平原城市降雨徑流污染特征分析

張志強

(衡水學院生命科學學院，河北 衡水 053000)

隨著城市經濟的快速發展，城市不透水路面不斷增加，這種狀況不僅使徑流在質的方面發生了改變，而且在更大程度上增加了徑流的量[1]。由于徑流中攜帶著大量的TSS、營養物質、重金屬、大腸桿菌等污染物，如果直接排入城市河流中，會造成嚴重的水體污染[2-6]。因此，對降雨徑流的研究成為國內外學者研究的熱點問題。學者Lee對多個徑流進行監測，發現不同類型的徑流中各污染物初始沖刷效應存在明顯差異[7]。學者Ma對徑流產生的初期沖刷效應進行研究，發現沖刷效應與土地的利用類型有關，而與集水面積無關[8]。國內學者對徑流的研究相對較晚，主要集中在上海、北京、澳門等經濟相對發達的城市[9-11]，對典型平原城市的研究鮮有報道。本研究選取典型的平原城市衡水為研究區域，通過對平原城市徑流水質監測，得到平原城市徑流污染的基本特征，以期為平原城市徑流污染負荷預測和開展地表徑流污染源區控制提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

衡水市處于華北平原的中南部，氣候屬于典型的溫暖半干旱型大陸季風氣候區，多年平均降水量為522.5mm，其中降雨主要集中在夏、秋兩季，占年降雨量的80%。因此，采樣時間集中在6～9月。根據道路的性質不同，將研究地點分為工業區路面、商業區路面、居民區屋頂及學校區域路面。各采樣點的具體位置見表1。

表1 采樣點設置情況

1.2 樣品采集

分別于2017年6月22日、2017年7月6日、2017年8月18日，對能產生徑流的3場有效降雨進行監測。在各采樣點匯水口采集水樣于聚乙烯瓶中，自徑流起前30min內，每隔5min采集一次；30～60min，每隔15min采集一次；60min以后至徑流結束，每隔30min記錄一次。樣品采集后，迅速送到實驗室進行指標測定。樣品采集的同時，利用自制梯形的采雨器進行雨量測定。

1.3 樣品分析

監測指標包括TSS，TN，TP。根據國家水質檢測標準的要求[12]，TSS采用重量法，總氮的測定采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(HJ 636-2012)，總磷的測定采用鉬酸銨分光光度法(GB 11893-1989)。

1.4 研究方法

由于徑流中污染物的含量受降雨量、集水點特征、污染物本身的性質及降雨前的晴天數等多重因素影響，所以徑流中污染物的濃度隨時間變化很大，通常用次降雨徑流污染物平均濃度EMC，即一場降雨徑流全過程的瞬時污染物濃度的流量加權平均值，來表示在一場降雨的地標徑流全過程排放的某污染物的平均濃度[13]。

2 結果與分析

2.1 不同下墊面徑流中TSS的污染特征

圖1是不同下墊面徑流中TSS的污染特征。從圖1可以發現，不同下墊面TSS的污染程度為：工業區水泥路面(G-1)>商業區水泥路面(S-2)>商業區瀝青路面(S-1)>工業區/交通區瀝青路面(G-2)>學校區域瀝青路面(X-1)>居民區斜面屋頂(J-2)>居民區平面屋頂(J-1)。其中工業區水泥路面徑流污染最為嚴重，達298.73mg/L，主要原因為該下墊面位于橡膠城內，橡膠城內部分布著大大小小的橡膠加工廠，工廠的存在在一定程度上造成了TSS含量過高；另一方面，路經此處的車輛中，大型運輸車輛相對較多，在一定程度上也造成了TSS含量過高。商業水泥路面(S-2)的TSS含量也很高，分析原因為，該下墊面位于商業中心，周邊有信發商廈、浙江村小商品中心、衡水百貨大樓及各種臨街門店，造成了該區域的人流量極大，因此該區域的TSS含量相對較高。與路面下墊面相比，屋頂下墊面的徑流中TSS含量較低，其中斜面屋頂(J-2)和平面屋頂(J-1)的TSS分別為71.19mg/L、52.07mg/L，主要原因是兩個下墊面位于房屋的頂部，人為活動影響較少，TSS主要來源于大氣降塵，造成屋頂下墊面的TSS含量較低。劉守城對在南京市區的研究表明，水泥屋面徑流TSS質量濃度為49.0 mg·L-1，本研究結果與劉守城的研究存在一定相似性[14]。

圖1 不同下墊面TSS的含量

2.2 不同下墊面徑流中TP的污染特征

圖2為不同下墊面徑流中TP的污染特征，從圖2可以發現，不同下墊面徑流中TP平均含量介于0.117～0.208mg/L，其中最大值位于商業區水泥路面(S-2)，最小值位于工業區/交通區瀝青路面(G-2)。如果按下墊面類型進行分析可以發現，路面徑流中TP平均含量大于屋頂徑流中TP平均含量，而路面徑流中TP含量大小分布情況為：商業區水泥路面S-2>商業區瀝青路面S-1>學校區域瀝青路面X-1>工業區水泥路面G-1>工業區/交通區瀝青路面G-2。如果按功能區對徑流中TP含量進行分析，可以發現商業區的TP含量明顯高于其他功能區，分析原因，可能是商業區的人為活動較頻繁、餐飲行業較多，該區域內餐飲所產生的垃圾較多，因此造成商業區域內TP含量明顯高于其他類型。根據《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)規定，III類水中TP含量不超過0.2mg/L，IV類水中總磷含量不超過0.3mg/L，因此，商業區水泥路面(S-2)徑流中TP平均含量符合了IV類水質標準，其他區域徑流中TP含量均符合III類水質。

圖2 不同下墊面徑流中TP的含量

2.3 不同下墊面徑流中TN的污染特征

圖3為不同下墊面徑流中TN的污染特征，從圖3可以發現，不同下墊面徑流中TN平均含量介于6.9～10.71mg/L，其中最大值位于工業區水泥路面G-1，最小值位于學校區域瀝青路面X-1。工業區水泥路面G-1徑流中TN平均含量最高，可能是該區域位于橡膠城內，橡膠城內部分布大大小小的幾十個橡膠企業，周邊存在大量的拆遷房和建筑施工，同時該區域靠近物流園，多種原因造成該區域揚塵較多，外加該區域不屬于主干道，清掃頻率相對較低，因此造成該區域徑流中TN平均含量高于其他區域。根據《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)規定，V類水中TN含量不超過2mg/L，因此，所有類型下墊面徑流中TN平均含量均超過了V類標準。

圖3 不同下墊面徑流中TN的含量

3 結論

(1)不同下墊面徑流中TSS的污染特征不同，其中工業區水泥路面G-1污染最嚴重，居民區平面屋頂J-1最輕。

(2)不同下墊面徑流中TP平均含量介于0.117～0.208mg/L，其中最大值位于商業區水泥路面S-2，最小值位于工業區/交通區瀝青路面G-2。

(3)不同下墊面徑流中TN平均含量介于6.9～10.71mg/L，其中最大值位于工業區水泥路面G-1，最小值位于學校區域瀝青路面X-1。