北京城区降雨径流水质分析与评价（廖日红,丁跃元,胡秀琳,陈建刚,张书函）

时间：2022-02-19 15:20:28 浏览量：次

摘要：从有机物含量、营养物质含量等较重要的化学指标进行分析, 降雨与各种不同下垫面径流水质污染程度差异较大, 天然降雨、绿地径流与屋顶径流水质相对较好; 但是雨水径流有明显的初期冲刷作用, 污染物集中在初期的数毫米雨量中。

关键词：降雨径流水质分析评价

中图分类号：TV121+.1 文献标识码：A 文章编号：1673 - 4637 ( 2007 ) 01 - 0014 - 04

Analysis and evaluat ion of water quality of r ainfall and r unoff in ur ban ar ea in Beij ing

LIAO Ri- hong DING Yue- yuan HU Xiu- lin CHEN Jian- gang ZHANG Shu- han

( Beijing Hydraulic Research Institute, 100044, China)

Abst r act Based on the analysis of important chemical indexes such as organic substances and nutrient contents, it is found that the pollution degree of the rainfalls and the runoff at different underline surfaces vary from one to another. The pollution by the rainfall and by the runoff from urban green land and roofs is comparatively light. But the rainfall and runoff has obvious effect of flushing at the initial stage and most of pollutants just concentrate in the first few millimeters of rainfall.

Key wor ds Rainwater and runoff Water quality Analysis and evaluation

城市化的快速发展使不透水地面面积迅速增长,雨水径流量也随之增加, 雨水径流污染的威胁不能再被忽视。早在1981 年美国就预计城市径流带入水体的BOD 量约相当于城市污水经处理后的BOD 排放总量,而且129 种重点污染物中有约50%在城市径流中出现。美国的EPA 在1986 年曾对11.1 万km 河流进行监测, 发现非点源污染占了污染物总量的65%, 城市雨水径流( 特别是建筑工地和矿区的径流) 会有大量BOD、营养物、溶解固体等。1990 年EPA 公布了不同污染源( 如农业、工业、城市污水等) 对河流污染( 包括化学毒物、沉积物、营养物等) 的贡献比, 其中城市雨水径流占了9%。一般来说, 城市径流中的污染物来自3 个方面: 降水、地表和下水道系统。降水中的污染物主要由2 类组成, 一类是降水污染物背景值, 另一类是降水淋洗大气污染物; 地表污染物是径流污染物的主要部分; 下水道系统对城市径流水质的影响主要是排水系统中的沉积物及漫溢的污水。在此, 我们重点研究北京城区降雨与径流的水质状况及其处理技术, 为城区面源污染控制及雨水利用提供技术支持。

1 降雨径流取样与水质监测

降雨径流取样点设置在北京市水利科学研究所院内及院外的绿地与道路。取样类别包括天然降水、屋面径流、绿地径流、人行道径流、机动车道径流等。天然降水采用自制采水器皿, 径流全部采用人工取样。水质分析项目主要考虑常用的有机污染物、营养性物质及重金属物质等, 分析项目与方法见表1。

2 城区降雨径流主要污染物含量分析

2.1 有机物含量分析

有机物含量为降雨径流主要污染水质指标, 降雨径流有机物含量见图1。天然降雨与绿地径流有机污染物含量稍低, CODMn 含量分别为1.2 ～4.5 mg / L 及2.1 ～5.9 mg / L, 均在地表水Ⅲ类标准以内。屋顶径流为2.4 ～55 mg / L, 平均值为15 mg / L, 为Ⅴ类水体。人行道径流与机动车道径流的有机污染更为严重,CODMn 含量分别为2.9 ～86 mg / L 及4.6 ～150 mg / L,平均值分别为20.0 mg/L 及68.0 mg/L, 属超Ⅴ类水体。尤其是机动车道径流, CODCr 平均值为96.0 mg/ L, 高值能达到357 mg/ L, 已接近生活污水水质。

对降雨径流有机物含量做进一步分析可知雨水水质可生化性较差, BOD/ COD 值大部分都在0.3 以下,因此即使对于有机污染较严重的道路径流来说, 也不宜用生物工艺进行处理。

2.2 营养物含量分析

除有机物以外, 营养物也是降雨径流的主要污染指标, 降雨径流有机物含量见图2。天然降雨的营养物含量较低, NH3 - N、TN、TP平均值分别为0.50 mg / L、1.20 mg/ L 及0.05 mg / L, 均达到或接近地表水Ⅲ类水体标准。绿地径流营养物含量较高, NH3 - N 为0.17 ～3.51 mg / L, 平均值为1.05 mg / L;TN 为0.3 ～8.9 mg / L, 平均值为2.56 mg/ L, 为超Ⅴ类; TP 为0.136～0.42 mg/ L, 平均值为0.15 mg/ L。屋顶径流营养物含量比绿地径流稍低, NH3- N、TN、TP 平均值分别为0.92mg/L、1.85mg/L 及0.06mg/L。道路径流营养物含量比屋顶径流和绿地径流都要高, 人行道及机动车道径流的TN 分别为2.36 mg / L及3.09 mg / L, 为超Ⅴ 类, TP 分别为0.12 mg / L 及0.23 mg / L。另外机动车道径流的NH3 - N 含量也为1.86 mg/ L, 接近Ⅴ类水体。

随着北京市城市河湖富营养化问题的加剧, 面源污染( 尤其是城市径流) 中的N、P 污染受到越来越多的关注。由于机动车道径流的营养物含量偏高, 尤其是氨氮与总磷平均含量接近Ⅴ类水质, 另外绿地径流的氨氮含量也偏高。因此从营养盐角度分析, 这类雨水若排放到河湖尤其是排放至较封闭的水体中去对水体富营养化将产生非常严重的影响。

2.3 重金属及有毒有害物质分析

考虑到天然降水、屋顶径流、绿地径流及人行道径流中重金属物质较少, 因此只对机动车道径流重金属进行了监测。对监测结果的分析显示: 机动车道径流的总铜、总锌、总铅及六价铬都能达到地表水Ⅲ类水体标准, 天然降水与各类径流挥发性酚能达到地表水Ⅲ 类标准。因此可以初步得出结论,即重金属和有毒有害物质不是造成污染的水质限制因素。

2.4 初期降雨径流水质评价

初期降雨径流主要以降雨量与降雨历时来划分, 对于有降雨量资料的地区, 以1 ～3 mm 前的产流为初期径流, 若无降雨量资料, 可考虑10 ～15 min前的天然降雨及产流后10 ～15 min 内的地表径流。初期天然降雨CODMn 平均值为3.6 mg/L, SS 为30 mg/L,NH3 - N 均值为1.54 mg / L, TN 均值为3.0 mg / L。初期绿地径流有机物含量较低, 能达到地表水Ⅲ类标准,NH3 - N、TN 均值分别为2.20 和5.13 mg / L, TP 均值为0.33 mg/ L, 可见绿地径流的营养物含量较高。初期屋顶径流有机物含量较高, CODMn 为3.0 ～55.0 mg / L,均值为25.5 mg/ L, CODCr 均值为96 mg / L, 有机污染程度较为严重。NH3 - N、TN 均值分别为2.15 和3.50 mg/ L。由上述分析可知初期降雨与屋顶绿地径流均为超Ⅴ类水质。初期道路径流有机物污染程度相当高, 人行道径流与机动车道径流CODMn 均值分别为36.2 与68.0 mg / L, CODCr 分别为96.0 与212 mg / L,已接近于生活污水。另外, 初期人行道与机动车道径流TN 含量也较高, 均值分别为4.20 与6.32 mg/ L。

综上分析, 在进行城区雨水利用工程的设计时应将初期降雨与径流进行分流, 如果不进行分流, 则要考虑对初期雨水进行处理, 主要化学指标为高锰酸盐指数、氨氮、总氮与总磷。

3 城区降雨径流水质变化规律

3.1 水质随降雨历时的变化规律

降雨径流水质随降雨历时的延长而由重污染向轻污染转化, 分析的临界时间是10 ～15 min, 即产流零时刻到10 ～15 min 这段时间各污染指标浓度较大且变化剧烈, 之后水质随时间变化趋缓, 逐渐达到一个稳定值。当然, 径流水质还与其他因素有很大关系, 因此下面还需考察径流水质随降雨量的变化规律。

3.2 水质随降雨量变化规律

由于雨水水质不仅随降雨历时而变化, 还与降雨强度与降雨量有关系。根据对雨水水质随降雨量变化规律的分析, 可以知道一场降雨的初期弃流量, 即观测径流COD 浓度达到相对稳定时降雨量所对应的径流量。分析结果表明, 尽管降雨条件和COD 曲线可能相差很大, 但每一场雨的径流COD 浓度达到相对稳定值所对应的降雨量相差不大, 具体取决于降雨条件、下垫面形式及其污染状况。

依据直观经验, 降雨历时越长, 降雨量越大, 则雨水的水质越好, 分析结果印证了这一结论。由雨量计的结果对照降雨历时的水质变化可知临界的降雨量约为1 ～3 mm, 即在降雨径流这个雨量之前的水质污染情况较严重, 在这个雨量之后, 雨水水质已基本能达到地表水Ⅴ类水体标准( 机动车道径流除外) 。

3.3 降雨与各种不同下垫面的径流水质比较

从有机物含量、营养物质含量等较重要的化学指标进行分析, 降雨与各种不同下垫面径流水质优劣排序为: 天然降水、绿地径流、屋顶径流、人行道径流、机动车道径流。扣除初期雨水进行综合评价, 天然降水、绿地径流与屋顶径流水质较好, 基本能达到地表水Ⅴ类标准, 人行道与机动车道径流污染较为严重,为地表水超Ⅴ类, 不宜进行处理回用。

4 结论

(1) 由于城市化过程中不透水地面面积迅速增长与雨水径流量的增加, 降雨径流对大气污染物的淋洗及其对地表污染物的冲刷使其成为城市面源污染的主要形式, 有日渐严重的趋势。

(2) 取样监测分析表明, 城区雨水径流污染相对严重, 其主要污染物质为有机物、营养物及悬浮性固体。降雨径流污染的一般规律是: 初期的降雨径流比较严重, 随着降雨历时的延长, 各类污染物浓度逐渐下降最终趋于一个相对稳定的数值。每场降雨过程中存在一个水质突变点, 其时间由降雨强度、与上次降雨间隔时间及其他诸多因素决定。

(3) 降雨与各种不同下垫面径流水质污染程度差异较大, 天然降雨、绿地径流水质相对较好, 屋顶径流水质次之, 城区道路路面雨水径流污染最为严重,尤其是初期径流污染物严重程度可接近生活污水。

(4) 雨水径流有明显的初期冲刷作用, 污染物集中在初期的数毫米雨量中, 因此, 控制初期雨水成为雨水利用系统和城市径流污染控制的一项主要举措。

参考文献

[1] 车武, 欧岚, 汪慧贞, 李俊奇.北京城区雨水径流水质及其主要影响因素[J].环境污染治理技术与设备, 2002, 3( 1) :33 - 37.

[2] 方红远, 陈志春.城市降雨径流负荷计算的统计分析方法[J]. 环境科学与技术, 2002, 25( 1) : 13 - 15.

[3] 赵剑强, 等.城市路面径流污染的调查[J].中国给水排水,2001, 17( 1) .

作者简介: 廖日红( 1972 — ) , 男, 高级工程师。

来源：《北京水务》2007.1

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