傍河城市非点源污染发生机制及对城市河流水质的影响和调控研究

The impact of urban non-point source pollution on the urban water environment will be becoming more and more serious with the urbanization and strengthened control of point source discharge in China. The proposed study will take representative riverine cities as the demonstration area, and take nitrogen, phosphorus, coliform, heavy metals, PAHs as target pollutants, to study their environment behavior in the urban rainfall-runoff on different urban land uses such as commercial areas, residential areas, urban green lands, and streets through monitoring and measurements of in-situ runoff samples using in-situ monitoring and sampling, GIS and statistics technology. The initial washout of the rainfall, the impact of different rainfall types on the runoff from different land uses, and the impact of urban non-point source loading on the river water quality in the city reaches, are studied to determine the source, composition, occurrence condition and load contribution of urban non-point pollution from different urban land uses. The urban non-point source model SWMM is also used and studied to examine and verify its sensitive parameters and its application in the context of Chinese cities. In addition, the relationship between the urban social-economic development and urban runoff pollution is also discussed. The regulation and control measures of urban non-point source pollution are proposed based the studies. This work will provide a theoretical and decision-making basis for the arrangement of urban sewage systems, utilization of urban rainfall, engineering arrangement, and the integrated urban water quality management.

随着我国城市化进程和对点源排放控制的加强，城市非点源污染对水环境的影响将更突显。选择典型傍河大城市为研究对象，以氮磷、大肠菌、重金属、PAHs等为目标污染物，通过现场监测、GIS、统计分析等手段研究它们在城市不同用地单元（商业区、居民区、城市绿地、街道等）的降雨－径流－污染负荷产生的定量关系，降雨径流的初期冲刷效应、降雨类型对不同用地单元径流产生的影响，以及城市非点源对河流污染负荷的贡献等问题，明确城市不同汇水单元非点源污染物的来源、组成、发生条件、发生量及对城市水环境的影响。以实地研究结果为基础对城市非点源模型SWMM进行校验，确定其在我国城市情况下的敏感参数和使用条件；同时研究不同城市社会经济发展情况与城市非点源污染特征的关系。在此基础上提出城市非点源污染的调控措施。研究结果可为城市雨污管网的合理配置、雨水资源化利用、相关工程措施设置等城市水环境综合管理策略提供理论依据和决策支持。

以北京市清河小流域为研究对象，以氮磷营养盐及不同形态、COD、重金属、SO42- 等为主要观测指标，针对河流不同河段的水质进行了逐月采样监测，针对雨季主要降雨事件和降雨径流进行采样监测，同时观测不同土地使用类型的径流产生情况和污染物浓度变化情况，研究了该区域非点源产生特征、不同下垫面类型的降雨径流特征、雨水的初期冲刷效应等内容。结果显示，在连续降雨过程中，该小流域城市非点源在降雨初期的（0-30分钟）污染物浓度明显高于之后的污染物浓度，具有明显的初期冲刷效应。在相同降雨量下径流发生频率方面，城市街道>商业区，居民区>城市绿地或农田区，而不同下垫面径流中氮磷营养盐浓度方面，观测结果显示：城市绿地>城市街道，居民区>商业区；在不同径流中重金属浓度含量Cu>As>Cr>Cd>Pb，不同土地使用类型径流中Cu在农田和街道径流中浓度最高，As在街道径流中浓度最高，但在商业区径流中浓度最低，仅为2.03 ug/l，在其它径流中浓度无显著性差异。Cr在街道径流和商业区径流浓度最高，在居民区径流中浓度最低。清河河水污染物浓度变化表现出不同的特征，总体上，总氮表现出点源特征，即丰水期含量低枯水期含量高，而总磷表现出非点源特征，即丰水期含量高而枯水期含量低，河水重金属没有显著的季节性变化。研究显示，清河水体的主要污染物来源为城市生活污水，但城市非点源也是一个重要负荷贡献者，对河流水质有显著影响。因此建议流域进行雨污分流处理，对于具有初期冲刷效应的雨水可考虑纳入管网。本研究揭示了城市非点源发生机制、污染物组成特征、负荷特征及对城市河流的影响，有助于完善该领域的理论基础，进而建立科学的调控措施，减少城市非点源污染对城市河流的影响。