西北地区典型城市降雨径流污染负荷定量化研究

For a long time, some studies on pollution load quantification of urban rainfall runoff have been carried out in the cities in eastern and central China. There are less relevant research reports about the cities in northwest China. Compared with other cities, there is significantly difference with human activities and hydrological process in the cities in northwest China. Therefore, the surface runoff pollution of the northwest cities has its own characteristics. In addition, there is almost no independently developed and suitable urban non-point source pollution distributed model which has the mechanism foundation in the domestic. Taking the typical city (Xi'an) in northwest region as the study object, the project will study the characteristics of urban surface runoff pollution and the rule of pollution discharge. The methods such as the synchronous monitoring of rainfall runoff water quality and quantity in urban typical functional areas, artificial rainfall simulation experimental technology will be integrated to utilize. According to the actual situation of our country, several load calculation methods of urban non-point source pollution under limited data conditions will be proposed. The distributed simulation model of urban storm runoff pollution with the mechanism foundation will be established, and to simulate and forecast the output characteristic and law of non-point source pollution in different situations. This project not only has great significance for the control of urban non-point source pollution and the water environmental comprehensive management in northwest area. Meanwhile, it can also offer some reference for the problem of water environmental pollution and protection appearing at the process of the urbanization in other cities in China.

长期以来，我国对东中部地区城市降雨径流污染负荷定量化开展了一些研究，而对西北地区城市的相关研究报道较少。西北地区城市由于水文过程、人类活动等与其它城市差异显著，因此，地表径流污染有其自身特点。另外，目前国内自主研发的、具有机理基础的、适用的城市非点源污染分布式模型鲜见。本项目以西北地区典型城市(西安市)为研究对象，综合运用城市典型功能区降雨径流水质水量现场同步监测、人工模拟降雨试验等技术手段，系统研究城市地表径流污染的特性和排污规律；针对我国实际情况，提出几种有限资料条件下城市非点源污染负荷计算方法；建立具有机理基础的城市暴雨径流污染分布式模拟模型，模拟和预测不同情景下非点源污染的产出特征和规律。本项目的开展不仅对于西北地区城市非点源污染防治和水环境综合治理具有重要意义，同时，还可为我国其它城市在城市化发展过程中面临的水环境污染问题及保护提供借鉴和参考。

随着城市化进程的加快，城市人口迅速增加，由人类活动产生的城市非点源污染也越来越受到重视。长期以来，我国对西北地区城市的非点源污染相关研究较少。因此，加强西北地区城市降雨径流污染的特性和规律的研究已成为当务之急。本研究以西安市城区“西影路—浐河”区域为研究对象，通过野（室）外降雨径流监测、分布式模拟以及模型研究，对西安市城区非点源污染特征和规律开展研究，取得主要成果如下：.（1）将区域划分为居民区、工业区、商业区、交通区4种主要的土地利用类型区。雨天时，对区域内各种类型屋面、主要功能区的路面降雨径流及研究区总排放口分别进行水质水量的同步监测。根据实测的水文水质数据，对不同功能区地表沉积物的污染特性、降雨径流的污染特性、径流中污染物的冲刷规律以及它们与下垫面的相关性等进行了分析与讨论。结果表明，交通区对城市非点源污染负荷的贡献最大；78.1%的降雨径流污染物冲刷过程具有初始冲刷的现象，18.75%的降雨径流污染物冲刷过程具有后期冲刷的现象；不同污染物的冲刷特征没有明显的区别，不同功能区的污染物冲刷特征有一定的变化；降雨强度越大，越容易发生初始冲刷现象，不透水面积越大越容易发生初始冲刷现象。不同污染物的浓度均值在各功能区和总排口的分布规律不一致。.（2）在分析现有累积冲刷模型的基础上，重点研究未考虑前次残留物的场次负荷模型1、考虑前次残留物的场次负荷模型2和考虑可冲刷污染物的场次负荷模型3，结果表明，相对于模型1，模型2的模拟值更加接近于实测值，只有降雨径流径流深超过30mm时，其地面的污染物才可能被冲刷干净，才可以忽略降雨之后的污染物残留量，而大多数降雨之后的污染物的残留量不能忽略。. （3）构建了研究区域SWMM模型，分别进行不同降雨强度条件下、不同雨型条件下及不同土地利用类型条件下研究区域非点源污染负荷产出的模拟分析以及LID（雨水花园）措施的效果模拟分析。结果表明，降雨强度越大，峰现时间越短，流量越大；雨峰越靠前，径流出现所需的时间和峰现时间越短，污染物的负荷越小，反之亦然；各土地利用类型上的流量峰值、污染物峰值及其负荷大小的顺序是交通区>商业区>工业区>生活区；雨水花园对降雨径流和污染物的负荷都具有削峰减量的效果，对污染物SS和COD浓度峰值和总量的削减相对较稳定，有较好的去除效果，对N、P的去除效果相对不稳定。