揚(yáng)州市不同功能區(qū)徑流污染負(fù)荷空間分布差異

何湖濱

摘要：隨著點(diǎn)源污染受到明顯控制，非點(diǎn)源污染問(wèn)題帶來(lái)的危害逐漸顯現(xiàn)，已然成為國(guó)內(nèi)外城市水體污染的最主要原因之一。針對(duì)揚(yáng)州市5個(gè)代表性功能區(qū)，根據(jù)河道、管網(wǎng)走向等將其劃分為67個(gè)匯水單元。通過(guò)比對(duì)各個(gè)功能區(qū)各匯水單元污染物負(fù)荷強(qiáng)度空間差異并分析原因，為各個(gè)功能區(qū)面源污染治理提供方案，對(duì)城市面源污染防控及水環(huán)境提升具有重要意義。

Abstract： With the obvious control of point source pollution， the harm caused by non-point source pollution has gradually emerged， and it has become one of the most important causes of water pollution in cities at home and abroad. According to the five representative functional areas of Yangzhou City， it is divided into 67 catchment units according to the river course and pipe network trend. By comparing the spatial differences of pollutant load intensity of each catchment unit in each functional area and analyzing the reasons， it provides a plan for non-point source pollution control in each functional area， which is of great significance for urban non-point source pollution prevention and control and water environment improvement.

關(guān)鍵詞：面源污染；功能區(qū)；污染負(fù)荷；空間分布

Key words： non-point source pollution；functional area；pollution load；spatial distribution

中圖分類號(hào)：X830 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）33-0069-03

0 引言

近年來(lái)，隨著管理力度的加大，污染治理水平的提高，點(diǎn)源污染已得到明顯的控制[1]，非點(diǎn)源污染問(wèn)題日益突出。在我國(guó)太湖、滇池等重要湖泊，非點(diǎn)源污染已經(jīng)成為水質(zhì)惡化的主要原因之一[2]。已有的研究指出，北京和上海的城區(qū)雨水徑流污染占水體污染負(fù)荷的比例分別為12%和20%以上，對(duì)中心建成區(qū)水體超過(guò)50%[3，4]。由于暴雨產(chǎn)生的徑流對(duì)地表有著更強(qiáng)勁的沖刷作用，大量污染物在暴雨徑流的沖刷下從地表向水體遷移，徑流中污染物濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)非暴雨期。武漢漢陽(yáng)區(qū)一次暴雨徑流全過(guò)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示降雨徑流中TSS、COD、TP和TN的平均濃度分別為601.1、299.2、0.88和12.26mg/L[5]。

經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，水質(zhì)型缺水成為當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一大瓶頸，加強(qiáng)對(duì)暴雨洪水的利用顯得尤為重要[6]。暴雨徑流中污染物的遷移及時(shí)空分布特征研究對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)價(jià)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生的原因，選擇有效的污染控制措施至關(guān)重要。本文通過(guò)計(jì)算暴雨事件中揚(yáng)州市不同功能區(qū)降雨徑流中污染物的徑流事件平均濃度，繪制年降雨徑流污染負(fù)荷空間差異圖，對(duì)各個(gè)功能區(qū)制定相對(duì)應(yīng)的治理措施，可以為城市面源污染防控和水環(huán)境治理提供依據(jù)和支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

近年來(lái)，城市水環(huán)境污染已經(jīng)成為揚(yáng)州水生態(tài)文明發(fā)展的瓶頸，而降雨徑流污染是導(dǎo)致城市水環(huán)境惡化的主要因素[7]。本文選擇揚(yáng)州人口密集、水環(huán)境問(wèn)題較為突出的“一河兩片”地區(qū)（即古運(yùn)河和古運(yùn)河以西，儀揚(yáng)河為界南、北兩片區(qū)）作為研究區(qū)域，主要位于邗江和廣陵兩個(gè)行政區(qū)（圖1A）。該區(qū)域多年平均氣溫15.9，多年平均年降水量為1043.4mm。

1.2 功能區(qū)及匯水單元?jiǎng)澐?/p>

根據(jù)揚(yáng)州區(qū)域服務(wù)功能、土地利用現(xiàn)狀以及《城市土地集約利用潛力評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程（試行）》中對(duì)不同功能區(qū)的定義將研究區(qū)劃分為五個(gè)功能區(qū)：旅游區(qū)、城市居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、城鄉(xiāng)結(jié)合區(qū)和農(nóng)田區(qū)。綜合研究區(qū)域內(nèi)土地利用類型、地下排水管網(wǎng)分布、河網(wǎng)水系組成等（圖1B），將研究區(qū)域五個(gè)功能區(qū)進(jìn)一步劃分為共67個(gè)匯水單元（圖1C）。

1.3 徑流監(jiān)測(cè)及污染負(fù)荷估算

選擇2017年8月?lián)P州市典型暴雨進(jìn)行降雨徑流過(guò)程同步監(jiān)測(cè)，降雨初期一小時(shí)降雨量為23mm，24小時(shí)降雨量為63.5mm（08時(shí)-08時(shí)），滿足國(guó)家防汛辦《防汛手冊(cè)》規(guī)定的凡24小時(shí)的累計(jì)降雨量超過(guò)50mm者定為暴雨的標(biāo)準(zhǔn)。在降雨過(guò)程的前30min內(nèi)，根據(jù)降雨強(qiáng)度，每隔3～5min采樣一次；30～60min內(nèi)，每隔10min采樣一次；60min之后，降雨徑流污染物濃度趨于穩(wěn)定，每隔30min采樣一次直至降雨徑流結(jié)束，并全程記錄樣品的起止時(shí)間。不同下墊面同時(shí)收集15～20個(gè)水樣，采樣完成后帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，具體分析指標(biāo)包括總氮（TN）、總磷（TP）、氨氮（NH3-N）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）和總懸浮物（TSS），檢測(cè)方法參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法（第四版）》[8]。

本研究中污染物濃度用徑流事件平均濃度（EMC）來(lái)衡量，EMC的計(jì)算公式如下所示：

式中，cn為第n個(gè)時(shí)間段所測(cè)污染物的濃度，mg/L；qn為第n個(gè)時(shí)間段的徑流量，m3；一般按兩個(gè)樣品采集時(shí)間間隔的中間值劃分流量區(qū)間；N為時(shí)間分段數(shù)。

降雨徑流污染負(fù)荷是指一場(chǎng)降雨或多場(chǎng)降雨所引起的地表徑流排放的污染物總量，計(jì)算公式如下：

式中，0.001為單位轉(zhuǎn)換系數(shù)；Ri為第i場(chǎng)降雨的徑流系數(shù)；Pi為第i場(chǎng)降雨的降雨量，mm；A為集水區(qū)面積，km2。

2 結(jié)果與分析

研究區(qū)域各個(gè)匯水單元的年徑流污染負(fù)荷強(qiáng)度空間分布如圖2所示，從圖中的空間展布趨勢(shì)可以看出，TP和TSS負(fù)荷強(qiáng)度的空間分布類似，都呈現(xiàn)以商業(yè)區(qū)為中心，向兩邊逐漸減小的趨勢(shì)，且北片均要高于南片。以TSS負(fù)荷為例，各個(gè)功能區(qū)各匯水單元平均污染負(fù)荷強(qiáng)度排序依次為商業(yè)區(qū)（1087.12～1962.33kg·（hm2·a）-1）>城鄉(xiāng)結(jié)合區(qū)（260.24～1962.33kg·（hm2·a）-1）>城市居民區(qū)（401.07～1468.36kg·（hm2·a）-1）>旅游區(qū)（173.56～1087.12kg·（hm2·a）-1）>農(nóng)田區(qū)（173.56～401.07kg·（hm2·a）-1）。其中，TN和NH3-N分布較為均勻，有個(gè)別匯水單元污染負(fù)荷強(qiáng)度較高，CODMn負(fù)荷強(qiáng)度空間分布與TSS相反，呈現(xiàn)南片高于北片的趨勢(shì)。

不同功能區(qū)各種污染物年負(fù)荷強(qiáng)度空間分布呈現(xiàn)一定規(guī)律。TP和TSS的負(fù)荷強(qiáng)度空間分布類似，這是因?yàn)門P主要賦存于顆粒物上，而TSS主要就是以顆粒態(tài)形式存在。從空間分布來(lái)看，這兩種污染物在南片各匯水單元的負(fù)荷強(qiáng)度均低于北片，主要原因是農(nóng)田區(qū)為待開發(fā)區(qū)域，未開發(fā)土地占比較高，綠地覆蓋面積較大，僅有部分區(qū)域集中分布工廠，其余以民房居多，人口密度小，車輛活動(dòng)較弱，所以相比于其他四個(gè)功能區(qū)，其TP和TSS負(fù)荷強(qiáng)度更低。相比之下，商業(yè)區(qū)受車輛行駛及人類出行的影響最大，所以其TP和TSS的負(fù)荷強(qiáng)度相對(duì)最高。

在TP負(fù)荷強(qiáng)度空間分布圖中，旅游區(qū)#1和#8匯水單元以及城市居民區(qū)#15匯水單元污染物負(fù)荷強(qiáng)度明顯高于其他單元，這是因?yàn)槁糜螀^(qū)屋頂徑流中TP的EMC相對(duì)較高，在#1和#8單元中，建筑物面積占比分別高達(dá)55.30%和46.30%，而城市居民路面TP的EMC較高，在#15單元中，道路面積占比達(dá)41.30%。由于在計(jì)算降雨徑流污染負(fù)荷強(qiáng)度過(guò)程中，需要結(jié)合各個(gè)匯水單元的下墊面情況計(jì)算不同產(chǎn)污量，所以不同的下墊面比例會(huì)影響整個(gè)匯水單元污染負(fù)荷強(qiáng)度的估算值。

CODMn的負(fù)荷強(qiáng)度空間分布圖與TP、TSS呈現(xiàn)的趨勢(shì)剛好相反，南片污染物負(fù)荷強(qiáng)度高于北片，這是因?yàn)槟掀瑢儆谵r(nóng)田區(qū)，由于生活、生產(chǎn)方式的不同，降雨過(guò)程中，化肥、動(dòng)物糞便等溶于降雨徑流中，使得有機(jī)污染物含量增加。在TN、NH3-N和CODMn圖中，農(nóng)田區(qū)#52和#64匯水單元污染物負(fù)荷強(qiáng)度均較高，可能與該處有一個(gè)小型工業(yè)區(qū)以及群聚宿舍樓有關(guān)，晴天居民飲食過(guò)程中丟棄的垃圾和餐飲垃圾，廚余廢水隨處傾倒會(huì)增加相關(guān)污染物污染風(fēng)險(xiǎn)[9]。

3 結(jié)語(yǔ)

研究區(qū)域TP與TSS的污染負(fù)荷強(qiáng)度空間分布呈現(xiàn)北片高，南片低的總體趨勢(shì)，且北片以商業(yè)區(qū)為中心，向兩邊逐漸遞減，CODMn負(fù)荷呈南片農(nóng)田區(qū)高于北片。在人口居住密度較大城市居民區(qū)和商業(yè)區(qū)開展綠色屋頂建設(shè)，可有效降低區(qū)域TP和TSS污染風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)農(nóng)田區(qū)進(jìn)行農(nóng)村管網(wǎng)鋪設(shè)規(guī)劃，可以減少雨水的直排入河，截流并將初期雨水輸送至污水處理廠處理，可以降低雨水徑流對(duì)河道等受納水體的影響。

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