城市降雨徑流中重金屬污染特征與污染負(fù)荷.pdf

1、城市降雨徑流中重金屬污染主要是城市地面污染物、大氣顆粒物、地表灰塵等在降雨事件作用下，經(jīng)沖刷進(jìn)入受納水體，造成受納水體水質(zhì)的污染。由于近年來快速的城市化進(jìn)程，城市不透水面積不斷增大，導(dǎo)致城市降雨徑流中重金屬污染有日益嚴(yán)重的趨勢(shì)。本研究內(nèi)容依托于國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)“城市黑臭河道外源阻斷、工程修復(fù)與原位多級(jí)生態(tài)凈化關(guān)鍵技術(shù)研究及示范”(2009ZX07317-006)，并在此項(xiàng)目與國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“沿海城市河岸氮素截留效

2、率和轉(zhuǎn)化機(jī)制研究”(40971259)、上海市優(yōu)秀學(xué)科帶頭人計(jì)劃“城市河岸帶對(duì)面源營養(yǎng)鹽的生態(tài)阻控機(jī)理研究”(10XD1401600)的資助下，以上海與溫州城市降雨徑流為對(duì)象，研究其中Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn、Hg和As的含量，并對(duì)此作出環(huán)境評(píng)價(jià)，了解降雨徑流中各重金屬的污染特征、時(shí)空變化，探討降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)、雨前干期等降雨特征對(duì)重金屬污染特征的影響程度，揭示降雨徑流初期沖刷效應(yīng)與各因素間關(guān)系。通過溫州城區(qū)重金屬污染特征和

3、負(fù)荷的研究，估算出溫州城市重金屬夏季污染負(fù)荷，由此為有效地管理城市非點(diǎn)源污染提供可靠的數(shù)據(jù)。
　　 本研究在對(duì)大量第一手?jǐn)?shù)據(jù)資料進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上得到以下幾條結(jié)論：
　　 (1)本研究監(jiān)測(cè)上海和溫州市區(qū)7場次夏季降雨，分析表明城市降雨徑流中交通干道、停車場、小區(qū)路面等下墊面徑流中重金屬含量較高。溶解態(tài)Fe、Mn、Ni、Zn、Hg等重金屬與pH較為相關(guān)，溶解態(tài)Cu、Fe和Mn與TSS呈線性關(guān)系。城市降雨徑流過程中pH動(dòng)態(tài)變化

4、與降雨特征并無關(guān)系；TSS時(shí)間變化呈指數(shù)衰減，其濃度的高值多出現(xiàn)在徑流初期或是最大雨強(qiáng)出現(xiàn)時(shí)刻；重金屬的動(dòng)態(tài)變化與降雨特征有關(guān)，雨勢(shì)較小時(shí)部分重金屬會(huì)隨著徑流過程而累積，而雨勢(shì)較大時(shí)徑流初期重金屬動(dòng)態(tài)變化與徑流深動(dòng)態(tài)變化一致，一旦最大雨強(qiáng)出現(xiàn)后其濃度立刻衰減。
　　 (2)上海與溫州城市降雨徑流交通干道徑流中TSS EMC值較高，易超出污水綜合排放二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。降雨徑流中重金屬中除Hg外EMC值都低于地表水Ⅲ和Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，其中Cu、M

5、n和Zn EMC值的下墊面差異較大，EMC的高值主要是出現(xiàn)在交通干道等人為活動(dòng)較多的下墊面徑流，而Hg EMC值大小與下墊面類型無關(guān)。各降雨特征中雨前干期、降雨量和降雨強(qiáng)度與重金屬EMC值關(guān)系較大，雨前干期越長降雨徑流中重金屬EMC值越大，而降雨量與降雨強(qiáng)度越大降雨徑流中重金屬EMC值則越小。
　　 (3)本研究運(yùn)用無量綱累積曲線對(duì)城市降雨徑流中TSS和重金屬進(jìn)行初期沖刷效應(yīng)的分析，結(jié)果表明TSS較易發(fā)生初期沖刷效應(yīng)，控制降雨徑

6、流40％的累積徑流量即能有效地控制TSS對(duì)下一級(jí)受納水體的污染。除Fe、Mn和Ni外的多數(shù)重金屬不易發(fā)生初期沖刷，其中Mn的FF30值最大，為51.12％，而Cr的FF30值最小，則為31.84％。降雨徑流初期沖刷效應(yīng)的程度主要取決于最大降雨強(qiáng)度出現(xiàn)的時(shí)間，與匯流區(qū)下墊面的類型與面積大小無關(guān)。
　　 (4)本研究探討其他環(huán)境介質(zhì)對(duì)城市降雨徑流中重金屬濃度的影響，包括大氣干濕沉降、地表灰塵等。結(jié)果表明上海和溫州市區(qū)大氣顆粒物質(zhì)PM

7、10中重金屬含量基本都高于該地區(qū)土壤背景值，Mn和Ni的富集因子<1，屬于自然因素；Zn的富集因子>10，屬于人為活動(dòng)影響造成的污染。對(duì)比城市雨水與降雨徑流中重金屬的濃度，發(fā)現(xiàn)雨水中重金屬對(duì)降雨徑流有著一定的貢獻(xiàn)，將研究區(qū)雨水中含金屬濃度與國內(nèi)外城市進(jìn)行對(duì)比，得出上海和溫州雨水重金屬濃度是國內(nèi)較低污染水平，但明顯高于發(fā)達(dá)國家城市，說明雨水中重金屬污染水平與經(jīng)濟(jì)、城市化發(fā)展水平有一定的關(guān)聯(lián)。城市停車場和交通干道的地表灰塵含量較高，上海與溫

8、州地表灰塵污染程度相近，且多數(shù)重金屬均呈現(xiàn)粒徑分級(jí)效應(yīng)，其中Cr、Cu、Pb和Zn最為明顯。
　　 (5)本論文將“地表灰塵-雨水井口沉積物-降雨徑流”作為系統(tǒng)進(jìn)行探討，其中Cr、Cu、Fe、Mn、Ni和Pb的含量呈遞減的狀態(tài)，其中遞減程度最為明顯的是Mn，這一方面說明這些重金屬的來源具有一定的相似性，另一方面說明地表灰塵中重金屬對(duì)降雨徑流貢獻(xiàn)較大，但整體的影響機(jī)制受到影響因素多且復(fù)雜并伴隨著隨機(jī)性，較難統(tǒng)一。
　　 (

9、6)通過對(duì)溫州山下河和九山外河流域匯流區(qū)夏季5場次降雨事件進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得到兩個(gè)匯流區(qū)夏季降雨徑流中Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn、Hg和As的EMCs值，結(jié)合SCS模型對(duì)匯流區(qū)徑流量進(jìn)行修正，利用降雨徑流重金屬污染負(fù)荷模型對(duì)不同下墊面夏季重金屬污染負(fù)荷定量，其結(jié)果表明山下河匯流區(qū)降雨徑流中Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb、Zn、Hg和As的夏季負(fù)荷為0.16 kg、0.40kg、2.06kg、0.69 kg、0.23kg、1.85

10、kg、0.04kg和0.35kg，而相應(yīng)地九山外河匯流區(qū)夏季負(fù)荷為0.05kg、0.43 kg、3.33 kg、3.35 kg、0.24 kg、4.10 kg、0.08kg和0.22kg。可以看出匯流區(qū)夏季降雨徑流重金屬污染負(fù)荷與該匯流區(qū)面積、匯流區(qū)下墊面性質(zhì)以及該下墊面徑流中所攜帶的重金屬污染物濃度都有一定的關(guān)系，結(jié)果表明九山外河匯流區(qū)降雨徑流重金屬污染對(duì)九山外河的影響較大。將兩個(gè)匯流區(qū)夏季降雨徑流重金屬污染負(fù)荷按下墊面類型進(jìn)行分類，