阜新城区夏季雨污特征及其主要污染源识别

尹璐璐

(辽宁省阜新水文局，辽宁 阜新 123000)

城区大量的面源污染在夏季暴雨径流中产生进入河道内，使得河道内的水体环境产生不同程度的影响[1]。城区不同下垫面类型下污染形成特征差异较大，其主要污染来源也较为复杂，对于城区规划而言，需要对其不同下垫面污染物形成特征及主要污染源进行识别，从而制定较为有效的综合规划，提高城区河道水生态环境[2]。近些年来，国内对于城区面源污染研究取得一定的研究成果[3-11]，但这些研究成果大都相对较为宏观，未能针对不同下垫面类型污染形成特征进行系统研究，此外由于城区面源污染源识别较难，对其主要污染源识别的研究还较少。阜新位于辽宁的西部，近些年来，随着城市建设快速发展，城区面源污染逐年增多，对城区内河流水质产生了不同程度的影响，为改善城区主要河流水环境，提高城区水环境水平，亟需对城区夏季面源污染负荷特征进行系统分析，并对其主要污染源进行有效识别。为此结合室内观测方式对阜新城区夏季不同下垫面类型(交通干道、园林、居民生活区)下雨污染形成特征进行观测，并采取当前国内污染源识别较为成熟的污染物Person系数法对其主要污染源进行动态识别。研究成果对于阜新城区面源污染治理规划具有参考价值。

1 试验方案

1.1 试验区域

阜新地区降水主要集中在夏季，夏季降水量占全年降水量的比重超过70%，夏季年均降水量达到400～500mm，针对城区交通干道、园地以及居民生活用地3种主要下垫面类型开展观测试验，总氮、总磷、氨氮盐以及5d生化需氧量是主要测定的污染物指标。

1.2 试验方式

考虑到城区污染物主要受夏季暴雨冲刷影响，因此按照雨量高于50mm选取场次降水进行各下垫面污染物水样的采集，对采集的水样进行测定。路边的雨水井为交通干道下垫面类型下雨污采样点，草地或林地区域为园林下垫面雨污采样区域，生活下水井为居民生活区下垫面类型下雨污采样区域。每个雨污采样区域进行3～4个采样点的布设，由于夏季暴雨径流汇集时间较短，每次采样时间需要在暴雨产生径流后的20min内完成，每隔30～40min在暴雨结束后采样一次，由于很难对城区径流进行有效观测，因此其场次径流量主要通过场次降水和区域径流系数均值进行乘积计算得到。对各下垫面类型下采样井观测点水样采用重氮偶氮分光光度法进行氨氮污染指标的测定，钼酸铵分光光度法和碱性过硫酸钾紫外分光光用来对总磷、总氮污染物指标的测定，直接培养方法用于5d生化需氧量BOD5的试验测定。

2 试验结果

2.1 不同下垫面类型污染物指标值

按照暴雨量超过50mm，在阜新城区不同下垫面类型下观测8个场次降水量，对各采样点进行水样采集，并采样室内试验测定方法对其总氮、总磷、硝酸盐以及5d生化需氧量进行浓度测定，各下垫面类型下的污染物指标浓度测定结果见表1，各试验场次下的污染物浓度变化过程如图1所示。

图1 各下垫面类型不同试验场次下的污染物浓度变化过程

表1 不同下垫面类型下雨污浓度试验测定值 单位：mg/L

从不同下垫面类型下雨污浓度试验测定值可看出，各暴雨场次下不同下垫面污染物浓度有所差异，居民生湖区氨氮浓度明显高于其他污染浓度值，氨氮浓度值居民生湖区Ⅲ类标准浓度限值的5.2倍，是居民生活区主要污染物类别，氨氮浓度偏高的主要原因在于居民生活污水及生活垃圾综合影响，暴雨产生过程中，居民生活垃圾及污水排放使得氨氮浓度加大，当暴雨径流达到峰值时，其受暴雨冲刷影响进入河道内的氨氮浓度也相对应达到一个峰值。草地和林地是园林下垫面类型下两种主要土地利用方式，总磷在园林区域其污染物浓度明显高于总氮、氨氮以及5d生化需氧量，是园林下垫面类型下的主要污染物，其浓度偏高的主要原因在于草地林地施肥影响所致，当城区暴雨径流达到峰值时，园林下垫面类型下的总磷浓度峰值可达到Ⅲ类标准浓度显著的2.3倍。5d生化需氧量是交通干道主要污染物，其浓度值均要高于其他污染物指标，汽车油体污染是交通干道下垫面5d生化需氧量浓度较高的主要原因，暴雨径流冲刷影响下汽车油体进入水体中，加大了水体中5d生化需氧量的浓度。从各下垫面类型不同试验场次下的污染物浓度变化过程，居民生活区各类污染物浓度偏高，且均要高于污染浓度均值，草地类型下污染物浓度相对较低，且均低于污染物浓度均值。

2.2 污染物Person系数分析

在不同下垫面类型污染物浓度均值变化分析的基础上，结合Person系数分析方法建立不同下垫面类型和污染物之间的Person系数，各类下垫面污染物Person系数相关性分析结果见表2—4。

表2 居民生活区下不同污染物各污染物Person系数分析结果

表3 交通干道下不同污染物各污染物Person系数分析结果

表4 园林下不同污染物各污染物Person系数分析结果

从不同下垫面类型下的各污染物浓度Person系数相关性分析结果可看出，5d生化需氧量和氨氮之间具有较好的相关度，相关系数总体高于0.7，是各类下垫面的主要污染指标，其他污染物浓度之间的Person系数相对较低，对于阜新地区各类下垫面污染程度影响相对较低。5d生化需氧量和氨氮是主要污染物的原因在于其主要受人类活动影响，因此成为阜新地区城市主要污染物指标。

2.3 径流对污染物浓度影响

为对城市夏季暴雨径流对污染物浓度影响，结合阜新地区2场较强降水过程下不同下垫面污染浓度变化过程进行分析，2场降水特点见表5，不同径流形成时间下各污染物浓度变化过程如图2所示。

图2 居民生活区污染物随径流变化过程

表5 不同场地降水变化特点

从不同下垫面类型各场次降水径流下污染物浓度变化可看出，污染物浓度在径流形成初期变化较为稳定，这主要因为降雨初期由于产生较小的径流，因此污染物随着暴雨径流进入河道内的浓度相对较低，因此降雨初期污染物浓度具有较小的递增幅度变化。径流量随着降雨时间的增加其不断加大，使得污染物进入河道内的比例有所增多，变幅加大，各类污染物浓度总体在0.5mg/L上下变幅。因此夏季城市在暴雨初期其面源污染总体呈现减少变化，降低了污染物浓度，后期随着径流量的增大其污染物浓度进一步减少。

3 结语

(1)居民生活区氨氮浓度较高，主要来源生活污水和生活垃圾，园地区域总磷浓度较高，主要受园地施肥影响所致，汽车油体污染是交通干道下垫面5d生化需氧量浓度较高的主要原因。

(2)城市暴雨初期对面源污染物冲刷效应明显，尤其是在20～40min以内，暴雨40min以后污染物浓度有所下降，冲刷效应减弱，暴雨后期污染物浓度具有明显的富集效应。

(3)本文主要分析城市暴雨径流下有机面源污染物浓度影响，而无机面源污染浓度变化还未进行分析，有所不足，在后续研究中应重点关注城市暴雨径流下无机面源污染物浓度影响。