西安市某文教区典型下垫面径流污染特征

吴亚刚,陈 莹,陈 望,任怡静,刘 记,朱俊彦,张宇浩



西安市某文教区典型下垫面径流污染特征

吴亚刚,陈 莹*,陈 望,任怡静,刘 记,朱俊彦,张宇浩

(长安大学环境科学与工程学院,旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室,陕西 西安 710054)

在西安市某文教区路面、屋面和绿地设置径流采样点,采用人工时间间隔采样法对2016年8月~2017年2月的3场降雨径流和2场融雪径流全程采样,测试径流过程SS、COD、TN、TP、Pb、Zn、Cu、Cd、Ni、Cr、PAHs、溶解态COD、溶解态重金属和溶解态PAHs的浓度以及颗粒物粒径d50,研究各下垫面降雨径流污染水平及出流规律,比较不同下垫面降雨径流和融雪径流污染特征.结果表明,各类下垫面降雨径流主要污染物均为SS、COD、TN、Pb、Cr,路面和绿地径流中SS的EMCs均超过《污水综合排放标准》二级标准,3类下垫面降雨径流COD、TN、Pb、Cr的EMCs均超出《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准, PAHs与国内相关研究相比属于中等污染水平,路面、屋面和绿地径流的EMC分别为266.8~389.8ng/L、254.9~303.0ng/L和231.2ng/L.路面径流SS、COD、Zn、Pb、Cu、PAHs浓度高于屋面径流,而TN、TP、Cr等指标则相反,表明径流中TN、TP、Cr主要源于大气干湿沉降,而交通排污对SS、COD、Zn、Pb、Cu、PAHs等有较大输入贡献.3类下垫面降雨径流污染浓度输出规律差异显著,路面径流污染物初期浓度较大,受雨期交通排污影响中后段波动剧烈,屋面径流污染物浓度随径流历时持续降低且趋于稳定,绿地径流污染物浓度沿程变化相对较小.降雨强度对总量污染物浓度输出的影响大于溶解态污染物,表现为d50与降雨强度呈现良好的相关性.因降雪期间污染物持续累积且径流量较小,路面融雪径流污染物浓度远大于降雨径流,而屋面融雪径流因流量较小导致携带污染物的能力较弱故水质优于降雨径流.

降雨径流；融雪径流；事件平均浓度(EMC)；污染水平；出流规律

城市地表径流污染是指大气降水淋洗、冲刷大气和汇水面各种污染物引起的受纳水体污染[1],是影响城市水环境质量的第二大污染源[2],也是仅次于农业污染源的第二大面污染源[3],主要包括降雨径流和融雪径流.众多研究表明,城市地表径流污染受地理区域、环境空气质量、降雨特征、下垫面条件等诸多因素影响,具有来源广泛、机制复杂、区域差异、治理困难等特征[4-6].目前国内外学者关于城市地表径流污染的研究主要包括以下几个方面:城市降雨径流污染输出特征、污染负荷及预测模型研究[5,7-10];污染物地表累积、冲刷规律研究以及水质模型的开发利用[10-12];污染控制与治理[13-14]等.实践证明,探明径流污染输出特征及其影响因素是准确估计径流污染负荷、建立水质模型、合理确定处理设施规模的前提[5,14-16].自20世纪末起,国内研究者对城市地表径流展开了大量研究,但大多研究均针对具有较高车流量、污染较严重的城市道路或公路路面径流[17-19],也有部分学者对不同材质、不同使用年限及不同城市功能区的屋面径流污染水平进行了测试[20-22],也有部分学者研究了绿地径流[23-24].然而针对城市小区3类主要下垫面同步、系统的研究相对较少,关于融雪径流污染的研究更是鲜见报道.与城市道路径流相比,小区内道路、屋顶、绿地径流水质相对较好,但因其占城市下垫面面积的比例大故径流量大,其径流污染负荷不容忽视.另一方面,小区下垫面大面积的收集空间及相对较好的水质也给雨水资源集蓄利用提供了良好的基础,而全国正广泛推行的海绵城市建设也需基于各类下垫面径流水质及污染排放特征合理开发设计LID雨水利用系统.

为探明西安市文教区3类主要下垫面径流污染特征,本研究选择西安市某文教区3类典型下垫面路面、屋面和绿地设径流采样点,对2016年8月~2017年2月的3场降雨径流和2场融雪径流进行采样测试,研究各下垫面降雨径流污染水平及出流规律,比较不同下垫面降雨径流和融雪径流污染特征,以期为西安市典型小区径流污染控制和雨水资源的集蓄利用提供参考.

1 研究方法

1.1 采样地点

小区是城市的主要构成单元,占据城市下垫面较大的比例,而路面、屋面和绿地是小区内3类典型下垫面.为探明城市主要构成单元——城市小区3类主要下垫面径流污染特征,本研究选择西安市某文教区3类典型下垫面设径流采样点,雨期采用人工时间间隔采样法采集径流全程样品,采样点特征如表1所示.

表1 径流采样点概况

1.2 采样方法

降雨期间采用人工时间间隔采样法在3类下垫面集水口采集降雨径流.采样原则为:径流开始30min内,用棕色玻璃瓶每5min采样一次,30min~1h每10min采样一次,1~2h每20min采样一次,2~3h每30min采样一次,此后每1h采样一次直至径流结束,采样时若雨强变化较大则随机加密采样次数.每次采样1000mL.2场融雪径流采样原则为:降雪结束且融雪开始后每30min采样一次,具体采样时间间隔根据径流量大小随机调整.径流结束后将径流样品带回实验室分析水质. 2016年9月26日降雨事件、2场降雪事件绿地均未产生径流,故绿地仅有2次降雨径流测试结果.

1.3 水质测定

水质测试指标选择径流的典型污染物,即表征颗粒物及其粒径的SS和50,表征有机污染物的COD和溶解态COD(SCOD),表征营养物质的TN和TP,表征重金属的Pb、Zn、Cu、Cd、Ni、Cr及其溶解态,US EPA优控的16种多环芳烃(PAHs)及其溶解态.测试方法: SS采用重量法,TN采用碱性过硫酸钾消解-紫外线分光光度法,TP采用钼酸铵分光光度法,COD采用快速密闭催化消解法,重金属采用ICP-MS测定,PAHs采用GC-MS测定,d50采用激光粒度仪测定,溶解态污染物需将水样经0.45μm滤膜过滤后测定.

1.4 降水特征

采样期间使用JDZ01-1型数字雨量计对降雨特征同步监测,3场降雨事件降雨特征及2场降雪事件统计结果见表2. 5场降水均为该地区出现频次较高的降水类型,具有较好的代表性.

表2 监测场次降水特征

1.5 分析方法

1.5.1 EMC和EMCs估计 由事件平均浓度(EMC)的定义,采用式(1)近似估算场次径流EMC;多场降雨径流事件平均浓度(EMCs)采用式(2)计算,公式如下:

式中:为场次径流排放某污染物的总质量,g;为场次径流总体积,m3;()为径流过程某污染物浓度随时间t的分布,mg/L;()为时刻的径流量,m3/s;为场次径流总历时,s;为时间分段数;C为第时间段样品某污染物的浓度,mg/L;V为第时间段的径流体积,即上次采样至本次采样时段内的径流量,m3;EMC为第场径流事件的EMC;为径流事件次数.

1.5.2 径流量估算 受条件限制,本研究未能实测路面和屋面径流量.因路面和屋面为内渗量与蒸发量很小的硬质下垫面,且采样时记录了降雨开始与径流形成时间,进而可计算消除径流的滞后性,各采样时段径流体积可用扣除产流时间的各时段的降雨量与集雨面积的乘积估算[25].绿地因渗透率大、出水口处径流量较小,故分时段收集了各时段的全部径流统计径流量.

2 结果与讨论

2.1 降雨径流污染水平分析

路面、屋面和绿地是城市小区内3类主要下垫面,其径流污染来源不尽相同.屋面受外界干扰相对较小,其污染主要源自大气干湿沉降;路面除大气干湿沉降外,交通排污、人类活动、绿化行为和道路清扫等因素对污染物的累积影响较大;绿地为透水性下垫面,污染累积、排放规律更加复杂.西安市典型小区3类下垫面径流污染测试结果见表3.表4对比了不同城市的相关研究结果.以下分别从颗粒物、有机物、营养物、重金属、多环芳烃5类污染物分析西安市典型小区3类下垫面降雨径流污染水平.

国内外众多相关研究均表明,颗粒物是径流中最重要的污染物,是有机物、营养物、重金属等多种污染物的载体[5].由本研究测试结果可知,西安市文教区路面、绿地、屋面径流SS的EMC分别为113.4~622.7mg/L、201.4~257.6mg/L和17.9~ 124.2mg/L,其EMCs分别为418.7, 229.5和63.5mg/L,路面和绿地径流SS的EMCs超出《污水综合排放标准》二级标准[26],污染较为严重.由表4可知,西安市文教区路面径流中SS高于北京[23,28]和西安其他地区[29],屋面低于北京[23]、天津[32],与重庆[31]和西安其他地区[29]接近,绿地径流SS与北京[23]接近.与具有较高车流量的西安市城市道路相比,校园内路面径流SS浓度较小[17],约占城市道路径流的20%~ 31%,说明交通排污对城市道路SS污染有绝对贡献.

表3 不同下垫面降水径流污染测试结果

注:S-PAHs为溶解态PAHs,“*”表示未检出,“-”表示无相关数值(标准).

有机物也是降雨径流的主要污染物,城市地表径流对受纳水体有机物污染的贡献不容忽视[34].相关研究表明,径流中的有机物多为难于生物降解的有机污染物,常用COD来表征[5].本研究测试结果表明,西安市文教区3类下垫面降雨径流COD污染严重,路面、屋面和绿地径流COD的EMC分别为59.4~385.9mg/L、78.2~179.0mg/L和59.2~94.1mg/L,其EMCs分别为179.9, 138.2, 76.7mg/L,均超出《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准[33],路面和屋面径流甚至超出《污水综合排放标准》一级标准[26].由表4可知,本研究所测文教区路面径流COD高于西安其他地区[29],低于北京[23,27],屋面高于重庆[31]和西安其他地区[29],低于北京[27-28],与天津[32]接近,绿地径流COD低于北京[23].与具有较高车流量的西安市城市道路相比,校园内路面径流COD浓度明显较低[17].

营养物是引起水体富营养化的主要因素,城市地表径流对受纳水体N、P有较大输入贡献[35].本研究测试结果表明,西安市文教区路面、屋面和绿地径流TN的EMCs分别为8.1, 19.1和5.7mg/L,均超出《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准,而TP污染相对较轻,仅部分场次屋面和绿地径流EMC超出Ⅲ类标准.由表4可见,西安市文教区路面径流TN高于西安其他地区[29],低于北京[23],屋面高于重庆[31]和西安其他地区[29],与北京[23]、天津[32]接近,绿地径流TN低于北京[23];路面径流TP低于北京[23,27-28]和西安其他地区[29],屋面低于北京[23,27-28]、天津[32],与重庆[31]和西安其他地区[29]接近,绿地径流TP低于北京[23].

重金属因具有污染的累积性、不可降解性,一直是环境科学领域研究的热点,路面径流因其携带大量的重金属,一直被相关学者广泛关注[5,9].Ellis等[35]研究表明,城市地表径流贡献了受纳水体总污染负荷中的35%~75%的重金属.本研究测试的西安市文教区路面、屋面和绿地径流中Pb的EMCs分别为231.2, 71.5, 77.7mg/L,Cr的EMCs分别为99.0, 154.2和81.0mg/L,Cu的EMCs分别为86.1, 54.1, 55.9mg/L. 3类下垫面降雨径流Pb、Cr均超过《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准.由表4可见,西安市文教区路面径流Pb、Cu高于北京[27],而Zn则相反,屋面Pb、Cu高于北京[27]、南京[30],Zn高于南京[30],低于北京[27],溶解态Zn高于重庆[31],溶解态Cu与重庆[31]接近.与西安市城市道路相比,校园内路面径流Pb、Zn较高,Cu、溶解态Zn较低,溶解态Cu与城市道路径流接近[20].校园内路面径流Pb、Zn、Cu浓度较高,可能与文教区卫生维护方式简单、污染源复杂、混合交通导致车速较低且刹车频繁、道路两侧停放较多车辆有关.

表4 不同城市各类下垫面降雨径流水质比较

注:“-”表示无值.

多环芳烃(PAHs)是一类典型的持久性有机污染物,具有强烈的三致作用,国外学者对径流中PAHs研究较多,但国内鲜见关于小区径流PAHs的研究报道[18-19].本研究测试结果表明,西安市文教区路面、屋面和绿地径流PAHs的EMC分别为266.8~ 389.8ng/L、254.9~303.0ng/L和231.2ng/L.与国内相关研究相比,西安市文教区路面径流PAHs与上海[18]接近,屋面低于上海[18,22]和南京市[21]水泥屋面,与南京市[21]瓦屋面接近,绿地径流PAHs低于合肥[36].可见,西安市文教区降雨径流PAHs属于中等污染水平.与具有较高车流量的城市道路相比,校园内路面径流PAHs显著低于北京[19]、上海[18]、合肥[36]等城市的测试结果,说明交通排污对城市道路PAHs污染有较大输入贡献.

图1 路面和屋面降雨径流污染物EMCs比较

2.2 路面和屋面降雨径流污染比较

本研究所监测的3场路面和屋面降雨径流事件各污染物EMCs对比如图1所示.由图1可见,路面径流SS、COD、Zn、Pb、Cu、PAHs等污染物的EMCs大于屋面径流,其中SS、Pb是屋面径流的6.6、3.2倍,表明交通污染源对其贡献显著;路面径流中Zn和PAHs的EMCs略大于屋面径流,表明大气干湿沉降可能是其主要来源;路面径流COD、SCOD的EMCs分别为179.9, 56.1mg/L,SCOD占COD的31.2%,表明交通行为和人类活动排放的有机物以颗粒态为主,屋面径流COD、SCOD的EMCs分别为138.2, 100.2mg/L,SCOD占COD的72.5%,表明大气干湿沉降带来的有机物主要以溶解态存在;路面和屋面径流Ni、Cd、溶解态Ni、溶解态Cd的EMCs接近,路面径流TN、TP、Cr的EMCs略低于屋面径流,表明径流中Ni、Cd、N、P、Cr主要来源于大气干湿沉降,交通排放对其贡献很少.

2.3 不同下垫面降雨径流污染排放特征

相关研究表明,降雨径流污染排放受前期污染物累积和降雨特征等因素综合影响,机制复杂,难以统一刻画[9,24].分析本研究所测3场降雨径流事件各污染物质量浓度随径流时间变化可知,不同场次降雨径流事件各污染物浓度存在较大差异,但同类型下垫面具有相似的沿程变化特征.选择2016年9月18日降雨径流事件绘制径流污染物浓度变化曲线(图2).

由图2可见,路面和屋面径流中颗粒物、营养物、重金属、多环芳烃等污染物均具有初期径流污染物浓度较大,之后呈锯齿形波动逐步降低并趋于稳定的排放特征,其中,路面径流受雨期交通排污及降雨强度变化影响,污染物浓度沿程波动较剧烈,而屋面径流因降雨期间无外源污染物输入基本呈现冲刷模型所描述的“一衰到底”的排放规律;绿地因具有较高的渗透率,当降雨强度超过土壤入渗率后才会产生径流,故径流开始时间较降雨时间有所延迟且径流历时较短,各污染物浓度沿程变化相对较小,COD、TP等污染物末期浓度反而有所升高,这可能与土壤中有机质、营养物的溶出有关.

此外,总量污染物与溶解态污染物的排放特征也存在一定差异,总量污染物浓度随降雨强度变化波动较大,表现为路面和屋面径流过程颗粒物粒径50与降雨强度呈现良好的相关性,而溶解态污染物浓度受雨强变化影响相对较小.雨强决定着径流冲刷地表的能量,雨强越大,径流冲刷地表的能力越强,更大粒径的颗粒物能够被径流裹挟从地表输出[9],从而影响径流中污染物的浓度,表现为雨强较大时,径流中颗粒物粒径50的增大及SS、TP、重金属等污染物浓度的增高,这也揭示出颗粒物是径流中多种污染物的载体,径流中TP、重金属、多环芳烃等多以颗粒态赋存.

2.4 降雨径流和融雪径流污染比较

2016年11月~2017年2月对相同地点的2场路面和屋面融雪径流进行了监测,其测试统计结果如表3所示.为比较降雨径流和融雪径流污染特征,将2场融雪径流各污染物浓度均值与3场降雨径流各污染物EMCs比较,结果如图3、图4所示.除PAHs和溶解态PAHs外,路面融雪径流其余污染物均比降雨径流污染严重,其中COD、SCOD、TP、Pb、Cr的平均浓度分别为408.34, 329.54, 0.48mg/L和512.84, 321.18mg/L,分别是降雨径流的2.3、5.9、4.4、2.2和3.2倍,而屋面融雪径流水质相对较好,这与李怀恩等[37]的研究结果基本一致.分析认为,因降雪过程降雪可将大气中的颗粒物裹挟沉降至下垫面,降雪期间汽车和行人排放的污染物在路面持续累积,且冬季路面枯枝落叶较多,而融雪时径流量相对较小,故路面融雪径流比降雨径流污染更加严重,而屋面因仅存在大气干湿沉降贡献,且融雪径流量小、冲刷裹挟能力较弱,较难将屋面沉积的污染物全部带入径流,故屋面融雪径流水质优于降雨径流,表现为雪后屋面仍存有大量灰尘未被融雪径流冲刷干净.

图3 路面降雨径流和融雪径流污染水平比较

图4 屋面降雨径流和融雪径流污染水平比较

3 结论

3.1 西安市文教区3类典型下垫面降雨径流主要污染物为SS、COD、TN、Pb、Cr,路面和绿地径流SS的EMCs均超过《污水综合排放标准》二级标准,3类下垫面降雨径流COD、TN、Pb、Cr的EMCs均超出《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准,路面、屋面和绿地径流PAHs的EMC分别为266.8~389.8ng/L、254.9~303.0ng/L和231.2ng/L,与国内相关研究相比属于中等污染水平.

3.2 路面径流SS、COD、Zn、Pb、Cu、PAHs等浓度高于屋面径流,而TN、TP、Cr等指标则相反,表明径流中TN、TP、Cr主要源于大气干湿沉降,而交通排污对SS、COD、Zn、Pb、Cu、PAHs等有较大输入贡献.

3.3 不同下垫面降雨径流污染输出规律差异显著.路面径流污染物初期浓度较大,受雨期交通排污影响中后段波动剧烈,屋面径流污染物浓度随径流历时持续降低且趋于稳定,绿地径流污染物浓度沿程变化相对较小;降雨强度对总量污染物浓度输出的影响大于溶解态污染物,表现为雨强较大时,径流中颗粒物粒径50的增大及SS、TP、重金属等污染物浓度的增高.

3.4 因降雪期间污染物持续累积且径流量较小,路面融雪径流污染程度远大于降雨径流,而屋面融雪径流携带污染物的能力较弱使得水质优于降雨径流.

[1] 林积泉,马俊杰,王伯铎,等.城市非点源污染及其防治研究[J]. 环境科学与技术, 2004,(27):63-65.

[2] Field R, Pitt R E. Urban storm-induced discharge impacts:US Environmental Protection Agency research program review [J]. Water Science and Technology, 1990,22(10/11):1-7.

[3] Deletic A B, Maksimovic C T. Evalution of water quality factors in storm Runoff form paved areas [J]. Journal of Environmental Engineering, 1998,124(9):869-879.

[4] Brigitte H, Rita H, Alexander S, et al. Runoff pollutants of a highly trafficked urban road correlation analysis and seasonal influences [J]. Chemosphere, 2010,80(9):991-997.

[5] Andrésdoménech I, Hernándezcrespo C, Martín M, et al. Characterization of wash-off from urban impervious surfaces and suds design criteria for source control under semi-arid conditions [J]. Science of the Total Environment, 2018,612:1320.

[6] 于振亚,杜晓丽,王 蕊,等.交通密度对道路雨水径流溶解性有机物污染特性的影响 [J]. 环境科学学报, 2018,38(2):528-535.

[7] Wang S, He Q, Ai H, et al. Pollutant concentrations and pollution loads in stormwater runoff form different land uses in Chongqing [J]. Journal of Environmental Science, 2013,25(3):502-510.

[8] 何梦男,张 劲,陈 诚,等.上海市淀北片降雨径流过程污染时空特性分析 [J]. 环境科学学报, 2018,38(2):536-545.

[9] 陈 莹,王 昭,赵剑强,等.样品数量对径流事件平均浓度估算结果的影响­­以时间间隔采样法为例[J]. 中国环境科学, 2017,37(2): 620-627.

[10] Zhao J, Chen Y, Hu B, et al. Mathematical model for sediment wash- Off from urban impervious surfaces [J]. Journal of Environmental Engineering, 2015,142(4):04015091-04015098.

[11] 江 燕,秦华鹏,肖鸾慧,等.常州不同城市用地类型地表污染物累积特征 [J]. 北京大学学报(自然科学版), 2017,53(3):525-534.

[12] 王 倩,张琼华,王晓昌.国内典型城市降雨径流初期累积特征分析 [J]. 中国环境科学, 2015,35(6):1719-1725.

[13] 黄俊杰,沈庆然,李 田.植草沟控制道路径流污染效果的现场实验研究[J]. 环境科学, 2015,36(6):2109-2115.

[14] Juan Wu, Xiaoyan Cao, Jing Zhao, et al. Performance of biofilter with a saturated zone for urban stormwater runoff pollution control: Influence of vegetation type and saturation time [J]. Ecological Engineering, 2017,(105):355-361.

[15] Kayhanian M, Fruchtman B D, Gulliver J S, et al. Review of highway runoff characteristics:Comparative analysis and universal implications [J]. Water Research, 2012,46(20):6609-6624.

[16] Lindblom E, Ahlman S, Mikkelsen P S. Uncertainty-based calibration and prediction with a stormwater surface accumulation-washoff model based on coverage of sampled Zn, Cu, Pb and Cd field data [J]. Water Research, 2011,45(13):3823-3835.

[17] 陈 莹,王 昭,吴亚刚,等.降雨特征及污染物赋存类型对路面径流污染排放的影响[J]. 环境科学, 2017,38(7):2828-2835.

[18] 武子澜,杨 毅,刘 敏,等.城市不同下垫面降雨径流多环芳烃(PAHs)分布及源解析[J]. 环境科学, 2014,35(11):4148-4156.

[19] 张 巍,张树才,万 超,等.北京城市道路地表径流及相关介质中多环芳烃的源解析[J]. 环境科学, 2008,29(6):1478-1483.

[20] 周 冰,张千千,缪丽萍,等.不同使用年限沥青屋面降雨径流特征研究[J]. 环境科学与技术, 2016,39(S1):236-242.

[21] 张科峰,傅大放,李 贺.不同屋面雨水径流中PAHs污染特性对比分析[J]. 东南大学学报(自然科学版), 2012,42(1):99-103.

[22] 葛荣荣,陆 敏,刘 敏,等.上海城市屋面径流PAHs赋存特征及其生态风险评价[J]. 中国环境科学, 2015,35(8):2523-2531.

[23] 唐莉华,何康茂,梁 宁,等.北京校园区降雨径流产污特性及其对水环境的影响[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2014,54(8):1025- 1030.

[24] 谢继锋,胡志新,徐 挺,等.合肥市不同下垫面降雨径流水质特征分析 [J]. 中国环境科学, 2012,32(6):1018-1025.

[25] 李 贺,张 雪,高海鹰,等.高速公路路面雨水径流污染特征分析[J]. 中国环境科学, 2008,28(11):1037-1041.

[26] GB8978-1996 中华人民共和国地表水环境质量标准污水综合排放标准 [S].

[27] 欧阳威,王 玮,郝芳华,等.北京城区不同下垫面降雨径流产污特征分析[J]. 中国环境科学, 2010,30(9):1249-1256.

[28] 任玉芬,王效科,欧阳志云,等.北京城市典型下垫面降雨径流污染初始冲刷效应分析[J]. 环境科学, 2013,32(1):373-378.

[29] 董 雯,李怀恩,李家科.城市雨水径流水质演变过程监测与分析 [J]. 环境科学, 2013,34(2):561-569.

[30] 张科峰,李 贺,傅大放,等.三种不同屋面雨水径流重金属污染特性及影响因素分析[J]. 环境科学学报, 2011,31(4):724-730.

[31] 张千千,王效科,郝丽岭,等.重庆市不同材质屋面径流水质特性[J]. 环境科学研究, 2012,25(5):579-586.

[32] 刘大喜,李倩倩,李铁龙,等.北方沿海城市屋面雨水径流水质及影响因素[J]. 环境科学与技术, 2016,39(12):100-105.

[33] GB3838-2002 中华人民共和国地表水环境质量标准地表水环境质量标准 [S].

[34] Adams B J, Chen J. Analytical urban storm water quality models based on pollutant buildup and washoff processes [J]. Journal of Environmental Engineering, 2006,132(10):1314-1330.

[35] Ellis J B, Revitt D M. The contribution of highway surfaces to urban stormwater sedments and metal loadings [J]. The Science of Total Environment, 1987,59(1):339-349.

[36] 谢继锋,李静静,窦月芹,等.不同下垫面类型对地表径流中多环芳烃污染特征的影响分析[J]. 环境化学, 2015,34(4):733-740.

[37] 李怀恩,刘增超,秦耀民,等.西安市融雪径流污染特性及其与降雨径流污染的比较[J]. 环境科学学报, 2012,32(11):2795-2802.

Characteristics of runoff pollution of different underlying surfaces in typical cultural and educational area of Xi’an.

WU Ya-gang, CHEN Ying*, CHEN Wang, REN Yi-jing, LIU Ji, ZHU Jun-yan, ZHANG Yu-hao

(Key Laboratory of Subsurface Hydrology and Ecological Effect in Arid Region of Ministry of Education, School of Environmental Science and Engineering, Chang’an University, Xi’an 710054, China)., 2018,38(8)：3104~3112

In order to investigate rainfall runoff pollution level and effluent characteristics of different underlying surfaces in urban community, three kinds of underlying surfaces, such as road, roof and grass land at a cultural and educational area in Xi’an, Shaanxi province were selected as sampling areas, and runoff samples over the whole time range of 3storm events and 2 snowmelt events were collected by the manual time-interval sampling method from Aug. 2016 to Feb. 2017. The concentrations of SS, COD, TN, TP, Pb, Zn Cu, Cd, Ni, Cr, PAHs, dissolved COD, dissolved heavy metals and dissolved PAHs, as well as particulate matters size d50of samples were determined. Pollution characteristics were compared between rainfall runoff and snowmelt runff. The results showed that the main contaminants of urban surface runoff were SS, COD, TN, Pb and Cr. The average event mean concentrations (EMCs) of SS in road and grass land rainfall runoff exceeded grade two level of integrated wastewater discharge standard, and the EMCs of COD, TN, Pb and Cr exceeded grade Ⅲ level of environmental quality standards for surface water. The event mean concentration (EMC) of PAHs in road, roof and grass land rainfall runoff were 266.8~389.8ng/L, 254.9~303.0ng/L and 231.2ng/L respectively, which were at medium pollution level compared with domestic related research. The concentrations of SS, COD, Zn, Pb, Cu and PAHs in road runoff were higher than which in roof runoff. However, the concentrations of TN, TP and Cr in road runoff were slightly lower than roof runoff, which indicated that TN, TP and Cr mainly derived from atmospheric dry and wet deposition,while the main sources of SS, COD, Zn, Pb, Cu and PAHs were traffic pollution emission. Pollutants effluent characteristics of these three kinds of underlying surfaces rainfall runoff were different obviously. The pollutants concentration of road runoff were rather high in the initial duration of runoff, and fluctuated violently affected by traffic pollution emission in the later runoff. However, the pollutants concentration of roof runoff continuously decreased with runoff time and finally tended stablely. While the pollutants concentration of grass land runoff were rather stable during the whole time. The impact of rainfall intensity on the total pollutants concentration emission were greater than on the dissolved pollutants, and d50showed a good correlation with rainfall intensity. Pollutants concentration of road snowmelt runoff were far greater than rainfall runoff, due to pollutants accumulated continuously during the snowfall events and snowmelt runoff flow was rather small. Nevertheless, water quality of roof snowmelt runoff was better than rainfall runoff, owing to the ability of carrying contaminants of snowmelt runoff were more weak than rainfall runoff.

rainfall runoff；snowmelt runoff；event mean concentration (EMC)；pollution level；effluent characteristics

X522

A

1000-6923(2018)08-3104-09

吴亚刚(1991-),甘肃庆阳人,长安大学环境科学与工程学院硕士研究生,主要研究方向为城市面源污染.发表论文1篇.

2017-12-20

国家自然科学基金资助项目(51308050)

* 责任作者, 副教授, cy0818cy@126.com