臨安區主干道路路面降雨徑流污染負荷

洪家興 朱方倫 苗涵倩 龔苗苗 許振波 方曉波

[摘 要]本文通過對臨安城區主干街道中武肅街、吳越街、衣錦街、城中街和萬馬路5個監測點3次降雨徑流過程水樣的采集，分析測試了降雨徑流中典型污染物總磷（TP）、總氮（TN）、氨氮（NH4+-N）、化學需氧量（CODcr）的污染濃度，估算了降雨徑流污染負荷。結果表明：臨安城區主干道路基于EMC平均值的TP、TN、NH4+-N、CODcr年降雨徑流污染負荷分別為：1.61t、52.77t、3.43t、1067.92t，削減量分別達到1.13t/a、50.75t/a、0.95t/a、1027.77t/a才能滿足地表水Ⅲ類水質標準。建議通過雨污分流、完善排水體制、加強工業企業的污染源頭控制等措施，減少降雨徑流污染負荷。

[關鍵詞]臨安城區;路面降雨徑流;污染負荷

[中圖分類號]X52 [文獻標識碼]A

近年來，臨安經濟發展迅速，但同時也受到杭州城市擴張、周圍工業區帶來的環境問題的影響，大氣沉降、城市交通、建筑活動等不僅影響空氣質量，還會通過降雨徑流污染水體。因此，本研究對臨安主城區的主干街道降雨徑流進行采集，分析常規污染物的負荷及影響，以期為中小城市非點源污染控制與治理提供依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

臨安區總面積3126.8平方千米，境內以丘陵山地為主，地勢自西向東南傾斜，立體氣候明顯。根據王濤等人對臨安近50年降水量變化特征的分析，全年降水量主要集中在汛期5-9月，占年均降雨量的一半左右，降水最多的月份為6月，其次是7、8月，11、12月降水則偏少，年均降水量1613.9毫米，降水日158天，無霜期年平均為237天。臨安城區主干道路路基材料以瀝青為主，錢王大街等小部分道路路基材料為鋼筋混凝土，本研究采用平均寬度計算道路面積。臨安主干道路的總面積約為1.553 km2，占臨安主城區面積的比例約為0.35%。

1.2 樣品采集

開始下雨后，當地表徑流形成后，立即用預先洗凈、做好標記的塑料瓶采集地表徑流。每個采樣點間隔10min、10min、30min、30min共采集5個水樣，并在1℃-4℃溫度下避光保存，24h內完成樣品分析。

1.3 樣品分析

COD采用《水質化學需氧量的測定重鉻酸鹽法》（HJ 828-2017）測定?？偭撞捎谩端|總磷的測定流動注射-鉬酸銨分光光度法》（HJ 671-2013）測定。氨氮采用《水質氨氮的測定納氏試劑分光光度法》（HJ 535-2009）測定?？偟捎谩端|總氮的測定堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》（HJ 636-2012）測定。

1.4 污染負荷計算方法

場次降雨徑流污染負荷是指：由一場降雨所引起的地表徑流排放的污染物總量?？捎孟率接嬎悖?/p>

其中：L——降雨徑流的污染負荷（g）;

ct——降雨徑流中某污染物在t時的瞬時濃度（mg/L）;

Qt——降雨徑流在t時的徑流流量（m3/s），可用下式計算：

Q=ΨqF（m3/s）

式中：Ψ--徑流系數，取0.9;

F--匯水面積（m2）;

q--降雨強度，本文中簡化為降雨量與降雨歷時的比值。

tr——降雨徑流形成的總歷時（s）。

由于地表徑流排放污染物負荷的隨機性，使得單次降雨徑流污染物負荷的代表性很差，所以通常采用年徑流污染負荷Ly，并利用下式計算：

其中，EMCi——第i場降雨徑流的污染物濃度;Pi——第i場降雨的降雨量，mm;

A——集水區面積，km2。

EMC是一場降雨徑流全過程的瞬時污染濃度的流量加權平均值，即一場降雨引起的路面徑流中污染物的總負荷除以總徑流量。可由下式計算：

其中：Cj——第j時段所測的污染物的濃度，mg/L;

Vj——第j時段的徑流量，m?。

2 結果與分析

2.1 場次降雨特征

本研究3場降雨基本特征見表1。

由表1可知，其中2017年9月20日和2018年1月21日的兩場降雨為中雨，2017年11月13日的降雨為小雨。

2.2 降雨徑流EMC值

2017-09-20、2017-11-13、2018-01-21三次降雨中，臨安區主干道路降雨事件道路徑流常規污染物（總磷（TP）、總氮（TN）、氨氮（NH4+-N）和化學需氧量（CODcr））EMC計算結果見表2。

由表2可知，不同采樣日期的各常規污染物EMC值具有明顯差異。9月20日，TP EMC值范圍為0.007～0.33mg/L，TN EMC值范圍為0.38～0.625 mg/L，NH4+-N EMC值范圍為0.067～0.73 mg/L，CODcr EMC值范圍為99.32～151.48 mg/L;11月13日，TP EMC值范圍為0.12 ～ 0.16mg/L，TN EMC值范圍為4.89 ～ 7.58 mg/L，NH4+-N EMC值范圍為0.37 ～ 0.59 mg/L，CODCr EMC值范圍為161.68 ～ 316.48 mg/L;1月21日，TP EMC值范圍為0.24 ～ 0.49mg/L，TN EMC值范圍為5.35 ～ 18.68 mg/L，NH4+-N EMC值范圍為0.36 ～ 0.83 mg/L，CODCr EMC值范圍為62.13 ～ 152.00 mg/L。與地表水中的Ⅲ類水質標準進行比較，不難發現三次道路降雨徑流TN和CODcr EMC均值均超過地表水質標準，TP只有在2018年1月21日超標，NH4+-N則均未超標。建議在今后針對降雨徑流的面源污染控制中，應重點加強對TN和CODcr的污染控制。

2.3 臨安區主干街道降雨徑流污染負荷

采用本文中降雨徑流污染負荷計算方法，以每場降雨的EMC平均值為基礎，對本研究中三場降雨徑流污染負荷進行計算，基于每場降雨徑流EMC平均值的降雨徑流污染負荷特征如下：2017年9月20日，TP、TN、NH4+-N、CODcr降雨徑流污染負荷分別為0.0045t、0.1253t、0.0114t、4.0577t;2017年11月13日，TP、TN、NH4+-N、CODcr降雨徑流污染負荷分別為0.001t、0.0427t、0.0033t、1.4551t;2018年1月21日，TP、TN、NH4+-N、CODcr降雨徑流污染負荷分別為0.0092t、0.2865t、0.0141t、2.4253t。從污染負荷量的角度出發，認為臨安城區主干道路每單場降雨地表徑流污染物對于地表水污染負荷的貢獻大小依次為：COD>TN>NH4+-N>TP;三場降雨的TP、TN、NH4+-N、CODcr污染總負荷大小分別為0.015t、0.455t、0.029t、7.938t，三場降雨城區主干道路地表徑流污染總負荷大小次序與單場降雨完全一致，依次為COD>TN>NH4+-N>TP。對比9月與1月，9月降雨量大于1月，各監測指標污染濃度小于1月，而1月污染負荷大于9月，說明EMC對污染負荷的影響大于降雨量。

2.4 污染負荷削減分析

道路降雨徑流進入地表水體的污染物濃度超過地表水相應的水環境功能區標準，則更容易導致水質惡化。錦溪和苕溪是穿臨安境而過的主要河流，由浙江省環保廳、浙江省水利廳2016年編制的《浙江省水功能區水環境功能區劃分方案》可知，臨安境內錦溪與苕溪都可歸屬于Ⅲ類水質。根據氣象局天氣記錄，臨安多年平均降雨量為1613.9mm。以臨安區多年平均降雨量為基礎，分別計算了基于地表水Ⅲ類水質標準和EMC平均值的降雨徑流年污染負荷量。

臨安區主干道路基于地表水Ⅲ類水質標準的TP、TN、NH4+-N、CODcr年降雨徑流污染負荷分別為：0.5 t/a、2.51 t/a、2.51 t/a、50.13 t/a，而基于EMC平均值的TP、TN、NH4+-N、CODcr年降雨徑流污染負荷分別為：1.61 t/a、52.77 t/a、3.43 t/a、1067.92 t/a。TP、TN、NH4+-N、CODcr四種常規污染物基于EMC平均值的年污染負荷均超過基于地表水Ⅲ類水質標準的年污染負荷，TP、TN、NH4+-N、CODcr年污染負荷超標量分別為1.13 t/a、50.75 t/a、0.95 t/a、1027.77 t/a，其中TN、CODcr超標達到20倍以上。降雨徑流如果不加處理，直接排放進入河流會對受納水體造成較大污染，甚至破壞生態平衡，管理部門需重視降雨徑流引起的面源污染控制工作。

3 結論

為有效減少降雨徑流引起的面源污染，本文提出以下幾點建議：第一，大力推進雨污分流，完善排水體制，加強河岸緩沖帶建設，以降低地表徑流對受納水體的污染;第二，應針對商業區流動商販提出切實有效的整治措施，規范廢棄物的去向，減少對地表徑流產生污染。第三，在城市建設時可以參考低影響開發（LID），基于源頭控制和延緩沖擊負荷，構建與自然相適應的排水系統，減少降雨徑流引起的面源污染。

[參考文獻]

[1] 常靜，劉敏，許世遠，等.上海城市降雨徑流污染時空分布與初始沖刷效應[J].地理研究，2006（06）.