基于城市雨污污染成分动态识别的观测试验探析

郭嘉丽

(辽宁省沈阳水文局，辽宁 沈阳 110000)

城市暴雨径流形成过程中，携带大量的面源污染进入河道，对河道的水环境造成一定程度的影响，当前，对于城市面源污染的研究逐步得到国内学者的关注[1- 5]，在降水过程中，城市不同下垫面的雨污形成特征不同，需要结合不同下垫面情况分析其雨污形成特征。当前，对于不同下垫面雨污形成特征主要为模型方法[6- 8]和室外观测试验[9- 10]两种方法，第一种模型方法需要实测数据进行参数的率定和验证，而对于城市而言，不同下垫面的水质监测数据有限，因此室外观测试验成为分析城市雨污形成特征最为有效的方式。为此本文以辽宁东部某城市为研究实例，结合室外降水观测方式，对三类主要下垫面的雨污形成特征进行试验分析，并对各污染源的主要成分进行动态识别。

1 观测试验方法

1.1 区域概况

本文以辽宁东部某城市为研究实例，该城市夏季暴雨较为集中，夏季的降水量为400～600mm，区域内主要三类下垫面类型主要为交通干道、园地以及居民生活用地，河道主要水体污染指标为总氮、总磷、氨氮、重金属、COD、BOD5等。

1.2 试验采样步骤

本次室外观测试验主要针对区域8场降水量超过50mm暴雨进行观测，在交通干道路边的采样点主要布设在路边的雨水井，园林采样点主要布设在草地或林地区域，居民生活区采样点主要分布在生活下水井，每个观测区进行2～3个采样点，由于夏季雨水汇流时间较短，在形成暴雨径流后的每20min进行一次试验采样，暴雨结束后，每隔30～40min进行一次采样，由于城市径流观测难度较大，为此结合区域平均径流系数和场次降水量来进行径流量的计算和表征。

1.3 水质监测方法选择

水质监测的主要指标为氨氮、总磷、总氮、BOD5，氨氮水质测定方法选择重氮偶氮分光光度进、总磷、总氮分别采用钼酸铵分光光度法和碱性过硫酸钾紫外分光光度法进行测定，BOD5选择直接培养方法进行测定。

2 结果与分析

2.1 不同下垫面雨水径流的污染特征分析

结合8场雨污观测试验，分析城市三类主要下垫面的主要污染氨氮、重金属、总磷、BOD5的浓度，结果见表1、图1。

从试验结果可明显看出城市不同下垫面类型雨污特征差异度较大，对于居民生活区，其氨氮浓度均高于其他指标，氨氮均值浓度为标准Ⅲ类极限值的5.8倍，是居民生活区主要污染物来源，居民生活垃圾是居民生活区氨氮浓度偏高的主因。而对于园林区域，草地林地施肥作用下使得该类型城市下垫面的总磷偏高，达到Ⅲ类水极限标准的2.5倍。而在交通干道下，其BOD5浓度普遍高于其他几个水质指标，这主要是因为交通干道汽车油体污染所致。图1中可看出，居民生活区由于受人类活动影响较大，各污染物总体值高于其他几个类型的下垫面，园林由于生态滞留效应，使得这类下垫面下的污染物浓度总体偏低。

表1 不同下垫面各雨水径流事件污染物观测浓度 单位：mg/L

图1 不同下垫面污染物浓度变化观测值

2.2 不同下垫面各污染物Person系数相关性分析

为分析城市各下垫面污染物的Person系数，对居民生活区、交通干道、草地三类下垫面的4种污染的Person系数进行试验分析，见表2～4。

表2 居民生活区各污染物Person系数相关性分析

表3 交通干道各污染物Person系数相关性分析

表4 园林各污染物Person系数相关性分析

氨氮和BOD5的的Person系数在0.78以上，达到强相关，为城市主要的污染成分，总氮、总磷与其他污染物的Person系数均不高，不是城市的主要污染成分，氨氮和BOD5之间Person系数较高的原因在于其产生污染的来源相同，均受人类活动影响所致，使得这两类污染物成为研究区域的主要污染物成分。

2.3 径流初期污染过程分析

为对雨污形成过程的特征进行动态识别分析，结合两场降水量较大的场次降水观测结果，分析居民生活区不同污染物的浓度变化过程，两场降水的初期特征见表5，各污染物浓度变化曲线如图2所示。

表5 初期两场降水特征

图2 居民生活区污染物随径流变化过程

在径流形成初期，污染物浓度变化较为平稳，这主要因为初期径流较小，随着径流运移的污染物较少，因此污染物浓度变化幅度较小。而随着降雨时间增加，其径流量也不断增大，区域污染物浓度有所降低，污染物浓度降低的幅度逐步较大，各污染物浓度降低幅度在0.23～3.5mg/L之间。可见，在降水径流的初期时段，暴雨对城市不同来源的面源污染总体具有冲刷作用。而降水径流后期，污染物浓度总体呈现下降趋势。

3 结语

(1)氨氮和BOD5是城市夏季雨污径流的主要污染成分，居民生活区由于人类活动影响较其他两种类型下垫面污染物浓度偏高较为明显。

(2)暴雨初期，雨水对城市面源污染总体具有明显冲刷效应，可通过利用初期雨水径流来有效降低进入河道的城市面源污染。

(3)重金属污染对于河道影响较大，本文还城市夏季雨水径流的重金属污染指标进行研究，在以后应重点关注重金属污染指标的研究。

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