童禎恭，付龍望，李 俊

（華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，江西 南昌330013）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進(jìn)程持續(xù)加速，水體污染已經(jīng)成為一個(gè)非常嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題[1]。這已經(jīng)嚴(yán)重影響了人們的生活，同時(shí)成為了環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的重要問(wèn)題[2]。降雨徑流面源污染是水體污染的重要的原因之一，控制降雨徑流面源污染對(duì)水環(huán)境的改善具有重要意義，因此非常有必要對(duì)其進(jìn)行研究。

國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者都對(duì)降雨徑流污染進(jìn)行了研究，包括化學(xué)需氧量 （COD），生化需氧量（BOD），懸浮顆粒物（SS），重金屬等多種指標(biāo)[3-6]。古玉等[7]對(duì)武漢市漢陽(yáng)區(qū)5種不同下墊面不同場(chǎng)次降雨徑流進(jìn)行取樣監(jiān)測(cè)，研究結(jié)果表明，該城區(qū)主干道、支路及綠地徑流COD，總氮（TN）污染程度劣于Ⅲ類水體水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。周志鵬等[8]通過(guò)對(duì)研究區(qū)域連續(xù)進(jìn)行為期半年的降雨監(jiān)測(cè)，從中選擇常見(jiàn)的3種基本雨型（雙峰型、前峰型、后峰型）條件進(jìn)行水體中常規(guī)污染物的濃度分析，并為典型南方降雨徑流控制措施的制定提供理論指導(dǎo)。高斌等[9]通過(guò)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，根據(jù)采集的降雨場(chǎng)次徑流污染數(shù)據(jù)，計(jì)算和分析其研究區(qū)域不同類型小區(qū)降雨徑流特征并估算污染負(fù)荷。張士官[10]選取其研究區(qū)域典型降雨雨水徑流水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)取樣，分析監(jiān)測(cè)水樣污染物濃度變化規(guī)律,總結(jié)徑流污染物分布特征。焦春蛟[11]對(duì)研究區(qū)域降雨徑流水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)污染物濃度水平進(jìn)行分析。張志強(qiáng)[12]以平原城市衡水為典型區(qū)域，選取屋面、瀝青路面、水泥路面等不透水下墊面為研究區(qū)域，對(duì)2017年6—8月3場(chǎng)降雨產(chǎn)生的有效徑流為研究對(duì)象，對(duì)徑流中的總懸浮固體（TSS），總磷（TP），總氮等指標(biāo)進(jìn)行分析。王海鄰等[13]對(duì)北京城市主干道降雨徑流進(jìn)行取樣監(jiān)測(cè)，運(yùn)用EXCEL和SPSS軟件統(tǒng)計(jì)分析徑流污染物TSS，有機(jī)污染物（EC），COD，TN，TP，Zn和Ni之間的污染特性，并在此基礎(chǔ)上估算污染物年污染負(fù)荷?？籽嗟萚14]對(duì)澄江縣鳳麓鎮(zhèn)典型降雨事件地表徑流污染時(shí)空變化特征進(jìn)行系統(tǒng)分析，并結(jié)合氣象數(shù)據(jù)和下墊面面積等資料，運(yùn)用SCS模型對(duì)降雨徑流污染負(fù)荷進(jìn)行了精確估算。王渲[15]對(duì)5類城市下墊面開(kāi)展了4場(chǎng)降雨的地表徑流水樣采集及水質(zhì)檢測(cè)實(shí)驗(yàn),研究場(chǎng)次降雨徑流污染平均濃度（EMC）、初期沖刷效應(yīng)以及徑流污染影響因素等。

1 降雨徑流監(jiān)測(cè)方案

1.1 區(qū)域概況

南昌市位于中國(guó)華東地區(qū)、江西省中部偏北，贛江、撫河下游，鄱陽(yáng)湖西南岸，地處北半球亞熱帶內(nèi)，受東亞季風(fēng)影響，形成了亞熱帶季風(fēng)氣候。研究區(qū)域?qū)W校位于南昌市的北邊，地理位置為經(jīng)度115°86'，緯度28°73'，南北兩個(gè)校區(qū)分列于雙港東大街南北兩側(cè)。學(xué)校內(nèi)道路綜合交錯(cuò)，學(xué)?？啄亢c校外連通，學(xué)校依水而建。

1.2 采樣點(diǎn)的選取和樣品采集方法

根據(jù)校內(nèi)的不同道路的用途和道路人車流量的情況不同，選取校內(nèi)具有代表性的幾種下墊面類型，并對(duì)其進(jìn)行布點(diǎn)。本次研究選取學(xué)校主干道（A：路面材質(zhì)為瀝青；路面活動(dòng)以汽車為主，同時(shí)也有不少行人和電動(dòng)車）、學(xué)生宿舍區(qū)主干道（B：路面材質(zhì)為混凝土；學(xué)生上下課必經(jīng)的道路，路面活動(dòng)主要為電動(dòng)車、自行車和行人）、學(xué)校休閑廣場(chǎng)（C：路面材質(zhì)為通體磚；路面活動(dòng)僅為行人）和學(xué)生宿舍屋頂（D：路面材質(zhì)為防水卷材屋面）。上述4個(gè)采樣點(diǎn)涉及學(xué)校主干道、住宅區(qū)、休閑區(qū)以及硬質(zhì)屋頂這幾種不同的下墊面功能區(qū)，對(duì)于校內(nèi)的環(huán)境而言，具有代表性。

對(duì)于雨水的收集，采用硬質(zhì)聚乙烯塑料瓶。每次降雨初期徑流設(shè)置收集時(shí)間為每隔5 min 1次，采樣次數(shù)為12次，降雨中期徑流收集時(shí)間為每隔10 min 1次，采樣次數(shù)為3次，降雨末期徑流收集時(shí)間為每隔30 min 1次。

1.3 檢測(cè)指標(biāo)及方法

本次測(cè)定的污染物指標(biāo)有SS，COD，TN和TP。SS采用重量法，COD采用快速消解分光光度法測(cè)定，TN采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定，TP采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定。

2降雨雨水監(jiān)測(cè)分析

在2020年8—12月降雨監(jiān)測(cè)期間，一共監(jiān)測(cè)到8場(chǎng)有效降雨，如表1所示。

其中采集到的有效降雨徑流場(chǎng)次一共只有4場(chǎng)，分別為2020-08-12，2020-08-25，2020-09-11和2020-09-22。按照國(guó)家氣象局規(guī)定的24小時(shí)降雨量來(lái)劃分降雨強(qiáng)度等級(jí)，在成功采集的4場(chǎng)降雨的雨水樣品中，大雨有2場(chǎng)（2020-08-12和2020-09-11），中雨有2場(chǎng)（2020-08-25和2020-09-22）。

3 降雨污染物濃度隨時(shí)間的變化規(guī)律

為了掌握各下墊面污染物濃度隨時(shí)間的變化規(guī)律，本文將針對(duì)單一降雨事件，對(duì)不同下墊面的SS，COD，TN及TP污染物濃度隨時(shí)間的分布規(guī)律進(jìn)行分析，了解污染物濃度隨降雨時(shí)間的變化過(guò)程。

圖1 8月12日SS隨降雨時(shí)間的變化曲線Fig.1 The variation curve of SSwith rainfall time on August 12

圖3 9月11日SS隨降雨時(shí)間的變化曲線Fig.3 The variation curve of SSwith rainfall time on September 11

表1 監(jiān)測(cè)降雨基本信息Tab.1 Basic information for monitoring rainfall

3.1 降雨徑流污染物SS隨時(shí)間的變化規(guī)律分析

對(duì)研究區(qū)域內(nèi)A，B，C和D進(jìn)行降雨監(jiān)測(cè)，以降雨開(kāi)始時(shí)刻作為采樣記錄時(shí)間的起始點(diǎn)，對(duì)雨水徑流中SS的濃度隨降雨時(shí)間的變化過(guò)程進(jìn)行分析，結(jié)果如圖1～圖4所示。

圖2 8月25日SS隨降雨時(shí)間的變化曲線Fig.2 The variation curve of SSwith rainfall time on August 25

圖4 9月22日SS隨降雨時(shí)間的變化曲線Fig.4 The variation curve of SSwith rainfall time on September 22

通過(guò)以上幾場(chǎng)降雨表明，學(xué)校主干道、宿舍區(qū)主干道、學(xué)校休閑廣場(chǎng)以及學(xué)生宿舍屋面雨水徑流中SS的濃度變化呈現(xiàn)相同的規(guī)律，隨著降雨時(shí)間的延長(zhǎng)，SS濃度存在一定波動(dòng)，但整體上呈現(xiàn)衰減趨勢(shì)，前期衰減較快，后期衰減較慢，最后趨于穩(wěn)定。對(duì)于相同種類下墊面不同降雨場(chǎng)次的污染物濃度水平存在差異，污染物衰減的程度也有所不同。對(duì)于8月12日和9月11日這2場(chǎng)降雨，其降雨初期降雨強(qiáng)度較大，初期雨水徑流中SS的濃度水平相對(duì)其他場(chǎng)次較高，可能是由于降雨強(qiáng)度較大，導(dǎo)致之前在路面累積的污染物被迅速?zèng)_刷匯入徑流中，降雨的初期沖刷較為徹底。

在相同的降雨情況下，不同的下墊面的水質(zhì)情況也存在明顯差異，從上面圖1～圖4可知，學(xué)校主干道的SS濃度最高，最低的為學(xué)校休閑廣場(chǎng)。一方面是主干道上匯流面積大，降雨在沖刷地表的污染物進(jìn)入徑流的總量更多；另一方面，主干道主要為車輛活動(dòng)居多，也有不少的人流量，反觀學(xué)校休閑廣場(chǎng)，只有人群活動(dòng)，且人流相對(duì)較少，所以雨水徑流中SS的污染程度最低。

3.2 降雨徑流污染物COD隨時(shí)間的變化規(guī)律分析

對(duì)研究區(qū)域內(nèi)A，B，C和D進(jìn)行降雨監(jiān)測(cè)，以降雨開(kāi)始時(shí)刻作為采樣記錄時(shí)間的起始點(diǎn)，對(duì)雨水徑流中COD的濃度隨降雨時(shí)間的變化過(guò)程進(jìn)行分析，結(jié)果如圖5～圖8所示。

圖5 8月12日COD隨降雨時(shí)間的變化曲線Fig.5 The variation curve of COD with rainfall time on August 12

圖6 8月25日COD隨降雨時(shí)間的變化曲線Fig.6 The variation curve of COD with rainfall time on August 25

圖7 9月11日COD隨降雨時(shí)間的變化曲線Fig.7 The variation curve of COD with rainfall time on September 11

通過(guò)以上幾場(chǎng)降雨表明，學(xué)校主干道、宿舍區(qū)主干道、學(xué)校休閑廣場(chǎng)以及學(xué)生宿舍屋面雨水徑流中COD的濃度變化呈現(xiàn)相同的規(guī)律，隨著降雨時(shí)間的延長(zhǎng)，整體上呈衰減趨勢(shì)。因?yàn)樾@內(nèi)學(xué)生素質(zhì)比較好，道路衛(wèi)生比較好，所以COD濃度整體都偏低。降雨時(shí)間一小時(shí)之后雨水徑流中的COD濃度趨于穩(wěn)定，且不同下墊面的雨水徑流中COD濃度相差不大。

圖8 9月22日COD隨降雨時(shí)間的變化曲線Fig.8 The variation curve of COD with rainfall time on September 22

3.3 降雨徑流污染物TN隨時(shí)間的變化規(guī)律分析

對(duì)研究區(qū)域內(nèi)A，B，C和D進(jìn)行降雨監(jiān)測(cè)，以降雨開(kāi)始時(shí)刻作為采樣記錄時(shí)間的起始點(diǎn)，對(duì)雨水徑流中TN的濃度隨降雨時(shí)間的變化過(guò)程進(jìn)行分析，結(jié)果如圖9～圖12所示。

圖9 8月12日TN隨降雨時(shí)間的變化曲線Fig.9 The variation curve of TN with rainfall time on August 12

圖10 8月25日TN隨降雨時(shí)間的變化曲線Fig.10 The variation curve of TN with rainfall time on August 25

圖11 9月11日TN隨降雨時(shí)間的變化曲線Fig.11 The variation curve of TN with rainfall time on September 11

通過(guò)以上幾場(chǎng)降雨表明，學(xué)校主干道、宿舍區(qū)主干道、學(xué)校休閑廣場(chǎng)以及學(xué)生宿舍屋面雨水徑流中TN的濃度變化呈現(xiàn)相同的規(guī)律，隨著降雨時(shí)間的延長(zhǎng)，整體上呈現(xiàn)衰減趨勢(shì)。且對(duì)于降雨強(qiáng)度較大的兩場(chǎng)降雨（8月12日和9月11日），前期的污染物濃度遞減趨勢(shì)比較大。降雨時(shí)間1 h之后雨水徑流中的TN濃度趨于穩(wěn)定，除屋面外其它下墊面雨水徑流中的TN濃度相差不大。

圖13 8月12日TP隨降雨時(shí)間的變化曲線Fig.13 The variation curve of TP with rainfall time on August 12

圖12 9月22日TN隨降雨時(shí)間的變化曲線Fig.12 The variation curve of TN with rainfall time on September 22

3.4 降雨徑流污染物TP隨時(shí)間的變化規(guī)律分析

對(duì)研究區(qū)域內(nèi)A，B，C和D進(jìn)行降雨監(jiān)測(cè)，以降雨開(kāi)始時(shí)刻作為采樣記錄時(shí)間的起始點(diǎn)，對(duì)雨水徑流中TP的濃度隨降雨時(shí)間的變化過(guò)程進(jìn)行分析，結(jié)果如圖13～圖16所示。

圖14 8月25日TP隨降雨時(shí)間的變化曲線Fig.14 The variation curve of TP with rainfall time on August 25

圖15 9月11日TP隨降雨時(shí)間的變化曲線Fig.15 The variation curve of TP with rainfall time on September 11

圖16 9月22日TP隨降雨時(shí)間的變化曲線Fig.16 The variation curve of TP withrainfall time on September 22

通過(guò)以上幾場(chǎng)降雨表明，學(xué)校主干道、宿舍區(qū)主干道、學(xué)校休閑廣場(chǎng)以及學(xué)生宿舍屋面雨水徑流中TP的濃度變化呈現(xiàn)相同的規(guī)律，隨著降雨時(shí)間的延長(zhǎng)，整體上呈前陡后緩的衰減趨勢(shì)，TP濃度的衰減主要出現(xiàn)在降雨時(shí)間的前1 h之內(nèi)?？梢钥闯觯wTP濃度偏低，經(jīng)過(guò)降雨徑流的沖刷，下降明顯，所有下墊面徑流水質(zhì)最終趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定后的不同下墊面的徑流中TP濃度相差不大。

4 結(jié)論

1）以南昌市某高校為研究區(qū)域，通過(guò)測(cè)定SS，COD，TN和TP 4種污染物濃度，對(duì)學(xué)校主干道、學(xué)生宿舍區(qū)主干道、學(xué)校休閑廣場(chǎng)及學(xué)生宿舍屋頂4種下墊面的單一污染物濃度歷時(shí)變化規(guī)律分析發(fā)現(xiàn)，不同下墊面、不同場(chǎng)次降雨的水質(zhì)變化范圍和變化規(guī)律均有所不同，降雨徑流污染物濃度變化整體上呈現(xiàn)衰減趨勢(shì)，且前期衰減速率較快，后期衰減速率較為平緩。

2）學(xué)校主干道降雨徑流中主要污染物為SS，COD和TP，學(xué)生宿舍區(qū)主干道降雨徑流中主要污染物也為SS，COD及TP，學(xué)校休閑廣場(chǎng)降雨徑流中所含污染物相對(duì)較少，其中主要污染物為TP，學(xué)生宿舍屋頂降雨徑流中主要污染物為TN。