临安区主干道路路面降雨径流污染负荷

洪家兴 朱方伦 苗涵倩 龚苗苗 许振波 方晓波

[摘 要]本文通过对临安城区主干街道中武肃街、吴越街、衣锦街、城中街和万马路5个监测点3次降雨径流过程水样的采集，分析测试了降雨径流中典型污染物总磷（TP）、总氮（TN）、氨氮（NH4+-N）、化学需氧量（CODcr）的污染浓度，估算了降雨徑流污染负荷。结果表明：临安城区主干道路基于EMC平均值的TP、TN、NH4+-N、CODcr年降雨径流污染负荷分别为：1.61t、52.77t、3.43t、1067.92t，削减量分别达到1.13t/a、50.75t/a、0.95t/a、1027.77t/a才能满足地表水Ⅲ类水质标准。建议通过雨污分流、完善排水体制、加强工业企业的污染源头控制等措施，减少降雨径流污染负荷。

[关键词]临安城区;路面降雨径流;污染负荷

[中图分类号]X52 [文献标识码]A

近年来，临安经济发展迅速，但同时也受到杭州城市扩张、周围工业区带来的环境问题的影响，大气沉降、城市交通、建筑活动等不仅影响空气质量，还会通过降雨径流污染水体。因此，本研究对临安主城区的主干街道降雨径流进行采集，分析常规污染物的负荷及影响，以期为中小城市非点源污染控制与治理提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

临安区总面积3126.8平方千米，境内以丘陵山地为主，地势自西向东南倾斜，立体气候明显。根据王涛等人对临安近50年降水量变化特征的分析，全年降水量主要集中在汛期5-9月，占年均降雨量的一半左右，降水最多的月份为6月，其次是7、8月，11、12月降水则偏少，年均降水量1613.9毫米，降水日158天，无霜期年平均为237天。临安城区主干道路路基材料以沥青为主，钱王大街等小部分道路路基材料为钢筋混凝土，本研究采用平均宽度计算道路面积。临安主干道路的总面积约为1.553 km2，占临安主城区面积的比例约为0.35%。

1.2 样品采集

开始下雨后，当地表径流形成后，立即用预先洗净、做好标记的塑料瓶采集地表径流。每个采样点间隔10min、10min、30min、30min共采集5个水样，并在1℃-4℃温度下避光保存，24h内完成样品分析。

1.3 样品分析

COD采用《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》（HJ 828-2017）测定。总磷采用《水质总磷的测定流动注射-钼酸铵分光光度法》（HJ 671-2013）测定。氨氮采用《水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法》（HJ 535-2009）测定。总氮采用《水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》（HJ 636-2012）测定。

1.4 污染负荷计算方法

场次降雨径流污染负荷是指：由一场降雨所引起的地表径流排放的污染物总量。可用下式计算：

其中：L——降雨径流的污染负荷（g）;

ct——降雨径流中某污染物在t时的瞬时浓度（mg/L）;

Qt——降雨径流在t时的径流流量（m3/s），可用下式计算：

Q=ΨqF（m3/s）

式中：Ψ--径流系数，取0.9;

F--汇水面积（m2）;

q--降雨强度，本文中简化为降雨量与降雨历时的比值。

tr——降雨径流形成的总历时（s）。

由于地表径流排放污染物负荷的随机性，使得单次降雨径流污染物负荷的代表性很差，所以通常采用年径流污染负荷Ly，并利用下式计算：

其中，EMCi——第i场降雨径流的污染物浓度;Pi——第i场降雨的降雨量，mm;

A——集水区面积，km2。

EMC是一场降雨径流全过程的瞬时污染浓度的流量加权平均值，即一场降雨引起的路面径流中污染物的总负荷除以总径流量。可由下式计算：

其中：Cj——第j时段所测的污染物的浓度，mg/L;

Vj——第j时段的径流量，m?。

2 结果与分析

2.1 场次降雨特征

本研究3场降雨基本特征见表1。

由表1可知，其中2017年9月20日和2018年1月21日的两场降雨为中雨，2017年11月13日的降雨为小雨。

2.2 降雨径流EMC值

2017-09-20、2017-11-13、2018-01-21三次降雨中，临安区主干道路降雨事件道路径流常规污染物（总磷（TP）、总氮（TN）、氨氮（NH4+-N）和化学需氧量（CODcr））EMC计算结果见表2。

由表2可知，不同采样日期的各常规污染物EMC值具有明显差异。9月20日，TP EMC值范围为0.007～0.33mg/L，TN EMC值范围为0.38～0.625 mg/L，NH4+-N EMC值范围为0.067～0.73 mg/L，CODcr EMC值范围为99.32～151.48 mg/L;11月13日，TP EMC值范围为0.12 ～ 0.16mg/L，TN EMC值范围为4.89 ～ 7.58 mg/L，NH4+-N EMC值范围为0.37 ～ 0.59 mg/L，CODCr EMC值范围为161.68 ～ 316.48 mg/L;1月21日，TP EMC值范围为0.24 ～ 0.49mg/L，TN EMC值范围为5.35 ～ 18.68 mg/L，NH4+-N EMC值范围为0.36 ～ 0.83 mg/L，CODCr EMC值范围为62.13 ～ 152.00 mg/L。与地表水中的Ⅲ类水质标准进行比较，不难发现三次道路降雨径流TN和CODcr EMC均值均超过地表水质标准，TP只有在2018年1月21日超标，NH4+-N则均未超标。建议在今后针对降雨径流的面源污染控制中，应重点加强对TN和CODcr的污染控制。

2.3 临安区主干街道降雨径流污染负荷

采用本文中降雨径流污染负荷计算方法，以每场降雨的EMC平均值为基础，对本研究中三场降雨径流污染负荷进行计算，基于每场降雨径流EMC平均值的降雨径流污染负荷特征如下：2017年9月20日，TP、TN、NH4+-N、CODcr降雨径流污染负荷分别为0.0045t、0.1253t、0.0114t、4.0577t;2017年11月13日，TP、TN、NH4+-N、CODcr降雨径流污染负荷分别为0.001t、0.0427t、0.0033t、1.4551t;2018年1月21日，TP、TN、NH4+-N、CODcr降雨径流污染负荷分别为0.0092t、0.2865t、0.0141t、2.4253t。从污染负荷量的角度出发，认为临安城区主干道路每单场降雨地表径流污染物对于地表水污染负荷的贡献大小依次为：COD>TN>NH4+-N>TP;三场降雨的TP、TN、NH4+-N、CODcr污染总负荷大小分别为0.015t、0.455t、0.029t、7.938t，三场降雨城区主干道路地表径流污染总负荷大小次序与单场降雨完全一致，依次为COD>TN>NH4+-N>TP。对比9月与1月，9月降雨量大于1月，各监测指标污染浓度小于1月，而1月污染负荷大于9月，说明EMC对污染负荷的影响大于降雨量。

2.4 污染负荷削减分析

道路降雨径流进入地表水体的污染物浓度超过地表水相应的水环境功能区标准，则更容易导致水质恶化。锦溪和苕溪是穿临安境而过的主要河流，由浙江省环保厅、浙江省水利厅2016年编制的《浙江省水功能区水环境功能区划分方案》可知，临安境内锦溪与苕溪都可归属于Ⅲ类水质。根据气象局天气记录，临安多年平均降雨量为1613.9mm。以临安区多年平均降雨量为基础，分别计算了基于地表水Ⅲ类水质标准和EMC平均值的降雨径流年污染负荷量。

临安区主干道路基于地表水Ⅲ类水质标准的TP、TN、NH4+-N、CODcr年降雨径流污染负荷分别为：0.5 t/a、2.51 t/a、2.51 t/a、50.13 t/a，而基于EMC平均值的TP、TN、NH4+-N、CODcr年降雨径流污染负荷分别为：1.61 t/a、52.77 t/a、3.43 t/a、1067.92 t/a。TP、TN、NH4+-N、CODcr四种常规污染物基于EMC平均值的年污染负荷均超過基于地表水Ⅲ类水质标准的年污染负荷，TP、TN、NH4+-N、CODcr年污染负荷超标量分别为1.13 t/a、50.75 t/a、0.95 t/a、1027.77 t/a，其中TN、CODcr超标达到20倍以上。降雨径流如果不加处理，直接排放进入河流会对受纳水体造成较大污染，甚至破坏生态平衡，管理部门需重视降雨径流引起的面源污染控制工作。

3 结论

为有效减少降雨径流引起的面源污染，本文提出以下几点建议：第一，大力推进雨污分流，完善排水体制，加强河岸缓冲带建设，以降低地表径流对受纳水体的污染;第二，应针对商业区流动商贩提出切实有效的整治措施，规范废弃物的去向，减少对地表径流产生污染。第三，在城市建设时可以参考低影响开发（LID），基于源头控制和延缓冲击负荷，构建与自然相适应的排水系统，减少降雨径流引起的面源污染。

[参考文献]

[1] 常静，刘敏，许世远，等.上海城市降雨径流污染时空分布与初始冲刷效应[J].地理研究，2006（06）.