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。     

辽宁中部城市群城市非点源污染负荷评估

过去几十年我国经历了快速城市化过程,这使得不透水面大幅度增加,导致地表径流和洪峰流量增加,进入水体的污染物增多。城市非点源污染已成为河流水体恶化、生态系统退化的重要原因。在快速城市化过程中,城市群已成为城市化发展的新阶段。位于同一流域的各城市所产生的城市非点源污染导致城市群流域水环境问题越来越突出,成为制约城市群流域可持续发展的关键因素之一。现有的关于城市非点源的研究多集中于城市内部小尺度,对城市群大尺度的研究亟需发展。以位于浑河太子河流域的辽宁中部城市群为例,在沈阳市不同功能区和不同下垫面进行降雨径流采样,基于事件平均浓度(EMC)法和SWMM(Storm Water Management Model)模型相结合的方式,定量评估城市群流域城市非点源污染负荷。研究结果表明：路面径流中城市非点源污染物浓度、负荷量及其单位面积负荷要高于屋面径流和透水面径流。辽宁中部城市群TP、TN、COD、TSS的年均城市非点源污染负荷分别为265.52、852.89、2249.71、192496.74 t/a,重金属Cd、Ni、Pb、Cr、Cu、Zn的年均城市非点源污染负荷分别为347.99、9932....     

绿色屋面降雨径流水质及消减污染负荷研究

2011年5月至11月对12场降雨时段的屋面径流和干湿沉降进行采样监测,比较了屋面径流(绿色屋面和沥青屋面)、干湿总沉降和降雨中污染物的浓度和污染负荷,并运用多元统计方法分析了降雨特征对绿色屋面径流水质的影响。结果表明,从径流水质层面上分析,绿色屋面是总悬浮物(TSS)的汇,对p H值有较好的中和作用,对于总磷(TP)、溶解态铜(DCu)和溶解态锌(DZn)是非源非汇,是电导率(EC)、总氮(TN)、氨态氮(NH+4-N)、硝态氮(NO-3-N)、化学需氧量(COD)、5日生化需氧量(BOD5)和溶解态铅(DPb)的源;从污染负荷的角度分析,绿色屋面是NH+4-N、TSS和BOD5的汇,对于TN、DPb、DCu、DZn、TP和COD是非源非汇,是NO-3-N的源;与控制屋面相比,绿色屋面可以消减TSS、TP、BOD5、COD、NH+4-N、DZn和DPb的污染负荷,分别消减了90.53%、49.38%、41.31%、36.48%、35.45%、28.27%和14.20%;但是增加了NO-3-N和TN的污染负荷,分别增加了821.02%和275.48%;绿色屋面径流污染物的浓度与降雨量、降雨历时和降雨强度呈负相关关系,而与降雨间隔呈正相关关系。研究结果为绿色屋面的科学设计及正确评价绿色屋面对径流水质的影响提供依据。     

基于暴雨径流管理模型(SWMM)的海绵城市低影响开发措施控制效果模拟

为解决城市化过程中遇到的水生态、水安全和水环境问题,以低影响开发(LID)为核心理念,我国提出了海绵城市这一新型城市雨洪管理概念.本研究利用芝加哥雨型和沈阳暴雨强度公式构建了不同重现期的降雨过程线,然后利用暴雨径流管理模型(SWMM)模拟分析了城市化前、城市化后和LID措施后3种情景方案的水文水质过程.结果表明: 随着降雨重现期的增大,LID措施减少的径流量逐渐增大,研究区径流量基本达到城市化前的水平.LID措施对总悬浮颗粒物(TSS)、化学需氧量(COD)的去除量较大,但TSS和COD排放量仍然远远高于城市化前,总氮(TN)和总磷(TP)的污染物排放量接近于城市化前的自然状态.随着雨强的增大,径流流速增大,LID措施消减的TSS、TP和COD量逐渐减小.     

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.     

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。     

非点源污染输出对土地利用和社会经济变化响应的案例研究

为研究三峡库区(重庆段)自2006年10月蓄水(156m)以来,非点源污染输出对土地利用及社会经济背景变化响应的时空分异特征,综合考虑库区典型土地利用变化模式及社会经济背景,选取三峡库区腹地奉节县、忠县、库尾江津区及主城沙坪坝区为研究对象,使用动态输出系数模型法,以2007年、2010年和2013年3期遥感影像为数据源,分析了研究区2007年到2013年非点源污染TN、TP负荷量随土地利用类型改变及社会经济的发展而产生的时空变化特征。研究表明,6年间,研究区污染物TN从2007年的12126.9t上升到2013年的12692.3t,TP从2007年的394.6t上升到2013年的407.2t。就各典型区县而言,城市发展新区江津区非点源污染负荷呈上升趋势,TN、TP负荷量涨幅分别达到了28.6%和24.1%;而库尾城市快速扩展的沙坪坝区则呈现下降趋势,非点源污染TN、TP负荷量分别下降了48.8%和68.9%;仍保持传统农业的奉节县和忠县变化不大。     

模拟降雨下喀斯特坡耕地土壤养分输出机制

喀斯特区坡耕地水土及养分流失不仅是该区土地质量退化、土地生产力衰退主要原因,同时也是该区地下水质污染的重要因素。为揭示喀斯特坡耕地地表和地下二元空间结构下的土壤养分流失机制,以喀斯特坡耕地为研究对象,通过模拟其地表微地貌及地下孔(裂)隙构造特征,采用人工模拟降雨试验研究不同雨强下喀斯特坡耕地地表及地下水土及其氮、磷、钾流失特征。结果表明:(1)小雨强(50mm/h)和中雨强下(70mm/h),喀斯特坡耕地坡面产流主要以地下产流为主;大雨强下(90mm/h),地表径流高于地下径流;产沙方式则表现为由小雨的地表和地下产沙并重到中大雨强的地表产沙为主的一个转变过程。(2)在降雨侵蚀过程中,径流各养分输出浓度均表现出一定的初期冲刷效应,受土壤吸附作用影响,雨强对全钾(TK)和全氮(TN)的影响较全磷(TP)明显。(3)地表径流、地表泥沙和总泥沙各养分输出负荷均随雨强增大而增加,坡面径流泥沙总的TK输出负荷以泥沙为主,而TN和TP输出负荷则以径流为主;TP和TN在径流的输出负荷上以地下径流输出为主(其中TP地表负荷比在11.6%—46.2%,TN在7.0%—48.5%之间),而TK则以二者并重(地表负荷比在43.5%—57.0%之间);各养分在泥沙的输出负荷上则均以地表泥沙流失为主,其负荷比均在54.5%以上。研究结果可为喀斯特区坡耕地水土流失及养分流失的源头控制提供基本参数和科学依据。     

土地利用变化情景下浑河-太子河流域的非点源污染模拟

近年来非点源污染已经成为水污染的主要来源,对非点源污染发生机理和控制方法的研究有着重要的科学和现实意义.为了研究不同土地利用方式对非点源污染的影响,本文基于土地利用变化模型CLUE-S模拟了城市规划、历史趋势和生态保护3个预案下浑河-太子河流域土地利用未来变化.应用SWAT模型对非点源污染进行了模拟研究,并结合实测数据对模拟结果进行了评价.结合两个模型研究了3个土地利用预案下非点源污染对土地利用和景观格局变化的响应.结果表明: SWAT模型在浑河-太子河流域模拟精度较高,该模型在研究区具有适用性.城市规划和历史趋势预案下非点源污染负荷不断增加,城市规划方案下最高,生态保护预案下非点源污染负荷呈不断下降趋势.不同土地利用和景观格局对非点源污染有一定的影响,科学合理的生态建设能够有效减少非点源污染负荷.研究结果可以为流域的非点源污染研究提供案例,为非点源污染防治和最佳管理措施的制定提供科学依据,为相关政策制定提供参考.     

海南新村港和黎安港非点源污染负荷估算

海南新村港和黎安港是海南省重要的渔港和海水养殖区, 也是重要的海草保护区, 其水环境质量对于社会经济和海洋生态都有重要影响。利用遥感和 GIS 的方法, 结合经验模型估算新村港和黎安港非点源污染的年均负荷量,为水环境管理提供理论依据。使用 GIS 技术划分汇水区和模拟河网, 获得分别流入新村港和黎安港的汇水区范围, 结合遥感解译获得的土地利用现状图, 进一步使用径流曲线模型(SCS-CN)以及输出系数方法对非点源污染负荷量进行估算。结果表明, 新村港化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)的年负荷量为 565.55 吨、 89.68 吨、 9.55 吨; 黎安港的化学需氧量、总氮、总磷的年负荷量为 113.48 吨、 20.91 吨、 2.44 吨。污染物来源主要是海水养殖、生活污染和降雨径流污染。     

山东省南四湖流域农业面源污染评价及分类控制

为明确山东省南四湖流域农业面源污染状况,有针对性地采取合理的污染控制对策,采用排污系数法核算了山东省南四湖流域农业面源COD、TN和TP的污染负荷。运用等标污染负荷法、聚类分析、GIS技术对其污染物排放量、排放强度、敏感性和空间特征以及污染物分类进行分析。结果表明:2012年山东省南四湖流域农业面源COD、TN和TP的排放量分别为254574.06、116976.87和15554.42 t,排放强度分别为88.18、40.52和5.39kg·hm-2;流域最主要的污染源为畜禽养殖,最主要的污染物为TN。COD、TN和TP排放强度最高的地区分别为兖州市、梁山县和鱼台县,而排放强度最低的地区均为山亭区;兖州市、汶上县、梁山县、定陶县和滕州市为整个流域农业面源污染的高度敏感区和优先控制区,畜禽养殖是流域优先控制区的重点污染源。农村生活污染型和综合污染型分别是流域污染贡献率最高和治理难度大的污染类型。     

北京延庆县雨型和坡面措施对水沙及污染物的影响

为探讨不同降雨和坡面类型的产流产沙及地表径流污染状况,选取北京延庆上辛庄3种坡面小区(灌草坡面、鱼鳞坑坡面、水平条坡面)、112场侵蚀降雨资料,对径流泥沙、氮磷流失量及化学需氧量(COD)值数据进行统计分析。结果表明:降雨量、最大30 min和最大60 min雨强是影响坡面产流产沙及水质的主要降雨指标,据此划分为Ⅰ型(大雨量、高雨强)、Ⅱ型(中等雨量、高雨强)、Ⅲ型(中等雨量、低雨强)、Ⅳ型(小雨量、低雨强)4种降雨类型;Ⅰ、Ⅱ雨型易引发坡面水土流失,流失量约占所有降雨总水沙量的90%;Ⅱ型暴雨更易引起水质污染,其产生的污染物可占总量的45%~50%,Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ雨型下径流污染程度相似;水平条坡面在Ⅱ雨型下产沙能力大于另外2种坡面,灌草坡面在Ⅲ、Ⅳ雨型下产水产沙能力高于另外2种坡面;与灌草坡面相比,鱼鳞坑和水平条坡面氮素流失量增加,磷素流失量减少,COD值更低。     

滇池流域居民-农田混合区面源污染控制集成技术

以滇池流域六甲乡金家村为研究对象,该区为城郊典型的居民-农田混合区,总面积14万m²,其中居民区面积为7.7万m²,常驻人口780口,区内有一家约120头的养猪场,一个具有9家洗涤企业的金家村工业园区,居民区和养殖、工业废水直接排向就近的90%种植韭菜的农田区。针对该区村庄-小企业-农田-养殖业呈复区分布,污染源复杂,雨污混流污染严重,污水管网建设滞后,化肥施用过量,沟渠湿地系统破碎等现状,研发出兼顾水质净化和农田排灌的居民-农田混合区面源污染控制集成技术,包括改良化粪池与组合基质床,生态支沟,生态干渠,A/O生物处理系统,复合人工湿地等污水处理技术,以及农田内部的节氮控磷技术,如精确施肥,施用硝化抑制剂抑制氮向水体迁移,垄沟内浮萍的氮磷滞留与养分循环利用。通过12个月的连续监测表明:在非降雨日负荷为500m³/d的工况下,改良化粪池与组合基质床对COD,TP,TN的去除率分别为61.3%,50.50%,44.4%;A/O生物处理系统对COD,TP,TN的去除率分别为65.8%,55.2%,55.2%;生态支沟由于进水量小浓度高,水力停留时间长,其对COD,TP,TN的去除率均比生态干渠的高,分别高29.0%,17.5%,28.4%;系统末端复合人工湿地对污染物质的去除效果分别为COD 50.6%,TP44.9%,TN36.4%。一年内依托集成技术建设的生态工程去除污染物的总量为COD 143.71t,TP2.43t和TN16.99t,对氮磷的去除量相当于一座负荷为350～620m³/d 的市政污水处理厂去除的量。经济效益分析得出,整个系统日耗电量18度,由一名工人即可管护。传统施肥减量20%+叶面肥,每年每公顷可减少氮肥投入约2400元,增加叶面肥投入约500元,减少收入约1300元,合计增收3200元。浮萍滞留与养分循环利用,每年每公顷韭菜地相当于少施用151kg尿素和93kg过磷酸钙的氮磷含量。施用DCD和元素硫,淋溶水中硝态氮的浓度降低了59.2%,测渗水中则降低了62.2%。可见,居民-农田混合区面源污染控制集成技术不但可以有效去除污染物,而且在保证产量的情况下,增加农民收益。技术适用于城市郊区、城乡结合部及广大农村等城市污水管网未覆盖地区推广使用,具有巨大的推广潜力。     

三峡库区典型小流域农业非点源氮磷流失特征

基于2007-2009年的野外观测数据对戴家沟小流域降雨径流与农业非点源氮磷流失的时间序列变化关系及其特征进行研究.结果表明:2007-2009年,戴家沟小流域降雨量和径流量峰值变化一致,二者相关系数为0.904.总氮和总磷浓度变化趋势吻合,但总氮对降雨径流变化响应的灵敏度高于总磷;氮流失浓度受降雨径流变化影响显著,而磷流失则表现出逐年递增的趋势;氮磷比的变化特征与总氮浓度的变化特征一致,且与径流波动有良好的耦合关系.2007-2009年,戴家沟小流域降雨径流量累积百分比峰值出现时刻与总氮、总磷流失量累积百分比峰值出现时刻不吻合,表明流域农业非点源污染具有较大的随机性和分散性,二者没有严格的对应关系.     

竹林坡地径流中泥沙及氮磷载荷特征模拟

采用人工模拟降雨的试验手段,设定6个降雨强度(31.8～114.0 mm·h-1),通过测试径流量、泥沙量、径流中总氮(TN)和总磷(TP)浓度,研究了浙江省2种不同经营方式竹林(用材竹林和笋竹林)坡地(坡度20°)径流的载荷特征及机理.结果表明:用材竹林地的总径流量和径流系数均高于笋竹林地;笋竹林地的径流含沙量和总产沙量远大于用材竹林地;相同雨强下,笋竹林地降雨径流中的TN浓度为用材竹林地的5～6倍,笋竹林坡地径流中TN浓度随雨强增大而减小;用材竹林地降雨径流中TP浓度高于笋竹林地,笋竹林地泥沙中TP流失量是用材竹林地的数百倍;在TN和TP随径流泥沙的流失过程中,产流前期浓度起主要作用,后期径流量和产沙量起决定作用.     

淮河流域奎濉河典型小流域农业面源污染调查与评价

通过对奎濉河典型小流域进行实地调研, 应用等标污染负荷法进行综合分析, 结果表明: 小流域内农业面源污染排放源中, 生活源污染负荷率最大, 达到57.32%, 污染物排放总量达到75874.04 kg, 其中COD为主要污染物, 排放量达到39812.58 kg; 养殖业污染负荷率为35.33%, 达到18741.73 kg, 种植业污染负荷率为7.35%。在3个评价因子COD, TN, TP中, 以COD的污染负荷率最高, 达77.17%; 其次为TN, 污染负荷率为16.83%; TP的污染负荷率为6.00%。农村生活和畜禽养殖污染是小流域内农业面源污染物主要来源, 应是该地区农业面源污染防控的重点。     

两种温带落叶阔叶林降雨再分配格局及其影响因子

林冠对降雨的再分配是森林生态系统的重要生态水文过程,影响着生态系统生物地球化学循环。于2012年5—10月连续测定帽儿山森林生态站的两种温带天然次生林型——蒙古栎林和杂木林的林外降雨、穿透雨及树干径流,旨在量化其降雨再分配过程及其影响因素。结果表明:蒙古栎林的平均穿透雨、树干径流、林冠截留分别占同期林外降雨的76%、7%和17%;杂木林分别占85%、5%和10%。根据模型估算,当降雨量分别超过1.0mm和0.7mm时蒙古栎和杂木林开始出现穿透雨;当降雨量超过3.0mm开始出现树干径流。当降雨量超过5.6mm,树干径流体积会随着树木胸径的增加而显著增加;而当降雨量低于5.6mm则出现相反趋势。穿透雨、树干径流及林冠截留的绝对量均随降雨量的增大而显著增加,但其占降雨量的比例却表现出不同的变化趋势。穿透雨量的空间变异随降雨量和降雨强度的增大显著减小。两种林型的降雨再分配格局因受降雨量、降雨强度等降雨特征和林冠结构的影响而产生差异。     

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。     

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.