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西安市路面径流污染排放特征

王昭  
【摘要】:伴随着城市化进程的加快,城市机动车保有量不断攀升,交通道路面积迅速增加,作为城市不透水性地表的第二自然地理格局的重要组成部分,交通道路路面既是径流污染的重要源区,又为雨水集蓄利用提供了广阔的收集空间。作为城市地表径流污染最严重的部分,路面径流被广泛关注,西方发达国家已采用第二代低影响开发技术LID(Low Impact Development)对径流就地消纳处理,从而达到消减径流量、控制径流污染、改善生态环境等目的。我国目前已开始“海绵城市”建设设点,试图在城市范围内最大限度的实现雨水的积存、渗透和净化,促进雨水资源的利用、径流污染控制和生态环境保护。本研究在西安市南二环太白立交设置路面径流采样点,采用人工等时间间隔采样法,对2014年7月-2015年8月的13场降雨径流事件进行全程采样、测试,研究径流过程SS、COD、溶解态COD、重金属Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd和溶解态重金属的污染排放特征和初期冲刷效应,并对样品个数对场次EMC估算结果准确性的影响进行研究,得出如下结论:(1)城市路面径流污染排放特征1)路面径流污染排放与降雨特征及污染物的赋存状态密切相关。无论是何种雨型的降雨径流事件,溶解态污染物均在径流初期达到峰值,不受雨强大小表征的径流冲刷能力大小的影响,而颗粒态污染物的浓度峰值出现时间均略滞后于雨强峰值出现时间。对雨强较小、径流量较小的降雨事件,径流冲刷地表、携带颗粒态污染物的能力有限,整场径流污染物浓度波动较小,即使在径流末期,污染物浓度也维持较高水平;而对雨强变化大、有明显高强雨峰出现的降雨事件,雨强峰值出现时强劲的冲刷作用使得径流中颗粒态污染物浓度显著增高,随即快速降低;2)西安市城市道路路面径流污染严重,变化显著,不仅表现在单场径流过程中污染物浓度显著波动,不同场次径流污染物浓度也呈宽幅变化;其中各场次径流SS、COD浓度均远大于《污水综合排放标准》三级标准,最高分别超标13.15、3.58倍,多数场次SS、COD浓度底值大于《污水综合排放标准》二级标准,表明,SS、COD是西安市路面径流的主要污染物,需重点关注;而重金属污染也不容忽视,各场次径流Pb、Cr浓度峰值均超过《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准限值,最高分别达4.9、3.96倍,部分场次径流Zn和Cd峰值浓度超过地表水Ⅲ类标准限值;若不经处理直接排放,必将导致受纳水体重金属污染水平提高,并对受纳水体水环境质量造成较严重影响。(2)城市路面径流初期冲刷效应1)本研究测试的13场径流中,降雨场次不同,初期径流携带的污染负荷所占比例相差较大,若需对西安市路面径流进行有效治理,仅处理初期径流将无法得到满意的效果;2)全部径流事件均未出现强烈初期冲刷,但所有径流事件中部分污染物均出现中等程度初期冲刷,部分污染物初期冲刷微弱,仅少部分污染物未出现初期冲刷;3)初期冲刷存在与否及其程度与降雨特征及污染物类型有关。Ⅰ、Ⅱ型降雨比“多峰”型Ⅲ类降雨事件的污染物初期冲刷更明显,且初期雨强大、总降雨量大Ⅱ型降雨事件较雨量小、降雨强度小的Ⅰ型径流事件初期冲刷效应更加明显;SS、COD、溶解态COD的初期冲刷程度明显略强于其余污染物。各重金属总量初期冲刷程度稍强于其溶解态重金属初期冲刷程度,且溶解态Pb、Cr、Cd初期冲刷程度明显弱于其余重金属。(3)路面径流样品个数对场次EMC估算结果准确性的影响1)当采集样品个数较少时,根据样品浓度结合径流量计算的场次径流EMC值呈较大离散性,变异系数相对较大;随着样品个数增加,各根据样品浓度结合径流量计算的EMC值离散性逐渐缩小并趋于稳定,变异系数逐渐下降;2)当场次径流样品个数大于13个时,各场次各污染指标计算出的EMC值与场次EMC近似真值间的最大相对误差均小于30%,即只要保证场次样品个数达13个以上时,其计算出的EMC值与场次EMC近似真值的最大相对误差可保证在30%以内。


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