汪楚喬,陳柔君,吳 磊,宋海亮,范忠保,劉秋菊,李先寧
(東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院,江蘇 南京 210096)
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宜興典型村落不同下墊面降雨徑流污染物排放特征
汪楚喬,陳柔君,吳磊,宋海亮,范忠保,劉秋菊,李先寧①
(東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院,江蘇 南京210096)
摘要:選取太湖沿岸宜興市農(nóng)村自然村落為研究對象,對研究區(qū)域降雨量和4種不同下墊面(屋面、庭院、道路和自留地)降雨徑流中污染物進(jìn)行監(jiān)測,通過計(jì)算污染物的事件平均濃度(EMC),探討了在天然降雨和人工模擬降雨條件下4種下墊面徑流污染物的排放特征及影響因素。結(jié)果表明,4種下墊面的降雨徑流污染都較嚴(yán)重,若直接排入受納水體會造成嚴(yán)重污染。包含天然降雨和模擬降雨的綜合降雨事件中4種下墊面徑流中COD、SS、TN和TP的EMC均值分別為52.77~133.94、55.02~935.65、2.20~8.59和0.066~2.96 mg·L-1,其中,自留地的各項(xiàng)污染指標(biāo)均最大。降雨量和降雨強(qiáng)度是影響村落地表徑流中COD和SS濃度的重要因素。前期晴天時間與庭院、道路和自留地下墊面徑流中污染物EMC之間呈正相關(guān),而與屋面徑流中污染物EMC之間相關(guān)性不明顯。
關(guān)鍵詞:村落;降雨徑流;排放特征;降雨特征;下墊面
隨著城鎮(zhèn)工業(yè)廢水和生活污水治理的不斷加強(qiáng),農(nóng)村污染逐漸成為太湖流域污染的主要來源,太湖流域農(nóng)村污染帶來的TN、TP和COD負(fù)荷占總污染負(fù)荷的比例呈現(xiàn)逐年增加的趨勢[1]。農(nóng)村居民的不良生活方式,如垃圾無序排放并堆積、雜用水無序排放、散養(yǎng)畜禽產(chǎn)生的糞便等,不僅產(chǎn)生滲漏液污染地表水和地下水,在降雨時更會沖刷地表累積的污染物,產(chǎn)生高濃度的徑流污染,造成生活居住區(qū)有機(jī)污染、氮和磷的遷移,影響受納水體水質(zhì)。蔬菜地是太湖流域重要的土地利用方式之一,太湖沿岸地區(qū)分布了很多蔬菜地且大多復(fù)種指數(shù)較高,化肥施用量大,表層土壤中氮、磷明顯積累,且在降雨時被雨水沖刷會通過徑流流入水體[2]。
降雨徑流攜帶大量污染物進(jìn)入水體是太湖流域水環(huán)境污染的重要原因,尤其是降雨徑流初期攜帶的大量污染物。從污染來源與形成過程來看,降雨徑流具有分散性、不易監(jiān)測性、空間異質(zhì)性、高沖擊負(fù)荷性和高污染性等特點(diǎn)[3]。目前,對于降雨徑流污染物的研究很多,任玉芬等[4]對城市屋面、道路和草坪3種不同下墊面徑流污染物進(jìn)行分析和相關(guān)性研究,發(fā)現(xiàn)降雨強(qiáng)度和降雨量是影響徑流水質(zhì)的主要因素;蘇保林等[5]研究了太滆運(yùn)河流域葡萄園徑流的污染物特征和影響因素;劉平等[6]對廣州市流溪河流域典型農(nóng)業(yè)集水區(qū)降雨地表徑流進(jìn)行定點(diǎn)監(jiān)測,并分析不同利用類型的地表景觀對非點(diǎn)源污染的貢獻(xiàn)情況。但是,針對村落降雨徑流的污染源性質(zhì)、影響程度和污染過程的定量研究還不多,因此有必要深入開展村落降雨徑流研究,以期為村落地表徑流的污染治理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和支撐,以及為改善村落周邊水體的水環(huán)境提供參考。
1研究方法
1.1研究區(qū)概況
降雨徑流監(jiān)測選取的采樣點(diǎn)位于江蘇省宜興市周鐵鎮(zhèn)沙塘港村。宜興市全年氣候溫暖濕潤,日照條件好,屬濕潤的北亞熱帶氣候區(qū),具有明顯的季風(fēng)氣候特征,四季分明,年平均氣溫為15.7 ℃。降水豐沛,全年有雨,年平均雨日136.6 d,多年平均降水量為1 181 mm,其中75%的降雨集中在4—11月。春夏之交,暖濕氣流北上,冷暖氣流相遇形成持續(xù)陰雨,稱為梅雨,易引起洪澇災(zāi)害;盛夏受副熱帶高壓控制,天氣晴熱,此時常受熱帶風(fēng)暴和臺風(fēng)影響,形成暴雨狂風(fēng)的災(zāi)害天氣。降水年內(nèi)年際變化較大,最大年降水量與最小年降水量的比值為2.4,而年徑流量年際變化更大,最大年徑流量與最小年徑流量的比值為15.7[7]。
周鐵鎮(zhèn)沙塘港村是位于太湖西岸重污染區(qū)的典型村落。村落硬化程度較高,可達(dá)90%以上。大部分屋面為瓦屋面,庭院特征較明顯,大部分庭院已經(jīng)全部硬化,90%以上的道路也已經(jīng)全部硬化,部分居民的庭院前留有小面積的自留地,用于種植蔬菜等。該處村落下墊面通常有屋面、庭院、道路和自留地4種類型。
1.2降雨徑流的監(jiān)測
采用8000D型水質(zhì)自動采樣器(內(nèi)配12個1 L聚乙烯采樣瓶)對4種下墊面的降雨徑流進(jìn)行采樣。從地表產(chǎn)流開始采樣,到產(chǎn)流結(jié)束為止。根據(jù)降雨強(qiáng)度的大小,每隔一定時間從采樣點(diǎn)收集徑流,一般在初期和大強(qiáng)度降雨時,每隔5 min采樣1次,其后采樣間隔根據(jù)降雨情況延長。對于小雨和降雨后期取樣間隔可以適當(dāng)延長至20~30 min。同時,采用YM-21型雨量計(jì)測定降雨量和降雨歷時。
為彌補(bǔ)天然降雨研究的不足,設(shè)計(jì)了人工模擬降雨裝置,在晴天時進(jìn)行人工模擬降雨,研究不同降雨類型(主要是大到暴雨)庭院、道路和自留地徑流的排污規(guī)律。人工模擬降雨的下墊面為道路、庭院和自留地,裝置的降雨面積為8 m2,由供水系統(tǒng)和噴灑系統(tǒng)組成。由于屋面的人工模擬降雨裝置搭建難度較大,未對屋面徑流進(jìn)行采樣。徑流的收集主要利用現(xiàn)場的地形地勢。降雨強(qiáng)度是指規(guī)定歷時的累計(jì)降水量,根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)和王文欣等[8]的研究,設(shè)計(jì)了6種降雨強(qiáng)度和3種降雨類型,分別為1(大暴雨)、0.8(大暴雨)、0.6(大暴雨)、0.5(暴雨)、0.3(暴雨)和0.2(大雨) mm·min-1,降雨歷時均為1 h。徑流產(chǎn)生時,前30 min采樣間隔為5 min,之后采樣間隔為10 min。
1.3降雨徑流中污染物的事件平均濃度(EMC,CEM)
降雨的隨機(jī)性使得降雨徑流中污染物濃度也具有較大的隨機(jī)性[9]。雖然單場降雨過程的徑流中污染物濃度變化較大,EMC仍然是描述徑流污染特征的首要指標(biāo)[10]。采用EMC作為主要指標(biāo)來反映單次徑流的污染程度,其定義為單場降雨的污染物總負(fù)荷除以徑流總量,計(jì)算公式為
(1)
1.4水樣分析
分析的水質(zhì)指標(biāo)包括化學(xué)需氧量(COD)、懸浮物(SS)、總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮(以NH4+-N計(jì))和硝態(tài)氮(NO3--N)。所有指標(biāo)測定方法均參照原國家環(huán)境保護(hù)總局推薦的方法[11]。
采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,顯著性水平設(shè)為α=0.05;圖表采用Excel 2010和Origin 8.0軟件制作。
2結(jié)果與分析
2.1降雨特征
2013年8—11月期間,對9次有效降雨進(jìn)行采樣,降雨情況見表1。按照開始降雨后的前1 h降雨量來劃分,08-19、08-21、08-26、09-05、09-11和09-28的降雨為中雨(開始降雨的1 h降雨量為>2.5~8.0 mm);10-31和11-24的降雨為小雨(開始降雨的1 h降雨量≤2.5 mm);10-06的降雨為暴雨(開始降雨的1 h降雨量為16~32 mm)。其中,08-21和09-11的降雨歷時短,降雨強(qiáng)度較大,是典型的夏季陣雨;10-06降雨歷時不長,降雨強(qiáng)度大,是典型的夏季暴雨;10-31和11-24的降雨歷時長,降雨強(qiáng)度小,是典型的秋季降雨。08-19、09-28、10-31和11-24的前期晴天時間都較長,后2次降雨之前有近1個月的晴天。
表12013年9場天然降雨事件的降雨特征
Table 1Characteristics of 9 natural rainfall events in 2013
編號日期開始1h降雨量/mm單場降雨量/mm降雨時間/min平均雨強(qiáng)/(mm·min-1)前期晴天時間/d108-193.23.2600.05319208-214.04.0250.162308-267.912.01200.15409-053.66.02400.02510509-113.53.5200.1756609-283.34.8900.05317710-0620.720.7600.3458810-310.32.01800.01125911-240.91.61800.00924
2.2不同下墊面EMC與降雨量和降雨強(qiáng)度的關(guān)系
分別選取具有代表性的暴雨(10-06)、中雨(08-26)和小雨(11-24)共3場降雨進(jìn)行分析,不同下墊面徑流污染見圖1。屋頂、庭院和道路3種硬化下墊面只需小雨條件就會在很短的時間內(nèi)形成徑流;自留地在中雨和暴雨條件下會很快形成徑流,但在小雨條件下會出現(xiàn)短暫的產(chǎn)流滯后現(xiàn)象。由于選取的小雨前出現(xiàn)較長時間的干旱天氣,村民對蔬菜地進(jìn)行人工澆灌,土壤含水率接近飽和狀態(tài),所以在小雨條件下也能在較短的時間(5~26 min)內(nèi)產(chǎn)流。在選取的小雨條件下,自留地在16 min時開始產(chǎn)流。
不同下墊面徑流污染物濃度在降雨的前段和后段時間存在較大差別,一般研究中將全部降雨過程中污染物的平均值進(jìn)行對比分析,不同時間段不同下墊面污染物在不同降雨量和降雨強(qiáng)度條件下的動態(tài)變化見圖1。由圖1可知,不同下墊面在不同降雨條件下的徑流污染物濃度差異較大。各污染物在不同降雨強(qiáng)度下有不同的歷時特征。在暴雨條件下,屋面、庭院和道路初始徑流COD,SS、TN和TP濃度都達(dá)到最高值,并在之后的10~20 min時迅速降低,在20~60 min時保持較低值到降雨結(jié)束;自留地COD,SS、TN和TP濃度在前期小幅下降后,到降雨結(jié)束時仍能保持較高濃度。在中雨條件下,3種硬化下墊面降雨徑流中各污染物同樣在開始產(chǎn)流后達(dá)到最高又緩慢降低;自留地中各污染物也呈現(xiàn)與暴雨條件下相似的規(guī)律,但COD,SS、TN和TP濃度最大值都明顯低于暴雨條件。在小雨條件下,3種硬化下墊面徑流污染物在開始產(chǎn)流后達(dá)到最高,之后以較平緩的速率下降;自留地徑流污染物也呈現(xiàn)初始階段上升后穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)的趨勢。根據(jù)污染物最大濃度數(shù)據(jù)分析,3種硬化下墊面的COD,SS和TP濃度最大值均出現(xiàn)在暴雨條件下,暴雨條件下COD顯著大于中雨條件下COD(P<0.05),與小雨條件下COD差異未達(dá)顯著水平(P>0.05);自留地小雨條件下徑流污染物濃度低于暴雨條件下各污染物濃度,高于中雨條件下各污染物濃度。
雖然暴雨條件下污染物濃度初始值大,但下降速度更快,后期反而更低,這是因?yàn)楸┯陮ο聣|面積累污染物沖刷作用大,溶解稀釋作用強(qiáng),而在大強(qiáng)度降雨條件下,自留地土壤含水率處于不飽和狀態(tài),所以土壤中污染物會在整個降雨過程中持續(xù)溶解進(jìn)入水中,而且雨強(qiáng)的增加可以加大對土壤的擾動作用,加快表層土壤中污染物的溶解速率,但大水量會將污染物稀釋致其濃度變低。若雨水本身的污染貢獻(xiàn)可忽略,徑流的污染來源主要為各種干沉降累積,故可將徑流污染物濃度的計(jì)算公式粗略簡化為污染物總量/此面積產(chǎn)生的徑流量。由此可見,污染較大值應(yīng)是污染物完全進(jìn)入徑流的最小降雨量,從而也可以說明降雨量和降雨強(qiáng)度是影響地表徑流污染物的重要因素。這與胡曉東等[12]對農(nóng)用地的降雨徑流污染物研究結(jié)果類似。
通過對3場降雨事件在4種下墊面的徑流污染物排放規(guī)律進(jìn)行綜合分析可知,3種硬化下墊面在暴雨和中雨條件下初期沖刷效應(yīng)較明顯;而降雨強(qiáng)度對蔬菜自留地也有較明顯的影響,小雨和暴雨條件下自留地均會產(chǎn)生較高濃度的污染物。對比3種硬化下墊面,道路的TN和TP濃度波動比屋面、庭院都要明顯,這可能是因?yàn)榇迓涞缆烦擞糜谲囕v行駛和行人行走外,還被用于晾曬農(nóng)作物,且村落道路清掃頻率低。小雨時道路降雨徑流中COD較高,這可能是因?yàn)樾∮陼r恰好處于秋季,并且此次降雨的前期晴天時間較長,道路上積聚了大量落葉,落葉中腐殖質(zhì)使得徑流中COD較高。
圖1 降雨量和降雨強(qiáng)度變化對不同下墊面污染物的影響
由于天然降雨主要是中、小強(qiáng)度的降雨,人工模擬降雨是大暴雨,將不同下墊面天然降雨和人工模擬降雨用式(1)計(jì)算,包含天然降雨和模擬降雨的綜合降雨事件中不同下墊面各污染物的EMC均值見表2。由表2可知,沙塘港村4種下墊面的降雨徑流污染都較嚴(yán)重。將綜合降雨事件中不同下墊面各污染物的EMC均值與GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[13]進(jìn)行對比分析。屋面、道路和庭院降雨徑流中COD和TN的EMC均值都超過地表V類水標(biāo)準(zhǔn)(COD,≤40 mg·L-1; TN,≤2.0 mg·L-1),屋面和庭院降雨徑流中TP的EMC均值分別達(dá)到Ⅱ和Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)(≤0.1和≤0.2 mg·L-1),道路和自留地降雨徑流中TP的EMC均值都超過地表Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)(≤0.4 mg·L-1)。
表2綜合降雨事件中不同下墊面徑流中污染物EMC均值
Table 2Summary of EMCs of the pollutants in runoffs from different types of underlying surface during rainfall events
下墊面類型EMC均值/(mg·L-1)CODSSTNTP屋面67.9755.027.320.066庭院52.7799.622.200.130道路79.76178.313.190.514自留地133.94935.658.592.960
自留地徑流中COD的EMC均值超過地表Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn),TN的EMC均值超過地表Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)。村落降雨徑流污染嚴(yán)重,若直接排入受納水體,會造成嚴(yán)重污染。
2.3天然降雨和人工模擬降雨徑流EMC均值
對沙塘港村天然降雨和人工模擬降雨屋面、庭院、道路和自留地徑流中COD、SS、TN和TP的EMC均值進(jìn)行分析,結(jié)果見表3~4。
表3天然降雨徑流中污染物濃度范圍和EMC均值
Table 3Event mean concentrations (EMC) of the pollutants in runoffs triggered by natural rainfallmg·L-1
表4模擬降雨徑流中污染物濃度范圍和EMC均值
Table 4Event mean concentrations (EMC) of the pollutants in runoffs triggered by simulated rainfallmg·L-1
由表3~4可知,2種降雨條件下COD,TN和TP濃度的差異情況與SS濃度相似,這與顆粒物是攜帶污染物的主要載體的結(jié)論較一致。模擬降雨和天然降雨水質(zhì)存在較大差異,其中差異最顯著的是自留地,在天然降雨條件下自留地COD和SS的EMC均值都較小,分別為37.94和38.88 mg·L-1,而在人工模擬降雨條件下卻較大,分別為205.94和1 608.22 mg·L-1。這與天然降雨與人工模擬降雨主要代表的降雨類型不同有很大關(guān)系,天然降雨主要是中、小強(qiáng)度的降雨,而人工模擬降雨是暴雨和大暴雨。自留地為種植蔬菜的土壤,其徑流系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值為0.3,而屋面材料為瓦屋面,道路和庭院都為水泥材料,經(jīng)驗(yàn)值為0.9,可見自留地的徑流系數(shù)小于其他3種下墊面。降雨時,雨水需要先滿足下墊面的下滲,當(dāng)飽和后才會形成徑流。當(dāng)降雨量或降雨強(qiáng)度不是很大時,屋面、庭院和道路都較快地形成徑流,而自留地則稍后才會形成徑流,因顆粒物不容易被沖刷,同時土壤對污染物還具有一定的截留作用,因此EMC均值較小。而且自留地和其他3種硬化下墊面污染物來源有所不同,庭院、道路和屋面的污染來源均以外來污染源為主,而自留地污染物來源還包括土壤水蝕等。當(dāng)降雨量或降雨強(qiáng)度增大時,降雨對土壤沖刷會形成高SS濃度的徑流[14]。大暴雨、暴雨和大雨對顆粒物的沖刷能力很強(qiáng),導(dǎo)致自留地EMC均值增大,因此降雨量或降雨強(qiáng)度對污染物,尤其是對自留地裸露地面的EMC均值有較大影響。
2.4EMC與前期晴天時間的關(guān)系
前期晴天時間是影響污染物徑流濃度的一個重要因素。目前的研究結(jié)論認(rèn)為污染物累積與前期晴天時間的關(guān)系可歸結(jié)為線性關(guān)系、冪函數(shù)關(guān)系和雙曲線關(guān)系[15-16]。前期晴天時間不同,下墊面污染物的累積程度不同,進(jìn)而影響到可被降雨徑流沖刷、攜帶污染物的數(shù)量[17]。隨著晴天時間的增加,累積于地表的污染物數(shù)量增加,意味著地表可被降雨徑流沖刷的污染物數(shù)量在增加,即增加了降雨徑流的污染潛力。選擇2013年降雨量相近的3場降雨(08-19、08-21和09-28),降雨徑流中污染物EMC與晴天累積時間(分別為19、2和17 d)的關(guān)系見表5。
由表5可知,庭院降雨徑流中COD,SS、TN和TP濃度,道路降雨徑流中COD,TN和TP濃度,自留地降雨徑流中COD、SS、TN和TP的EMC均隨著前期晴天時間的增加而增大。相關(guān)性分析結(jié)果表明,屋面徑流中COD、SS、TN和TP的EMC與前期晴天時間之間相關(guān)性都不強(qiáng),相關(guān)系數(shù)分別為0.202、0.097、0.193和0.442。屋面污染物的累積主要受到大氣污染狀況和風(fēng)速等的影響,因此理論上晴天時間對其影響較大,但徑流污染物濃度是降雨量、降雨強(qiáng)度、屋面材料和前期晴天時間等共同作用的結(jié)果。筆者研究中前期晴天時間與屋面EMC之間的相關(guān)性不強(qiáng),一方面,由于在調(diào)查區(qū)域降雨量、降雨強(qiáng)度對屋面徑流污染物的影響大于前期晴天時間的影響所致;另一方面,是由于當(dāng)?shù)匚菝娑紴閮A斜面,不利于污染物的積累,且不像庭院、道路等會在晴天時由于車輛、人類活動而導(dǎo)致污染源強(qiáng)度增大。庭院降雨徑流中COD、SS和TN的EMC與前期晴天時間相關(guān)性強(qiáng),相關(guān)系數(shù)分別為0.816、0.790和0.906,TP的EMC與前期晴天時間有一定的的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)為0.673。道路降雨徑流中COD、TN和TP的EMC與前期晴天時間具有相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)分別為0.918、0.913和0.688,SS的EMC與前期晴天時間之間的相關(guān)性不強(qiáng),相關(guān)系數(shù)為0.291。
表5前期晴天時間對降雨徑流污染物EMC的影響
Table 5Effect of the number of sunny days prior to raining on EMC of pollutants in rainfall-triggered runoff
下墊面類型前期晴天時間/dEMC/(mg·L-1)CODSSTNTP屋面292.5069.589.500.851767.0832.085.670.281991.2573.759.410.67庭院242.3639.321.980.111749.4154.433.920.151956.9772.545.250.22道路246.2754.932.420.481783.2746.924.930.8019108.64153.554.531.44自留地222.5221.273.340.661721.8537.843.491.131947.6152.528.241.48
近年來,生活和生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢氣和粉塵等污染物導(dǎo)致了嚴(yán)重的大氣污染,而雨水在從大氣降至地面的過程中,將空氣中的粉塵顆粒物和有害廢氣等帶到地面,導(dǎo)致雨水源頭產(chǎn)生污染。屋面的污染來源中有很大一部分為大氣干沉降產(chǎn)物,而道路雨水污染則更加復(fù)雜,庭院和道路污染物的來源和累積除了主要受到大氣污染狀況、風(fēng)速和人類活動(包括交通量和地面清掃等)的影響外,還是晴天累積時間和降雨量(或降雨強(qiáng)度)耦合作用的結(jié)果。經(jīng)過多次現(xiàn)場調(diào)研,庭院一般是比較臟了再打掃,而道路有定期清掃,污染物不會一直積累,所以前期晴天時間對庭院污染物積累影響較大,對道路污染物積累影響較小。自留地降雨徑流中SS和TP的EMC與前期晴天時間之間相關(guān)性強(qiáng),相關(guān)系數(shù)分別為0.898和0.897,COD和TN的EMC與前期晴天時間之間相關(guān)性不強(qiáng),相關(guān)系數(shù)分別為0.353和0.381。自留地污染物EMC也隨著前期晴天時間的增加而增加,因?yàn)樽粤舻卮嬖谝欢ǖ娜菸勰芰?其污染物積累應(yīng)與庭院、道路呈現(xiàn)類似的增加趨勢,但由于自留地徑流污染物來源除了包括與庭院、道路一樣的外來污染物以外,還包括土壤水蝕;且隨著前期晴天時間的延長,自留地施肥量會逐漸積累,這也是造成自留地污染物EMC與前期晴天時間之間呈正相關(guān)的原因。因此,對于屋面徑流,前期晴天時間對污染物EMC影響較小;對于庭院徑流,前期晴天時間是影響COD、SS、TN的EMC的重要因素,對TP也有較大影響;對于道路徑流,前期晴天時間是影響COD、TN和TP的EMC的重要因素,對SS影響較小;對于自留地徑流,前期晴天時間是影響SS和TP的EMC的重要因素,對COD和TN影響較小。羅專溪等[18]對村鎮(zhèn)的降雨徑流污染物進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)谻OD和SS與雨強(qiáng)和前期晴天時間之間存在正相關(guān)性,主要是由于當(dāng)?shù)丶畢^(qū)中COD和SS分布比較均勻,同時在前期晴天時間較長時,SS濃度和COD都呈增長趨勢,筆者研究結(jié)果與之一致。
據(jù)此,可以根據(jù)不同降雨量和降雨強(qiáng)度在不同下墊面條件下污染物濃度規(guī)律,通過清掃庭院道路、在雨水徑流路徑中對雨水進(jìn)行收集并再生循環(huán)利用等方式,有效地控制污染物向水體排放;自留地污染物流失受到降雨量、降雨強(qiáng)度和施肥等各種條件的影響,根據(jù)不同降雨條件下自留地污染物濃度規(guī)律,可以采取將暴雨和中雨初期徑流分流減控、改變自留地施肥條件等方法防范徑流中污染物對村落周邊水體的污染。
3結(jié)論
(1)綜合比較天然降雨和人工模擬降雨地表徑流污染物的EMC均值,發(fā)現(xiàn)自留地各項(xiàng)污染指標(biāo)EMC均值都達(dá)最大,這是因?yàn)槠湮廴疚飦碓粗饕峭寥浪g和營養(yǎng)物質(zhì)流失,與其他硬化下墊面的污染物來源主要為外來污染不同。
(2)將綜合降雨事件中徑流的各類污染物的EMC均值與GB 3838—2002的相應(yīng)指標(biāo)值進(jìn)行對比分析,發(fā)現(xiàn)沙塘港村4種下墊面的降雨徑流污染都較嚴(yán)重,若直接排入受納水體,會造成嚴(yán)重污染。
(3)降雨量和降雨強(qiáng)度是村落地表徑流污染物中COD和SS濃度的重要影響因素,而大氣污染狀況、外來污染源等對地表徑流中TN、TP濃度的影響大于降雨特征的影響。前期晴天時間與庭院、道路2種下墊面地表徑流中污染物EMC之間呈正相關(guān),而由于當(dāng)?shù)匚菝鏋閮A斜面等特點(diǎn),前期晴天時間與屋面徑流中污染物EMC相關(guān)性不明顯。由于自留地在晴天有容污能力和施肥作用,前期晴天時間也與其污染物EMC之間呈正相關(guān)性。
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(責(zé)任編輯: 李祥敏)
收稿日期:2015-06-11
基金項(xiàng)目:國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2012ZX07101-005);國家科技支撐計(jì)劃(2013BAJ10B12-02)
通信作者①E-mail: lxn@seu.edu.cn
中圖分類號:X52
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
文章編號:1673-4831(2016)04-0632-07
DOI:10.11934/j.issn.1673-4831.2016.04.018
作者簡介:汪楚喬(1988—),男,江西九江人,博士生,主要研究方向?yàn)樗幚砑夹g(shù)與生物質(zhì)厭氧發(fā)酵技術(shù)。E-mail: wangchuqiao1988@126.com
Release of Pollutants With Rainfall-Triggered Runoff From Different Underlying Surfaces in Villages Typical of Yixing.
WANG Chu-qiao, CHEN Rou-jun, WU Lei, SONG Hai-liang, FAN Zhong-bao, LIU Qiu-ju, LI Xian-ning
(School of Energy and Environment, Southeast University, Nanjing 210096, China)
Abstract:Natural villages on the shore of the Taihu Lake in Yixing were selected as objects in the study. Rainfall and pollutants in the rainfall-triggered runoff from 4 different types of underlying surface (roof, courtyard, road and private plot) were monitored and event mean concentrations (EMC) of the pollutants were calculated so as to explore characteristics of the release of pollutants with runoff from different types of underlying surface under natural rainfalls and simulated rainfalls and their affecting factors. Results show that the runoffs were seriously polluted regardless of type of underlying surface, and direct discharge of the runoff into receptor waterbodies would cause serious environment pollution. EMC of COD, SS, TN and TP in the runoff from 4 different types of underlying surface after each natural and simulated rainfall event varied in the range of 52.77-133.94, 55.02-935.65, 2.20-8.59 and 0.066-2.96 mg·L-1, respectively. Among 4 types of interlying surface, private plot was the highest in all the pollution indices. Rainfall and rainfall intensity were the two important factors affecting COD and SS concentrations in the rural runoff, EMCs of the pollutants in runoffs from courtyard, road and private plot, were positively related to the number of sunny days prior to the start of rainfall events, but EMCs of the pollutants in runoffs from roof were not significantly related.
Key words:rural;rainfall-triggered runoff;discharge characteristics;rainfall characteristics;underlying surface