吳慧芳，陳衛(wèi)
（南京工業(yè)大學(xué)城市建設(shè)與安全環(huán)境學(xué)院，江蘇南京　210009）

　　摘　要：闡述了城市降雨徑流污染的來(lái)源、種類、特征、危害及徑流量和徑流污染負(fù)荷的計(jì)算方法，并對(duì)城市居住小區(qū)的徑流水質(zhì)進(jìn)行了測(cè)定和分析，為城市降雨徑流資源的利用奠定了基礎(chǔ)。
　　關(guān)鍵詞：降雨；城市徑流；污染負(fù)荷；水質(zhì)
　　中圖分類號(hào)：TU991.11
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
　　文章編號(hào)：1000-4602(2002)12-0025-03

1　城市降雨徑流污染特征

　　一般來(lái)說(shuō)，城市徑流中的污染物來(lái)自三個(gè)方面：降水、地表和下水道系統(tǒng)。降水中的污染物主要由兩類組成，一類是降水污染物背景值，另一類是降水淋洗大氣污染物；地表污染物是徑流污染物的主要部分；下水道系統(tǒng)對(duì)城市徑流水質(zhì)的影響主要是排水系統(tǒng)中的沉積物及漫 溢的污水。
　　城市徑流一般可以分為街道徑流、庭院徑流和屋面徑流三種。法國(guó)M.C.Gromaire?Mertz等人^［1、2］對(duì)法國(guó)巴黎的城市徑流污染特征進(jìn)行了研究(見(jiàn)表1)。 表1　屋面徑流、庭院徑流和街 道徑流的污染物濃度 測(cè)試項(xiàng)目 屋面徑流 庭院徑流 街道徑流 最小值 最大值 中值 最小值 最大值 中值 最小值 最大值 中值 SS(mg/L) 3 304 29 22 490 74 49 498 92.5 COD(mg/L) 5 318 31 34 580 95 48 964 131 BOD₅(mg/L) 1 27 4 9 143 17 15 141 36 碳?xì)浠衔?μg/L) 37 823 108 125 216 161 115 4032 508 Cd(μg/L) 0.1 32 1.3 0.2 1.3 0.8 0.3 1.8 0.6 Cu(μg/L) 3 247 37 13 50 23 27 191 61 Pb(μg/L) 16 2764 493 49 225 107 71 523 133 Zn(μg/L) 802 38061 3422 57 1359 563 246 3839 550

　　表1表明，街道徑流污染物濃度最高，占總徑流污染物負(fù)荷的40%～70%(重金屬、碳?xì)浠衔锍?；屋面徑流污染物濃度最低，占總徑流污染物負(fù)荷的10%～40%(重金屬、碳?xì)浠衔锍?；
　　屋面徑流中ＳＳ和COD濃度較低，街道徑流和庭院徑流中SS和COD濃度較高，各種徑流中BOD₅濃度都較低；街道徑流中碳?xì)浠衔餄舛容^高，這與街道的交通量和交通工具排放的尾氣有直接關(guān)系。屋面徑流中Pb、Zn等金屬濃度較高(占總徑流污染物負(fù)荷的80%以上)，這與屋面材料、屋面雨水集流系統(tǒng)材料采用Pb、Zn、Cu等金屬材料有關(guān)。
　　在街道和庭院徑流中固體污染物居多，而在屋面徑流中溶解污染物多，而且大量的重金屬呈溶解態(tài)。通過(guò)沉淀或過(guò)濾可以去除固體顆粒物和大部分鉛，但是去除鋅、銅和鎘效果不明顯。
　　Allen P.Davisd^［3］等人的研究表明，城市徑流中的Pb主要來(lái)源于含鉛涂料油漆，負(fù)荷率約為0.069kg/(hm²·a)；Cu主要來(lái)源于汽車制動(dòng)瓦片和建筑防腐材料，負(fù)荷率約為0.038kg/(hm²·a)；Zn主要來(lái)源于屋面材料和輪胎磨損，負(fù)荷率約為0.646kg/(hm²·a)；Cd主要來(lái)源于大氣沉降和建筑物外墻材料，負(fù)荷率約為0.0012kg/(hm²·a)。
　　德國(guó)Jürgen Frster^［4］研究了空間和季節(jié)對(duì)屋面徑流中大離子和有機(jī)痕量污染物濃度的影響，指出屋面徑流中的大離子污染物(如銨、鉻和鈣等)的含量主要取決于屋面材料和該地的污染源；一般來(lái)說(shuō)，徑流中的有機(jī)污染物(AOX、PAH等)濃度冬季大于夏季，主要是由于冬季為了取暖而增加了化石燃料(特別是煤)的消耗量。化石燃料的不完全燃燒是產(chǎn)生有機(jī)污染物(特別是PAH)的主要原因^［5］，而徑流中鹵代烴類有機(jī)污染物(AOX)濃度的變化不能歸因于單個(gè)污染物。
　　Jürgen Frster^［6］認(rèn)為影響屋面徑流污染和污染物濃度變化的主要因素為：本地的污染源(如冬季取暖焚燒生物質(zhì)燃料等)、屋面材料(鋅材等)、空氣污染(干沉降)、降雨情況(降雨強(qiáng)度、降雨時(shí)間間隔)、氣象學(xué)因素(季節(jié)、風(fēng)速、風(fēng)向)和污染物的物理化學(xué)特性等。

2　城市徑流的污染負(fù)荷

　　 ①?EMC(Event Mean Concentration)
　　由于在一場(chǎng)降雨過(guò)程中，各種污染物濃度隨時(shí)間的變化而發(fā)生變化，在估計(jì)污染負(fù)荷時(shí)，美國(guó)一般采用單場(chǎng)降雨污染物平均濃度(EMC)來(lái)表示徑流污染物濃度^［4］。EMC是單場(chǎng)降雨中單位質(zhì)量徑流中所含污染物組分的平均濃度，其值等于單場(chǎng)降雨徑流中的總污染物質(zhì)量除以總徑流量，即：

　　　　　?EMC=∑QiCi/∑Qi　　　(1)

　　式中?Qi——i時(shí)段內(nèi)的徑流流量，m³/h?
　　　　?Ci——i時(shí)段內(nèi)的徑流量中所含的某種污染物濃度，mg/L

　　　　　　L=Au·dr·EMC　　　　　　(2)?

　　式中?L——某種污染物負(fù)荷，mg
　　　　?Au——徑流面積，hm²
　　　　?dr——徑流深度，mm
　　②城市徑流污染負(fù)荷與徑流量的關(guān)系?
　　在降雨和徑流過(guò)程中污染物質(zhì)量負(fù)荷具有非點(diǎn)源的特點(diǎn)，城市徑流污染負(fù)荷與徑流量的關(guān)系可用下式表示：?

?　　　　　　　L/A=α(Q/A)^β　　　　(3)?

　　式中?L——污染物質(zhì)量負(fù)荷率，kg/h?
　　　　?A——徑流面積，hm²
　　　　?Q——徑流量，m³/h
　　　　?α、β——回歸系數(shù)，α表示基本的污染負(fù)荷，β表示相對(duì)于該場(chǎng)降雨的徑流情況
　　對(duì)于不同的地區(qū)、工業(yè)結(jié)構(gòu)、人口密度和生活水平等因素，可以通過(guò)測(cè)定L、A與Q的值，作lg(L/A)—lg(Q/A)圖，求出斜率β和截距l(xiāng)gα，從而得到回歸系數(shù)α與β。對(duì)于BOD₅、SS、NO₃^--N、Pb和Fe，β一般為1.0～2.0；對(duì)于TKN和PO₄^3--P，β一般小于1.0。這是估計(jì)徑流污染物負(fù)荷最簡(jiǎn)單有效的一種方法。韓國(guó)Jun Ho Lee^［5］對(duì)Taejon和Chongjun兩個(gè)城市的9個(gè)地區(qū)的α、β值進(jìn)行了測(cè)定，其結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　韓國(guó)城市Tae jon和Chong jun的各種污染物回歸系數(shù) 測(cè)定項(xiàng)目 工業(yè)區(qū) 居民區(qū) α β γ N α β γ N BOD₅ 0.060 1.07 0.94 319 0.059 1.11 0.93 128 COD 0.175 0.92 0.88 319 0.130 1.12 0.91 128 SS 0.061 1.06 0.86 319 0.039 1.55 0.91 128 TKN 0.007 0.74 0.81 319 0.0011 0.94 0.83 128 NO₃-N 0.0005 1.12 0.79 319 0.002 1.37 0.85 128 PO₄^3--P 0.0015 0.89 0.75 319 0.005 0.88 0.86 128 TP 0.0024 0.99 0.82 319 0.007 1.03 0.96 128 正己烷提取物 0.0037 0.81 0.74 319 0.043 1.396 0.88 98 Pb 0.0002 0.89 0.83 319 0.003 1.06 0.93 34 Fe 　 　 　 319 0.0014 1.37 0.92 34 注：α、β為回歸系數(shù)，γ為相關(guān)系數(shù)，N為樣本數(shù)。

　　③污染物單位負(fù)荷率
　　污染物單位負(fù)荷率可以用下式計(jì)算：?

　　L=K×C_i×ΔQ_i×Δt_i×R/(∑Δt_i×A_i×I_i］　 (4)

　　式中?L——單位污染物負(fù)荷率，kg/(hm²·a)
　　　　?K ——換算常數(shù)，10^-3
　　　　?C_i——∑Δti時(shí)段內(nèi)污染物平均濃度，mg/L?
　　　　　ΔQ_i——Δti時(shí)段內(nèi)徑流量，m³/h
　　　　　∑Δt_i——降雨歷時(shí)，h
　　　　?R——年總降雨量，mm/a
　　　　?A_i——徑流面積，hm²
　　　　?I_i——降雨強(qiáng)度，mm/h
　　一般來(lái)說(shuō)，各區(qū)域按污染單位負(fù)荷率由大到小依次排序?yàn)椋焊呷丝诿芏染幼^(qū)、低人口密度居住區(qū)、工業(yè)區(qū)、不發(fā)達(dá)地區(qū)。?

3　居住小區(qū)徑流的水質(zhì)特征

　　由于我國(guó)新建的城市居住小區(qū)內(nèi)的地面以混凝土和綠地為主，屋面以混凝土與瓦屋面為主，且小區(qū)機(jī)動(dòng)車輛較少，因而徑流水質(zhì)情況相對(duì)較好，收集后經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理就可利用。對(duì)城市居住小區(qū)徑流的采樣時(shí)間是夏初，時(shí)值梅雨季節(jié)。采樣點(diǎn)選擇在地處城市中心區(qū)域的某高校校區(qū)，采樣點(diǎn)分布情況及測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　采樣點(diǎn)分布情況及徑流水質(zhì) 采樣地點(diǎn) 徑流面特征 清掃情況 pH 濁度(NTU) 溶解性固體(mg/L) 懸浮固體(mg/L) NH₄⁺-N(mg/L) COD(mg/L) 教學(xué)樓屋面 水泥平頂 無(wú)人清掃 6.72 26.2 1 280 435 0.3 66. 87 實(shí)驗(yàn)樓屋面 水泥平頂 有人清掃 6.68 7.5 956 210 0.1 46 .79 體育館屋面 泥瓦斜坡 無(wú)人清掃 6.62 18.7 1 078 380 0.3 36.75 主教學(xué)樓前地面 水泥地面 有人清掃 6.60 17.4 1120 180 0.2 31.73 平均值 　 　 6.66 17.4 1109 301 0.23 45.54

　　從表3可知，實(shí)驗(yàn)樓屋面水質(zhì)比其他采樣點(diǎn)好，而教學(xué)樓屋面徑流水質(zhì)明顯比其他地方要差，這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)樓距離交通主干道最遠(yuǎn)，周圍的大氣環(huán)境較好且有人定期清掃，而教學(xué)樓屋面無(wú)人清掃且地處交通主干道邊。?

4　結(jié)論

　　①城市徑流中的污染物主要來(lái)自降水、地表和下水道系統(tǒng)，其中地表污染物是徑流污染物的主要組成部分。
　　②城市徑流一般可以分為街道徑流、庭院徑流和屋面徑流，其中街道徑流污染物濃度最高，屋面徑流污染物濃度最低。由于建筑物屋面及屋面集水材料采用Pb、Zn、Cu等材料而 使屋面徑流中的金屬元素濃度較高。
　　③城市徑流污染負(fù)荷表示方法有三種：EMC(單場(chǎng)降雨污染物平均濃度)；城市徑流污染負(fù)荷與徑流量的關(guān)系式［L/A=α(Q/A)β］；污染物單位負(fù)荷率。
　　④在清掃情況、徑流面材料等條件相同時(shí)，城市住宅小區(qū)徑流污染程度主要與周圍大氣環(huán)境有關(guān)，小區(qū)內(nèi)的雨水徑流經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理就可以成為中水或雜用水。

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　　收稿日期：2002-04-17