沈阳市降雨径流污染物排放特征

城市降雨径流作为污染物迁移转化的主要驱动力,是城市非点源污染研究的热点和重点。本文以沈阳市典型区域为例,研究了坡顶屋面、平顶屋面和路面3种下垫面降雨径流的总悬浮颗粒物(TSS)、总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)和主要重金属(Cd、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn)共10种污染物的排放特征。结果表明:污染物的浓度峰值提前于径流峰值;路面径流的污染程度重于屋面径流,TN是屋面径流的主要污染物,TSS、TN、TP、Pb和Cr则是路面径流的主要污染物,TSS超过了国家污水二级排放标准,其余污染物均超过了国家V类地表水标准;径流中TSS与除TN以外的其他8种污染物有较强相关性,氮、磷营养元素与降雨量和雨强大小呈显著正相关,COD则易随着降雨时间的延长而逐渐释放到径流中;与其他国家和城市对比发现,沈阳屋面径流中TSS、TN、TP和COD较少,但却有一定的重金属污染;路面径流中TSS和TP浓度较高,但TN和COD浓度较低,且重金属中Pb、Cr、Cu和Zn的污染较严重。     

城市不同下垫面的降雨径流污染

当点源污染被有效控制后,面源污染成为城市水质恶化的主要原因之一。屋面和路面等不透水面以及绿地是城市的3种主要下垫面形式。当暴雨产生时,各种下垫面特别是屋面和路面上汇聚大量污染物质产生径流,对城市生态环境造成严重的污染。以文教区为例,对屋面、路面、草坪的径流水质进行了监测,指标包括pH、悬浮固体(SS)、化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)和生化需氧量(BOD5)等。比较分析发现,3种下垫面类型的径流水质均较差,COD、TN、TP、BOD5平均浓度超过地表水环境质量Ⅴ级标准。COD、TN和TP浓度与SS含量之间相关性较好,相关系数可达0.85以上。径流中污染物浓度受多个因素的影响,其中降雨量和降雨强度是两个重要因素,雨强越大,雨水对城市下垫面的冲刷就越强;在相同的污染物累积量条件下,降雨量越大,径流中污染物浓度越低。     

城市区域绿色屋顶普及对水量水质的影响

绿色屋顶是城市降雨径流管理的主要措施之一,为了解绿色屋顶普及对城市流域降雨径流量和径流水质的影响,本文以重庆大学虎溪流域为研究载体,评估了绿色屋顶规模化应用与流域降雨产流和径流水质的响应关系.结果表明： 在城市流域进行屋面绿化有助于消减降雨径流以及产污负荷,且屋顶绿化规模和空间分布情景影响降雨径流水质.在屋顶占城市区域总面积的比例为25%、降雨持续时间15 min、降雨强度14.8 mm·h^-1的条件下,当区域内屋顶全部绿化时,峰值降雨径流降低5.3%,降雨径流总量降低31%;总悬浮物（TSS）、总磷（TP）、总氮（TN）的污染负荷分别降低40.0%、31.6%、29.8%,峰值浓度分别降低21.0%、16.0%、-12.2%,平均浓度分别降低13.1%、0.9%、-1.7%;随屋顶绿化率的增加,TSS、TP浓度消减率有所提高,而TN浓度消减率则呈降低趋势,靠近流域总出水口进行屋面绿化,更有利于径流水质的改善.     

滤渠-塘组合系统对城市旅游区降雨径流污染的离线截控作用

提出了一种控制城市旅游区降雨径流污染的滤渠-塘离线组合处理系统,并研究了该系统对降雨径流污染的离线截控作用.结果表明:无论从单次降雨事件还是从年度上分析,该系统通过有效地分流初期污染降雨径流,均可降低降雨径流中污染物的浓度和体积平均粒径,并对降雨径流中污染物的负荷具有较高的持留效率,是一种高效的处理系统,比较适用于土地利用相对紧张的城镇区域.2005年该系统对降雨径流中总悬浮物(TSS)、化学需氧量(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)负荷的年持留率分别达到86.4%、85.5%、83.9%和82.9%.以2005年6月26日的次降雨事件为例,该系统对降雨径流水量的削减率为67.9%,对污染物中各种形态氮的去除效率高于磷,对TSS、COD、TN和TP负荷的持留率分别为97.0%、89.2%、94.9%和96.2%.该系统还可以有效地拦截降雨径流中的大部分颗粒物.     

基于SWMM模型的沈阳典型小区非点源污染情景模拟

随着城市化发展,城市非点源污染占流域非点源污染比例不断增加,正成为研究的热点和难点。本研究基于实测和分布式水文模型SWMM结合方法,在3S技术的支撑下,以沈阳市典型居民小区为例,构建城市非点源污染负荷计算模型,并分析了不同降雨事件重现期和雨型条件下降雨径流及非点源污染负荷变化特征。结果表明,构建的SWWM模型精度较高,纳什效率系数(NSE)达到了0.7以上;TSS、TN、TP和COD的模拟精度较好,对重金属的模拟效果较差。降雨量增加对污染排放影响显著,降雨量由0.25年一遇增加到5年一遇,径流量增加了274.13%,同时TSS、TN、TP和COD分别增加了83.18%、119.37%、103.15%和78.07%;不同雨型降雨对污染浓度峰值产生过程存在影响,雨峰越靠前,污染物的峰值浓度越大。本研究结果能够对城市非点源污染负荷核算和海绵城市建设提供科学依据。     

草坪系统对城市降雨初期径流氮污染控制作用

为了控制城市旅游区降雨径流污染,在武汉动物园鹿苑区构建草坪系统,研究了草坪系统对城市降雨初期径流氮污染的控制与持留作用。结果表明：草坪系统使预处理后降雨径流中的总氮（TN）、溶解态总氮（DN）和铵态氮（NH₄⁺-N）浓度分别降低16.0％、13.9％和75.6％;草坪系统对氮素的持留率为NH₄⁺-N>90%、TN、DN>65％、硝态氮 (NO₃^--N)>5％;水力负荷显著影响TN出水浓度和处理效率,进水浓度相近、水力负荷从3.3 cm·d^-1升高到8.3 cm·d^-1,TN去除率由28.0%降低至19.8%;草坪宽度影响污染物出水浓度,NH₄⁺-N浓度随着草坪宽度增加而下降,而NO₃^--N浓度变化趋势与之相反,DN在流程10 m处出现最低值。草坪系统在净化降雨初期径流的同时利用了营养盐和水资源,降低了草坪维护的水肥投入。     

沈阳市降雨径流初期冲刷效应

研究探讨城市降雨径流的初期冲刷效应对于城市水环境治理和水污染防治具有重要意义。以沈阳市典型区域为例,对坡顶屋面、平顶屋面和路面3种典型下垫面的降雨径流进行了监测,分析的污染物包括总悬浮颗粒物(TSS)、总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)和主要重金属(Cd、Cr、Cu、Ni、Zn)。利用M(V)曲线和污染物初期冲刷率(MFF₃₀),分析了不同降雨径流事件的初期冲刷强度和发生强冲刷、弱冲刷的概率。结果显示:研究区较易产生初期冲刷现象,约有50%-90%的降雨事件能产生初期冲刷现象。3种下垫面发生初期冲刷的强度依次是:平顶屋面>坡顶屋面>路面。降雨历时和干期长度与初期冲刷效应具有正相关关系,降雨量和降雨强度与初期冲刷先是正相关关系,但当稀释效应大于冲刷效应时,呈现负相关关系。重金属污染物较容易发生初期冲刷现象,而TN易发生强初期冲刷。     

污染物在农田溪流生态系统中的动态变化

氮是地表水体发生富营养化的主要因子,河流系统是氮输出的主要运移通道,养分在河流生态系统中的持留和趋向控制着污染物的输出。以巢湖流域一个受人为活动严重影响的农田源头溪流——六岔河为研究对象(包括4个渠道型、1个水塘型和3个河口型断面,对应长度分别为1．3km、0．15km和0．36km),设置9个监测点研究总氮(TN)、硝酸盐(NO3-N)、氨态氮(NH4^ -N)和总悬浮物(TSS)在溪流生态系统中的持留,评价人为严重干扰下的农田溪流生态系统在非点源污染物运移中的生态功能。结果表明：TN、NO3-N、NH4^ -N和TSS在溪流中的持留、释放受溪流的河流形态影响,水塘型和河口型断面是污染物持留的主要区域;TN、NO3-N、NH4^ -N和TSS在水塘型和河口型断面内的持留量分别占溪流持留量(基流、径流持留量的和)的61％、47％、75％和56％。降雨-径流过程中发生的持留是污染物持留的主要部分,TN、NO3-N、NH4^ -N和TSS的持留量分别占溪流持留量的93％、97％、89％和96％;渠道型断面是溪流最主要的内在污染源,污染物释放量占溪流释放量的90％以上;受水塘型断面出口处的水坝影响,位于水塘前的渠道型断面在基流和降雨-径流过程中均有效地持留污染物,而其余渠道型断面在不同水文条件下呈现出不同的持留特性。非点源污染物在溪流中的持留和释放的空间动态变化是溪流生态系统对自然和人为干扰的一种综合响应,有必要恢复溪流生态系统功能,控制农业非点源污染。     

大型溞引导的沉水植被生态修复对滴水湖水质的净化效果

2007年4月-2008年1月,在滴水湖D港中段长950m(水量为10000m3)的修复区内投放大型溞(Daphnia magna),以滤除水华藻类等颗粒有机物,然后移栽伊乐藻、苦草、轮叶黒藻、光叶眼子菜和菹草等沉水植物,逐月监测水体中总氮(TN)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、亚硝态氮(NO2--N)、总磷(TP)、活性磷酸盐(PO43--P)和COD等水质指标,分析沉水植被栽培对滴水湖水体水质的净化效果.结果表明:试验期间,修复区水体TN、TP、NO3--N、NO2--N、NH4+-N、PO43--P和COD显著低于对照区(P0.01),溶解氧(DO)增加了50.4%,水体透明度(SD)平均在3.4~3.7m,水质达到国家Ⅱ~Ⅲ类地表水水质标准;2008年3月应用已构建的沉水植被群落对富营养化流水水体水质进行净化试验,7d后修复区流水水体除BOD外,TN、TP、NO3--N、NO2--N、NH4+-N、PO43--P和COD均显著降低(P0.01),DO增加了17.98%,SD提高了30cm.利用大型溞控藻后移栽沉水植物对滴水湖水体水质的净化效果十分显著.     

重庆典型地区大气湿沉降氮的时空变化

验连续3a采集雨样研究了重庆市郊区和林区大气湿沉降氮的时空变化.结果表明,重庆市近郊区、远郊区和林区3个采样点雨水总氮浓度范围为(3.94±0.50)～(4.56±1.01)mg L-1,平均(4.27±0.73)mg L-1.NH+4-N、NO-3-N和DON占TN百分比例分别为44.9%、27.4%和27.5%.降雨中NH+4-N对氮沉降量的贡献率最大.在时间尺度上,不同季节降雨中氮浓度呈现明显的季节性差异,以冬季最高,依次是夏季、春季和秋季.在空间分布上,近郊区、远郊区和林区的TN平均浓度分别为4.56 mg L-1、4.32 mg L-1和3.94 mg L-1,从近郊区到林区有逐渐降低的趋势.降雨中的NH+4-N、NO-3-N、DON和TN浓度与降雨量无显著相关性.但是,降雨量与氮沉降量呈显著正相关.大气氮湿沉降时空差异与降雨量和氮排放直接相关.重庆市随降雨到达地面的氮沉降量较高,远远超过了水体负荷的临界值,可能对三峡库区的水资源产生不利影响.     

亚热带季风区城市典型绿化屋顶的径流削减效应

屋顶绿化能够削减暴雨径流,降低城市内涝发生频率,促进可持续雨洪管理。针对亚热带季风气候区典型绿化屋顶的全年径流削减效应,以南京为研究区,以简易型、花园型两类绿化屋顶为研究对象,基于1年现场观测数据及水量平衡方程,分析屋顶雨水的滞蓄、蒸发与径流量随季节变化规律及其关键影响因子,采用SCS-CN模型计算绿化屋面的径流曲线数(CN),并估算城市尺度大面积屋顶绿化的暴雨径流削减效果。结果显示,简易型、花园型绿化屋顶全年径流削减率分别为42%和60.7%;径流削减效应的四季排序为春季冬季秋季夏季,平均径流削减率依次为78.6%、47.5%、33.2%、32.9%(简易型)及98%、84.3%、49.5%、48.1%(花园型);土壤基质层对雨水截留起主导作用,分别占径流削减总量的52%和62%;雨量和雨强是影响径流削减效应的关键因子,与径流削减率均呈显著负相关关系(P0.01),初始土壤湿度与简易型绿化屋顶的径流削减率呈显著负相关(0.01P0.05),但与花园型的径流削减率无显著相关性;基于全年77次降雨事件的降雨量-径流量数据测算得到简易型和花园型绿化屋顶的CN值分别为92和88;若南京主城区所有建筑屋顶面积的60%实施两类绿化,则其全年径流量可分别削减2.8×10~7 m~3和4.2×10~7 m~3。以上研究结果可为城市雨洪管理和海绵城市建设提供科学依据。     

高度城市化地区屋顶绿化径流调控效益评价——以厦门岛为例

屋顶绿化的降雨径流调控效益对城市水安全与可持续发展具有重要作用,尤其是在土地资源紧缺与环境问题突出的高度城市化地区,然而目前针对城市尺度进行屋顶绿化降雨径流调控效益的研究较少。以厦门岛142 km~2的典型高度城市化地区为研究对象,采用ArcGIS与SCS-CN水文模型,研究了四种屋顶绿化实施场景在四种不同重现期(2、5、10、20年)降雨事件下各汇水区屋顶绿化的降雨径流调控效益,并依其空间分异特征制定差异化生态建设策略。结果显示,(1)平均地表径流减少率随城市屋顶绿化量的增加从0.91%增加至4.51%,随降雨强度的增加从2.86%下降到2.01%。屋顶绿化对南部城市核心区中山路商圈汇水区的地表径流削减作用最为显著,在2年重现期降雨事件和100%屋顶绿化实施场景下地表径流减少了8.84%。(2)厦门岛易积水区域主要分布在高崎机场、西北部港口、筼筜湖、五缘湾和环岛路;在四种屋顶绿化实施场景下,平均积水深度降低1.68、4.68、6.45、14.43 cm,平均积水面积减少6.11、16.89、23.29、52.06 hm~2,而随着降雨强度的增加,积水面积减少率幅度降低,屋顶绿化对中低...     

Green roof performance towards management of runoff water quantity and quality: A review

This review paper addresses the role of green roofs in urban drainage considering both management of water quantity and quality. Results from investigation of full scale installations as well as from laboratory models are reviewed. The following factors affecting runoff dynamics from green roofs are discussed: type of green roof and its geometrical properties (slope); soil moisture characteristics; season, weather and rainfall characteristics; age of green roof; vegetation. Design parameters as suggested by different authors are also reviewed. Factors which affect influence of a green roof on runoff water quality are discussed in general terms followed by the review of data regarding concentrations of phosphorus, nitrogen, and heavy metals in green roof runoff, its’ pH, and first flush effect. Linking among fertilization, runoff pollution and vegetation development is given a particular focus. The review indicates clearly that there is a need for more research into a green roof performance in an urban environment. The differences measured by few existing studies between the early years performance of green roofs and the later years indicate a need for long term monitoring of green roofs.     

绿色屋顶径流调控研究进展

绿色屋顶在屋顶径流调控方面发挥着重要作用,能够有效减少径流量、延缓产流时间、降低径流峰值和改善径流水质.本文从绿色屋顶的分类及界定、绿色屋顶对径流的调控机制、绿色屋顶对径流量和水质的调控作用及其影响因素等方面阐述了国内外的研究现状,并从绿色屋顶植物的选择、高效绿色屋顶构建模式筛选、绿色屋顶径流调控规律研究、绿色屋顶截流能力的价值评估、绿色屋顶径流污染物的源 汇解析及缓解措施等方面提出了绿色屋顶径流调控的研究趋势,以期为城市绿色屋顶的建设提供理论和方法支持.     

Effect of a modular extensive green roof on stormwater runoff and water quality

Runoff quantity and quality from a 248 m² extensive green roof and a control were compared in Connecticut using a paired watershed study. Weekly and individual rain storm samples of runoff and precipitation were analyzed for TKN, NO₃ + NO₂-N, NH₃-N, TP, PO₄-P, and total and dissolved Cu, Pb, Zn, Cd, Cr, and Hg. The green roof watershed retained 51.4% of precipitation during the study period based on area extrapolation. Overall, the green roof retained 34% more precipitation than predicted by the paired watershed calibration equation. TP and PO₄-P mean concentrations in green roof runoff were higher than in precipitation but lower than in runoff from the control. The green roof was a sink for NH₃-N, Zn, and Pb, but not for TP, PO₄-P, and total Cu. It also reduced the mass export of TN, TKN, NO₃ + NO₂-N, Hg, and dissolved Cu primarily through a reduction in stormwater runoff. Greater than 90% of the total Cu, Hg, and Zn concentrations in the green roof runoff were in the dissolved form. The growing media and slow release fertilizer were probable sources of P and Cu in green roof runoff. Overall, the green roof was effective in reducing stormwater runoff and overall pollutant loading for most water quality contaminants.     

北京城市绿地调蓄雨水径流功能及其价值评估

随着城市化进程的加快,城区不透水面积急剧增加,改变了城市自然水循环。充分认识与发挥城市绿地调蓄雨水径流的积极作用,对于城市生态环境的改善和绿地资源的建设管理具有重要意义。本文以2009年北京城市园林绿地调查数据为基础,采用径流系数法和影子价格法评估了绿地调蓄雨水径流的功能及其价值。结果表明：2009年北京城市绿地生态系统调蓄雨水径流1.54亿m3,单位面积绿地调蓄雨水径流2494 m3/hm2;绿地年调蓄雨水径流价值13.44亿元,约合2.18万元/hm2;不同区县绿地调蓄雨水功能主要受其面积影响,朝阳区绿地调蓄雨水径流及其价值量最高,其次为海淀区、顺义区、丰台区区和通州区绿地,而密云县、怀柔区和门头沟区绿地调蓄雨水径流能力及其价值较低。本研究对于认识北京城市绿地的功能与价值、促进城市绿地的科学管理和建设维护具有一定的指导意义。     

Assessment of Tannery Waste in Semi-arid Soils Under a Simulated Rainfall System

The use of tannery sludge in arid soils could be promising due to the high content of organic carbon and nitrogen. However, tannery waste also contains high amounts of Cr and salts that could leach into drainage water in response to rainfall. In order to study the effects of two tannery wastes as organic fertilizers on two types of semi-arid soils, simulated rainfall experiments were carried out. Soils collected from under and outside a mesquite tree canopy were amended with fleshing waste and/or tannery sludge and incubated 0 to 6 months prior to being subjected to simulated rainfall. The parameters measured were: infiltration, runoff, soil and Cr losses, and NH₄⁺-N and NO₃^?-N released after a rainfall event. Results showed that fleshing waste added to soils from outside the canopy tree was the most effective treatment for decreasing runoff, soil losses, and Cr, NH₄⁺-N and NO₃^?-N loss in runoff and infiltration, in general. However, the same treatment had the opposite results for soil under the canopy. These results indicate that the types of waste and soil must be taken into consideration when attempting to improve physical and chemical characteristics of semi-arid soils. Thus, the use of tannery waste represents a potential hazard, not only causing soil erosion but also Cr contamination in adjacent sites and aquifers.     

赤红壤植蔗坡地坡面径流及溶解态氮磷流失特征

为探究南方高强度、高频次降雨下赤红壤区坡耕地土壤侵蚀及氮磷养分流失的特征,基于野外径流小区原位观测试验,通过测定自然降雨下赤红壤植蔗坡地坡面径流和溶解态氮磷流失量,探讨自然降雨下甘蔗种植对赤红壤坡面径流及溶解态氮磷流失的影响。结果表明：(1)2019年和2020年,径流量分别为1111.3 m~3/hm~2和3269.4 m~3/hm~2,硝态氮(NO~-₃-N)流失量分别为1.39 kg/hm~2和15.60 kg/hm~2,铵态氮(NH~+₄-N)流失量分别为0.37 kg/hm~2和1.02 kg/hm~2,可溶性磷流失量分别为0.20 kg/hm~2和0.27 kg/hm~2。2019年和2020年植蔗坡地径流及溶解态氮磷流失量均集中在6月份,占流失总量的45%以上,硝态氮(NO~-₃-N)是径流氮素流失的主要形式,占79%以上。此外,2019年和2020年5月至8月,侵蚀性降雨场次分别为18次和23次,侵蚀性降雨量分别为407.8 mm和668.0 mm。(2)不同侵蚀性降雨条件下,植蔗坡地溶解态氮磷流失量及其...