城市降雨径流面源污染输移规律模拟及初始冲刷效应研究

【摘要】：在面源污染中，城市降雨径流污染作为仅次于农业面源污染的第二大面源污染，其径流中包含的有毒污染物，其直接危害是有机磷、有机农药及毒性污染物累积在水体食物链中，导致受纳水体内生殖的水生生物发生急性中毒。同时，城市降雨径流中含有的毒性污染物进入水环境，各污染物将会发生协同作用危害水生生物，最终经食物链转移到人类体内，对人体健康造成不良的威胁。 本文以同沙水库集水区为研究对象，基于同沙水库集水区代表性功能区降雨径流水量、水质的监测，通过监测结果分析研究区域内不同功能区降雨径流面源污染状况、不同降雨情景下污染物输出过程、污染物赋存状态以及颗粒物粒径分布规律，并通过主成分分析研究评价不同降雨特征及集水区参数对降雨径流的影响；建立面源污染输移冲刷模型对功能区污染进行模拟预测；对同沙水库集水区进行主要污染物初始冲刷效应研究，通过定性及定量评价识别方法研究污染物初始冲刷效应，并根据径流污染负荷分配规律提出初期雨水截留标准，为城市降雨面源污染的研究、控制、管理工作提供有效的技术手段，为减少对受纳水体的污染提供理论基础，研究成果如下： （1）不同功能区污染物浓度随时间的变化规律类似，降雨初期污染物浓度迅速升高，并很快达到峰值，浓度峰值滞后于降雨峰值但先于径流峰值，具有较显著的时间特征； （2）集水区内降雨径流主要污染物为TSS、COD_(cr)、和TP，工业区及商住区污染物浓度值接近典型生活污水的浓度值，污染负荷高，大大超出了地表水V类水标准； （3）颗粒态Pb、溶解态COD_(cr)、颗粒态Ni及溶解态Zn是降雨径流污染物输出的主要形态，可以采用沉淀等方法去除径流中颗粒物的同时对重金属有较好的去除效果； （4）影响EPL的主因子是最大雨强、雨前干期长度、不透水率，而影响EMC的主因子是最大雨强、雨前干起长度、降雨历时、降雨量； （5）径流颗粒平均中值粒径D50顺序为高速路面牛山溪沟环城南路排水沟，且在降雨径流中迁移的主要颗粒物粒径为5-40um，且在大雨事件中在5-40um粒径段的颗粒在径流过程中前30min的变化趋势较大；径流中污染物浓度与粒径最小的细颗粒（5um）的相关系数最大，且污染物浓度与粒径的相关系数随着颗粒粒径的增加而变小，说明污染物主要吸附与细颗粒表面； （6）构建了由线性函数与伽马型函数组成的城市降雨径流污染物冲刷数学模型，该模型方程式为：NewConc.[V_(nRU)(t)]=δ+V_(nRU)(t)·{γ+β·Exp×[-α·V(nRU)(t)}，污染物浓度模拟结果与实测结果基本接近，满足模型校核要求，模型模拟显示出较高的模拟精度，有效地证明该模型可靠、精确度较高； （7）最大雨强、降雨量越大，初始冲刷效应越明显；在低降雨事件，主要是不渗透地面作为径流污染源；而在高强度降雨事件中，可透性地面作为径流污染源；研究采用两种图形识别方法——无量纲累积M(V)及MFFn比率曲线法，识别结果对比可以有效地消除直观微小差别造成的图形识别误差； （8）高速路面及屋面径流中各水质参数污染物浓度随无量纲降雨量的变化趋势类似。且高速路面及屋面均发生了季节性初始冲刷效应。重金属季节性初始冲刷效应强度要大于基本水质参数季节性初始冲刷效应强度； （9）研究采用FF40作为同沙水库集水区初期雨水径流截留参考标准，分离截取初期40%的径流雨水比截取整场降雨更为有效、经济。