船房河流域污染物排放规律研究

余有灵 李晓辉 张 淼 郑金龙 马勋静

（1.同济大学电子与信息工程学院，上海 201804；2.昆明市环境科学研究院，云南 昆明 650032）

1 船房河流域水量计算

1.1 船房河流域旱季用水量情况

生活用水量与人们作息时间成一定规律曲线变化。生活用水量乘以相应排污系数便得到区域内污水排放量，所以用水量与污水排放量变化趋势基本一致。用水量随时间变化曲线中，曲线总体随时间呈现上升回落状态。其中在三个时间段分别出现明显峰值变化。第一时间段，7：00～9：00。当地日出时间较晚，上班时间普遍为9：00。该时段内，早起上班人员、早餐业等因素使得用水量明显上升。第二时间段：11：00～13：00。生活用水集中来源于生活小区、商业区的餐饮排放。此时段用水量集中，出现峰值为一天用水量最大值，且污水有机物含量高。第三时段，18：00～21：00。此时间段出现一天中最后一个用水高峰。以下是根据旱季实测数据绘制的河道污水流量变化曲线：

图2 省委大沟河道污水流量变化曲线

根据流量曲线，计算得到旱季船房河流域出水口污水总量为117455.28m3。兰花沟区域面积比省委大沟区域面积大，所以出水口测得污水量兰花沟明显多于省委大沟。

由调查统计结果，船房河流域合流制排水区12类用水单位总用水量为 115917.69t/d。各类型用水单位用水量及比例详见表1：

表1 船房河流域合流制排水区各类型用水单位用水量统计表

船房河流域合流制排水区内主要用水方式为居民小区生活用水，商场用水和餐饮业用水。船房河流域合流制排水区位于昆明市中心城区，居民小区人口数量多且生活质量较高，居民生活用水量较大，约315升/（人.天），排水区内居民生活用水共 72379.65t/d，占总用水量的 62.44%。商场和餐饮业用水量为区域用水的次要组成部分，其中，商场用水量占排水区总用水量的9.93%，餐饮业用水量占总用水量的9.37%。随着螺蛳湾商业区拆迁工作的推进，区域内商场使用面积的大幅减少，商场用水量占总用水量的比例将有所下降。其次，区域内宾馆数量多且多为规模较大的星级宾馆，用水量偏大，占排水区内总用水量的6.14%；区域内虽有328家企事业单位，但由于企事业单位人均用水量偏小，其用水量占排水区内总用水量的4.79%。医院、学校、农贸市场等单位用水量占排水区总用水量比例相对较小。

采用各片区统计的用水量数据、人口总人数、人口密度、区域面积来推求各个子汇水区生活用水量（以面积计），再乘以相应排污系数，得到旱季各汇水区污水产生量。按照城市排水工程规划规范（GB50318-2000），城镇生活污水排放系数为0.7～0.9。研究区域内生活污水通过已有排污明渠汇入河道，故取研究区域内生活污水排放系数为 0.85。计算出各汇水区污水产生量为98530.0365m3。

实测出水口污水量大于用水形成的污水量，主要是由于区域内多采用水泥污水输送管道，下水道管道埋藏一般低于地下水水位，且管道使用时间已久远，出现老化，地下水渗入，也就导致水质情况 TN、TP、COD浓度比实际测量水质情况 TN、TP、COD浓度高。实测出水口污水量与用水形成的污水量两者差额为渗入地下水量 18925.24m3。得出入渗率为16.1%。

1.2 船房河流域典型降雨季污水水量情况

以下降雨数据采用2010年9月26日监测数据。根据监测数据，图为当日降雨强度曲线：

图3 降雨强度曲线

降雨时，河道监测污水流量曲线区别主要在于雨水的混入。雨季曲线峰值高于旱季曲线峰值，并且，由于兰花沟河道比省委大沟长，相对于雨水汇入河道内时间历时，兰花沟水量汇入时间明显滞后于省委大沟水量汇入时间。下雨后，较短时间内，雨水通过下垫面形成径流流入省委大沟，省委大沟水量变化时间接近于降雨历时。对于流域面积大的的兰花沟，降雨形成的地表径流要经过较长时间才能汇入河道，所以，水量变化滞后于降雨历时。

以下是根据2010年9月26日降雨监测数据绘制的河道污水流量曲线及降雨强度曲线：

图4 船房河流域降雨强度与污水流量对比图

选取9月26日作为观测对象。降雨开始于10：15，结束于11：45，降雨集中在10:45、11:30两个时段，历时约一个半小时，降雨量为 21.2mm。省委大沟汇水时间滞后于降雨时间，污水排放高峰分别滞后于降雨集中点45分钟 、60分钟。兰花沟由于流域原因，污水排放高峰分别滞后降雨集中点75分钟、90分钟。整个汇水时段，船房河流域增加总水量为109240.3924m3。

通过对比，三条曲线变化趋势一致，研究成果与实际情况相符合。

2 船房河流域水质情况分析

2.1 降雨时船房河流域水质分析

（1）降雨时河道水质分析。降雨初期，由于初期雨水的冲刷，下垫面大量污染物随地表径流汇入河道，致使河道污染物浓度急剧升高。降雨后期，形成地表径流汇入河道的近乎为天然雨水，污染物浓度低，使河道污染物浓度降低。降雨时间为10点至12点左右，监测时间为10：30至12:15。此时由于径流汇入河道时间不同，兰花沟和省委大沟水量和水质变化滞后于降雨时间。也就是说，降雨一段时间后，兰花沟和省委大沟的水量和水质才开始变化，并且变化结束时间点不同，兰花沟由于流域长，径流汇入截止时间滞后于省委大沟。

图5为水质变化曲线：

图5 水质变化曲线

如图5所示，TN、TP、COD变化趋势大致相同。降雨初期少量径流带来大量下垫面污染物，导致径流汇入河道后污水污染物浓度增加。随持续降雨，径流所含污染物量越来越少，一段时间后，径流水质接近于天然雨水水质，到降雨集中点时，污水中污染物浓度会出现骤降过程。汇雨时段结束，污水水质才回升至无雨水混入时的浓度。

注：省委大沟降雨汇水截止时间点为13：30，兰花沟汇水时间点为14:00。研究所需数据为汇水时间段，汇水截止时间不同，所以污染物浓度监测截止时间不同。

（2）降雨时调查污染物量与实测污染物量对比分析。依据9月26日降雨时水质情况及当时污水水量，得出出口处船房河流域汇水时间段污染物的量：

表2 出口处船房河流域汇水时间段污染物的量

船房河流域下垫面主要分为四类：草地、屋顶、道路、庭院。区域面积如表：

表3 区域面积

由《建筑与小区雨水利用工程技术规范 GB50400-2006》，得出各下垫面形成的径流系数：

表4 各下垫面形成的径流系数

2010年9月26日降雨量情况如图6：

图6 2010年9月26日降雨量情况

计算得出雨水经过下垫面形成的径流量：

表5 雨水经过下垫面形成的径流量

而旱季一天污水量与降雨当日雨污混合水量差额即为流域收集到的降雨径流量，通过旱季流量曲线及降雨流量曲线，得出差额为109240.39m3。理论上，此差额应该等于降雨系数计算得各下垫面形成的径流量。由实际曲线计算得出的径流量约占理论径流量的82.2%，说明雨水通过下垫面带来的污染物的量也只有一部分汇入河道。依据下垫面形成径流的污染物浓度：

表6 下垫面形成径流的污染物浓度

通过下垫面随径流汇入河道污染物量：

表7 实际污染物的量

由旱季一天流量和水质情况，计算得出对应9月26日降雨形成径流时间段，时间段旱季污染物量：

表8 时间段旱季污染物量

通过以上计算，调查下垫面形成径流带来污染物量与旱季对应降雨汇水时间段污染物量之和接近于实测出水口降雨时间段污染物量。二者理论上应一致，但主要由于实际情况下径流汇入河道过程中，所研究船房河边缘区域对污染物量产生干扰，所以导致加和污染物量接近于实测出水口污染物量。

2.2 旱季某天船房河流域水质分析

（1）旱季水质分析。根据实测数据得出旱季污染物浓度一天变化曲线图，如图7：

图7 旱季污染物一天变化曲线图

生活污水中污染物含量与人们的作息时间成规律性变化。早上上班人员、打工族以及大量的家庭旅馆租住人员必然会使厕所卫生用水在早晨有一个高峰排放现象，生活污水中污染物曲线开始上升。在 11:00～13:00、18:00～20:00，污染物浓度出现两个峰值，这主要由于用餐高峰时段，有机物浓度较高的生活污水大量排放。图表表明，研究结果与实际情况相符合。

（2）旱季调查污染物量与实测污染物量对比分析。对省农业银行宿舍和巴士家园小区开展现场计量、采样以及监测数据整理分析后，得到主城区典型居民生活小区的人均生活污水排放当量和污染物排放系数。

依据＜＜合流制排水区污水收集系统现状调查报告＞＞，区域内现有总人口233936人，人口密度42398人/平方公里。其中户籍人口233826人，包括居民小区住宅人口200089人，城中村人口33837人。计算得出调查的旱季一天污染物量：

表9 调查的旱季一天污染物量

由实测数据绘出旱季每日流量曲线及所测水质情况，得到实测旱季某日污染物量：

表10 实测旱季某日污染物量

对比可知，出水口旱季实测污染物量与调查得到污染物量相接近。出现误差的主要原因是调查地点以省农业银行宿舍和巴士家园小区两个区域为代表，且在污染物计算时采用生活污染物排放系数平均值，导致调查数据与实测值存在一定可接受范围的偏差。

3 结论

通过以上调查数据与实测数据对比可知，总出水口实测数据与调查各区域得到的数据基本一直，出现误差主要原因包括：

（1）实际水样监测时，监测时间点没有准确处于一天污水排放量变化点；

（2）实测采样点少，时间段内曲线呈直线，数据变化有偏差。例如凌晨至清晨时间段采样点少，不能详细绘制此时间段污水水量及水质变化曲线；

（3）研究地域边缘有干扰：研究范围内水量流出或区域有外来水量流入；

（4）计算时认为数据取值，例如均值的选取。

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