長沙市城區雨水徑流污染研究

贠 汶，曲鵬飛,2

（1. 長安大學環境科學與工程學院，陜西 西安 710064；2. 長安大學 旱區地下水文與生態效應教育部重點實驗室，陜西 西安 710054）

長沙市城區雨水徑流污染研究

贠 汶1，曲鵬飛1,2

（1. 長安大學環境科學與工程學院，陜西 西安 710064；2. 長安大學 旱區地下水文與生態效應教育部重點實驗室，陜西 西安 710054）

掌握城區雨水徑流水質及其主要的影響因素是有效地利用城區雨水資源和控制城市非點源污染的基礎。對長沙城區不同下墊面的雨水徑流進行監測，分析不同下墊面雨水徑流水質的變化規律及主要污染物的相關性，分析結果表明：徑流初期下墊面的雨水污染較嚴重，污染物濃度較高。隨著徑流時間的持續，各污染物濃度呈下降趨勢，且徑流中的 COD、TP、TN 與 SS 之間存在較好的線性相關關系。

徑流污染；水質；下墊面；相關性

水環境污染是當前世界各國普遍存在的問題。水環境污染源可分為點源和面源兩大污染源[1]。隨著點源污染治理的深入，面源引起的污染問題日益凸現。如美國等發達國家，至少有一半以上的水質問題來源于面源污染，其中城市雨水流污染是僅次于農業面源污染的第二大面污染源[2]。而在我國長期以來水環境污染防治工作重點主要放在點源污染的治理上，城市雨水徑流引起的面源污染問題一直未予足夠的重視。但事實上，城市雨水徑流已成為制約受納水體水質改善的主要因素，不深入研究城市雨水徑流污染問題與城市雨水徑流污染的控制和治理，水體污染問題難以徹底解決。

城市雨水徑流污染具有其固有的特征，要對其采取針對性的進行控制和治理，就必須了解它的污染狀況和雨水水質的變化規律。據此目的，本文以長沙市為例對城市雨水徑流進行檢測，分析研究長沙市區的雨水水質,初步掌握長沙市雨水徑流污染狀況及污染物沖刷規律,為開展雨水徑流污染控制提供數據支持和理論依據。

1 水樣的采集與測定

1.1 樣品的采集

按照城市徑流污染物的來源和種類[3]，一般將其分為住宅區徑流、商業區徑流和工業區徑流三大類。本研究是以長沙市中南林業科技大學為區域進行研究。為了初步了解長沙市降雨徑流水質狀況，進行了實地采樣分析。

根據不同匯水面，大致將匯水面分為屋面、草地坡面、馬路(瀝青鋪砌)、校內外機動車道路。在林科大校園內進行實地考察后，在建筑物的雨落管排水口和道路的交叉口或雨水井選取具有代表性的采樣點。采樣點布置如下：

（1）選取林科大后門芙蓉南路的雨水井處，采集校外道路機動車道路雨水徑流；

（2）選取林科大校醫院的雨落管排水口，采集其屋面雨水徑流；

（3）選取林科大青園東教學樓道牙旁的雨水井處，采集校園內道路雨水徑流；

（4）選取林科大情人坡草坪處，采集草地坡面雨水水樣；

（5）選取體藝館前空地，采取天然雨水水樣。

1.2 樣品水質的分析方法

1.2.1 徑流水質指標

從國內外地表徑流水質的研究結果[4-6]可以看出，徑流污染物中主要有總懸浮物（SS）、化學需氧量（COD）、總氮(TN)、總磷(TP)及重金屬等。據以上國內外研究，本文對 COD、SS、TN、TP、及重金屬(Pb、Zn 和 Cd)指標進行分析。

1.2.2 水質分析方法[7]

本文地表徑流水樣指標分析均采用國家標準水質分析方法(表 1)。

表 1 水質分析方法Table 1 The water quality analysis methods

2 結果與討論

長沙市一月份進入梅雨期，降雨主要集中在一月份、二月份和三月份，多年平均降雨量為 1 483.6 mm。本實驗于三月開始，三月八日前一直在降雨，三月八日后出現幾天的晴天，之后有零星的小雨，但未有徑流。直到三月二十日出現大降雨，本實驗收集此次降雨徑流，采樣時間為 60 min。

2.1 水質分析結果

分析結果見表2。

由表2可知，常規污染指標中草地雨水的水質明顯優于其他下墊面徑流雨水水質；重金屬污染中天然雨水水質優于下墊面徑流雨水；天然雨水與各下墊面徑流雨水的污染程度由高到低一次為：校外道路雨水＞校內道路＞屋頂雨水＞天然雨水＞草地雨水。

2.2 不同下墊面徑流水質特征分析

了解掌握城市雨水徑流污染物的特征是控制雨水徑流污染的首要任務。下面對不同下墊面的徑流污染物濃度隨降雨歷時的變化情況進行以下分析。

圖1-圖5表示不同污染物不同下墊面與降雨歷時的關系。

表 2 不同下墊面雨水徑流污染物濃度變化Table 2 Variation range of pollutant concentration of different underlaying surface mg/L

（1）從圖中可以看出，各下墊面雨水徑流污染物濃度隨降雨歷時的變化均較好的符合徑流污染物的沖刷規律：徑流初期污染物濃度很高，但隨著降雨時間的延長污染物濃度逐漸降低并且各自趨于穩定值。

（2）由圖 1 可見，天然雨水徑流中 SS 含量相對較低，這可能與長沙所處的氣候有關；且可知雨水中含有一定營養物質，主要為總氮，濃度在 0.3～5 mg/L 之間，但也隨著降雨歷時的變化而降低；而總磷的含量較低，最高在 0.03 mg/L。

（3）從圖 2、3、4 中可以看出，不同下墊面雨水徑流中各污染物濃度不同。草地坡面雨水徑流水質明顯優于其他下墊面徑流水質，且沒有檢測出TP、TN 含量，這說明草地具有一定的凈化能力，同樣也與植物、土壤對污染物的截留作用有關。而機動車道路雨水徑流水質較差，SS、COD 濃度最高分別達到了 828、638.40mg/L，這主要取決于其路面污染程度；其中校內道路徑流水質略優于校外道路徑流，這可能是因為交通量不同及污染程度不同，使得車輛行駛過程中引起雨水徑流沖刷攜帶能力的加強，及車輛自身帶有的顆粒物質及道路材料縫隙中的物質進入雨水徑流中造成污染物濃度的增加。

（4）圖 5 重金屬 Pb、Zn、Cd 濃度變化可看出：天然雨水徑流中沒有檢測出鉛的含量，然而在草地雨水徑流中測出少量的鉛，這可能與土壤中含有鉛有關，需要進一步研究。屋面的雨水徑流重金屬含量高于其他下墊面的徑流重金屬含量，引起徑流水質的變化的主要是屋面材料的性質，如材料的類型、新舊程度等原因。

圖 1 不同下墊面 SS 隨降雨歷時的關系Fig.1 Relationship of SS of different underlaying surface with rainfall

圖 2 不同下墊面 COD 隨降雨歷時的關系Fig.2 Relationship of COD of different underlaying surface with rainfall

圖 3 不同下墊面 TN 隨降雨歷時的關系Fig.3 Relationship of TN of different underlaying surface with rainfall

圖 4 不同下墊面 TP 隨降雨歷時的關系Fig.4 Relationship of TP of different underlaying surface with rainfall

圖 5 不同下墊面重金屬（Pb、Zn、Cd）隨降雨歷時的關系Fig.5 Relationship of heavy metals（Pb,Zn,Cd） of different underlaying surface with rainfall

2.3 主要徑流污染物相關性分析

為了深入的研究雨水徑流中主要污染物之間的關系，分別對天然雨水、屋面和校內外道路雨水徑流的主要污染物進行相關性分析，選取降雨歷時剛開始時的雨水徑流，見圖6所示。

由圖6可知，對不同下墊面實驗數據進行回歸分析，建立一元線性回歸方程。由回歸方程可知相關系數在 R2=0.67～0.98 之間，說明不同下墊面徑流水質 COD、TP、TN 與 SS 都具有良好的相關關系。同時可以看出徑流水質的污染程度與顆粒物含量的大小有很大關系，這對以后凈化雨水徑流提供了有力方向，可以通過去除懸浮顆粒物質的方法來凈化雨水徑流。

圖 6 圖 6 不同下墊面 COD、TP、TN 與 SS 相關性Fig.6 The correlation of SS and COD,TP,TN of different underlaying surface

3 結 論

（1）長沙城區在一次降雨中，其徑流雨水水質復雜，隨機性強，雨水徑流主要的污染為有機物污染。不同下墊面的初期雨水徑流的污染程度相差較大，天然雨水與各下墊面污染程度由高到低依次為:校外路面雨水>校內道路雨水>屋面雨水>天然雨水>草地雨水。

（2）長沙市雨水徑流污染物質具有一般規律：即初期徑流污染最嚴重，可達到很高的濃度，隨降雨歷時的延長，污染物濃度逐漸下降并趨于穩定；并且與雨水徑流污染物濃度與匯水面的材料性質具有很大的關系，根據不同匯水面污染物濃度也呈現不同；且污染物濃度的降低與降雨量、降雨時間、降雨強度有一定關系。

（3）不同下墊面雨水徑流主要污染物 COD、TN、TP 與 SS 之間存在較好的線性關系。這為以后凈化雨水徑流提供了一定的研究方向。

［1］ 楊愛玲，朱顏明.地表水環境非點源污染研究[J].環境科學進展，1999，7(5):60-66．

［2］ Deletic A B，Maksimovic C T.Evaluation of water quality factors in storm runoff from paved areas[J].J of Envir Engrg ASCE，1998，124(9):869-879 .

［ 3 ］ 趙 劍 強 .城 地 表 流 污 染 與 控 制 [M].北 京 :中 國 環 境 學 出 社 ，2002:,35-38 .

［4］ 車武,等.北京城區屋面雨水污染及利用研究[J].北京：中國給水排水，2001，17(6):57-61 .

［5］ 賀纏生，傅伯杰，陳利頂.非點源污染的管理及控制[J].北京：環境科學，1998，19(5):87-91．

［6］ Darren DraPPer, Rodger Tomlinson and Philip Willimas. Pollutant Concentartion in Road Runoff: Southeast Queenslnad Case Study[J].J.of Envir. Engrg. ASCE 2000，126(4):313-320．

［7］ 魏復盛，齊文啟，華秀.水和廢水監測分析方法[M].北京：國家環境科學出版社，2002:32-154．

Study on Urban Stormwater Runoff Pollution in Changsha City

YUN Wen1，QU Peng-fei1,2
（1. College of Environment Science and Engineering,Chang’an University,Shaanxi Xi’an 710064,China；2. Key laboratory of Subsurface Hydrology and Ecological Effect in Arid Region of Ministry of Education, Chang’an University,Shaanxi Xi’an 710054,China）

It is a critical basis for utilization of rainfall resource and pollution control of runoff in urban area to understand runoff quality and its main influential factors. In this paper, the runoff quality change rule in different underlaying surfaces was analyzed as well as the correlation of main pollutants. The results showed that the rainwater runoff was seriously polluted initially, had high content of pollutants. With runoff time continuing, the pollutant content presented downward trend, and there was a fine linear relation between COD, TP, TN and SS in runoff.

Runoff pollution; Water quality; Underlaying surfaces; Correlation

X 703

： A文獻標識碼： 1671-0460（2014）07-1286-04

2014-05-13

贠汶（1989-），女，甘肅天水人，碩士，長安大學環境工程專業 2012 級在讀研究生，研究方向：大氣污染控制。E-mail：gloria_9799@sina.com。