(北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，北京 100037)

隨著點(diǎn)源污染得到有效控制，雨水徑流帶來的非點(diǎn)源污染已成為水體污染的主要因素之一，如美國(guó)約有60%的河流和 50%的湖泊污染與非點(diǎn)源污染有關(guān)，已實(shí)現(xiàn)污水二級(jí)處理的城市，水體BOD年負(fù)荷約40%～80%來自雨水徑流[ 1-2]。為有效削減污染物排放量，我國(guó)實(shí)施嚴(yán)格的水污染物總量控制制度，并對(duì)工業(yè)源、生活源、農(nóng)業(yè)源和集中污染治理設(shè)施實(shí)施環(huán)境統(tǒng)計(jì)和動(dòng)態(tài)更新。城市徑流污染由于具有隨機(jī)性、廣泛性、滯后性、模糊性、潛伏性和監(jiān)測(cè)難度大，尚未列入污染源動(dòng)態(tài)更新中。實(shí)現(xiàn)對(duì)污染源排放量的有效及時(shí)更新可通過兩種途徑，一種是通過對(duì)污染物及時(shí)監(jiān)測(cè)，估算當(dāng)年的污染物排放總量，如李立青等通過連續(xù) 3 年對(duì)武漢市漢陽城區(qū)降雨徑流污染的監(jiān)測(cè)研究，估算了降雨徑流污染對(duì)受納水體的貢獻(xiàn)[3]。二是通過影響排放量的部分變量更新，從而達(dá)到對(duì)污染源全年污染物排放量的及時(shí)更新。本文通過第二種方法，在更新影響污染物排放的部分變量的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)下墊面污染物排放的更新。

1 城市徑流污染負(fù)荷估算和更新方法

1.1 基準(zhǔn)年城市徑流污染負(fù)荷估算

城市降雨徑流污染負(fù)荷是指一場(chǎng)降雨或多場(chǎng)降雨所引起的徑流排放的污染物總量[4]。降雨過程中污染物濃度受降雨特征、區(qū)域性質(zhì)等不確定性的因素影響，不同地區(qū)同一降雨事件或同一區(qū)域不同降雨事件中，污染物濃度差別很大，因此，采用美國(guó)城市徑流計(jì)劃( NURP) 建議[5]，研究采用事件平均濃度(EMC) 對(duì)污染物濃度及其污染程度進(jìn)行評(píng)估。由于地表徑流排放污染負(fù)荷的隨機(jī)性使單次降雨徑流污染負(fù)荷的代表性很差，所以通常采用的是年徑流污染負(fù)荷(Ly)。Ly可利用下式計(jì)算[4]：

(1)

式中：Ly為年降雨徑流污染負(fù)荷，T/a；0.001是單位轉(zhuǎn)換系數(shù)；Ri為年第i場(chǎng)降雨的徑流系數(shù)；A為集水區(qū)面積，km2；Pi為年第i場(chǎng)降雨的降雨量，mm；EMCi為第i場(chǎng)降雨的地表徑流全過程排放的某污染物的平均濃度，mg/L。由下式可計(jì)算出 EMC 的值。

在利用式(1)計(jì)算年降雨徑流污染負(fù)荷時(shí)，需要知道一年內(nèi)每場(chǎng)降雨徑流的徑流量與EMC，這是很難做到的，于是在計(jì)算過程中常采用多場(chǎng)降雨徑流污染的平均濃度(EMCs)。監(jiān)測(cè)降雨次數(shù)越多，EMCs的代表性越強(qiáng)。因此，式(1)可以簡(jiǎn)化為：

Ly=0.001EMCs·R·A·P

(3)

式中：EMCs為事件平均濃度年均值，mg/L；R為研究區(qū)域的年徑流系數(shù)；P為研究區(qū)域的年降雨量，mm。

每年中多次降雨并非每次降雨都產(chǎn)生徑流，有學(xué)者提出了于對(duì)不產(chǎn)生地表徑流的降雨進(jìn)行校正的因子[6-7]。因此，對(duì)于多場(chǎng)降雨的年污染負(fù)荷計(jì)算公式(3)轉(zhuǎn)化為下式：

Ly=0.001·EMCs·R·A·P·Cf

(4)

式中，Cf為地表徑流的校正因子，如果一年中90%的降雨產(chǎn)生徑流，則取值為0.9。

1.2 城市徑流污染負(fù)荷估算更新方法

在實(shí)際工作中，每年對(duì)每次降雨城市徑流污染監(jiān)測(cè)進(jìn)行比較困難，可通過降雨量、匯水區(qū)面積的變化情況，以已知基準(zhǔn)年的城市徑流污染物排放量為基礎(chǔ)，估算當(dāng)年的城市徑流污染物排放量，具體見下式：

以上更新系數(shù)均為更新年數(shù)值和基準(zhǔn)年數(shù)值的比值。徑流系數(shù)更新R'和事件平均濃度年均值更新系數(shù)EMC′s本文取常數(shù)1。因此，式(5)可簡(jiǎn)化為下式：

2 北京市城市徑流污染負(fù)荷更新

2.1 基準(zhǔn)年城市徑流污染負(fù)荷估算

選取北京市街道路面和園林綠地為研究下墊面，以2008年城市徑流污染負(fù)荷為基準(zhǔn)年參照值，估算污染物負(fù)荷。各因子使用情況具體說明如下：

(1)徑流校正系數(shù)Cf取值0.9。

(2)排水區(qū)域徑流系數(shù)R，不同下墊面徑流系數(shù)不同，本文采取文獻(xiàn)參考值，見表1。

表1 北京市徑流系數(shù)取值參照表[8]

(3)事件平均濃度(EMC)。計(jì)算年降雨徑流污染負(fù)荷時(shí)，需要知道一年內(nèi)每次降雨徑流的徑流量與EMC，這是很難做到的，因此計(jì)算過程中常采用多場(chǎng)降雨徑流污染的平均濃度。本文采用西城區(qū)、海淀區(qū)、朝陽區(qū)、房山區(qū)、石景山設(shè)定的10個(gè)采樣點(diǎn)(街道路面7個(gè)，園林綠地3個(gè))，對(duì)2008年3月至2009年6月共進(jìn)行的9場(chǎng)降雨事件平均濃度(EMC)取其平均值作為事件平均濃度年均值(EMCs)，詳見表2。

表2 事件平均濃度年均值(EMCs)

(4)年降水量P，可通過氣象、水文、統(tǒng)計(jì)等部門獲得。北京市統(tǒng)計(jì)年鑒顯示2008年北京市降水量數(shù)據(jù)為626.3mm。

(5)下墊面面積A，可通過北京市統(tǒng)計(jì)年鑒獲得，見表3。

表3 各下墊面面積估算

根據(jù)公式(4)和以上的數(shù)值，可得出北京市2008年中心城城市徑流污染物排放量，詳見表4。

表4 2008年北京市中心城徑流污染濃度排放量

2.2 污染負(fù)荷更新

對(duì)基準(zhǔn)年城市徑流污染負(fù)荷更新，需了解更新年不同下墊面面積和降雨量，本文采用北京市統(tǒng)計(jì)年鑒中清潔街道路和園林綠地面積、降雨量數(shù)據(jù)，來更新2009-2012年城市徑流污染負(fù)荷，下墊面面積和降雨量變化情況詳見圖1。

圖1 下墊面面積和降雨量變化情況

采用公式(6)，估算出2009-2012年北京市街道路面和園林綠地的降雨徑流污染負(fù)荷，詳見表5。由表5可以看出，2009 -2012年，隨著面積和降雨量的增加，街道路面和園林綠地降雨徑流有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)鹽污染負(fù)荷呈增加趨勢(shì)。

3 結(jié) 語

污染源清單動(dòng)態(tài)更新是污染源防治工作的基礎(chǔ)。城市徑流污染負(fù)荷估算的方法有很多種[7，9-17]，采用事件平均濃度估算是一種常用、便捷、可行的方法。本文在估算基準(zhǔn)年城市徑流污染負(fù)荷的基礎(chǔ)上，引入面積和降雨量更新系數(shù)，更新了2009-2012年北京市街道路面和綠地的徑流污染負(fù)荷。因城市面源污染產(chǎn)生機(jī)理復(fù)雜，野外監(jiān)測(cè)難度大，影響污染源動(dòng)態(tài)更新的精度。今后為更加準(zhǔn)確、及時(shí)實(shí)現(xiàn)城市徑流污染源更新，一方面應(yīng)加強(qiáng)城市面源污染負(fù)荷估算方法的基礎(chǔ)研究，建立切實(shí)可行的更新機(jī)制，另一方面需要加強(qiáng)面源污染監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，建立數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，為城市面源污染控制提供更好的數(shù)據(jù)支撐。

表5 北京市中心城區(qū)污染負(fù)荷更新

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