城郊環(huán)境梯度下地表徑流污染特征研究

摘要采用事件平均濃度（EMC）和M（V）曲線初期沖刷效應(yīng)判識(shí)方法，對(duì)2011年4月北京市中心城區(qū)和遠(yuǎn)郊區(qū)縣降雨徑流污染特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明，受城郊環(huán)境差異影響，徑流污染物種類、濃度和初期沖刷效應(yīng)存在明顯分異，城區(qū)COD、TP 、TN污染物濃度低于郊區(qū)，氨氮濃度高于郊區(qū)；城區(qū)徑流存在初期沖刷效應(yīng)，郊區(qū)無(wú)明顯初期沖刷效應(yīng)。

關(guān)鍵詞城郊環(huán)境梯度；城市地表徑流；非點(diǎn)源污染；初期沖刷效應(yīng)

中圖分類號(hào)X143文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）24-08311-03

Study on the Surface Runoff Pollution Characteristic under the UrbanSuburb Gradient

YANG Long et al（National Urban Environmental Pollution Control Engineering Research Center， Beijing Municipal Research Academy of Environmental Protection， Beijing 100037）

AbstractThe event mean concentration （EMC） and M （V） curve method of judging first flush effect were used to analyze Beijing center city and remote suburb district runoff pollution characteristics on April， 2011. The results show that， under the urbansuburb environment difference effect， runoff pollutants， concentration and first flush effect have major personality differences. COD， TP， TN pollutant concentration of the urban runoff is lower than the suburb； ammonia concentration is higher than the suburb runoff. First flush effect exists in the urban runoff； the suburb has no obvious first flush effect.

Key wordsUrbansuburb gradient； Urban surface runoff； Nonpoint pollution； First flush effect

城市地表徑流包含許多污染物質(zhì)，如固態(tài)廢物碎屑、化學(xué)藥品和空氣沉降物等，已成為水環(huán)境惡化的重要原因之一。城市化對(duì)水體非點(diǎn)源污染具有重要影響[1]。當(dāng)前我國(guó)城市化快速發(fā)展，不同區(qū)域環(huán)境管理水平、環(huán)境衛(wèi)生習(xí)慣、道路清掃方式、不透水地表比例、人口、交通流量以及能源利用方式等發(fā)生了巨大變化，形成新的城鄉(xiāng)環(huán)境梯度格局。這種新的城鄉(xiāng)環(huán)境梯度格局決定了一定空間內(nèi)人類活動(dòng)類型、污染源種類及強(qiáng)度、水文改變程度、環(huán)境管理水平等眾多因素，必然會(huì)對(duì)城鎮(zhèn)面源污染特征形成重大影響[2]。該研究選擇北京市中心城區(qū)和遠(yuǎn)郊區(qū)縣交通道路徑流污染物為對(duì)象，通過(guò)對(duì)污染物濃度變化和初期沖刷效應(yīng)的分析，揭示城郊環(huán)境梯度對(duì)徑流污染的影響，以期為降雨徑流污染的源頭控制和分區(qū)管理提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)域北京市近年來(lái)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)快速，城市擴(kuò)展現(xiàn)象明顯。西城區(qū)是北京市典型的城市核心功能區(qū)，人口密度大，以商業(yè)區(qū)和科教文化區(qū)為主，人員素質(zhì)相對(duì)較高且流動(dòng)性較強(qiáng)。位于北京市東北部的順義區(qū)屬于城市功能拓展區(qū)，區(qū)域內(nèi)大部分地區(qū)為河流沖積平原，僅在東北部地區(qū)分布中低海拔山地和丘陵，近年來(lái)城市化進(jìn)程迅速。該研究選取處于西城區(qū)北營(yíng)房中路為城區(qū)采樣點(diǎn)，選取順義區(qū)濱河北路為郊區(qū)采樣點(diǎn)，城、郊采樣區(qū)環(huán)境狀況詳見(jiàn)表1。

圖5城區(qū)徑流初始沖刷分析圖6郊區(qū)徑流初始沖刷分析3結(jié)論與討論

北京市實(shí)行嚴(yán)格的大型車輛交通管理措施，城區(qū)渣土車、運(yùn)貨車數(shù)量明顯少于郊區(qū)，道路遺撒現(xiàn)象也相對(duì)較少，道路無(wú)明顯油漬物，清潔度比郊區(qū)高，有機(jī)物、總磷等污染物累積量相比郊區(qū)較少。在道路清潔度較高的城區(qū)，COD、TP濃度相比郊區(qū)低。含氮物質(zhì)濃度相對(duì)比較復(fù)雜，郊區(qū)大型車輛交通道路遺撒和油類泄漏，農(nóng)田氮磷化肥過(guò)量使用[10-11]，都會(huì)造成有機(jī)物和TN、TP濃度比城區(qū)大。但從汽車尾氣排放角度分析，城區(qū)車流量比郊區(qū)大，城區(qū)汽車尾氣氮氧化物排放量大，地表累積的總氮濃度也相應(yīng)較高。由《2011年北京市環(huán)境質(zhì)量公報(bào)》可知，西城區(qū)二氧化氮平均濃度（0.065 mg/L）明顯高于順義區(qū)（0.049 mg/L）[12]。含氮物質(zhì)通過(guò)“氣-陸”界面交換和轉(zhuǎn)化，可能是造成城區(qū)降雨徑流氨氮濃度高于郊區(qū)的重要原因。研究中城區(qū)TN濃度低于郊區(qū)，而氨氮濃度高于郊區(qū)。大氣中的含氮污染物隨降雨的沖刷形成徑流中高濃度的氮污染，說(shuō)明改善空氣質(zhì)量可有效控制降雨徑流的氮污染[13]。對(duì)郊區(qū)采取提高清掃方式和清掃頻率、嚴(yán)格管理大型車輛運(yùn)輸、合理使用化肥都可以減少地表污染物累積量，進(jìn)而降低降雨徑流污染物濃度。

降雨徑流初期沖刷效應(yīng)受降雨特點(diǎn)、下墊面特征、雨前干期天數(shù)等多種因素影響[14]。城區(qū)城市化水平高，受“城市效應(yīng)”影響[15-16]，更容易產(chǎn)生強(qiáng)降雨天氣，降雨歷時(shí)短，沖刷力強(qiáng)，加之透水下墊面比例低，更容易發(fā)生徑流沖刷效應(yīng)。郊區(qū)較高的污染物累積量，由于稀釋效應(yīng)，遇到較弱的降雨強(qiáng)度徑流過(guò)程，降低了初期沖刷效應(yīng)的發(fā)生。

研究結(jié)果表明，城郊地表環(huán)境梯度下，污染物種類濃度發(fā)生明顯分異，2011年4月21日降雨徑流事件中，地表清潔度較高的城區(qū)，COD和TP濃度較郊區(qū)低，且呈明顯下降趨勢(shì)。城郊地表徑流含氮物質(zhì)濃度變化復(fù)雜，研究中城區(qū)TN濃度較郊區(qū)低，而氨氮濃度較郊區(qū)高。由于城市效應(yīng)作用，城區(qū)較郊區(qū)更容易發(fā)生徑流初期沖刷效應(yīng)。應(yīng)針對(duì)城郊環(huán)境差異和徑流污染特征，分區(qū)域、分層次采取城市面源污染防治措施。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊柳，馬克明，郭青海，等.城市化對(duì)水體非點(diǎn)源污染的影響[J].環(huán)境科學(xué)，2004，25（6）：32-39.

[2] 何小艷，顧培，李敘勇，等.北京市城鄉(xiāng)環(huán)境梯度下街塵中重金屬污染特征[J].環(huán)境科學(xué)，2013，34（1）：357-363.

[3] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)局，《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》編委會(huì).水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法 [M].4版.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002：423-425.

[4] 尹澄清.城市面源污染的控制原理和技術(shù)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009：53-54.

[5] US EPA.Results of the nationwide urban runoff program[R].Washington，D.C.U.S.Environmental Protection Agency，1983.

[6] DELETIC A.The first flush load of urban surface run-off[J].Water Research，1998，32（8）：2462-2470.

[7] GEIGER W F.Flushing effects in combined sewer systems[C]//Proceedings of the 4th international conference on urban storm drainage.Lausanne，Switzerland，1987：40-46.

[8] 王和意，劉敏，劉巧梅，等.城市暴雨徑流初始沖刷效應(yīng)和徑流污染管理[J].水科學(xué)進(jìn)展，2006，17（2）：181-185.

[9] SAGET A，CHEBBO G，BERTRAND-KRAJEWSKI J.The first flush in sewer systems[J].Wat Sci Tech，1996，33（9）：101-108.

[10] 趙永宏，鄧祥征，戰(zhàn)金艷，等.我國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染的現(xiàn)狀與控制技術(shù)研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（5）：2548-2552.

[11] 張麗萍，李亞光，王昭艷.北京地區(qū)非點(diǎn)源污染現(xiàn)狀分析與防治對(duì)策探討[J].水資源與水工程學(xué)報(bào)，2005，16（4）：20-23.

[12] 北京市環(huán)境保護(hù)局.2011年北京市環(huán)境質(zhì)量公報(bào)[R].北京，2012.

[13] 王婧，荊紅衛(wèi)，王浩正，等.北京市城區(qū)降雨徑流污染特征監(jiān)測(cè)與分析[J].給水排水，2011，37（S）：135-139.

[14] 馬英.城市降雨徑流面源污染輸移規(guī)律模擬及初始沖刷效應(yīng)研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2012.

[15] 彭靜，劉偉東，龍步菊，等.北京城市熱島的時(shí)空變化分析[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2007，22（6）：1942-1947.

[16] 于淑秋.北京地區(qū)降水年際變化及其城市效應(yīng)的研究[J].自然科學(xué)進(jìn)展，2007，17（5）：632-638.