揚州市不同功能區徑流污染負荷空間分布差異

何湖濱

摘要：隨著點源污染受到明顯控制，非點源污染問題帶來的危害逐漸顯現，已然成為國內外城市水體污染的最主要原因之一。針對揚州市5個代表性功能區，根據河道、管網走向等將其劃分為67個匯水單元。通過比對各個功能區各匯水單元污染物負荷強度空間差異并分析原因，為各個功能區面源污染治理提供方案，對城市面源污染防控及水環境提升具有重要意義。

Abstract： With the obvious control of point source pollution， the harm caused by non-point source pollution has gradually emerged， and it has become one of the most important causes of water pollution in cities at home and abroad. According to the five representative functional areas of Yangzhou City， it is divided into 67 catchment units according to the river course and pipe network trend. By comparing the spatial differences of pollutant load intensity of each catchment unit in each functional area and analyzing the reasons， it provides a plan for non-point source pollution control in each functional area， which is of great significance for urban non-point source pollution prevention and control and water environment improvement.

關鍵詞：面源污染；功能區；污染負荷；空間分布

Key words： non-point source pollution；functional area；pollution load；spatial distribution

中圖分類號：X830 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）33-0069-03

0 引言

近年來，隨著管理力度的加大，污染治理水平的提高，點源污染已得到明顯的控制[1]，非點源污染問題日益突出。在我國太湖、滇池等重要湖泊，非點源污染已經成為水質惡化的主要原因之一[2]。已有的研究指出，北京和上海的城區雨水徑流污染占水體污染負荷的比例分別為12%和20%以上，對中心建成區水體超過50%[3，4]。由于暴雨產生的徑流對地表有著更強勁的沖刷作用，大量污染物在暴雨徑流的沖刷下從地表向水體遷移，徑流中污染物濃度遠遠超過非暴雨期。武漢漢陽區一次暴雨徑流全過程監測數據顯示降雨徑流中TSS、COD、TP和TN的平均濃度分別為601.1、299.2、0.88和12.26mg/L[5]。

經濟發展的同時，水質型缺水成為當前經濟發展的一大瓶頸，加強對暴雨洪水的利用顯得尤為重要[6]。暴雨徑流中污染物的遷移及時空分布特征研究對于準確評價湖泊富營養化發生的原因，選擇有效的污染控制措施至關重要。本文通過計算暴雨事件中揚州市不同功能區降雨徑流中污染物的徑流事件平均濃度，繪制年降雨徑流污染負荷空間差異圖，對各個功能區制定相對應的治理措施，可以為城市面源污染防控和水環境治理提供依據和支持。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

近年來，城市水環境污染已經成為揚州水生態文明發展的瓶頸，而降雨徑流污染是導致城市水環境惡化的主要因素[7]。本文選擇揚州人口密集、水環境問題較為突出的“一河兩片”地區（即古運河和古運河以西，儀揚河為界南、北兩片區）作為研究區域，主要位于邗江和廣陵兩個行政區（圖1A）。該區域多年平均氣溫15.9，多年平均年降水量為1043.4mm。

1.2 功能區及匯水單元劃分

根據揚州區域服務功能、土地利用現狀以及《城市土地集約利用潛力評價技術規程（試行）》中對不同功能區的定義將研究區劃分為五個功能區：旅游區、城市居民區、商業區、城鄉結合區和農田區。綜合研究區域內土地利用類型、地下排水管網分布、河網水系組成等（圖1B），將研究區域五個功能區進一步劃分為共67個匯水單元（圖1C）。

1.3 徑流監測及污染負荷估算

選擇2017年8月揚州市典型暴雨進行降雨徑流過程同步監測，降雨初期一小時降雨量為23mm，24小時降雨量為63.5mm（08時-08時），滿足國家防汛辦《防汛手冊》規定的凡24小時的累計降雨量超過50mm者定為暴雨的標準。在降雨過程的前30min內，根據降雨強度，每隔3～5min采樣一次；30～60min內，每隔10min采樣一次；60min之后，降雨徑流污染物濃度趨于穩定，每隔30min采樣一次直至降雨徑流結束，并全程記錄樣品的起止時間。不同下墊面同時收集15～20個水樣，采樣完成后帶回實驗室進行分析，具體分析指標包括總氮（TN）、總磷（TP）、氨氮（NH3-N）、高錳酸鹽指數（CODMn）和總懸浮物（TSS），檢測方法參照《水和廢水監測分析方法（第四版）》[8]。

本研究中污染物濃度用徑流事件平均濃度（EMC）來衡量，EMC的計算公式如下所示：

式中，cn為第n個時間段所測污染物的濃度，mg/L；qn為第n個時間段的徑流量，m3；一般按兩個樣品采集時間間隔的中間值劃分流量區間；N為時間分段數。

降雨徑流污染負荷是指一場降雨或多場降雨所引起的地表徑流排放的污染物總量，計算公式如下：

式中，0.001為單位轉換系數；Ri為第i場降雨的徑流系數；Pi為第i場降雨的降雨量，mm；A為集水區面積，km2。

2 結果與分析

研究區域各個匯水單元的年徑流污染負荷強度空間分布如圖2所示，從圖中的空間展布趨勢可以看出，TP和TSS負荷強度的空間分布類似，都呈現以商業區為中心，向兩邊逐漸減小的趨勢，且北片均要高于南片。以TSS負荷為例，各個功能區各匯水單元平均污染負荷強度排序依次為商業區（1087.12～1962.33kg·（hm2·a）-1）>城鄉結合區（260.24～1962.33kg·（hm2·a）-1）>城市居民區（401.07～1468.36kg·（hm2·a）-1）>旅游區（173.56～1087.12kg·（hm2·a）-1）>農田區（173.56～401.07kg·（hm2·a）-1）。其中，TN和NH3-N分布較為均勻，有個別匯水單元污染負荷強度較高，CODMn負荷強度空間分布與TSS相反，呈現南片高于北片的趨勢。

不同功能區各種污染物年負荷強度空間分布呈現一定規律。TP和TSS的負荷強度空間分布類似，這是因為TP主要賦存于顆粒物上，而TSS主要就是以顆粒態形式存在。從空間分布來看，這兩種污染物在南片各匯水單元的負荷強度均低于北片，主要原因是農田區為待開發區域，未開發土地占比較高，綠地覆蓋面積較大，僅有部分區域集中分布工廠，其余以民房居多，人口密度小，車輛活動較弱，所以相比于其他四個功能區，其TP和TSS負荷強度更低。相比之下，商業區受車輛行駛及人類出行的影響最大，所以其TP和TSS的負荷強度相對最高。

在TP負荷強度空間分布圖中，旅游區#1和#8匯水單元以及城市居民區#15匯水單元污染物負荷強度明顯高于其他單元，這是因為旅游區屋頂徑流中TP的EMC相對較高，在#1和#8單元中，建筑物面積占比分別高達55.30%和46.30%，而城市居民路面TP的EMC較高，在#15單元中，道路面積占比達41.30%。由于在計算降雨徑流污染負荷強度過程中，需要結合各個匯水單元的下墊面情況計算不同產污量，所以不同的下墊面比例會影響整個匯水單元污染負荷強度的估算值。

CODMn的負荷強度空間分布圖與TP、TSS呈現的趨勢剛好相反，南片污染物負荷強度高于北片，這是因為南片屬于農田區，由于生活、生產方式的不同，降雨過程中，化肥、動物糞便等溶于降雨徑流中，使得有機污染物含量增加。在TN、NH3-N和CODMn圖中，農田區#52和#64匯水單元污染物負荷強度均較高，可能與該處有一個小型工業區以及群聚宿舍樓有關，晴天居民飲食過程中丟棄的垃圾和餐飲垃圾，廚余廢水隨處傾倒會增加相關污染物污染風險[9]。

3 結語

研究區域TP與TSS的污染負荷強度空間分布呈現北片高，南片低的總體趨勢，且北片以商業區為中心，向兩邊逐漸遞減，CODMn負荷呈南片農田區高于北片。在人口居住密度較大城市居民區和商業區開展綠色屋頂建設，可有效降低區域TP和TSS污染風險。對農田區進行農村管網鋪設規劃，可以減少雨水的直排入河，截流并將初期雨水輸送至污水處理廠處理，可以降低雨水徑流對河道等受納水體的影響。

參考文獻：

[1]王曉燕，郭芳，蔡新廣，等.密云水庫潮白河流域非點源污染負荷[J].城市環境與城市生態，2003（1）：31-33.

[2]付永鋒，陳文輝，趙基花.非點源污染的研究進展與前景展望[J].山西水利科技，2003（3）：32-35.

[3]李田，林莉峰，李賀.上海市城區徑流污染及控制對策[J].環境污染與防治，2006，28（11）：868-871.

[4]何旭升，逢勇，魯一暉，等.凈水型護岸技術的探討[J].水利學報，2008，39（6）：659-666.

[5]何慶慈，李立青，孔玲莉，等.武漢市漢陽區的暴雨徑流污染特征[J].中國給水排水，2005，21（2）：101-103.

[6]聶鐵鋒.廣州市城區暴雨徑流非點源污染負荷核算技術研究[D].華南理工大學，2012.

[7]揚州市水環境現狀和治理對策研究[M].社會科學文獻出版社，2012：440-449.

[8]國家環境保護總局《水和廢水監測分析方法》編委會.水和廢水監測分析方法（第四版）[M].中國環境科學出版社，2002.

[9]段圣輝，趙鈺，單保慶，等.杭州市余杭區典型農村暴雨徑流污染特征[J].環境科學，2015，36（10）：3697-3705.