阜新城區(qū)夏季雨污特征及其主要污染源識別

尹璐璐

(遼寧省阜新水文局，遼寧 阜新 123000)

城區(qū)大量的面源污染在夏季暴雨徑流中產(chǎn)生進(jìn)入河道內(nèi)，使得河道內(nèi)的水體環(huán)境產(chǎn)生不同程度的影響[1]。城區(qū)不同下墊面類型下污染形成特征差異較大，其主要污染來源也較為復(fù)雜，對于城區(qū)規(guī)劃而言，需要對其不同下墊面污染物形成特征及主要污染源進(jìn)行識別，從而制定較為有效的綜合規(guī)劃，提高城區(qū)河道水生態(tài)環(huán)境[2]。近些年來，國內(nèi)對于城區(qū)面源污染研究取得一定的研究成果[3-11]，但這些研究成果大都相對較為宏觀，未能針對不同下墊面類型污染形成特征進(jìn)行系統(tǒng)研究，此外由于城區(qū)面源污染源識別較難，對其主要污染源識別的研究還較少。阜新位于遼寧的西部，近些年來，隨著城市建設(shè)快速發(fā)展，城區(qū)面源污染逐年增多，對城區(qū)內(nèi)河流水質(zhì)產(chǎn)生了不同程度的影響，為改善城區(qū)主要河流水環(huán)境，提高城區(qū)水環(huán)境水平，亟需對城區(qū)夏季面源污染負(fù)荷特征進(jìn)行系統(tǒng)分析，并對其主要污染源進(jìn)行有效識別。為此結(jié)合室內(nèi)觀測方式對阜新城區(qū)夏季不同下墊面類型(交通干道、園林、居民生活區(qū))下雨污染形成特征進(jìn)行觀測，并采取當(dāng)前國內(nèi)污染源識別較為成熟的污染物Person系數(shù)法對其主要污染源進(jìn)行動態(tài)識別。研究成果對于阜新城區(qū)面源污染治理規(guī)劃具有參考價值。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)區(qū)域

阜新地區(qū)降水主要集中在夏季，夏季降水量占全年降水量的比重超過70%，夏季年均降水量達(dá)到400～500mm，針對城區(qū)交通干道、園地以及居民生活用地3種主要下墊面類型開展觀測試驗(yàn)，總氮、總磷、氨氮鹽以及5d生化需氧量是主要測定的污染物指標(biāo)。

1.2 試驗(yàn)方式

考慮到城區(qū)污染物主要受夏季暴雨沖刷影響，因此按照雨量高于50mm選取場次降水進(jìn)行各下墊面污染物水樣的采集，對采集的水樣進(jìn)行測定。路邊的雨水井為交通干道下墊面類型下雨污采樣點(diǎn)，草地或林地區(qū)域?yàn)閳@林下墊面雨污采樣區(qū)域，生活下水井為居民生活區(qū)下墊面類型下雨污采樣區(qū)域。每個雨污采樣區(qū)域進(jìn)行3～4個采樣點(diǎn)的布設(shè)，由于夏季暴雨徑流匯集時間較短，每次采樣時間需要在暴雨產(chǎn)生徑流后的20min內(nèi)完成，每隔30～40min在暴雨結(jié)束后采樣一次，由于很難對城區(qū)徑流進(jìn)行有效觀測，因此其場次徑流量主要通過場次降水和區(qū)域徑流系數(shù)均值進(jìn)行乘積計(jì)算得到。對各下墊面類型下采樣井觀測點(diǎn)水樣采用重氮偶氮分光光度法進(jìn)行氨氮污染指標(biāo)的測定，鉬酸銨分光光度法和堿性過硫酸鉀紫外分光光用來對總磷、總氮污染物指標(biāo)的測定，直接培養(yǎng)方法用于5d生化需氧量BOD5的試驗(yàn)測定。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 不同下墊面類型污染物指標(biāo)值

按照暴雨量超過50mm，在阜新城區(qū)不同下墊面類型下觀測8個場次降水量，對各采樣點(diǎn)進(jìn)行水樣采集，并采樣室內(nèi)試驗(yàn)測定方法對其總氮、總磷、硝酸鹽以及5d生化需氧量進(jìn)行濃度測定，各下墊面類型下的污染物指標(biāo)濃度測定結(jié)果見表1，各試驗(yàn)場次下的污染物濃度變化過程如圖1所示。

圖1 各下墊面類型不同試驗(yàn)場次下的污染物濃度變化過程

表1 不同下墊面類型下雨污濃度試驗(yàn)測定值 單位：mg/L

從不同下墊面類型下雨污濃度試驗(yàn)測定值可看出，各暴雨場次下不同下墊面污染物濃度有所差異，居民生湖區(qū)氨氮濃度明顯高于其他污染濃度值，氨氮濃度值居民生湖區(qū)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)濃度限值的5.2倍，是居民生活區(qū)主要污染物類別，氨氮濃度偏高的主要原因在于居民生活污水及生活垃圾綜合影響，暴雨產(chǎn)生過程中，居民生活垃圾及污水排放使得氨氮濃度加大，當(dāng)暴雨徑流達(dá)到峰值時，其受暴雨沖刷影響進(jìn)入河道內(nèi)的氨氮濃度也相對應(yīng)達(dá)到一個峰值。草地和林地是園林下墊面類型下兩種主要土地利用方式，總磷在園林區(qū)域其污染物濃度明顯高于總氮、氨氮以及5d生化需氧量，是園林下墊面類型下的主要污染物，其濃度偏高的主要原因在于草地林地施肥影響所致，當(dāng)城區(qū)暴雨徑流達(dá)到峰值時，園林下墊面類型下的總磷濃度峰值可達(dá)到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)濃度顯著的2.3倍。5d生化需氧量是交通干道主要污染物，其濃度值均要高于其他污染物指標(biāo)，汽車油體污染是交通干道下墊面5d生化需氧量濃度較高的主要原因，暴雨徑流沖刷影響下汽車油體進(jìn)入水體中，加大了水體中5d生化需氧量的濃度。從各下墊面類型不同試驗(yàn)場次下的污染物濃度變化過程，居民生活區(qū)各類污染物濃度偏高，且均要高于污染濃度均值，草地類型下污染物濃度相對較低，且均低于污染物濃度均值。

2.2 污染物Person系數(shù)分析

在不同下墊面類型污染物濃度均值變化分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合Person系數(shù)分析方法建立不同下墊面類型和污染物之間的Person系數(shù)，各類下墊面污染物Person系數(shù)相關(guān)性分析結(jié)果見表2—4。

表2 居民生活區(qū)下不同污染物各污染物Person系數(shù)分析結(jié)果

表3 交通干道下不同污染物各污染物Person系數(shù)分析結(jié)果

表4 園林下不同污染物各污染物Person系數(shù)分析結(jié)果

從不同下墊面類型下的各污染物濃度Person系數(shù)相關(guān)性分析結(jié)果可看出，5d生化需氧量和氨氮之間具有較好的相關(guān)度，相關(guān)系數(shù)總體高于0.7，是各類下墊面的主要污染指標(biāo)，其他污染物濃度之間的Person系數(shù)相對較低，對于阜新地區(qū)各類下墊面污染程度影響相對較低。5d生化需氧量和氨氮是主要污染物的原因在于其主要受人類活動影響，因此成為阜新地區(qū)城市主要污染物指標(biāo)。

2.3 徑流對污染物濃度影響

為對城市夏季暴雨徑流對污染物濃度影響，結(jié)合阜新地區(qū)2場較強(qiáng)降水過程下不同下墊面污染濃度變化過程進(jìn)行分析，2場降水特點(diǎn)見表5，不同徑流形成時間下各污染物濃度變化過程如圖2所示。

圖2 居民生活區(qū)污染物隨徑流變化過程

表5 不同場地降水變化特點(diǎn)

從不同下墊面類型各場次降水徑流下污染物濃度變化可看出，污染物濃度在徑流形成初期變化較為穩(wěn)定，這主要因?yàn)榻涤瓿跗谟捎诋a(chǎn)生較小的徑流，因此污染物隨著暴雨徑流進(jìn)入河道內(nèi)的濃度相對較低，因此降雨初期污染物濃度具有較小的遞增幅度變化。徑流量隨著降雨時間的增加其不斷加大，使得污染物進(jìn)入河道內(nèi)的比例有所增多，變幅加大，各類污染物濃度總體在0.5mg/L上下變幅。因此夏季城市在暴雨初期其面源污染總體呈現(xiàn)減少變化，降低了污染物濃度，后期隨著徑流量的增大其污染物濃度進(jìn)一步減少。

3 結(jié)語

(1)居民生活區(qū)氨氮濃度較高，主要來源生活污水和生活垃圾，園地區(qū)域總磷濃度較高，主要受園地施肥影響所致，汽車油體污染是交通干道下墊面5d生化需氧量濃度較高的主要原因。

(2)城市暴雨初期對面源污染物沖刷效應(yīng)明顯，尤其是在20～40min以內(nèi)，暴雨40min以后污染物濃度有所下降，沖刷效應(yīng)減弱，暴雨后期污染物濃度具有明顯的富集效應(yīng)。

(3)本文主要分析城市暴雨徑流下有機(jī)面源污染物濃度影響，而無機(jī)面源污染濃度變化還未進(jìn)行分析，有所不足，在后續(xù)研究中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注城市暴雨徑流下無機(jī)面源污染物濃度影響。