船房河流域污染物排放規(guī)律研究

余有靈 李曉輝 張 淼 鄭金龍 馬勛靜

（1.同濟大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，上海 201804；2.昆明市環(huán)境科學(xué)研究院，云南 昆明 650032）

1 船房河流域水量計算

1.1 船房河流域旱季用水量情況

生活用水量與人們作息時間成一定規(guī)律曲線變化。生活用水量乘以相應(yīng)排污系數(shù)便得到區(qū)域內(nèi)污水排放量，所以用水量與污水排放量變化趨勢基本一致。用水量隨時間變化曲線中，曲線總體隨時間呈現(xiàn)上升回落狀態(tài)。其中在三個時間段分別出現(xiàn)明顯峰值變化。第一時間段，7：00～9：00。當(dāng)?shù)厝粘鰰r間較晚，上班時間普遍為9：00。該時段內(nèi)，早起上班人員、早餐業(yè)等因素使得用水量明顯上升。第二時間段：11：00～13：00。生活用水集中來源于生活小區(qū)、商業(yè)區(qū)的餐飲排放。此時段用水量集中，出現(xiàn)峰值為一天用水量最大值，且污水有機物含量高。第三時段，18：00～21：00。此時間段出現(xiàn)一天中最后一個用水高峰。以下是根據(jù)旱季實測數(shù)據(jù)繪制的河道污水流量變化曲線：

圖2 省委大溝河道污水流量變化曲線

根據(jù)流量曲線，計算得到旱季船房河流域出水口污水總量為117455.28m3。蘭花溝區(qū)域面積比省委大溝區(qū)域面積大，所以出水口測得污水量蘭花溝明顯多于省委大溝。

由調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果，船房河流域合流制排水區(qū)12類用水單位總用水量為 115917.69t/d。各類型用水單位用水量及比例詳見表1：

表1 船房河流域合流制排水區(qū)各類型用水單位用水量統(tǒng)計表

船房河流域合流制排水區(qū)內(nèi)主要用水方式為居民小區(qū)生活用水，商場用水和餐飲業(yè)用水。船房河流域合流制排水區(qū)位于昆明市中心城區(qū)，居民小區(qū)人口數(shù)量多且生活質(zhì)量較高，居民生活用水量較大，約315升/（人.天），排水區(qū)內(nèi)居民生活用水共 72379.65t/d，占總用水量的 62.44%。商場和餐飲業(yè)用水量為區(qū)域用水的次要組成部分，其中，商場用水量占排水區(qū)總用水量的9.93%，餐飲業(yè)用水量占總用水量的9.37%。隨著螺螄灣商業(yè)區(qū)拆遷工作的推進，區(qū)域內(nèi)商場使用面積的大幅減少，商場用水量占總用水量的比例將有所下降。其次，區(qū)域內(nèi)賓館數(shù)量多且多為規(guī)模較大的星級賓館，用水量偏大，占排水區(qū)內(nèi)總用水量的6.14%；區(qū)域內(nèi)雖有328家企事業(yè)單位，但由于企事業(yè)單位人均用水量偏小，其用水量占排水區(qū)內(nèi)總用水量的4.79%。醫(yī)院、學(xué)校、農(nóng)貿(mào)市場等單位用水量占排水區(qū)總用水量比例相對較小。

采用各片區(qū)統(tǒng)計的用水量數(shù)據(jù)、人口總?cè)藬?shù)、人口密度、區(qū)域面積來推求各個子匯水區(qū)生活用水量（以面積計），再乘以相應(yīng)排污系數(shù)，得到旱季各匯水區(qū)污水產(chǎn)生量。按照城市排水工程規(guī)劃規(guī)范（GB50318-2000），城鎮(zhèn)生活污水排放系數(shù)為0.7～0.9。研究區(qū)域內(nèi)生活污水通過已有排污明渠匯入河道，故取研究區(qū)域內(nèi)生活污水排放系數(shù)為 0.85。計算出各匯水區(qū)污水產(chǎn)生量為98530.0365m3。

實測出水口污水量大于用水形成的污水量，主要是由于區(qū)域內(nèi)多采用水泥污水輸送管道，下水道管道埋藏一般低于地下水水位，且管道使用時間已久遠(yuǎn)，出現(xiàn)老化，地下水滲入，也就導(dǎo)致水質(zhì)情況 TN、TP、COD濃度比實際測量水質(zhì)情況 TN、TP、COD濃度高。實測出水口污水量與用水形成的污水量兩者差額為滲入地下水量 18925.24m3。得出入滲率為16.1%。

1.2 船房河流域典型降雨季污水水量情況

以下降雨數(shù)據(jù)采用2010年9月26日監(jiān)測數(shù)據(jù)。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，圖為當(dāng)日降雨強度曲線：

圖3 降雨強度曲線

降雨時，河道監(jiān)測污水流量曲線區(qū)別主要在于雨水的混入。雨季曲線峰值高于旱季曲線峰值，并且，由于蘭花溝河道比省委大溝長，相對于雨水匯入河道內(nèi)時間歷時，蘭花溝水量匯入時間明顯滯后于省委大溝水量匯入時間。下雨后，較短時間內(nèi)，雨水通過下墊面形成徑流流入省委大溝，省委大溝水量變化時間接近于降雨歷時。對于流域面積大的的蘭花溝，降雨形成的地表徑流要經(jīng)過較長時間才能匯入河道，所以，水量變化滯后于降雨歷時。

以下是根據(jù)2010年9月26日降雨監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制的河道污水流量曲線及降雨強度曲線：

圖4 船房河流域降雨強度與污水流量對比圖

選取9月26日作為觀測對象。降雨開始于10：15，結(jié)束于11：45，降雨集中在10:45、11:30兩個時段，歷時約一個半小時，降雨量為 21.2mm。省委大溝匯水時間滯后于降雨時間，污水排放高峰分別滯后于降雨集中點45分鐘 、60分鐘。蘭花溝由于流域原因，污水排放高峰分別滯后降雨集中點75分鐘、90分鐘。整個匯水時段，船房河流域增加總水量為109240.3924m3。

通過對比，三條曲線變化趨勢一致，研究成果與實際情況相符合。

2 船房河流域水質(zhì)情況分析

2.1 降雨時船房河流域水質(zhì)分析

（1）降雨時河道水質(zhì)分析。降雨初期，由于初期雨水的沖刷，下墊面大量污染物隨地表徑流匯入河道，致使河道污染物濃度急劇升高。降雨后期，形成地表徑流匯入河道的近乎為天然雨水，污染物濃度低，使河道污染物濃度降低。降雨時間為10點至12點左右，監(jiān)測時間為10：30至12:15。此時由于徑流匯入河道時間不同，蘭花溝和省委大溝水量和水質(zhì)變化滯后于降雨時間。也就是說，降雨一段時間后，蘭花溝和省委大溝的水量和水質(zhì)才開始變化，并且變化結(jié)束時間點不同，蘭花溝由于流域長，徑流匯入截止時間滯后于省委大溝。

圖5為水質(zhì)變化曲線：

圖5 水質(zhì)變化曲線

如圖5所示，TN、TP、COD變化趨勢大致相同。降雨初期少量徑流帶來大量下墊面污染物，導(dǎo)致徑流匯入河道后污水污染物濃度增加。隨持續(xù)降雨，徑流所含污染物量越來越少，一段時間后，徑流水質(zhì)接近于天然雨水水質(zhì)，到降雨集中點時，污水中污染物濃度會出現(xiàn)驟降過程。匯雨時段結(jié)束，污水水質(zhì)才回升至無雨水混入時的濃度。

注：省委大溝降雨匯水截止時間點為13：30，蘭花溝匯水時間點為14:00。研究所需數(shù)據(jù)為匯水時間段，匯水截止時間不同，所以污染物濃度監(jiān)測截止時間不同。

（2）降雨時調(diào)查污染物量與實測污染物量對比分析。依據(jù)9月26日降雨時水質(zhì)情況及當(dāng)時污水水量，得出出口處船房河流域匯水時間段污染物的量：

表2 出口處船房河流域匯水時間段污染物的量

船房河流域下墊面主要分為四類：草地、屋頂、道路、庭院。區(qū)域面積如表：

表3 區(qū)域面積

由《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范 GB50400-2006》，得出各下墊面形成的徑流系數(shù)：

表4 各下墊面形成的徑流系數(shù)

2010年9月26日降雨量情況如圖6：

圖6 2010年9月26日降雨量情況

計算得出雨水經(jīng)過下墊面形成的徑流量：

表5 雨水經(jīng)過下墊面形成的徑流量

而旱季一天污水量與降雨當(dāng)日雨污混合水量差額即為流域收集到的降雨徑流量，通過旱季流量曲線及降雨流量曲線，得出差額為109240.39m3。理論上，此差額應(yīng)該等于降雨系數(shù)計算得各下墊面形成的徑流量。由實際曲線計算得出的徑流量約占理論徑流量的82.2%，說明雨水通過下墊面帶來的污染物的量也只有一部分匯入河道。依據(jù)下墊面形成徑流的污染物濃度：

表6 下墊面形成徑流的污染物濃度

通過下墊面隨徑流匯入河道污染物量：

表7 實際污染物的量

由旱季一天流量和水質(zhì)情況，計算得出對應(yīng)9月26日降雨形成徑流時間段，時間段旱季污染物量：

表8 時間段旱季污染物量

通過以上計算，調(diào)查下墊面形成徑流帶來污染物量與旱季對應(yīng)降雨匯水時間段污染物量之和接近于實測出水口降雨時間段污染物量。二者理論上應(yīng)一致，但主要由于實際情況下徑流匯入河道過程中，所研究船房河邊緣區(qū)域?qū)ξ廴疚锪慨a(chǎn)生干擾，所以導(dǎo)致加和污染物量接近于實測出水口污染物量。

2.2 旱季某天船房河流域水質(zhì)分析

（1）旱季水質(zhì)分析。根據(jù)實測數(shù)據(jù)得出旱季污染物濃度一天變化曲線圖，如圖7：

圖7 旱季污染物一天變化曲線圖

生活污水中污染物含量與人們的作息時間成規(guī)律性變化。早上上班人員、打工族以及大量的家庭旅館租住人員必然會使廁所衛(wèi)生用水在早晨有一個高峰排放現(xiàn)象，生活污水中污染物曲線開始上升。在 11:00～13:00、18:00～20:00，污染物濃度出現(xiàn)兩個峰值，這主要由于用餐高峰時段，有機物濃度較高的生活污水大量排放。圖表表明，研究結(jié)果與實際情況相符合。

（2）旱季調(diào)查污染物量與實測污染物量對比分析。對省農(nóng)業(yè)銀行宿舍和巴士家園小區(qū)開展現(xiàn)場計量、采樣以及監(jiān)測數(shù)據(jù)整理分析后，得到主城區(qū)典型居民生活小區(qū)的人均生活污水排放當(dāng)量和污染物排放系數(shù)。

依據(jù)＜＜合流制排水區(qū)污水收集系統(tǒng)現(xiàn)狀調(diào)查報告＞＞，區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有總?cè)丝?33936人，人口密度42398人/平方公里。其中戶籍人口233826人，包括居民小區(qū)住宅人口200089人，城中村人口33837人。計算得出調(diào)查的旱季一天污染物量：

表9 調(diào)查的旱季一天污染物量

由實測數(shù)據(jù)繪出旱季每日流量曲線及所測水質(zhì)情況，得到實測旱季某日污染物量：

表10 實測旱季某日污染物量

對比可知，出水口旱季實測污染物量與調(diào)查得到污染物量相接近。出現(xiàn)誤差的主要原因是調(diào)查地點以省農(nóng)業(yè)銀行宿舍和巴士家園小區(qū)兩個區(qū)域為代表，且在污染物計算時采用生活污染物排放系數(shù)平均值，導(dǎo)致調(diào)查數(shù)據(jù)與實測值存在一定可接受范圍的偏差。

3 結(jié)論

通過以上調(diào)查數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)對比可知，總出水口實測數(shù)據(jù)與調(diào)查各區(qū)域得到的數(shù)據(jù)基本一直，出現(xiàn)誤差主要原因包括：

（1）實際水樣監(jiān)測時，監(jiān)測時間點沒有準(zhǔn)確處于一天污水排放量變化點；

（2）實測采樣點少，時間段內(nèi)曲線呈直線，數(shù)據(jù)變化有偏差。例如凌晨至清晨時間段采樣點少，不能詳細(xì)繪制此時間段污水水量及水質(zhì)變化曲線；

（3）研究地域邊緣有干擾：研究范圍內(nèi)水量流出或區(qū)域有外來水量流入；

（4）計算時認(rèn)為數(shù)據(jù)取值，例如均值的選取。

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