长沙市城区雨水径流污染研究

贠 汶，曲鹏飞,2

（1. 长安大学环境科学与工程学院，陕西 西安 710064；2. 长安大学 旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室，陕西 西安 710054）

长沙市城区雨水径流污染研究

贠 汶1，曲鹏飞1,2

（1. 长安大学环境科学与工程学院，陕西 西安 710064；2. 长安大学 旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室，陕西 西安 710054）

掌握城区雨水径流水质及其主要的影响因素是有效地利用城区雨水资源和控制城市非点源污染的基础。对长沙城区不同下垫面的雨水径流进行监测，分析不同下垫面雨水径流水质的变化规律及主要污染物的相关性，分析结果表明：径流初期下垫面的雨水污染较严重，污染物浓度较高。随着径流时间的持续，各污染物浓度呈下降趋势，且径流中的 COD、TP、TN 与 SS 之间存在较好的线性相关关系。

径流污染；水质；下垫面；相关性

水环境污染是当前世界各国普遍存在的问题。水环境污染源可分为点源和面源两大污染源[1]。随着点源污染治理的深入，面源引起的污染问题日益凸现。如美国等发达国家，至少有一半以上的水质问题来源于面源污染，其中城市雨水流污染是仅次于农业面源污染的第二大面污染源[2]。而在我国长期以来水环境污染防治工作重点主要放在点源污染的治理上，城市雨水径流引起的面源污染问题一直未予足够的重视。但事实上，城市雨水径流已成为制约受纳水体水质改善的主要因素，不深入研究城市雨水径流污染问题与城市雨水径流污染的控制和治理，水体污染问题难以彻底解决。

城市雨水径流污染具有其固有的特征，要对其采取针对性的进行控制和治理，就必须了解它的污染状况和雨水水质的变化规律。据此目的，本文以长沙市为例对城市雨水径流进行检测，分析研究长沙市区的雨水水质,初步掌握长沙市雨水径流污染状况及污染物冲刷规律,为开展雨水径流污染控制提供数据支持和理论依据。

1 水样的采集与测定

1.1 样品的采集

按照城市径流污染物的来源和种类[3]，一般将其分为住宅区径流、商业区径流和工业区径流三大类。本研究是以长沙市中南林业科技大学为区域进行研究。为了初步了解长沙市降雨径流水质状况，进行了实地采样分析。

根据不同汇水面，大致将汇水面分为屋面、草地坡面、马路(沥青铺砌)、校内外机动车道路。在林科大校园内进行实地考察后，在建筑物的雨落管排水口和道路的交叉口或雨水井选取具有代表性的采样点。采样点布置如下：

（1）选取林科大后门芙蓉南路的雨水井处，采集校外道路机动车道路雨水径流；

（2）选取林科大校医院的雨落管排水口，采集其屋面雨水径流；

（3）选取林科大青园东教学楼道牙旁的雨水井处，采集校园内道路雨水径流；

（4）选取林科大情人坡草坪处，采集草地坡面雨水水样；

（5）选取体艺馆前空地，采取天然雨水水样。

1.2 样品水质的分析方法

1.2.1 径流水质指标

从国内外地表径流水质的研究结果[4-6]可以看出，径流污染物中主要有总悬浮物（SS）、化学需氧量（COD）、总氮(TN)、总磷(TP)及重金属等。据以上国内外研究，本文对 COD、SS、TN、TP、及重金属(Pb、Zn 和 Cd)指标进行分析。

1.2.2 水质分析方法[7]

本文地表径流水样指标分析均采用国家标准水质分析方法(表 1)。

表 1 水质分析方法Table 1 The water quality analysis methods

2 结果与讨论

长沙市一月份进入梅雨期，降雨主要集中在一月份、二月份和三月份，多年平均降雨量为 1 483.6 mm。本实验于三月开始，三月八日前一直在降雨，三月八日后出现几天的晴天，之后有零星的小雨，但未有径流。直到三月二十日出现大降雨，本实验收集此次降雨径流，采样时间为 60 min。

2.1 水质分析结果

分析结果见表2。

由表2可知，常规污染指标中草地雨水的水质明显优于其他下垫面径流雨水水质；重金属污染中天然雨水水质优于下垫面径流雨水；天然雨水与各下垫面径流雨水的污染程度由高到低一次为：校外道路雨水＞校内道路＞屋顶雨水＞天然雨水＞草地雨水。

2.2 不同下垫面径流水质特征分析

了解掌握城市雨水径流污染物的特征是控制雨水径流污染的首要任务。下面对不同下垫面的径流污染物浓度随降雨历时的变化情况进行以下分析。

图1-图5表示不同污染物不同下垫面与降雨历时的关系。

表 2 不同下垫面雨水径流污染物浓度变化Table 2 Variation range of pollutant concentration of different underlaying surface mg/L

（1）从图中可以看出，各下垫面雨水径流污染物浓度随降雨历时的变化均较好的符合径流污染物的冲刷规律：径流初期污染物浓度很高，但随着降雨时间的延长污染物浓度逐渐降低并且各自趋于稳定值。

（2）由图 1 可见，天然雨水径流中 SS 含量相对较低，这可能与长沙所处的气候有关；且可知雨水中含有一定营养物质，主要为总氮，浓度在 0.3～5 mg/L 之间，但也随着降雨历时的变化而降低；而总磷的含量较低，最高在 0.03 mg/L。

（3）从图 2、3、4 中可以看出，不同下垫面雨水径流中各污染物浓度不同。草地坡面雨水径流水质明显优于其他下垫面径流水质，且没有检测出TP、TN 含量，这说明草地具有一定的净化能力，同样也与植物、土壤对污染物的截留作用有关。而机动车道路雨水径流水质较差，SS、COD 浓度最高分别达到了 828、638.40mg/L，这主要取决于其路面污染程度；其中校内道路径流水质略优于校外道路径流，这可能是因为交通量不同及污染程度不同，使得车辆行驶过程中引起雨水径流冲刷携带能力的加强，及车辆自身带有的颗粒物质及道路材料缝隙中的物质进入雨水径流中造成污染物浓度的增加。

（4）图 5 重金属 Pb、Zn、Cd 浓度变化可看出：天然雨水径流中没有检测出铅的含量，然而在草地雨水径流中测出少量的铅，这可能与土壤中含有铅有关，需要进一步研究。屋面的雨水径流重金属含量高于其他下垫面的径流重金属含量，引起径流水质的变化的主要是屋面材料的性质，如材料的类型、新旧程度等原因。

图 1 不同下垫面 SS 随降雨历时的关系Fig.1 Relationship of SS of different underlaying surface with rainfall

图 2 不同下垫面 COD 随降雨历时的关系Fig.2 Relationship of COD of different underlaying surface with rainfall

图 3 不同下垫面 TN 随降雨历时的关系Fig.3 Relationship of TN of different underlaying surface with rainfall

图 4 不同下垫面 TP 随降雨历时的关系Fig.4 Relationship of TP of different underlaying surface with rainfall

图 5 不同下垫面重金属（Pb、Zn、Cd）随降雨历时的关系Fig.5 Relationship of heavy metals（Pb,Zn,Cd） of different underlaying surface with rainfall

2.3 主要径流污染物相关性分析

为了深入的研究雨水径流中主要污染物之间的关系，分别对天然雨水、屋面和校内外道路雨水径流的主要污染物进行相关性分析，选取降雨历时刚开始时的雨水径流，见图6所示。

由图6可知，对不同下垫面实验数据进行回归分析，建立一元线性回归方程。由回归方程可知相关系数在 R2=0.67～0.98 之间，说明不同下垫面径流水质 COD、TP、TN 与 SS 都具有良好的相关关系。同时可以看出径流水质的污染程度与颗粒物含量的大小有很大关系，这对以后净化雨水径流提供了有力方向，可以通过去除悬浮颗粒物质的方法来净化雨水径流。

图 6 图 6 不同下垫面 COD、TP、TN 与 SS 相关性Fig.6 The correlation of SS and COD,TP,TN of different underlaying surface

3 结 论

（1）长沙城区在一次降雨中，其径流雨水水质复杂，随机性强，雨水径流主要的污染为有机物污染。不同下垫面的初期雨水径流的污染程度相差较大，天然雨水与各下垫面污染程度由高到低依次为:校外路面雨水>校内道路雨水>屋面雨水>天然雨水>草地雨水。

（2）长沙市雨水径流污染物质具有一般规律：即初期径流污染最严重，可达到很高的浓度，随降雨历时的延长，污染物浓度逐渐下降并趋于稳定；并且与雨水径流污染物浓度与汇水面的材料性质具有很大的关系，根据不同汇水面污染物浓度也呈现不同；且污染物浓度的降低与降雨量、降雨时间、降雨强度有一定关系。

（3）不同下垫面雨水径流主要污染物 COD、TN、TP 与 SS 之间存在较好的线性关系。这为以后净化雨水径流提供了一定的研究方向。

［1］ 杨爱玲，朱颜明.地表水环境非点源污染研究[J].环境科学进展，1999，7(5):60-66．

［2］ Deletic A B，Maksimovic C T.Evaluation of water quality factors in storm runoff from paved areas[J].J of Envir Engrg ASCE，1998，124(9):869-879 .

［ 3 ］ 赵 剑 强 .城 地 表 流 污 染 与 控 制 [M].北 京 :中 国 环 境 学 出 社 ，2002:,35-38 .

［4］ 车武,等.北京城区屋面雨水污染及利用研究[J].北京：中国给水排水，2001，17(6):57-61 .

［5］ 贺缠生，傅伯杰，陈利顶.非点源污染的管理及控制[J].北京：环境科学，1998，19(5):87-91．

［6］ Darren DraPPer, Rodger Tomlinson and Philip Willimas. Pollutant Concentartion in Road Runoff: Southeast Queenslnad Case Study[J].J.of Envir. Engrg. ASCE 2000，126(4):313-320．

［7］ 魏复盛，齐文启，华秀.水和废水监测分析方法[M].北京：国家环境科学出版社，2002:32-154．

Study on Urban Stormwater Runoff Pollution in Changsha City

YUN Wen1，QU Peng-fei1,2
（1. College of Environment Science and Engineering,Chang’an University,Shaanxi Xi’an 710064,China；2. Key laboratory of Subsurface Hydrology and Ecological Effect in Arid Region of Ministry of Education, Chang’an University,Shaanxi Xi’an 710054,China）

It is a critical basis for utilization of rainfall resource and pollution control of runoff in urban area to understand runoff quality and its main influential factors. In this paper, the runoff quality change rule in different underlaying surfaces was analyzed as well as the correlation of main pollutants. The results showed that the rainwater runoff was seriously polluted initially, had high content of pollutants. With runoff time continuing, the pollutant content presented downward trend, and there was a fine linear relation between COD, TP, TN and SS in runoff.

Runoff pollution; Water quality; Underlaying surfaces; Correlation

X 703

： A文献标识码： 1671-0460（2014）07-1286-04

2014-05-13

贠汶（1989-），女，甘肃天水人，硕士，长安大学环境工程专业 2012 级在读研究生，研究方向：大气污染控制。E-mail：gloria_9799@sina.com。