基于SWMM模拟的快速城市化地区洪峰径流和非点源污染控制研究_王蓉
北京大学学报（自然科学版）第51卷第1期 2015年1月
Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, Vol. 51, No. 1 (Jan. 2015)
doi: 10.13209/j.0479-8023.2015.017
基于SWMM模拟的快速城市化地区
洪峰径流和非点源污染控制研究
王蓉1秦华鹏1赵智杰2,?
1.北京大学深圳研究生院, 深圳518055;
2.北京大学环境科学与工程学院, 北京100871;
?通信作者, E-mail: zhaozhijie@https://www.wendangku.net/doc/b617587960.html,
摘要为避免城市内涝、控制非点源污染, 利用现场监测和模型模拟的方法研究快速城市化地区非点源污染的特征和控制。采用SWMM模型(Storm Water Management Model)模拟研究区的暴雨径流过程和非点源污染负荷, 分析对比下垫面加入LID (low impact development)和BMPs (best management practices)措施的控制效果。结果表明, LID作为一种离散型城市降雨径流控制装置, 可以有效地减小研究区的径流系数、洪峰流量和非点源污染物负荷。BMPs工程性措施(不透水调蓄池)对研究区的洪峰流量和非点源污染物负荷也有较好的控制效果, 但是对径流总量没有影响。在研究区联合使用这两种措施, 可以更大程度地减小洪峰流量和非点源污染物负荷, 同时减小径流系数。
关键词非点源污染; SWMM; 城市化; LID; BMPs
中图分类号TU992
Control Studies of Peak Flow and Non-point Source Pollution
for Urbanized Area Based on SWMM
WANG Rong1, QIN Huapeng1, ZHAO Zhijie2,?
1. School of Environment and Energy, Peking University Shenzhen Graduate School, Shenzhen 518055;
2. College of Environmental
Sciences and Engineering, Peking University, Beijing 100871; ? Corresponding author, E-mail: zhaozhijie@https://www.wendangku.net/doc/b617587960.html,
Abstract To avoid urban waterlogging and control non-point source pollution, the characters and controls of non-point source pollution for urbanized area by field monitoring and simulating with SWMM were studied, and the effect with LID or BMPs in impermeable area was assessed. Results show that, as a discrete control device for rainfall runoff, LID could decrease the runoff coefficient, peak flow and non-point source pollution effectively.
BMPs also could decrease peak flow and non-point source pollution for area studied but it had no effect on runoff volume control. Finally, it could decrease peak flow and non-point source pollution more efficient with the two measures combined utilization and minish the runoff coefficient at the same time.
Key words non-point source pollution; SWMM; urbanization; LID; BMPs
随着城市工业废水和生活污水等点源污染控制水平的提高, 非点源污染的严重性日益凸显[1–5]。快速城市化进程中, 路面硬底化面积比例越来越大, 导致非点源污染成为我国城市水环境污染的主要来源之一。暴雨径流能够冲刷大量下垫面累积的污染物, 尤其是初期径流, 产生的污染负荷远高于城市生活污水[6–7]。因此, 迫切需要控制城市化地区洪峰径流和非点源污染。
国外暴雨径流和非点源污染研究经历了从经验模型和统计模型到机理模型, 再到与3S技术相结
深圳市环境科研课题[社会资助类] (4403012011000135)资助
收稿日期: 2013-12-03; 修回日期: 2014-01-17; 网络出版日期: 2015-01-07
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合, 基于流域尺度、具有空间数据信息处理、数据库技术、数学计算和可视化表达等综合功能的超大模型的发展过程[8]。目前以综合的机理模型为主, 如SWMM 被广泛用于城市地区暴雨径流污染的模拟。国内研究主要集中于城区径流污染的宏观特征定性描述, 径流量与污染负荷相关性分析, 以及对国外一些城市非点源污染模型的应用[3,9]。
针对城市暴雨径流污染, 美国、英国、澳大利亚等发达国家建立了一系列新型的雨水管理体系。20世纪90年代由美国马里兰州环境资源署提出的LID 技术在美国、加拿大和欧洲一些国家得到认可, 并建立了多个成功案例[10–12]。我国大部分城市处理降雨径流仍以快排、防洪为主。近十几年, 在北京、上海、深圳等大城市逐步开展城市雨水水量、水质联合管理研究, 同时也完成了多项城市雨水利用和污染控制示范工程[13]。但是, 我国现有的研究和实践仍局限于社区规模的应用, 主要关注雨水收集和利用, 对整个城区雨水系统中各个要素的相关作用关注不够[14]。
本研究采用SWMM 模拟深圳西乡河流域暴雨径流和污染负荷, 利用实地监测数据率定模型参数, 验证模型, 模拟对比在研究区加入LID 控制单元与BMPs 工程性措施对洪峰径流和非点源污染的控制效果。
1 研究方法
1.1 研究区域
研究区选择深圳市西乡河流域。西乡河属于珠江口水系, 河长18 km, 流域面积18.75 km 2
。流经地区均为城镇中心区, 河道宽窄不一, 淤塞严重, 加上两岸城区市政管网雨污合流, 西乡河成了城区排污的通道。
研究区地形以低丘台地为主, 总的地势东北高西南低, 东北部主要为低山丘陵, 西南部多为海滩冲积平原。研究区属南亚热带海洋性季风气候区, 温和湿润, 雨量充沛, 多年平均降雨量为1606 mm, 主要分布在4~9月, 且降雨强度大, 易形成局部暴雨和洪涝灾害, 夏季常受台风侵袭。
西乡河流域处于深圳市宝安中心区, 人口密度为4367人/ km 2
, 区域水环境压力巨大。在城市规划中, 宝安中心区与前海共同组成深圳市“城市双中心”之一, 是独具海滨特色的现代化花园式城区, 规划目标对水环境质量提出更高的要求。
经过30年的快速城市化过程, 西乡河流域大量绿地、林地和农业用地转化为城市建设用地, 下垫面严重人工化。道路和建设用地面积占总用地面积的68.97%, 非点源污染物累积量增大。该地区用地现状复杂, 有很多城中村, 街道狭窄, 生活垃圾随意堆置。降雨时街道堆积的大量固体颗粒物(SS)被冲刷入河。SS 具有吸附、携带其他污染物的特点。进入河涌, 进而排入海湾的SS 在海水中释放所携带的污染物, 对海湾生态环境造成影响。
1.2 流域概化与参数选择
1.2.1 流域概化
利用流域1:10000地形图和城市管网图, 将西乡河流域概化为67个子汇水区, 利用地形图确定子汇水区坡度。根据研究区卫星影像得到流域土地利用现状图。
根据实际排水管网设计图与河道位置, 概化子汇水区管网。参考河道设计图、街道排水管网设计图等资料以及相关设计规范, 确定管道和排水节点的属性值。
西乡河流域模型概化结果如图1所示, 土地利用现状如图2所示。
1.2.2 参数选择
参考相关文献、模型用户手册和实地监测值确定西乡河SWMM 模型的参数。模型产流过程采用Horton 方程, 其参数典型值如表1所示。洼地储蓄量典型值如表2所示。影响汇流过程的主要参数是地表、管道和明渠的曼宁系数, 典型取值如表3所示。经灵敏度分析, 灵敏度最高的水文参数是子汇水区漫流宽度和不透水地表曼宁系数, 其次是最小入渗率和不透水地表洼蓄量。
1.3 参数率定与模型验证
1.3.1 建模监测
为掌握城市降雨径流污染特征并率定模型参数, 实地监测西乡河的水文水质。分别在西乡河上、中、下游选择一个监测断面。监测内容包括水文指标(水位和流速)和水质指标(pH 值, COD Cr , BOD 5, 氨氮, TP, TN, DO 和盐度等8项)。降雨过程中同步监测水文和水质指标。
1.3.2 参数率定
首先预估参数, 用预估的参数组合进行模型计算。将计算结果与监测结果比较, 以相对偏差
100%′-模拟值监测值监测值
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图1 研究区子汇水区概化图 Fig. 1 Generalized map of area studied
图2 研究区土地利用现状
Fig. 2 Present
land-use map of area studied
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表1 城市地区Horton 方程参数典型值[15]
Table 1 Parameters value of Horton equation in urban [15]
地表覆盖 状况
最大入渗 率/(mm·h -1) 最小入渗 率/(mm·h -1) 入渗率衰减 系数/h -1 草地
77.74
24 1.43 83.65 24 2.00 123.0 30 2.29 138.6
48 2.04 砖地 76.13 0 3.75 土地
34.72 6.6 3.28 52.76 10.8 3.47 沥青路面
17.13 3.0 5.81 58.39
3.0
5.58
表2 洼地储蓄量典型值[15]
Table 2 Depression storage typical values [15] mm
不透水地表 草坪 牧草 森林枯枝落叶层
1.27~
2.54
2.54~5.08
5.08
7.62
最小为原则, 反复调试参数, 确定最优值。最后, 根据参数的物理意义论证率定好的参数, 保证其合理性。利用2012年5月18日的降雨流量监测数据率定模型参数, 确定所需参数取值(表4)。
结合西乡河流域的水质监测结果, 以代表性、典型性为原则, 选定COD Cr , 氨氮和TP 3个污染因子模拟研究区的降雨径流污染。根据城市化地区非点源污染物的累积、冲刷特点, 污染物累积模型选择饱和函数模型, 即米切利斯-门顿函数:
12C t
B C t
=
+, 其中C 1为最大累积量; C 2为半饱和常数, 即达到最大累积量一半时的天数。饱和函数模型参数参考文献取值, 如表5所示。污染物冲刷模型选择指数函数模型
21C w C q B =,
其中C 1为污染物冲刷系数, C 2为污染物冲刷指数。指数函数参数参考文献[17]取值, 如表6所示。结合5月18日的监测数据率定水质参数。 1.3.3 模型验证
以2010年5月7日的降雨流量监测数据验证模型。该场降雨属于暴雨, 总降水量117.8 mm 。由于西乡河上游是铁岗水库, 暴雨时水库开闸泄洪, 对下游流量将产生干扰, 因此仅用本次降雨的前半场模拟研究区产生的径流。前半场降雨量69.7 mm, SWMM 模拟产生的地表径流深37.96 mm, 平均径流系数0.54, 符合城市化地区径流系数在0.4~0.7 的范围。流量模拟的N-S 系数(纳什系数)为0.4。COD Cr 模拟的N-S 系数为0.78, 氨氮模拟的N-S 系数为0.4, TP 模拟的N-S 系数为0.43。SWMM 模型流量验证结果如图3所示。
1.4 径流和非点源控制手段
非点源污染强度与下垫面污染物累积量相关, 从污染物产生源头、径流过程和径流进入受纳水体(终端)分别控制非点源污染, 其中源头控制是关
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表5 不同土地利用地表污染物累积参数参考值[17]
Table 5 Reference value of land use pollution buildup parameter [17]
污染物
路面
屋面
绿地
最大累积量／
（ｋｇ · ｈｍ－２
） 半饱和累积 时间／ｄ
最大累积量／
（ｋｇ · ｈｍ－２
）
半饱和累积 时间／ｄ
最大累积量／
（ｋｇ · ｈｍ－２
） 半饱和累积 时间／ｄ
ＳＳ ２７０ １０ １４０ １０ ６０ １０ ＣＯＤＣｒ １７０ １０ ８０ １０ ４０ １０ ＴＮ ６ １０ ４ １０ １０ １０ ＴＰ
０．２
１０
０．２
１０
０．６
１０
表6 不同土地利用地表污染物冲刷参数参考值[17]
Table 6 Reference value of land use pollution wash off parameter [17]
污染物 路面
屋面
绿地
冲刷系数 冲刷指数
冲刷系数 冲刷指数
冲刷系数 冲刷指数 ＳＳ ０．００８ １．８ ０．００７ １．８ ０．００４ １．２ ＣＯＤＣｒ ０．００７ １．８ ０．００６ １．８ ０．００３５ １．２ ＴＮ ０．００４ １．７ ０．００４ １．７ ０．００２ １．２ ＴＰ
０．００２
１．７
０．００２
１．７
０．００１
１．２
图3 SWMM 模型流量验证结果
Fig. 3 Runoff verification result chart of SWMM
键。源头控制的措施包括: 治理空气污染, 减少大气沉降; 增加城市路面清扫频率, 减少污染物堆积; 控制区域水土流失量; 改造污染严重的屋面材料, 禁止使用污染材料做屋顶防水。过程和终端控制的目的在于减少污染物排入地表水和地下水的数量。但是, 受城市建筑、占地等条件的限制, 实施改造难度较大, 代价也很高, 应在规划和基础设施建设时加以妥善解决。如在建筑工地设置雨水沉淀池, 在分流制排水系统内设置雨水池、氧化塘等[18]。
从经济、环境、社会的角度综合考虑非点源污染控制手段, 发达国家应用较多的是BMPs 和
LID 。BMPs 是美国20世纪70年代提出的雨水管理技术体系, 包括技术措施和非技术措施, 其主要目的是从源头降低潜在的污染, 并预防其进入受纳水体。技术措施(结构性BMPs)包括植草沟、草带干式滞留池、湿式滞留池、入渗池、渗透路面等[19]。这些设施的建造和维护成本有别于一般的污水处理设施。
LID 是BMPs 的升级, 不仅能控制非点源污染, 而且能满足景观生态需求, 具有规模小、布局离散、美化环境的特点, 适合高密度的城市区域。LID 是模拟自然水文条件, 采用源头控制理念, 实现雨水控制与利用的一种雨水管理方法, 其装置包
括生物持水单元(bio-retention cell)、多孔人行道(porous pavement)、下渗沟渠(infiltration trench)、集水桶(rain barrel)和植被沼泽(vegetative swale) 5种类型[17]。不同LID 装置有不同的分层, 每一层参数的设定参考相关研究[11-13,15]和深圳光明新区已有的LID 装置。
2 研究结果
2.1 径流和非点源污染现状
2010年5月7日对西乡河上游断面降雨流量监测过程如图4所示。随着雨势的增大, 径流汇入, 河流流量急剧上升, 但流量的增加相对降雨有一定
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图4 2010年5月7日西乡河上游断面降雨流量过程 Fig. 4 Precipitation process and flow duration of upstream
of Xixiang River on May 7, 2010
延迟。最大流量为9.95 m 3/s 。
旱季监测结果表明, 西乡河上、中、下游断面污染物浓度变化规律相似, 但浓度较高值出现时段不完全一致, 原因是上、中游断面主要受周围居民生活污水及一些工厂的排污影响, 下游断面是感潮河段, 污染物浓度受海水影响较大。总体上, 旱季西乡河各种污染物浓度超过地表水Ⅴ类水标准, 属于劣Ⅴ类水质。
综合雨季、旱季监测结果, 表明西乡河旱季无雨天时河流基流很小, 流量主要来自周边居民的生活污水和工业废水以及下游的区间径流, 流量变化与居民起居生活规律相关。暴雨时, 洪峰出现时刻滞后于污染物浓度峰值出现的时刻, 初期冲刷效应明显。西乡河污染严重, COD Cr , 氨氮和TP 浓度远远超过地表水Ⅴ类标准, 旱季河流水质稍差于雨季。受感潮河段影响, 对污染物浓度的稀释, 导致河流下游断面污染物浓度低于上游断面。
2.2 控制措施效果模拟
利用通过验证的模型模拟西乡河流域降雨径流污染过程。选择西乡河入海口分析模型的模拟结果。雨量计输入2010年5月7日的降雨数据, 模拟得到洪峰流量49.18 m 3
/s, 洪峰时刻是04:15, 入
海的污染物负荷COD Cr 是101661.15 kg, 氨氮是1556.42 kg, TP 是1876.16 kg 。
2.2.1 研究区加入BMPs
不透水调蓄池(BMPs 工程性措施)通过延长雨水在池中的停留时间减小洪峰流量。过剩的雨水暂时存储在调蓄池中, 在一定的时间内(一般在24小时内)排完[20]。研究区加入一个蓄水装置(storage unit), 体积按照汇水面积×降雨量×径流系数计算得705712.5 m 3, 滞留池的最大深度设为1 m, 则占地面积为0.71 km 2。
对比加入BMPs 工程性措施前后研究区流量和非点源污染物负荷的变化, 结果如表7所示。入海口洪峰流量减小4.29 m 3/s 。入海污染物负荷均有减少, 其中COD Cr 减小20690.16 kg, 氨氮减小410.16 kg, TP 减小445.49 kg 。模拟结果表明, BMPs 作为一种大尺度集中处理的城市降雨径流控制装置, 可以有效地控制进入河流的非点源污染物负荷, 降低对海湾生态环境的影响。研究区加入BMPs 后对入海口流量的控制效果如图5所示, 有效降低了洪峰流量。
2.2.2 研究区加入LID
1) LID 的最大潜力。
在研究区67个子汇水区都加入LID, 评估其
图5 加入BMPs 装置后入海口降雨流量过程对比
Fig. 5 Outfall runoff with and without BMPs
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图6 所有子汇水区加入LID 装置后入海口
降雨流量过程对比
Fig. 6 Outfall flow with and without LID
in all sub-watersheds
对研究区洪峰径流和非点源污染物的最大控制潜力。由于研究区下垫面不透水面积比例大, 考虑将一部分不透水地表(道路)改为多孔人行道, 在一部分不透水下垫面(屋顶)加入生物持水单元。
加入LID 装置后, SWMM 模拟得到流域入海口洪峰流量减小25.66 m 3/s, COD Cr 减小64448.71 kg, 氨氮减小876.76 kg, TP 减小1211.75 kg, 如表8所示。加入LID 装置后, 西乡河入海口的流量过程对比结果如图6所示。图6表明, 在快速城市化地区, LID 可以有效控制洪峰流量, 减小产流量, 进而减小冲刷进入河流的非点源污染负荷。
2) LID 的可行情况。
第一种情景, 每个子汇水区都加入LID 装置是一种理想状态。现实状况必须结合地形、坡度、下垫面及社会经济条件等因素, 综合考虑之后, 在研究区17个子汇水区中加入LID 装置, 空间分布情况如图7所示, 图中划斜线的子汇水区表示加入LID 。对比加入LID 装置前后, 研究区流量和非点源污染物负荷的变化, 结果如表9所示。研究区径流系数从0.54减小到0.45, 入海口洪峰流量减小8.38 m 3/s 。入海非点源污染物负荷均有减少, 其中COD Cr 减少11383.06 kg, 氨氮减少147.35 kg, TP 减少218.40 kg 。图8是在研究区部分子汇水区加入
2.2.3 同时加入LID 和BMPs
在研究区同时加入大尺度的BMPs 工程性措施和分散型的LID 装置, 联合两种降雨径流控制措施, 判断对城市非点源污染的控制效果。如表10所示, 研究区径流系数从0.54减到0.45。入海口的洪峰流量减小11.77 m 3/s 。污染物入海量较前两种情景减小得更多, 其中COD Cr 减小31186.42 kg, 氨氮减小529.93 kg, TP 减小644.38 kg 。两种控制措施对入海口径流过程的控制效果如图9所示。
综上所述, LID 和BMPs 工程性措施可以有效降低城市化地区的洪峰流量, 减少排入水体的非点源污染物。另外, LID 还可以减小区域径流系数, 减少产流量, 有助于控制城市内涝。但是, LID 和BMPs 工程性措施对研究区入海口的洪峰时刻出现时间并没有产生明显延迟。第一种可能原因是与本次降雨的特点有关。本次降雨的雨峰出现很快, 降雨开始的第15分钟就出现, 可能导致洪峰时刻过早出现, 控制措施来不及对其产生延迟。第二种可能原因是与这两类控制措施的空间分布位置有关, 本研究在设置径流污染控制措施时对其物理结构考虑较多, 空间分布考虑较少, 是需要进一步研究的一个问题。
2.2.4 不同雨频控制效果评估
对于任意历时(t )和重现期(T )任意组合下的暴雨, 深圳市暴雨强度公式为
100.555
1679.194(10.460log )
( 6.840)T q t ′′+′=
+,
其中q 为暴雨强度(mm/min)。设计不同雨频(不同重现期) 2小时降雨量, 结果如表11所示。实际上, 2小时内的降雨强度并不均匀。参考不均匀设计雨型——芝加哥雨型[21]设计2小时不同雨频的降雨过程, 如图10所示。
研究区加入LID 装置。西乡河入海口不同雨频的洪峰流量平均降低13.16%, 雨频越大, 控制效果越好。非点源污染负荷: COD Cr 平均减小9.51%,
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图7加入LID装置的子汇水区空间分布
Fig. 7 Spatial distribution maps of sub-watershed with LID
表9加入LID装置后入海口洪峰流量和非点源污染负荷对比
Table 9 Outfall max flow and non-point source pollution with and without LID 情景洪峰流量/(m3·s-1) COD Cr/kg 氨氮/kg TP/kg 未加LID 49.18 101661.15 1556.42 1876.16 加入LID 40.80 90278.09 1409.07 1657.76 LID的效果/% -17.04 -11.20 -9.47 -11.64
图8加入LID装置后入海口降雨流量过程对比
Fig. 8 Outfall flow with LID and without LID
氨氮平均减小9.94%, TP平均减小13.19%。LID装置对不同雨频的非点源污染控制效果接近。
研究区加入BMPs装置。入海口不同雨频的洪峰流量平均降低18.48%, 雨频越小, 控制效果越好。非点源污染负荷: COD Cr平均减小28.14%, 氨氮平均减小32.83%, TP平均减小25.27%。BMPs 装置对不同雨频的非点源污染控制效果接近。
研究区同时加入LID和BMPs装置。入海口不同雨频的洪峰流量平均降低28.20%, 雨频越小, 控制效果越好。说明对流域整体而言, 洪峰流量控制BMPs所起的作用超过LID。非点源污染负荷: COD Cr平均减小35.11%, 氨氮平均减小39.80%, TP 平均减小36.16%。两类装置联合使用对不同雨频的非点源污染控制效果接近。
2.2.5多年平均控制效果评估
利用研究区1991—2000年的降雨数据, 模拟不同控制措施对西乡河流域洪峰径流和非点源污染负荷的多年平均控制效果。
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图10 不同雨频降雨过程示意图
Table 10 Diagram of precipitation process of different frequency
表10 加入BMPs 和LID 装置后入海口洪峰流量和非点源污染负荷对比
Table 10 Outfall max. flow and non-point source pollution with and without BMPs+LID
情景
洪峰流量/(m 3·s -1)
COD Cr /kg 氨氮/kg TP/kg 未加LID 和BMPs 49.18 101661.15 1556.42 1876.16 加入LID 和BMPs 37.41 70474.73 1026.49 1231.79 LID 和BMPs 的效果/%
-23.93
-30.68
-34.05
-34.35
图9 加入BMPs 和LID 装置后入海口降雨流量过程对比
Fig. 9 Outfall flow with and without BMPs+LID
研究区加入LID 装置。10年内西乡河入海口洪峰流量平均降低10.95%, 非点源污染负荷: COD Cr 平均减小15.99%, 氨氮平均减小16.97%, TP 平均减小18.14%。
研究区加入BMPs 装置。10年内西乡河入海口洪峰流量平均降低20.31%, 非点源污染负荷: COD Cr 平均减小4.69%, 氨氮平均减小5.08%, TP 平均减小4.65%。
研究区同时加入LID 和BMPs 装置。10年内西乡河入海口洪峰流量平均降低29.24%, 非点源污染负荷: COD Cr 平均减小20.64%, 氨氮平均减小21.70%, TP 平均减小22.67%。
综上所述, 长时间尺度下, 洪峰流量的控制BMPs 好于LID, 平均值大于20%。非点源污染的控制LID 好于BMPs, 平均值大于15%。当联合两类装置后, 洪峰流量和非点源污染负荷的控制效果都有所提高, 高于单独的任何一类装置。
3 结论
快速城市化地区不透水下垫面比例大, 导致径流系数大、非点源污染累积量大。暴雨时, 洪峰出现时刻滞后于污染物浓度峰值出现的时刻, 初期冲刷效应明显。研究区COD Cr , 氨氮和TP 浓度远远超过地表水Ⅴ类标准, 旱季河流水质稍差于雨季。城市化地区加入LID 或BMPs 装置控制降雨径流污染。结果表明: 研究区单独加入LID 装置可以有效减小研究区的径流系数、洪峰流量和非点源污染
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物负荷; 单独加入BMPs 工程性措施对研究区的洪峰流量和非点源污染负荷也有较好的控制效果, 但是对径流总量没有影响; 联合使用这两种措施则可以更大程度地减小洪峰流量和非点源污染物负荷, 同时减小径流系数。
不同雨频洪峰流量和非点源污染的控制, BMPs 均好于LID 。LID 对洪峰流量的控制情况是雨频越大, 控制效果越好。BMPs 对洪峰流量的控制情况是雨频越小, 控制效果越好。非点源污染负荷的控制, LID 对不同雨频的控制效果接近, BMPs 对不同雨频的控制效果差异也不大。
洪峰流量的多年平均控制效果BMPs 好于LID, 非点源污染的多年平均控制效果则是LID 好于BMPs 。
受天气和监测条件限制, 实际监测的次数偏少。虽然模型验证结果在可接受的范围内, 但模型精度仍有待提高。对洪峰径流和非点源污染的控制, 还应考虑除降雨外的雨污水系统改造和下垫面清洁管理的影响。进一步研究应增加实验监测次数, 提高模型模拟的精度; 应增加考虑非点源污染的其他影响因素(如下垫面类型变化, 非点源污染物累积、冲刷系数的变化), 以便更加全面分析城市非点源污染负荷的规律和控制。
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洪峰流量的计算
1.1 3.4设计洪水 3.4.1暴雨洪水特性 鸭嘴河流域洪水主要由暴雨形成。流域内暴雨一般出现在6～9月，且多连续降雨，受地形影响，降雨量不大。据木里县气象站1970~2002年33年实测资料统计，最大一日降水量为77.4mm（1997年8月15日）、最大三日降水量111.6mm （1981年7月14日~16日）、最大五日降水量144.8mm（1981年7月14日~18日）。 鸭嘴河洪水出现时间与暴雨一致，洪水最早出现在5月，最迟出现在11月，但量级和强度较大的洪水一般出现在6～9月。据邻近流域九龙河乌拉溪水文站1985～2004年20年实测资料统计，年最大流量最早出现在6月20日，最迟出现在9月4日，年最大洪水出现在6~7月的次数占全年的70%。 鸭嘴河流域的洪水具有峰不高、量较大、洪水历时长的特点。一次洪水过程约2~3天，但洪水总量主要集中在一天。鸭嘴站1990~1992年3年实测资料中，最大洪水发生在1991年，最大一日降水量58.5mm，洪峰流量为150m3/s，最大一日洪量1123万m3，三日洪量2809万m3，最大一日洪量占三日洪量的40%。 3.4.2设计洪水 鸭嘴站仅有1990~1992年3年实测水文资料，且无法插补延长其洪水系列。故采用推理公式法由设计暴雨推求布西水库设计洪水。 3.4.2.1布西水库坝址设计洪峰流量计算 推理公式法洪峰流量计算公式： Q=0.278ψ(s/τn)F 式中：Q——最大流量，m3/s； ψ——洪峰径流系数； s——暴雨雨力，mm/h； τ——流域汇流时间，h； n——暴雨公式指数； F——流域面积，km2。 （1）流域特征值 在1/50000的地形图上，量算鸭嘴河布西水库坝址的流域特征值，见表3.7。
洪峰流量的计算
3.4设计洪水 3.4.1暴雨洪水特性 鸭嘴河流域洪水主要由暴雨形成。流域内暴雨一般出现在6～9月，且多连续降雨，受地形影响，降雨量不大。据木里县气象站1970~2002年33年实测资料统计，最大一日降水量为77.4mm（1997年8月15日）、最大三日降水量111.6mm （1981年7月14日~16日）、最大五日降水量144.8mm（1981年7月14日~18日）。 鸭嘴河洪水出现时间与暴雨一致，洪水最早出现在5月，最迟出现在11月，但量级和强度较大的洪水一般出现在6～9月。据邻近流域九龙河乌拉溪水文站1985～2004年20年实测资料统计，年最大流量最早出现在6月20日，最迟出现在9月4日，年最大洪水出现在6~7月的次数占全年的70%。 鸭嘴河流域的洪水具有峰不高、量较大、洪水历时长的特点。一次洪水过程约2~3天，但洪水总量主要集中在一天。鸭嘴站1990~1992年3年实测资料中，最大洪水发生在1991年，最大一日降水量58.5mm，洪峰流量为150m3/s，最大一日洪量1123万m3，三日洪量2809万m3，最大一日洪量占三日洪量的40%。 3.4.2设计洪水 鸭嘴站仅有1990~1992年3年实测水文资料，且无法插补延长其洪水系列。故采用推理公式法由设计暴雨推求布西水库设计洪水。 3.4.2.1布西水库坝址设计洪峰流量计算 推理公式法洪峰流量计算公式： Q=0.278ψ(s/τn)F 式中：Q——最大流量，m3/s； ψ——洪峰径流系数； s——暴雨雨力，mm/h； τ——流域汇流时间，h； n——暴雨公式指数； F——流域面积，km2。 （1）流域特征值 在1/50000的地形图上，量算鸭嘴河布西水库坝址的流域特征值，见表3.7。
上海城市降雨径流污染时空分布与初始冲刷效应_常静
第25卷 第6期2006年11月 地 理 研 究 GEOGRAPH ICAL RESEARCH V o l 125,N o 16N ov 1,2006 收稿日期:2006-02-20;修订日期:2006-05-22 基金项目:国家自然科学基金资助项目(40131020,49801018);教育部高等学校骨干教师资助计划项目;中国 博士后基金资助项目(2005037135) 作者简介:常静(1980-),女,山西晋城人,博士研究生。主要从事城市多界面环境过程研究。 E -mail:cjin g1221@1631com *通讯作者:刘敏(1964-),男,内蒙古自治区土左旗人,教授,博士,博士生导师。从事城市环境过程,环境地球化学与污染生态研究。E -m ail:m liu@geo 1ecnu 1edu 1cn 上海城市降雨径流污染时空分布与初始冲刷效应 常 静1 ,刘 敏1* ,许世远1 ,侯立军2 ,王和意1 ,Ballo Siaka 1 (11华东师范大学资源与环境科学学院教育部地理信息科学重点实验室,上海200062; 21华东师范大学河口海岸科学研究院,上海200062) 摘要:选取上海市中心城区典型功能区监测降雨事件,研究降雨径流污染时空变化及初始冲刷效应。研究表明,上海中心城区路面径流主要污染物为T SS 和CO D Cr ,超出国家地表水Ⅴ类标准四倍多;总磷超出Ⅴ类水质标准两倍以上,氮素营养盐也有不同程度的污染。污染物含量在不同功能区之间显示出相似的分布趋势,交通区明显高于其他区域,其次为商业区和工业区,居民区情况较为良好。降雨强度是影响初始冲刷效应的主要因素,强度较大的降雨冲刷效应较为明显;不同功能区之间,商业区初始冲刷效应较强,其次为居民区和工业区,交通区冲刷强度较弱;T SS 和COD C r 在商业区和工业区冲刷强度要大于氮磷污染物质;而在交通区和居民区分异特征不明显。 关键词:降雨径流污染;时空分布;初始冲刷效应;上海中心城区文章编号:1000-0585(2006)06-0994-09 1 引言 城市化的高速发展使不透水地面面积迅速增加,形成了不同于自然地表的/城市第二自然格局0,对地表水文过程产生了深刻的影响[1] 。在雨季特别是暴雨时期,降雨在不透 水地面上迅速转化为径流,冲刷和挟带大量污染物质进入地表水体,形成典型的非点源污染,成为影响城市受纳水体水质下降及河口污染的重要因素[2] 。美国EPA 已在1993年将城市地表径流列为导致全美河流和湖泊污染的第三大污染源[3]。在我国随着生活点源和工业点源的有效控制,非点源污染也已成为水体污染的主要因素之一,受到越来越多的关注和研究[4]。 国外从20世纪70年代起就对城市降雨径流污染及其控制展开了大量研究,在污染物时空分布、初始冲刷效应(First Flush Effect)与径流模型开发等方面都取得了值得借鉴的成果[5~11]。我国在流域尺度上的非点源污染的研究与模型应用方面也成果颇丰[12],但对从城市区域尺度出发,以/不透水下垫面0为特征的城市径流非点源污染研究起步较晚,近年来才在北京、上海、西安等地相继开展起来,且内容多集中在径流污染物排放特征、污染指标相关性和负荷模型计算等方面[13~25],缺乏对污染物初始冲刷效应的定量研
上海城市降雨径流污染时空分布与初始冲刷效应_常静
第25卷 第6期2006年11月 地 理 研 究 GEOG RAPHICAL RESEA RC H V o l .25,N o .6N ov .,2006 收稿日期:2006-02-20;修订日期:2006-05-22 基金项目:国家自然科学基金资助项目(40131020,49801018);教育部高等学校骨干教师资助计划项目;中国 博士后基金资助项目(2005037135) 作者简介:常静(1980-),女,山西晋城人,博士研究生。主要从事城市多界面环境过程研究。 E -mail :cjing1221@https://www.wendangku.net/doc/b617587960.html, *通讯作者:刘敏(1964-),男,内蒙古自治区土左旗人,教授,博士,博士生导师。从事城市环境过程,环境地球化学与污染生态研究。E -m ail :m liu @geo .ecnu .edu .cn 上海城市降雨径流污染时空分布与初始冲刷效应 常 静1 ,刘 敏 1* ,许世远1,侯立军2,王和意1,Ballo Siaka 1 (1.华东师范大学资源与环境科学学院教育部地理信息科学重点实验室,上海200062; 2.华东师范大学河口海岸科学研究院,上海200062) 摘要:选取上海市中心城区典型功能区监测降雨事件,研究降雨径流污染时空变化及初始冲刷效应。研究表明,上海中心城区路面径流主要污染物为T SS 和CO D Cr ,超出国家地表水Ⅴ类标准四倍多;总磷超出Ⅴ类水质标准两倍以上,氮素营养盐也有不同程度的污染。污染物含量在不同功能区之间显示出相似的分布趋势,交通区明显高于其他区域,其次为商业区和工业区,居民区情况较为良好。降雨强度是影响初始冲刷效应的主要因素,强度较大的降雨冲刷效应较为明显;不同功能区之间,商业区初始冲刷效应较强,其次为居民区和工业区,交通区冲刷强度较弱;T SS 和COD C r 在商业区和工业区冲刷强度要大于氮磷污染物质;而在交通区和居民区分异特征不明显。 关键词:降雨径流污染;时空分布;初始冲刷效应;上海中心城区文章编号:1000-0585(2006)06-0994-09 1 引言 城市化的高速发展使不透水地面面积迅速增加,形成了不同于自然地表的“城市第二自然格局”,对地表水文过程产生了深刻的影响[1] 。在雨季特别是暴雨时期,降雨在不透 水地面上迅速转化为径流,冲刷和挟带大量污染物质进入地表水体,形成典型的非点源污染,成为影响城市受纳水体水质下降及河口污染的重要因素[2] 。美国EPA 已在1993年将城市地表径流列为导致全美河流和湖泊污染的第三大污染源[3]。在我国随着生活点源和工业点源的有效控制,非点源污染也已成为水体污染的主要因素之一,受到越来越多的关注和研究[4]。 国外从20世纪70年代起就对城市降雨径流污染及其控制展开了大量研究,在污染物时空分布、初始冲刷效应(First Flush Effect )与径流模型开发等方面都取得了值得借鉴的成果[5～11]。我国在流域尺度上的非点源污染的研究与模型应用方面也成果颇丰[12],但对从城市区域尺度出发,以“不透水下垫面”为特征的城市径流非点源污染研究起步较晚,近年来才在北京、上海、西安等地相继开展起来,且内容多集中在径流污染物排放特征、污染指标相关性和负荷模型计算等方面[13～25],缺乏对污染物初始冲刷效应的定量研
后河设计洪峰流量计算
后河设计洪峰流量计算 后河线路跨越断面处流域面积为F=1789.57km2，流域长度为L=78km，流域比降为J=2.64‰。 1 地区经验公式 查《内蒙古自治区水文手册》得，C=3.64，n=0.55，Cv=1，Cs=2.5Cv，K p=1%=4.85，K p=2%=4.04，K p=20%=1.52。 Q m=CF n=3.64*1789.570.55=223.9m3/s。 Q1%= K p=1%* Q m=1086 m3/s； Q2%= K p=2%* Q m=905m3/s； Q20%= K p=20%* Q m=340m3/s； 2 面积比法计算 兴和水文站位于二道河上，位于线路跨越断面下游约20km，流域面积为F水文站=2019km2，其间有较大支流前河汇入。 2.1由兴和水文站实测流量计算 根据收集兴和水文站1979年~2010年共32年实测历年最大洪峰流量系列，采用P-III型频率计算得，Q均=180，C V=1，Cs=2.5Cv； Q1%= K p=1%* Q m=872 m3/s； Q2%= K p=2%* Q m=729m3/s； Q20%= K p=20%* Q m=273m3/s； 2.2 线路跨越处面积比法计算洪峰流量 根据公式Q线1%=Q水文站（F线/F水文站）n Q1%=872*（1789.57/2019）0.55=816 m3/s； Q2%=729*（1789.57/2019）0.55=682 m3/s； Q20%=273*（1789.57/2019）0.55=255 m3/s；
3 根据《内蒙古河流湖泊资料统计》计算得 查《内蒙古河流湖泊资料统计》得知，根据兴和水文站采用1959~1960年和1963~1974年共14年实测最大洪峰流量计算得，Q均=239，C V=1，Cs=2.5Cv；Q1%=1160 m3/s；Q2% =966m3/s。 采用面积比法计算：Q线1%=Q水文站（F线/F水文站）n Q1%=1160*（1789.57/2019）0.55=1086 m3/s； Q2%=966*（1789.57/2019）0.55=904m3/s。
小流域洪峰流量计算的公式
小流域洪峰流量计算的公式 1、推理公式 f Q n s m τ ψ278.0= 当τ≥c t ，时，n s u τψ-=1 当τ c t ，时，n c t n -? ? ? ??=1τψ n H s -= 12424 n --=410ψ ττ () n n n sF L m J ----??? ? ? ?= 414431410278.0τ ()n c s n t 1 1? ???? ?-=μ m Q ——设计频率的洪峰流量（m 3 /s ） ψ ——洪峰径流系数 τ ——汇流历时(h) S ——暴雨雨力(mm/h) n ——暴雨衰减指数，其分界点为1小时，当t<1，取n=n 1，
当t 1，取n=n 2 μ ——产流历时内流域内的平均入渗率（mm/h ） c t ——产流历时 24H ——设计频率的最大 24小时雨量（mm ） 计算步骤 1、根据地形图确定流域的特征参数F 、L 、J 2、由公式4 13 1 F J L =θ计算θ值，并根据相关公式计算汇流参数 m 3、由暴雨μ的参数等值线图确定设计流域的暴雨参数特征值 24 H 、C V 、C S 、n 1或n 2，并由皮尔逊Ⅲ型，结合频率查表， 确定指定频率下的K p 值，由()2412 24H K s K S n p p p -== 4、有《四川省水文手册》，查出 n -44 的值，并根据n s m -?? ? ? ? ???????=44 410383.0θτ计算0 τ值 5、查表确定μ值，并计算n s τμ，查图由n 、n s τμ两坐标 的焦点值，确定洪峰径流系数ψ 6、根据《四川省水文手册》，查出n -41的值，计算流域汇流时间n --=41 ψ ττ，计算τ值
城市道路路面径流水质分析及评价
城市道路路面径流水质分析及评价 发表时间：2019-02-27T13:33:53.203Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第32期作者：周佳宋瀛[导读] 随着城市化进程的加快，由城区降雨径流形成的面源污染成为城市水环境恶化的主要原因之一。本文通过对某市具有代表性的柏油沥青路面和混凝土路面雨水径流采集化验分析周佳宋瀛 天津市市政工程设计研究院天津 300000 摘要：随着城市化进程的加快，由城区降雨径流形成的面源污染成为城市水环境恶化的主要原因之一。本文通过对某市具有代表性的柏油沥青路面和混凝土路面雨水径流采集化验分析，结果表明，各个采样点位集流面雨水径流初期污染物浓度较高，随着降雨时间的延长，浓度逐渐下降。当降雨径流形成一段时间后，收集用于建筑施工、道路清洗、消防、冲厕等等领域，能够有效缓解城市水资源供需不 足的现实问题。 关键词：路面径流；水质分析；城市道路；评价 引言 路面径流具有污染物种类多、浓度高和有毒性等特征。不少研究认为，路面径流含有悬浮颗粒、重金属、有机物和多环芳烃等污染物。城市道路路面径流中的有机污染物及悬浮固体浓度不低于典型生活污水，化学需氧量、生化需氧量、悬浮固体及石油类浓度远高于《污水综合排放标准》的限值。路面径流中的多环芳烃浓度是河水或湖泊水中的、倍，城市不同功能区地表径流检出率最高的毒性污染物与汽车交通有关。在路面径流汇入城市排水管网排放时，污染物也随之迁移进入水体，使受纳水体水质恶化，甚至通过各种水体的利用途径污染其他环境要素。路面径流污染已被认为是一类重要的非点源污染。国外一些发达国家对路面径流己经开展了30多年的研究，在径流水质特征、污染物累积排放及迁移过程、污染负荷和对环境的影响评价等方面均有不少报道。 1污染物成分与来源研究公路路面径流污染是在降雨后形成径流对路面沉积物冲刷而产生的。路面径流作为一种具有较大污染潜力的污染源已经得到了各发达国家的广泛关注。弄清楚污染物的来源与成分是研究路面径流污染特征的基础。雨水在与路面接触后形成的路面径流中的污染物浓度较之雨水本身大大增加，这说明在晴天时路面积累的污染物是路面径流污染的重要原因。对路面沉积物的成分进行测定对研究径流污染特性有很大帮助。在路面径流中主要污染成份为SS、COD、重金属（如Pb、Zn、Cu、Cr、Ni、Fe、Cd等）、N、P营养物、氯化物、油和脂、农药和PAHs等。公路路面径流污染物的来源很多，主要包括机动车辆的运行（包括轮胎磨损颗粒、筑路材料磨损颗粒、运输物品的泄漏、车体部件产生的颗粒物质及除冰剂）、雨水本身的污染和大气降尘等等。由于公路交通活动而形成的路面沉积物是公路路面径流最重要的污染源。其中SS主要来源有轮胎磨损颗粒、筑路材料磨损颗粒、运输物品的泄露、刹车连接装置产生的颗粒及其它与车辆运行有关的颗粒物、大气降尘及除冰剂等；重金属主要来自于汽车尾气的排放与轮胎的磨损，也有部分来自于燃料或润滑油的泄露及除冰剂的撒播（使用除冰剂的公路路面）。油和脂主要来源于燃料及润滑油的泄露。路面沉积物中的毒性有机物如汽油烃（PHC）和多环芳烃（PAHS），主要来自润滑油的泄露。另外，对公路两侧的农作物施肥等工作也会增加路面径流中的N、P含量。近年来，国内很多研究人士也对公路路面径流中主要污染物进行了分析，得到的结论与国外的研究成果相差不大。公路径流中主要的污染物为石油类、COD、BOD5、悬浮固体以及重金属，且含量超过我国地表水Ⅱ类水质标准。其中对路面沉积物污染特性进行了系统研究，结果表明，大的颗粒可能在日常清扫中得以去除，粒径较大的颗粒较少，公路路面沉积物以小粒径颗粒为主。路面沉积物中，不同粒径颗粒的Pb含量变化较大，且较小颗粒Pb含量较大，Zn的含量呈随颗粒粒径减小而增大的趋势。公路沉积物中还有一定的有机污染潜力。路面沉积物所造成的污染主要是重金属污染，污染物的来源均与汽车交通活动有关。 2材料与方法 2.1雨水采样时间 为提升雨水利用效率，选择了某城市夏季雨水多发季节，分别是2018年7月25日（暴雨）、8月5日（雷阵雨），以及8月12日（小到中雨），分别在降雨时公路两旁路面形成径流后的5~15min、20~30min和35~40min期间进行水样采集。 2.2径流取样与分析 试验采样点为某科研基地的混凝土路面，区域呈矩形，横向坡度0.3%，纵向坡度1%。天然降雨情况下采用50L聚乙烯桶收集路面雨水径流，利用自动气象站同步获得场次降雨过程线，根据降雨强度、径流强度描述不同场次降雨径流水文水力过程。利用聚乙烯瓶收集径流水样，按照国家环境监测标准方法在最短时间内进行分析。水样监测指标中pH值、DO采用便携式水质测量仪分析，SS采用固体悬浮物测定仪分析，COD采用化学需氧量速测仪分析。 2.3试验方法及内容 路面径流水质指标分别取自暴雨、雷阵雨、小到中雨不同时间段采样化验数据均值。其中，pH值采用PHS-3C（A）型精密酸度计测定；COD采样重铬酸钾法测定；铅、锰采用原子吸收光光度法测定；SS采用水相滤膜抽滤干燥法测定；全盐量采用重量法检测。分别对道路降雨径流水物理指标及化学指标进行检测。检测项目指标依据《城市杂用水水质标准》（GB/T18920-2002）进行分析（见表1）。表1城市杂用水水质标准
地表水源污染现状
地表水源污染现状 【摘要】：随着世界人口城市化进程的加快以及人类生活水平的提高,城市的需水量在逐年增加,排水量在逐年增大,水体污染日趋严重,解决城市的水资源短缺和水质污染问题已是迫 在眉睫。 人类活动和自然过程对地表和地下水水质的污染，依排放方式可分为点污染源和非点污染源。点污染源主要由工矿企业废水和城镇生活污水形成；非点污染源也称面污染源，指在较大范围内，溶解性或固体污染物在降雨径流等作用下，通过地表或地下径流进入受纳水体，造成的污染。本次点污染源调查评价包括工矿企业废污水排放调查、城镇生活污水调查及集约化、规模化养殖污染源调查三部分。非点污染源调查包括农田径流营养成分流失调查、农村生活污水及生活垃圾排放量调查、分散式禽畜养殖污染物排放情况调查、城市径流污染物流失调查、水土流失状况及非点源污染负荷调查等五大类。调查项目主要为化学需氧量、氨氮、总氮和总磷。 [关键词]：污染方式调查方式 （一）点源污染调查 1、工业污染源调查 2000年我国工业废水排放总量为515亿m3，相当于工业用水量的64％左右。其中COD 排放量为1249万t，氨氮为112万t。平均万元产值废水排放量37.4m3；万元工业产值COD 排放量为9.1kg、氨氮为0.8kg。 我国东中西部地区工业化程度不同，工业污染源排放量也不同。东部地区工业废水、COD 和氨氮的排放量分别为253亿m3、681万t、46万t；中部地区则分别为179亿m3、388万t和45万t；西部地区分别是84亿m3、180万t、22万t。 2000年全国一般工业万元GDP排水量为135m3，工业废水排放系数为0.67。废水排放系数呈由北向南、由西向东增加的趋势。南方水资源丰富地区排放系数较高，一般在0.70以上；北方水资源短缺地区排放系数较低，一般在0.60以下 2、城镇生活污染源调查 2000年全国城镇（包括所有具有下水管网的建制市和建制镇）生活污水排放总量为231亿m3，约相当于城镇生活用水量的72%。其中COD排放量为672万t，氨氮为72万t。东部地区城镇生活污水和污染物COD、氨氮的排放量分别为133亿m3、416万t、41万t，中部地区分别为62亿m3、179万t、22万t，西部地区分别是36亿m3、77万t、8万t。2000年全国城镇生活污水排放系数为0.72，人均生活污水排水指标为151L/人日。城镇生活污水排放系数和人均排污指标呈现出由北向南、由西向东增加的趋势。北方地区城镇生活污水排水指标一般在95～130L/人日，南方地区一般在130～260L/人日。
高速公路路面径流水质特性及排污规律
中国环境科学 2001,21(5)：445~448 China Environmental Science 高速公路路面径流水质特性及排污规律 赵剑强,刘珊,邱立萍,陈莹(长安大学环境工程学院,陕西西安710064) 摘要：采用现场连续取样,在雨天某一时段对西安至临潼高速公路路面径流排水进行了监测.结果表明,高速公路路面排水具有较高的污染强度,污染物以SS和COD为主,且生物可降解性较差.水质参数SS、COD、总Pb、总Zn之间存在较好的线性相关关系.分析探讨了路面径流污染物排放规律及其对河流水质的影响. 关键词：路面径流；水质；排污 中图分类号：X508 文献标识码：A 文章编号：1000－6923(2001)05－0445－04 The characteristics of expressway runoff quality and pollutants discharge rule. ZHAO Jian-qiang, LIU Shan, QIU Li-ping, CHEN Ying (School of Environmental Engineering, Chang'an University, Xi'an 710064, China). China Environmental Science. 2001,21(5)：445~448 Abstract：With on-site continuous sampling, drainage water from expressway runoff of Xi'an-Lintong expressway was monitored in a period of a wet weather. The results show that the expressway runoff has greater pollution intensity and the main pollutants are SS and COD with rather low biodegradability. There are better linear relations among the water quality parameter SS, COD, total Pb and total Zn. The rule of pollutant discharge of the highway runoff and its impact on water quality of the river were discussed. Key words：highway runoff；water quality；pollutant discharge 城市地表径流污染的研究开始于20世纪70年代初期,最早策划这一研究的机构是美国国家环境保护局,研究重点以城市地表径流为对象.之后,随着研究的深入,包括城市道路和高速公路在内的路面径流被给予关注,至今路面径流已逐渐发展成为一门具有自身特征的相对独立的研究领域[1]. 在我国,关于路面径流污染方面的研究除了在公路建设项目环境影响评价工作中将路面径流作为一项影响地表水体水质的因素加以分析评价外,尚没有见到深入研究的报道.路面径流这一具有非点源污染特征的地表径流,在影响地表水体水质方面,不仅体现在对地表水体悬浮固体浓度有着较大影响,而且较明显地影响着重金属和有机物的含量.所以,本研究以西安至临潼高速公路雨天桥面径流排水为对象,在某一时段的时间间隔内连续监测水量及水质,以探讨路面径流污染源的强度、水质特性、排污规律以及对地表水体水质的影响. 1研究方法 1.1采样地点 在降雨期间对西安至临潼(简称西临)高速公路浐河大桥桥面径流排水水量及水质进行等时间间隔连续采样分析,采样点为大桥排水孔(落水管).该公路为双向4车道,全封闭,全立交,设中央分隔带,带宽1m,单向机动车道路面宽为10m,桥面宽为9m.桥面采样点汇流面积为608m2. 1.2水质分析项目 水质分析项目为SS、COD、总Pb、总Zn、溶解性COD及BOD5,其中溶解性COD及BOD5仅测定了混合样平均值. 1.3采样时间及降雨状况 采样时间为2000年10月10日上午9:30~ 11:00,每隔11min取水样1次,测流量1次,计量降雨强度1次(11min平均值),测试结果见表1. 收稿日期：2001－02－21 基金项目：陕西省自然科学基金资助项目(99C09)
降雨径流污染问题研究
降雨径流污染问题研究 随着点源污染的逐步控制,人们逐渐认识到非点源污染的严重性.国外历史经验告诉我们,即使将点源污染降低到零,污染依旧存在.未加控制的地表径流就相当于污水. 非点源污染是指在降雨径流的冲刷和淋溶作用下，大气、地面和土壤中的溶解性 或固体污染物质(如大气悬浮物，城市垃圾，农田、土壤中的化肥、农药、重金属，以及其他有毒、有害物质等)，进入江河、湖泊、水库和海洋等水体而造成的水环境污染 (黄虹2004,2,13).该定义说明了降水是非点源污染的动力因素,而地表径流则是非点源污染的载体. 在城市中,非点源污染已经成为影响城市环境质量的第二大因素.它的污染物按作用大小依次为地表沉积物,大气沉降物,水土流失物和下水道沉积物及合流制排水系统溢出来的污水.地表沉积物包括人们日常生活中乱丢的垃圾,路上的粉尘以及汽车排出的尾气.大气沉降物指降尘以及降雪降雨降雾等湿沉降.研究表明!在屋顶产生的径流里10%~25%的氮、25%的硫和不到5%的磷来自降雨!而在街道商场的停车场!商业区和交通繁忙街道产生的径流中几乎所有氮、16%~40%的硫和13%的磷来自降雨(陈玉成 2004,6).水土流失物来源于人们对于地表的破坏.原地貌的消失又加速了地表的侵蚀. 在一年内，至少有20％的降水径流污染来自排水系统，而对于次降雨，特别是短历时、高强度的降雨排水系统对径流污染的贡献可能达到50％以上(李立青 2006,3). 影响城市非点源污染的因素有降雨,土地利用方式,地面清扫情况和城市排水系统.随着季节和天气的变化,大气污染物的浓度有很大的差异. 降水对空气中的污染物有淋洗作用,一般污浊的空气经过一场雨后都会非常的清新.所以降雨的时机就影响了径流初次冲刷后的污染物浓度.同时,降水又对污染物有稀释的作用,降雨强度和降雨历时共同决定了雨量.降雨强度还影响着对于地面冲刷的程度.土地利用方式决定着污染物的类型和总量.一般工业区和交通要道的污染要相较于居民区严重一些.非点源污染物以晴天积累、雨天溶出的方式在降雨径流的挟带、运移作用下，通过地表径流进人受纳水体(郑涛 2006,2),地面清扫的频率就会影响晴天所累积的污染物总量.目前的清扫设备对粒径<3．2ram的尘土效率很低或根本无效。尽管如此，清扫时提高水质的效果还是明显(庄源益 1994,10)的.城市排水系统有五类的,他们的截污量有很大的不同. 城市地表径流存在随机性以及面源污染和点源污染相结合的特点.这是因为影响他的因素有很多,任何一点的变化都会引起整体的变动.
重庆市典型城镇区地表径流污染特征
第36卷第8期2015年8月 环境科学ENVIＲONMENTAL SCIENCE Vol．36，No．8Aug．，2015 重庆市典型城镇区地表径流污染特征 王龙涛1，2，段丙政1，2，赵建伟1，2*，华玉妹1，2，朱端卫 1，2 （1．华中农业大学资源与环境学院生态与环境工程研究室，武汉430070；2．农业部长江中下游耕地保育重点实验室， 武汉430070） 摘要：以重庆大渡口区建胜镇为典型区域，选取水泥瓦屋顶、石棉瓦屋顶、水泥平屋顶、居民区水泥路面、餐饮沥青路面、油库沥青路面等不透水下垫面和附近一条合流制溢流渠为采样点，研究了城镇地表径流中营养性污染物和重金属排放特征．结果表明，路面径流中TSS 、COD 、TN 、TP 平均质量浓度为（1681.2?677.2）、（1154.7?415.5）、（12.07?2.72）、（3.32?1.15）mg ·L －1，普遍高于屋面径流污染物平均质量浓度：（13.3?6.5）、（100.4?24.8）、（3.58?0.70）、（0.10?0.02）mg ·L －1．不透水地表径流中，TDN 、TDP 分别占TN 、TP 的62.60%?34.38%、42.22%?33.94%．与中心城区相比，本城镇地表径流污染物质量浓度一般较高．合流制溢流中， TSS 、COD 、TDN 、TN 、TDP 、TP 为（281.57?308.38）、（231.21?42.95）、（8.16?2.78）、（10.60?3.94）、（0.38?0.23）、（1.51?0.75）mg ·L －1，重金属质量浓度均未超过地表水环境质量Ⅴ类标准．合流制溢流中大部分污染物存在初期冲刷效应，而TSS 的初期冲刷效应较弱．合流制溢流中， COD 、TP 与TSS 都具有显著正相关关系，NH +4-N 和TP 、TDP 、TN 、TDP 之间呈显著正相关关系，而NO － 3- N 和其它指标都呈负相关关系．关键词：城镇地表径流；营养性污染物；重金属；合流制溢流；初期冲刷 中图分类号：X522 文献标识码：A 文章编号：0250-3301（2015）08-2809-08 DOI ：10．13227/j．hjkx．2015．08．011 收稿日期：2015-01-26；修订日期：2015-03-24 基金项目：国家自然科学基金项目（41371452， 40901264）；国家水体污染控制与治理科技重大专项（2012ZX07307-002） 作者简介：王龙涛（1989 ），男，硕士研究生， 主要研究方向为城市面源污染与控制， E-mail ：wanglongtaoxyz@qq．com *通讯联系人，E-mail ：jwzhao2@163．com Pollution Characteristics of Surface Ｒunoff of Typical Town in Chongqing City WANG Long-tao 1，2，DUAN Bing-zheng 1，2，ZHAO Jian-wei 1，2*，HUA Yu-mei 1，2，ZHU Duan-wei 1， 2 （1．Laboratory of Eco-Environmental Engineering Ｒesearch ，College of Ｒesources and Environment ，Huazhong Agricultural University ，Wuhan 430070，China ；2．Key Laboratory of Arable Land Conservation （Middle and Lower Ｒeaches of Yangtze Ｒiver ），Ministry of Agriculture ，Wuhan 430070，China ） Abstract ：Six kinds of impermeable underlying surface ，cement tile roof ，asbestos roof ，cement flat roof ，residential concrete pavement ，asphalt pavement of restaurants ，asphalt pavement of oil depot ，and a combined sewer overflow canal in the Jiansheng town of Dadukou district in Chongqing city were chosen as sample plots to study the characteristics of nutritional pollutants and heavy metals in town runoff．The research showed that the average mass concentrations of TSS ，COD ，TN ，TP in road runoff were （1681.2?677.2）， （1154.7?415.5），（12.07?2.72），（3.32?1.15）mg ·L －1 ，respectively．These pollutants were higher than those in roof runoff which were （13.3?6.5），（100.4?24.8），（3.58?0.70），（0.10?0.02）mg ·L －1，respectively．TDN accounted for 62.60%?34.38%of TN ，and TDP accounted for 42.22%?33.94%of TP in the runoff of impermeable underlying surface．Compared with the central urban runoff ，town runoff in our study had higher mass concentrations of these pollutants．The mass concentrations of TSS ， COD ，TDN ，TN ，TDP and TP in the combined sewer overflow were （281.57?308.38）， （231.21?42.95），（8.16?2.78），（10.60?3.94），（0.38?0.23）and （1.51?0.75）mg ·L －1 ，respectively．The average levels of heavy metals in this kind of runoff did not exceed the class Ⅵlevel of the surface water environmental quality standard．Most pollutants in the combined sewer overflow had first flush．However ，this phenomenon was very rare for TSS．There was a significant positive correlation between TSS and COD ，TP in the combined sewer overflow．And this correlation was significant between NH +4-N and TP ，TDP ，TN ，TDP．However ，a negative correlation existed between NO － 3-N and all other indicators．Key words ：town runoff ；nutritional pollution ；heavy metal ；combined sewer overflow ；first flush 随着城市化日益加快， 不透水下垫面的面积迅速增长，直接增加了城市面源污染的输出负荷．城市 化与洪峰形成时间具有线性关系［1］，增大了洪峰风 险．城市地表径流含有大量的TSS 和大肠杆菌［2］ 、 可溶盐［3］、营养物［4］、重金属［5］ 等污染物，大量研 究表明这些物质降雨时被冲刷进入水体，造成严 重的水体污染 ［6，7］ ．但这些研究成果大多在中心城区展开，城镇地表径流的研究还较为缺乏．国内外 一些学者已开展了一些城镇街尘污染研究，街尘 中重金属的累积分布 ［8］ 、粒径效应［9］、重金属污 染特性［10］ 等研究都取得了一定成果，这为城镇地表径流研究提供了良好基础．目前我国中心城区 是3.6万km 2，县城的建成镇达1.65万km 2［11］ ，城
第二节设计洪峰流量及设计洪量的推求
第二节设计洪峰流量及设计洪量的推求 由流量资料推求设计洪峰及不同时段的设计洪量，可以使用数理统计方法，计算符合设计标准的数值，一般称为洪水频率计算。 一、资料审查 在应用资料之前，首先要对原始水文资料进行审查，洪水资料必须可靠，具有必要的精度，而且，具备频率分析所必须的某些统计特性，例如洪水系列中各项洪水相互独立，且服从同一分布等。 除在第三章谈到审查资料的可靠性之外，还要审查资料的一致性和代表性。 为使洪水资料具有一致性，要在调查观测期中，洪水形成条件相同，当使用的洪水资料受人类活动如修建水工建筑物、整治河道等的影响有明显变化时，应进行还原计算，使洪水资料换算到天然状态的基础上。 洪水资料的代表性，反映在样本系列能否代表总体的统计特性，而洪水的总体又难获得。一般认为，资料年限较长，并能包括大、中、小等各种洪水年份，则代表性较好。此可见，通过古洪水研究，历史洪水调查，考证历史文献和系列插补延长等增加洪水列的信息量方法，是提高洪水系列代表性的基本途径。 根据我国现有水文观测资料情况，SL44—93规定坝址或其上下游具有较长期的实测水资料(一般需要30年以上)，并有历史洪水调查和考证资料时，可用频率分析法计算计洪水。 二、样本选取 河流上一年内要发生多次洪水，每次洪水具有不同历时的流量变化过程，如何从历洪水系列资料中选取表征洪水特征值的样本，是洪水频率计算的首要问题。 根据SL44—93规定，应采用年最大值原则选取洪水系列，即从资料中逐年选取一个大流量和固定时段的最大洪水总量，组成洪峰流量和洪量系列。固定时段一般采用l、3、5、7、15、30天。大流域、调洪能力大的工程，设计时段可以取得长一些；小流域、调洪能力小的工程，可以取得短一些。 在设计时段以内，还必须确定一些控制时段，即洪水过程对工程调洪后果起控制作用的时段，这些控制时段洪量应具有相同的设计频率。同一年内所选取的控制时段洪量，可发生在同一次洪水中，也可不发生在同一次洪水中，关键是选取其最大值。例如，图9—l中最大1天洪量与3天、5天洪量不属于同一次洪水。
三点法计算设计洪峰流量
三点法计算设计洪峰流量 摘要：文章主要针对具有短系列实测洪峰流量的流域，且该流域内有几个较为精确的历史洪水调查值，此种情况可采用三点法推求统计参数和设计洪峰流量。 关键词：三点法；洪峰流量；历史洪水1概况 乌拉斯特河流域地处新疆阿勒泰地区吉木乃县境内，地理坐标北纬47°00′～47°59′、东经85°33′～87°09′。河流发源于萨吾尔山脉的木斯岛冰峰，山脉平均海拔高度(黄海标高，下同)3 200.00 m以上，最高峰 3 787.30 m。流域地势南高北低，西高东低，山体南陡北缓，地形呈阶梯状。乌拉斯特河全流域面积为837.50 km2，河长79.70 km，河流平均宽度为10.50 km，流域形状系数0.13，河床比降上陡下缓，在中游段可达20 ‰，下游段为16 ‰。干流上的科克克也木也尔站控制断面集水面积272.00 km2，河长26.00 km。 科克克也木也尔水文站距吉木乃县城约21 km，水文站地理位置北纬47°16′、东经85°47′，海拔高程 1 458.50 m。该站于1980年9月由新疆维吾尔自治区水利厅设立并开始观测，1993年停测，历时13年。该站水文测验及数据整编均严格按国家行业技术标准执行，其测验精度较高，水文资料成果可靠。主要观测项目包括：水位、流量、冰情、辅助气象观测等观测项目。该站设站期间水文测验基本断面未发生迁移，基本断面以上无大规模引水活动。 2计算过程 乌拉斯特河科克克也木也尔水文站，具有1981～1993年13年连续实测洪峰流量资料，通过历史洪水调查得知，历史上曾有过2次较大洪水，经计算调查断面洪峰流量分别为196 m3/s、164 m3/s，可推算重现期为105年和52.5年。由于实测系列不能满足规范要求30年长度，拟采用三点法计算。 用13年实测系列和两个历史洪水点据点绘经验频率曲线，用矩法估算三参数，目估适线。在频率曲线上依次读出P=5 %、P=50 %和P=95 %三点的纵标。 用下式求偏度系数S： S=■ 根据S～CS关系表查得Cs；由CS查CS～离均系数（ΦP）关系表，查得Φ50 %和Φ5 %、Φ95 %。 再用下式求： σ=■ X=Xp2-σφp2 Cv=■ 已知三参数，查皮Ⅲ型曲线的模比系数KP值表求XP。 用XP=（1+CVΦP）=XKP计算设计值。 经计算机频率程序多次配线，最后当Q=26.33 m3/s，CV=1.49，CS/CV=3.01时配线结果最好，设计洪峰流量计算成果见表1。 3计算结果合理性分析 三点法设计洪水估算值的抽样误差，用均方误（σxp=■×B）衡量，相对值均小于5 %。说明就此资料条件而言，在仅有不足30年短系列实测洪水及2次以上洪水调查资料时，用三点法不用展延、插补系列，可降低因展延插补的误差累
公路路面径流水污染与控制技术探讨
第21卷 第3期 2004年9月 长安大学学报(建筑与环境科学版) Journal of Chang'an U niv ersity(Arch.&Envir.Science Editio n)Sept.2004 文章编号:1001-7569(2004)03-0050-04 公路路面径流水污染与控制技术探讨 赵剑强,邱艳华 (长安大学环境科学与工程学院,陕西西安 710064) 摘 要:结合国内外研究成果,对公路路面径流中主要污染物及其来源、路面径流水质特征、影响路面径流污染的因素,及常用路面径流污染控制措施进行了综合分析。认为公路路面径流水质变化很大,污染强度较高,主要污染物为SS和COD,其平均浓度超过污水排放限值,在对水质有较高要求的水域路段,应通过非工程措施和工程措施的综合实施来实现污染控制。非工程措施主要包括加强公路运输管理、路面清扫、限制除冰剂的使用等;工程措施包括植被控制、湿式滞留池、渗滤系统及人工湿地系统等,在实际工程应用中,可将几种方法组合使用。 关键词:路面径流;水污染;污染来源;径流水质;污染控制;污染物 中图分类号:X703 文献标识码:A Discussion on road runoff pollution and control techniques ZH A O J ian-qiang,QI U Yan-hua (Scho ol of Env iro nment al Science and Eng ineering,Chang'an U niv ersity,Xi'an710064,China) Abstract:Based on the study r esults at ho me and abr oad,the m ain pollutants in road runo ff and their sour ces,the pollutio n characteristic and influencing factors,and the pollutio n contr ol techniques were comprehensively discussed.It w as co ncluded that the w ater quality o f road runoff varied greatly and the po llution intensity w as hig h.The main pollutants w ere SS and COD,both of their aver ag e concentrations surpassed the reg ulated values.T herefore,some non-co nstructio n and co nstructio n measures should be taken to co ntro l the po llution o n the sections o f road w ith hig her w ater quality requirement.Non-construction m easures include str engthening administration,ro ad sw eeping and defroster-use limitatio n.Construction measures co nsist of vegetation contro l,wet detention basins,infiltratio n basins and w etlands.T hese methods can be com bined to use in pr actical engineering application. Key words:road runo ff;w ater pollutio n;pollutio n sources;w ater quality of road runo ff;po llution co ntrol;po llutant 0 引 言 随着中国公路交通事业的不断发展及各省市区公路网的陆续形成,跨越对水质要求较高的敏感水体的公路越来越多,公路路面径流污染问题也越来越突出。在人们日益关注环境问题与生命健康的今天,一直被忽视的公路路面径流排水污染问题,也逐渐引起人们的重视。 1 公路路面径流水污染的特点 1.1 公路路面径流主要污染物及其来源 公路路面径流是具有单一地表使用功能的地表径流。公路路面径流污染是指公路营运期,货物运输过程中在路面上的抛洒,汽车尾气中微粒在路面上的降落,汽车燃油在路面上的滴漏及轮胎与路面的磨损物等,当降水形成路面径流,这些有害物质被挟带排入水体或农田造成环境质量下降的现象[1]。 Stotz[2]等人(1987)在德国3条交通量很大的公路上对145场降雨的850个径流水样进行了连续监测和分析研究,结果表明,公路路面径流中的污染物有SS、COD、重金属、P、N营养物、氯化物、油和脂、农药和PAHs(多环芳烃)等。 Ko bringer[3]和Ellis[4]等人研究指出,SS是公路路面径流最主要的污染物,其主要来源是轮胎磨损颗粒、筑路材料磨损颗粒、运输物品的泄露、刹车连接装置产生的颗粒及其它与车辆运行有关的颗粒物、大气降尘及除冰剂等。重金属中含量最多的是 收稿日期:2004-03-29 基金项目:教育部优秀青年教师资助计划项目(教人司[2002]350号) 作者简介:赵剑强(1963-),男,陕西商洛人,长安大学教授,博士,从事水污染控制与交通环保研究.