基于城市雨污污染成分動態(tài)識別的觀測試驗探析

郭嘉麗

(遼寧省沈陽水文局，遼寧 沈陽 110000)

城市暴雨徑流形成過程中，攜帶大量的面源污染進入河道，對河道的水環(huán)境造成一定程度的影響，當前，對于城市面源污染的研究逐步得到國內(nèi)學(xué)者的關(guān)注[1- 5]，在降水過程中，城市不同下墊面的雨污形成特征不同，需要結(jié)合不同下墊面情況分析其雨污形成特征。當前，對于不同下墊面雨污形成特征主要為模型方法[6- 8]和室外觀測試驗[9- 10]兩種方法，第一種模型方法需要實測數(shù)據(jù)進行參數(shù)的率定和驗證，而對于城市而言，不同下墊面的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)有限，因此室外觀測試驗成為分析城市雨污形成特征最為有效的方式。為此本文以遼寧東部某城市為研究實例，結(jié)合室外降水觀測方式，對三類主要下墊面的雨污形成特征進行試驗分析，并對各污染源的主要成分進行動態(tài)識別。

1 觀測試驗方法

1.1 區(qū)域概況

本文以遼寧東部某城市為研究實例，該城市夏季暴雨較為集中，夏季的降水量為400～600mm，區(qū)域內(nèi)主要三類下墊面類型主要為交通干道、園地以及居民生活用地，河道主要水體污染指標為總氮、總磷、氨氮、重金屬、COD、BOD5等。

1.2 試驗采樣步驟

本次室外觀測試驗主要針對區(qū)域8場降水量超過50mm暴雨進行觀測，在交通干道路邊的采樣點主要布設(shè)在路邊的雨水井，園林采樣點主要布設(shè)在草地或林地區(qū)域，居民生活區(qū)采樣點主要分布在生活下水井，每個觀測區(qū)進行2～3個采樣點，由于夏季雨水匯流時間較短，在形成暴雨徑流后的每20min進行一次試驗采樣，暴雨結(jié)束后，每隔30～40min進行一次采樣，由于城市徑流觀測難度較大，為此結(jié)合區(qū)域平均徑流系數(shù)和場次降水量來進行徑流量的計算和表征。

1.3 水質(zhì)監(jiān)測方法選擇

水質(zhì)監(jiān)測的主要指標為氨氮、總磷、總氮、BOD5，氨氮水質(zhì)測定方法選擇重氮偶氮分光光度進、總磷、總氮分別采用鉬酸銨分光光度法和堿性過硫酸鉀紫外分光光度法進行測定，BOD5選擇直接培養(yǎng)方法進行測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同下墊面雨水徑流的污染特征分析

結(jié)合8場雨污觀測試驗，分析城市三類主要下墊面的主要污染氨氮、重金屬、總磷、BOD5的濃度，結(jié)果見表1、圖1。

從試驗結(jié)果可明顯看出城市不同下墊面類型雨污特征差異度較大，對于居民生活區(qū)，其氨氮濃度均高于其他指標，氨氮均值濃度為標準Ⅲ類極限值的5.8倍，是居民生活區(qū)主要污染物來源，居民生活垃圾是居民生活區(qū)氨氮濃度偏高的主因。而對于園林區(qū)域，草地林地施肥作用下使得該類型城市下墊面的總磷偏高，達到Ⅲ類水極限標準的2.5倍。而在交通干道下，其BOD5濃度普遍高于其他幾個水質(zhì)指標，這主要是因為交通干道汽車油體污染所致。圖1中可看出，居民生活區(qū)由于受人類活動影響較大，各污染物總體值高于其他幾個類型的下墊面，園林由于生態(tài)滯留效應(yīng)，使得這類下墊面下的污染物濃度總體偏低。

表1 不同下墊面各雨水徑流事件污染物觀測濃度 單位：mg/L

圖1 不同下墊面污染物濃度變化觀測值

2.2 不同下墊面各污染物Person系數(shù)相關(guān)性分析

為分析城市各下墊面污染物的Person系數(shù)，對居民生活區(qū)、交通干道、草地三類下墊面的4種污染的Person系數(shù)進行試驗分析，見表2～4。

表2 居民生活區(qū)各污染物Person系數(shù)相關(guān)性分析

表3 交通干道各污染物Person系數(shù)相關(guān)性分析

表4 園林各污染物Person系數(shù)相關(guān)性分析

氨氮和BOD5的的Person系數(shù)在0.78以上，達到強相關(guān)，為城市主要的污染成分，總氮、總磷與其他污染物的Person系數(shù)均不高，不是城市的主要污染成分，氨氮和BOD5之間Person系數(shù)較高的原因在于其產(chǎn)生污染的來源相同，均受人類活動影響所致，使得這兩類污染物成為研究區(qū)域的主要污染物成分。

2.3 徑流初期污染過程分析

為對雨污形成過程的特征進行動態(tài)識別分析，結(jié)合兩場降水量較大的場次降水觀測結(jié)果，分析居民生活區(qū)不同污染物的濃度變化過程，兩場降水的初期特征見表5，各污染物濃度變化曲線如圖2所示。

表5 初期兩場降水特征

圖2 居民生活區(qū)污染物隨徑流變化過程

在徑流形成初期，污染物濃度變化較為平穩(wěn)，這主要因為初期徑流較小，隨著徑流運移的污染物較少，因此污染物濃度變化幅度較小。而隨著降雨時間增加，其徑流量也不斷增大，區(qū)域污染物濃度有所降低，污染物濃度降低的幅度逐步較大，各污染物濃度降低幅度在0.23～3.5mg/L之間。可見，在降水徑流的初期時段，暴雨對城市不同來源的面源污染總體具有沖刷作用。而降水徑流后期，污染物濃度總體呈現(xiàn)下降趨勢。

3 結(jié)語

(1)氨氮和BOD5是城市夏季雨污徑流的主要污染成分，居民生活區(qū)由于人類活動影響較其他兩種類型下墊面污染物濃度偏高較為明顯。

(2)暴雨初期，雨水對城市面源污染總體具有明顯沖刷效應(yīng)，可通過利用初期雨水徑流來有效降低進入河道的城市面源污染。

(3)重金屬污染對于河道影響較大，本文還城市夏季雨水徑流的重金屬污染指標進行研究，在以后應(yīng)重點關(guān)注重金屬污染指標的研究。

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