不同监测点同一次降雨径流中的同 一污染物的累积曲线同对角线的偏离程度有所不同，同一监测点不同场次的降雨径 流中的同一污染物的累积曲线同对角线的偏离程度也互不相同，这说明污染物在不 同下垫面的累积量差及降雨强度的随机性，都影响着累积曲线。 ( 5 ) 通过不同基质对磷素的吸附与解吸实验，结果表明各基质的吸附量大小依 次为：花园土、泥炭土 蛭石 陶粒、珍珠岩、沙子 沸石，因为基质对磷素的吸附 量和基质的净化能力密切相关，因此可以得出各基质的净化能力依次为：花园土、 泥炭土 蛭石 陶粒、珍珠岩、沙子 沸石。泥炭土、蛭石、珍珠岩均为轻质材料， 其中泥炭土、蛭石有较强吸附能力，珍珠岩虽然吸附能力较弱，但富含植物生长需 华中农q k 大学2 0 i o 届硕士研究生学位论文 要的营养物质，因而这三种基质可优先选取作为绿色屋顶的种植材料。 ( 6 ) 绿色屋顶对降雨径流有明显的拦截作用，绿色屋顶形成的径流量仪是裸露 沥青屋顶形成径流量的2 0 6 0 ，明显减缓了暴雨径流对山地城市的洪峰压力。虽然 有些污染物浓度高于裸露沥青屋顶，但由于径流量明显减少，除t n 、n 0 3 - n g b ，污 染物输出总量也有显著减少，对t p 、p 0 4 - p 、c o d 、n h 3 一n 等的去除率分别达n 5 5 5 、 3 0 、7 0 3 、4 4 5 ，整体上绿色屋顶表现了削减污染物输出总量的效果。 ( 7 ) 绿色屋顶的径流中颗粒态磷占总磷的比例为6 5 8 0 ，颗粒态总氮占总氮 的比例为9 5 以上，氮磷元素等都以t s s 为载体，所以颗粒物仍然是控制绿色屋顶 径流的主要对象。 关键词t 山地城市，面源污染，地表径流，居民区，污染特征，控制技术 山地城市居民区而源污染特征及其控制研究 a b s t r a c t r e c e n t l y , w i t ht h ea c c e l e r a t i n gd e v e l o p m e n to fc h i n e s eu r b a n i z a t i o np r o c e s s ，a n d u n d e rt h ec o n d i t i o no fc o n t i n u i n gm a t u r ei m p r o v e m e n ti ng o v e r n a n c eu r b a n p o i n ts o u r c e p o l l u t i o ni nc h i n a , d i f f u s ep o l l u t i o nc a u s e db ys p l a s h ，s c o u r i n ga n do t h e ru r b a ns u r f a c e r u n o f fe f f e c t so nt h es u r f a c es e d i m e n t sh a sb e c o m eo n eo ft h em a j o rc a u s e st ot h ew a t e r e n v i r o n m e n tq u a l i t y , a n db e c o m et h e t h i r dl a r g e s t p o l l u t i o ns o u r c e sa f t e rt h ep o h n p o l l u t i o na n da g r i c u l t u r a ln o n - p o i n tp o l l u t i o n t h i sa r t i c l ec h o o s e st h es h u i z h ue s t a t e s c o m m u n i t yo fd a z h u l i nt o w n ，y u b e i ，c h o n g q i n g ，w h i c hi sat h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e a i nt h eu p p e ry a n g t z er i v e ra sar e s e a r c ho b j e c t t h ea r e ao ft h et h r e eg o r g e sp r o j e c ti s 10 8 4s q u a r ek ，i l o m e t e r s ，a n dt h ew a t e rs a f e t ya n de c o l o g i c a le n v i r o n m e n t a lh e a l t hd i r e c t l y a f f e c tt h ec o m p r e h e n s i v eb e n e f i to ft h et h r e eg o r g e s c h o n g q i n gi st h el a r g e s tc i t yb e s i d e t h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra n dm o r et h a n6 0 w a s t e w a t e rd i s c h a r g ei sp r o d u c e dh e r e ， a n di th a sa l li m p o r t a n ti n f l u e n c eo nt h es a f e t yo ft h er e s e r v o i r t h e r e f o r e ，t os u r v e ya n d s t u d yt h ed i f f u s ep o l l u t i o ni nc h o n g q i n gb e c o m e sn e c e s s a r y b yc o n t i n u o u sm o n i t o r i n g t h eq u a l i t ya n dq u a n t i t yo ff i v et y p i c a ls u r f a c er u n o f fo ft h et y p i c a lm o u n t a i nu r b a na r e a f o rt w oy e a r s ，p o l l u t i o np r o c e s sa n dp o l l u t i o nl o a do ft h er a i n f a l lr u n o f fa r ec o n s i d e r e d a n d t h r o u g ht h ea d s o r p t i o na n dd e s o r p t i o no fm a t r i xe x p e r i m e n t s ，t h et r e a t m e n te f f e c t so f s u r f a c er u n o f fo ns o m el a n di n f i l t r a t i o nc o m b i n e dt e c h n o l o g i e sa r ea l s od i s c u s s e d a tl a s t ， t h ee f f e c to ft h er u n o f fp o l l u t i o nc o m p a r e dw i t hg r e e nr o o fa n da s p h a l tr o o fi ss t u d i e d t h em a i nr e s u l t so fr e s e a r c ha g ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o no r d e ro fm a j o rp o l l u t a n t st s s ，c o d ，t pi nt h es u r f a c e r u n o f fo ft h em o n i t o r i n gs i t e si s ：t h ea s p h a l tp a v e m e n t t h ec e m e n tp a v e m e n t t h e c e m e n tc o u r t y a r d t h eo r d i n a r yr o o f , a n dt h eb i g g e s tc o n c e n t r a t i o no fp o l l u t a n t si st h e p a v e m e n t , s op a v e m e n t i st h ef i r s tc o n t r o lo b j e c t ( 2 ) t h ec o r r e l a t i o no ft h ec o n c e n t r a t i o no ft s s 嘶mc o d ，t n ，t d n ，n 0 3 - n ，t po f t h er a i n f a l lr u n o f fi sv e r ys i g n i f i c a n tp o s i t i v ei na l p h a = o 0 1l e v e l ，a n dt s si st h em a i n p o l l u t a n t si nu r b a nr u n o f f , a n di t st h ec a r t i e ro ft h eo t h e rp o l l u t a n t s ，s ot s si st h em a j o r m a n a g e m e n to b j e c to f p o l l u t e dr u n o f f c o n t r o lp r o c e s s ( 3 ) t h ec u m u l a t i v ec a l v eo fp o l l u t i o nl o a ds h o w e dt h a tt h em o n i t o r i n gs r e sh a v e d i f f e r e n td e g r e e so ff i r s tp o l l u t a n t s f l u s hp h e n o m e n o n , t h ea v e r a g er a t i oo ff i r s t3 0 r u n o f fo fi m p e r v i o u sl a n ds u r f a c ec a r r y i n gt s s ，c o d ，t n ，n 0 3 - n ，n h 3 - n ，t pa n dt d p i s5 6 0 0 ，4 5 19 ，4 5 17 ，4 1 3 8 ，3 8 0 4 ，4 8 9 4 a n d3 9 2 5 r e s p e c t i v e l y ，s ow e s h o u l df o c u so nt h ei n t e r c e p t i n gp o l l u t e dr u n o f f i i i ( 4 、 e a c h p o l l u t a n tl o a dc u m u l a t i v ec h i v e ss h o w e dt h a tt h es a m e p o l l u t a n t a c c u m u l a t i o nc u r v eo fd i f f e r e n tm o n i t o r i n gs i t e sh a sd i f f e r e n td e v i a t i o nw i t hd i a g o n a li n t h es a m er a i n f a l l e v e n t s ， a n dt h es a m ep o l l u t a n ta c c u m u l a t i o n c u r v eo ft h es 锄e m o n i t o r i n gs i t e sh a sd i f f e r e n td e v i a t i o nw i t hd i a g o n a li nt h ed i f f e r e n tr a i l l f 砒le v e n t s i t s h o w st h a tb o t ht h ea c c u m u l a t i o na m o u n to fp o l l u t a n t sf r o md i f f e r e n t u n d e r l y i n gs u r f a c e s a n dt h er a n d o m n e s so ft h er a i n f a l li n t e n s i t ya f f e c tt h ec u m u l a t i v ec 1 山弋r e ( 5 ) t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t so fd i f f e r e n tm a t r i xo nt h ea d s o r p t i o na n da n a l y t i c a j c a p a c i t ys h o w e dt h a tt h ea d s o r p t i o nq u a n t i t ys i z eo fe a c hm a t r i xi sa sf o l l o w s ：m eg a r d e n s o i la n dt h ep e a ts o i l v e r m i c u l i t e c e r a m s i t e ，p e a r l i t e ，s a n d z e o l i t e ，b e c a u s em e p u r i f i c a t i o nc a p a c i t yi sc l o s e l yr e l a t e dt om a t r i xo nt h ea d s o r p t i o nc a p a c i t yo f p h o s p h o r u s ， s ot h ep u r i f ya b i l i t yo b t a i n so fm a t r i xi sa sf o l l o w s ：t h eg a r d e ns o i la n dt h ep e a ts o i l v e r m i c u l i t e c e r a m s i t e ，p e a r l i t e ，s a n d z e o l i t e v e r m i c u l i t e p e a r l i t ea n dp e a ts o i la r e l i g h tm a t e r i a l s ，a n dt h ep e a kv e r m i c u l i t eh a v es t r o n g e r a d s o r p t i o na b i l i t y a l t h o u g h p e a r l i t ea d s o r p t i o na b i l i t yi sw e a k e r ，i ti sr i c hi nn u t r i e n t sw h i c hp l a n tn e e d e d s ot h e p l a n t i n gm a t r i xo fg r e e nr o o fi st h eb e s tc h o i c ea m o n gt h e m ( 6 ) g r e e nr o o fh a so b v i o u si n t e r c e p t i o ne f f e c tt or a i n f a l lr u n o f f , g r e e nr o o fr u n o f f c a p a t i t yi so n l yt h e2 0 6 0 c o m p a r e dw i t ht h eb a r ea s p h a l tr o o f , i ts l o w st h ep r e s s u r eo f t h ep e a ko ft h ee x p e r i m e n ts i t ef r o mt h er a i n s t o r ma p p a r e n t l y a l t h o u g hs o m e p o l l u t a n t c o n c e n t r a t i o n sa r eh i g h e rt h a nt h eb a r ea s p h a l tr o o f , b e c a u s eo ft h es i g n i f i c a n tr e d u c e d r u n o f fv o l u m e ，e x c e p tf o rt n ，n 0 3 - n ，t h et o t a l o u t p u to fp o l l u t a n t sa l ld e c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y , t h er e m o v a lr a t eo ft p , p 0 4 一只c o d ，n h 3 ni s5 5 5 ，3 0 ，7 0 3 ，4 4 5 r e s p e c t i v e l y , s oo v e r a l l ，t h eg r e e nr o o fr e d u c e dt h et o t a lo u t p u to fp o l l u t a n t s ( 7 ) t h er a t i oo fp h o s p h o r u sp a r t i c l e si s6 5 - 8 0 o ft o t a lp h o s p h o r u si nt h eg r e e nr o o f r u n o f f t h er a t i oo fn i t r o g e np a r t i c l e si sm o r et h a n9 5 i nt h e g r e e nr o o fr u n o f f , t h e e l e m e n t ss u c ha sn i t r o g e na n d p h o s p h o r u sa r ec a r r i e dw i t ht s s ，s ot h ed i r e c tp a r t i c u l a t ei s s t i l lt h em a i no b j e c tt oc o n t r o lr u n o f f p o l l u t i o no fg r e e nr o o f k e yw o r d s ：m o u n t a i nc i t y , d i f f u s ep o l l u t i o n , s u r f a c er u n o f f , r e s i d e n t i a la r e a s ， p o l l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ，c o n t r o lt e c h n o l o g i e s i v 山地城i l j 屑民区面源污染特征及其控制研究 1 绪论 随着我国城市化进程的加速，大量人口涌入城市，形成高度密集的人 j 和产业 对城市水环境的需求和依赖不断增加，同时对水环境的改变和影响也很明显，城市 水环境质量不断恶化，因而城市水环境改善已成为当今社会关注的热点之一。 1 1 城市面源污染的定义及影响因素 面源污染是指降水所形成的地表径流对水体的污染。其包括城市地表径流引起 的水体污染，也包括农村地区等地表径流引起的水体污染。根据土地利用类型可分 为：农业面源、城市面源、矿区面源、林业面源和大气沉降五种类型( - t 晓燕，2 0 0 3 ； 贺缠生等，19 9 8 ) 。，广义的城市面源污染可分为城市地表径流、大气沉降、城市水土 流失和河流底泥的再次悬浮所造成的二次污染。狭义的城市面源是指城市地表径流， 也是造成水体污染的主要污染源之一。本文使用狭义的概念，即指城市地表径流。 城市地表径流污染是指在降雨过程中雨水及其形成的径流流经城市地面( 如商 业区、居住区、停车场、街道等) ，聚集一系列污染物质( 如原油、氮、磷、重金属、 有机物质等) 通过排水系统直接排入水体而造成的水体非点源污染( n o v o t n ya n d o l e m , 1 9 9 3 ；贺缠生，1 9 9 8 ) 。 城市降雨径流污染是伴随着经济飞速发展和城市化进程而产生的，是人类活动 对水环境影响的负面体现。在经济发展和城市化进程中，产生了大量的不透水地表， 使地表径流的流量增加、峰值变大并提前了径流峰出现的时间，为城市地表径流污 染的产生提供了外部动力条件( 李立青，2 0 0 7 ) 。城市中密集的人口和频繁的人类活 动，造成了城市地表累积的污染物的量变多，为城市地表径流污染提供了物质基础。 因此，城市地表尤其是不透水下垫面累积的污染物在降雨过程中，被其形成的地表 径流的击溅、溶解、冲刷和搬运作用下便形成了城市地表径流污染。 影响城市面源污染的因素有很多，主要因素有：降雨特征、城市土地利用类型、 大气污染状况、城市地表的卫生管理状况、排水系统的状况等( t s i h r i n t z i sa n dh a m i d ， 1 9 9 7 ) ，他们共同影响着面源污染的产生、累积、迁移和转变等方面，而且这些因素 有很多是随机因素，所以径流的污染也有随机性。 降雨强度决定着地表污染物的冲刷和运移能力，降雨量决定着对污染物的稀释 程度；城市土地利用方式影响着地表污染物的含量、种类和性质，而污染物是引起 面源污染的物质基础。公路污染物主要来自于汽车尾气、轮胎摩擦物，含有多种重 金属和有机毒物，为面源污染治理的重点区域( 赵建伟，2 0 0 6 ) 。而城市绿地则主要 是营养盐和农药，城市绿地还能拦截径流中的一部分污染物，特别是颗粒物，改善 径流水质( c l a r k e ta l ，1 9 9 7 ) ；大气污染状况决定着初期雨水中污染物的含量；城市地 华巾农q k 大学2 0 1i 届硕士研究生学位论文 表卫生管理，特别是对地表污染物的清扫频率及效果决定着地表污染物的累积数量； 排水系统一般分为合流制和分流制两种，对于这两种排水系统的径流污染已经有了 许多研究( a r t h u r , 1 9 9 8 ；r e e m t s m ae ta l ，2 0 0 0 ) ；污染物可以颗粒态和溶解态形式存在， 很多污染物并不是以颗粒态形式存在，如细菌、有机物、重金属、氨氮等，但他们 可以吸附在颗粒物表面，随颗粒态移动。颗粒物只能在地表径流中迁移，其去除方 式也大多是以拦截颗粒物为主。近年的研究表明大部分的氮、磷存在于细小的颗粒 物d f l ( v a z ea n dc h i e w , 2 0 0 2 ) 。 1 2 城市面源污染的特性及来源 城市面源污染的组分及污染程度受很多方面的影响，如城市化程度、土地利用 状态、交通流量状况、城市人1 2 1 密度和空气污染情况等。城市面源污染物主要来自 以下三个方面：大气沉降、下垫面和排水系统。 1 2 1 大气沉降 大气沉降主要包括大气干沉降和大气湿沉降。大气干沉降是指气溶胶及其他酸 性物质直接沉降到地表的现象。其中气态酸性物质( 如二氧化硫、二氧化氮、硝酸、 盐酸等) 可被地表物体吸附或吸收，而硫酸雾、含硫含氮的颗粒状酸性物质经扩散、 惯性碰撞或受重力作用最后降落到地面后，均可引起土壤、湖泊环境的酸化。大气 湿沉降是指悬浮于大气中的粉尘、烟尘、有毒物质等粒子由于降水冲刷和云的作用， 部分直接降落到水体表面，另一部分随地表径流进入受纳水体，从而造成水环境 污染的过程，主要是降水时对空气的淋洗，尤其是空气污染较严重的工业区等地区。 湿沉降主要取决于酸雨中致酸碱性物质浓度和降雨量。其中，降雨中的污染物含量 有两个组成部分，一部分是降雨的背景值，另部分是降雨通过大气而引起的湿沉 降。由于降雨而对水体造成的非点源污染中危害最大的是酸雨。据统计，我国是继 欧美之后的第三大重酸雨区，全国酸雨覆盖面积已占国土面积的3 0 以上，全国1 2 以上城市降雨的平均p h 9 0 ( 张百良和马孝琴，2 0 0 1 ) 。近年来，国 外对大气中挥发有机物( v o c s ) 形成的非点源污染进行研究，探讨不同种类、来源、 迁移转化机制的挥发性有机物对城市地表、地下水体的影响( l o p e sa n db e n d e r , 1 9 9 8 ) 。可见降雨本身形成的非点源污染是对空气的淋洗，即空气的湿沉降。大气污 染直接决定了雨水的组成和理化性质，尤其是p h ，影响雨水径流对地表污染物的溶 解、冲刷、搬运作用。 2 山地城市居民区面源污染特征及其控制研究 1 2 2 下垫面 下垫面因素主要是指降水落至地面后，在形成径流的过程中受到地面上流域自 然地理特征( 包括地形、植被、土壤、地质) 和河系特征( 河水、河网密度、水洗 形状等) 的影响。其中下垫面的主要污染物来源是地表沉积物，包括大气沉降物和 人类活动的影响。其中城市地表累积的污染物是地表径流中的污染物主要来源，其 组成决定了地表径流中污染物的性质。城市地表沉积物包含很多污染物，有固态的 废物碎屑、化学药品和农药、空气沉降物和车辆尾气排放物等。城市地表主要由建 筑物、庭院、道路( 包括停车场、广场) 等不透水地表和包括公园、绿地等在内的 透水地面组成。城市道路作为城市地表的主要组成部分，道路径流中的污染物通常 包括有：重金属、颗粒态或溶解态的固体物质、有机物及包括冬季冰盐在内的无机 物等，主要来自于车辆尾气排放物、车辆零部件的磨损、液体化学品泄漏或农药残 留、大气干湿沉降、路面磨损和维修施工等( 李立青和尹澄清等，2 0 0 6 ；于凤燕和徐 颖，2 0 0 9 ) 。大气沉降的污染物主要包括酸性物质、挥发性有机污染物( 如p a h s ) 和铅、汞等( e c k l e ye ta l ，2 0 0 8 ；张蕾和周启星，2 0 1 0 ) 。s t o t z 等人( 1 9 8 7 ) 对德国三条公 路的1 4 5 场次降雨的监测中发现，路面径流的污染是降雨径流冲刷路面沉积污染物 而产生的，其中交通活动而形成的路面沉积物是路面径流的主要污染源，其中p a h s 的含量是为受污染的河流或湖泊水的5 0 。6 0 倍。赵剑强等( 2 0 0 1 ) 对西安城市路面径流 水质的监测结果表明，城市道路降雨初期路面径流雨水污染物浓度c o d 、b o d 5 、 s s 和石油类污染物可高达1 2 3 0 、2 0 4 、2 2 8 8g l 和1 6 1m g l 。g r o m a i r e 等( 2 0 0 1 1 研究了法国城市居民区街道的径流，结果表明街道地表的悬浮固体和有机污染较建 筑屋面要高，成为了主要污染物来源，占城市地表径流2 3 的街道所产生的降雨径 流对s s 和c o d 的贡献在4 0 7 0 之间。车武等( 2 0 0 2 ) 对北京城区道路雨水径流污染 的研究表明，在初期雨水径流中c o d 与s s 的浓度分别达到2 4 8g l 和4 8 7g l ， 且随降雨的进行，径流中污染物的浓度会急剧下降到一个相对平衡的较低的浓度。 在城市下垫面中，建筑屋面和庭院等占有较大的比例，而且大多是水泥或者瓷 砖等不透水面。德国的f 6 r s t e r 等人( 1 9 9 8 ) 研究了空间和季节对屋面径流中大离子和 有机痕量污染物的影响，结果指出屋面径流中大离子污染物( 如铵、铬和钙等) 的 含量主要取决于屋面材料和当地的空气污染状况：一般来说，径流中的有机污染物 ( a o x 、p a h s 等) 的浓度冬季大于夏季，主要是由冬季取暖而增加了煤等化石燃 料因为不完全燃烧而产生。国内车武等人( 2 0 0 1 ) 研究了北京市的建筑屋面产生的径 流，发现城区屋面径流特别是初期径流中c o d 和s s 的污染比较严重。目前国内多 采用的沥青油毡做防水材料，使其屋面成为污染源，污染成分复杂，污染浓度受降 雨条件、气候条件、材料性质等多种因素的影响，也有较大的随机性和变化幅度， 华中农业大学2 0 1l 届硕士研究生学位论文 其中c o d 在初期雨水中的浓度可高达上1 8 0 0m g l 。 1 2 3 排水系统 排水系统对城市降雨径流污染的影响很大，排水体制( 分流制和合流制) 不同 降雨径流的污染程度也不同，即雨、污是否合一的系统。合流制系统造价低、施工 容易，但不利于污水处理和系统管理。分流制系统造价高，但易于维护，有利于污 水处理。排水系统的面源污染主要是指地表径流进入排水管道后对管道内的沉积物 的冲刷、侵蚀作用，使沉积物再次悬浮而造成的。研究表明：在雨污合流排水系统 的城市，产生降雨径流污染要比分流制排水系统要严重( g r o m a i r ee ta l ，19 9 8 ；李立青 和尹澄清，2 0 0 9 ) 。在全年的降雨径流中，对于总悬浮颗粒而言合流制排水系统中总 悬浮颗粒物的平均浓度( 1 6 0 - 一4 6 0m g l ) 比分流制排水系统总悬浮颗粒物的平均浓 度( 9 0 - 2 7 0m e l ) 高5 0 ( 李立青和尹澄清，2 0 0 9 ) 。在合流制排水系统中b o d 5 的平 均浓度( 9 0 - 2 7 0r a g l ) 是分流制排水系统中( 1 3 1 3 0r a g l ) 的两倍多。在合流制排水 系统的径流中含有更多的有机物质，挥发性悬浮固体( v o l a t i l es u s p e n d e ds o l i d s ) 与总 悬浮固体( t o t a ls u s p e n d e d s o l i d s ) 之比的变化范围是2 4 0 旷5 5 ，而在分流制排水系统 径流中v s s 厂r s s 的变化范围是1 0 - 3 6 ( 赵剑强，2 0 0 2 ) 。但也有研究表明，分流 制排水系统的产生的年污染负荷与合流制的雨天溢流负荷相当( 陈莹，2 0 0 4 ) ，城市 地表径流中的s s 、重金属及碳氢化合物的浓度与未经处理的城市污水基本相同( e l l i s e ta l ，1 9 8 9 ) ，道路径流排污中主要污染物平均浓度和典型生活污水中的污染物浓度相 当( 赵剑强等，2 0 0 1 ) 。 目前暴雨径流污染的主要来源就是排水系统中的沉积物，已经受到许多国内外 学者的重视( c h e b b oe ta l ，2 0 0 3 ) 。在英国、比利时、德国和法国都先后开展了研究， 目的是深入理解在发生降雨径流时排水系统中污染物的迁移转化。然而只有一部分 研究给出了合流制排水系统中污染物对径流污染的贡献。k r e j c i z ( 1 9 8 7 ) 在苏黎世利用 1 2 5 h a 集水区的4 场降雨资料评价了地表径流、污水和排水系统巾的污染物再悬浮 的相对贡献率。地表径流对c o d 和s s 的贡献率分别为2 2 和3 5 。排水系统污 染物再悬浮对c o d 和s s 的贡献率都在6 0 左右。b a c h o c ( 1 9 9 2 ) 和c h e b b o 等( 2 0 0 1 ) 认为导致合流制排水系统雨天径流污染要比分流制排水系统严重的原因，不仅与生 活污水的污染有关，而且还与径流对排水系统底部沉积物的侵蚀有关。他们对合流 制和分流制排水系统雨天径流进行了水质测定，首次评价了地表径流、生活污水和 下水道底泥对暴雨径流污染的贡献率( b a c h o c 。1 9 9 2 ；c h e b b oe ta l ，2 0 0 3 ) 。 b a c h a o e ( 1 9 9 2 ) 通过对两次暴雨径流对排水系统沉积物的侵蚀的监测结果得出，排水 系统对径流中s s 的贡献率为3 0 4 0 。c h e b b o ( 1 9 9 2 ) 的研究结果表明由于排水系统 4 山地城市届民区面源污染特征及其控制研究 沉积物侵蚀所造成的s s 占全年降雨径流中s s 的2 4 ，而地表径流巾的s s 占5 6 ， 是全年内合流制排水系统径流中s s 输出的主要来源。在德国、荷兰等发达国家也有 很多研究，对已有的合流制溢流进行截流等综合措施来控制污染( 杨雪等，2 0 0 8 ) 。 李立青等通过对武汉合流制管道溢流污染研究，结果表明当溢流倍数为2 时，从控 制降雨径流污染负荷和工程费用等方面考虑是经济的( 李立青等，2 0 1 0 ) 。 1 3 城市面源污染工程控制技术 城市面源危害严重，国际上从2 0 世纪6 0 年代就开始研究，至今为止已有数十 年，尤其是美国、欧洲等在比较发达、环境意识较高的城市，在城市面源控制的研 究方面做的比较全面( h o u s ee ta l ，1 9 9 3 ；k e m pe ta l ，1 9 7 4 ；m a r s a l e k ，1 9 9 0 ；p i t te ta 1 1 9 9 5 ) 。但由于面源污染的随机性和污染物来源与组成的复杂性，污染控制比较困难， 目前城市面源控制措施仍然不够完善，还在不断研究、更新，污染控制措施的机理 研究和经济效益还不是很好，还需要更加广泛和深入的研究。在城市面源控制措施 中以美国的暴雨最佳管理措施( b m p s b e s tm a n a g e m e n tp r a c t i c e s ) 最为系统和全面， 在国内外都有较多的应用，许多国家都借鉴了此套控制措施。美国环保局1 9 9 9 年把 b m p s 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、维护手 段及其它的管理措施”( e p au s ，1 9 9 9 ) 。可以简单理解为：能够削减或控制非点源污 染的一切措施，是一系列措施的组合( 金可礼等，2 0 0 7 ) 。 b m p s 主要包括非工程措施和工程措施两大类。非工程措施是指用加强管理来 达到控制污染的目的，是建立在法律法规、政策、程序与方法控制基础上的各种管 理措施，包括法律制度的制定、环保宣传教育、免耕少耕法、清扫路面、生物废弃 物的再利用、限制除冰盐的应用和无害化农药的应用等一些污染物预防措施。在应 用中，要结合当地具体气候状况、自然地理状况等条件，合理选用。在许多案例中， 非工程措施经常从源头上就减少了污染物的使用、产生和累积，也经常被称做源控 制措施( w e eu s ，1 9 9 8 ) 。 工程性措施是按照一定暴雨径流标准和污染物去除标准设计建造的各种工程型 措施或运用的工程手段，以径流过程控制为核心，控制暴雨径流的排放量，减少污 染物在径流中的浓度和量的排放的一种措施。具体方法有屋顶绿化、滞留池、人工 湿地、植被过滤带、草地缓冲带、植草渠、多孔路面等方法和措施。但有的时候工 程性措施和非工程性措施很容易区分，有时却比较困难。如用于减少不透水面连接 的植被，就即可认为是一种控制策略，也可认为是一种工程控制技术。目前，如较 佳场地规划( c s p - b e t t e rs i t ep l a n n i n g ) 和低影响发展( l i d 1 0 w - i m p a c td e v e l o p m e n t ) 等一些控制措施，既包含了全面的规划又有一些工程措施( h o l l a n d ，2 0 0 0 ) 。这些措施 5 华中农业大学2 0 1l 届硕士研究生学位论文 都是从整体上进行规划，以减少污染物发生，而工程措施只是辅助手段，被认为是 源控制措施。 目前工程措施在城市面源控制中应用比较广泛是生态工程，主要有植被过滤带、 滞留持留系统、人工湿地、渗滤系统、过滤系统等技术( l a w r e n c ee ta l ，1 9 9 6 ；u r b o n a s ， 1 9 9 2 ；u r b o n a s ，1 9 9 5 ) 。这些工程措施在应用过程中有其突出的特点，也有许多的不 足之处。虽然欧美一些国家在工程措施的设计、j l 【测、评价等方面已经有了比较全 面的规范性文件，但是他们的依据大多是经验公式。在城市面源控制中的污染物迁 移转化机制方面认识的还不够，而且在影响效率的定量化因子等方面也需进行深入 的研究。 1 3 1 屋顶绿化 屋顶的绿化简单来说是在屋顶上有植物绿化，包括蓄排水系统、阻根系统、过 滤系统、生长介质和种植植物等，它主要分为三大类：花园式、地毯式和组合式( 黄 崴，2 0 0 4 ) 。在如今快速城市化的形势下，城市人e 1 的大幅增加，使城市绿地的面积 不断缩小，城市下垫面主要是不透水地面，包括道路、屋顶、停车场、加油站等， 使可供人们就近安全休憩的绿化场所相对缺乏，而绿色屋顶可以给长时间伏案工作 人员带来一块安全活动的绿地，登高望远有利于室内工作人员眼睛的恢复( 李汝雄， 2 0 0 3 ：王磊，2 0 0 1 ) ，也可以得到精神上的舒缓。屋顶绿化和地面绿化一能够改善整 个城市的生态环境，减轻热岛效应，由于植物层可以隔热、遮阳，屋顶被绿化后， 室内温度在夏季可降温3 。c ，形成“天然空调 的神奇效果( 梁黎黎，2 0 0 9 ；王燕飞， 2 0 0 9 ：王燕飞，2 0 1 0 ) 。在我国西安夏季水泥屋顶的温度比绿化屋顶的温度高2 0 ， 冬季要低l o c ( 关伟锋和高宁，2 0 0 9 ) ，还可以改善生态环境，吸收c 0 2 释放0 2 ，给 鸟儿等动物提供栖息场所，降低灰尘与烟雾浓度，延长屋顶使用寿命，储存雨水、 既能减排、降低噪音污染等，还可提供一定的视觉美和带来一些经济效益( w e m e r , 2 0 0 5 ；鲍佳晟，2 0 1 0 ；鲍佳晟，2 0 1 0 ；胡若愚，2 0 0 8 ：徐曼，2 0 0 8 ) 。 据联合国环境署统计数据显示：当一个城市屋顶绿化面积达到7 0 ，该城市才 被认为是环境健康的。世界上屋顶流出啊发展最早、技术最成熟的是德国，德国有 专业的组合如国际屋顶绿化协会( i g r a ) ，在促进屋顶绿化的大力发展，同时政府 也大力支持该项目。随着我国城市建设水平的不断提高，城市生态环境条件越来越 受到人们的重视，屋项绿化也在我国的一线城市一北京、上海、深圳等相继展开， 屋顶绿化面积也在逐年增加( 宝秋利等，2 0 10 ) 。 6 山地城市居民区而源污染特征及其控制研究 1 3 2 植被过滤带 植被过滤带( v e g e t a i v ef i l t e rs t r i p s ，v f s ) 是- - 乖t 始于2 0 世纪6 0 年代中期的一 种技术，主要利用地表密植的植物对地表径流中的污染物进行截流的方法，它能够 在径流输送的过程中将污染物从径流中分离出来，使进入受纳水体的径流水质获得 明显的改善，从而达到保护受纳水体的目的( 李怀恩等，2 0 1 0 ；王良民和王彦辉， 2 0 0 8 ) 。植被过滤带常用于浅层或者薄层地表径流的控制，它即可在传输径流的过程 中降低径流的流速，提高沉淀效率，过滤悬浮固体，对径流中的污染物进行处理， 也可提高土壤的渗透性，减轻径流对土壤的侵蚀。在农业面源污染治理的研究中， 也取得了明显的效果( 王华玲等，2 0 1 0 ) 。从不透水面如屋顶、停车场、加油站、道 路等产生的小流量