临安不同功能区道路降雨径流重金属污染负荷

潘雅甜 蔡成豪 许立宏 方晓波

摘 要：通过对临安不同功能区的道路降雨径流采集分析，并采用SCS模型法与浓度法估算临安道路降雨径流污染负荷。结果表明临安不同功能区道路降雨径流污染负荷不同，污染负荷总量大小依次为：工业区>交通区>商业区>居住区>文教区。

关键词：路面径流;重金属;污染负荷

随着点源污染治理技术日渐成熟，降雨径流引起的非点源污染成为导致城市水环境污染的主要原因之一[1-3]。在道路降雨径流污染的研究中，降雨径流对受纳水体的影响是一个重要的研究点[4]。降雨径流对受纳水体的影响受径流的流量、污染物的浓度种类等因素决定，所以需要估算降雨径流污染负荷，通过污染负荷来评价降雨径流对受纳水体的污染贡献[5]。目前，国内外常用来估算污染负荷的方法有以下三种：浓度法、模型法、估算法[6-7]。

从已有的文献研究中可知，污染负荷估算存在一定难度，但污染负荷研究十分必要，临安主导工业为涉及Pb、Cu、Zn、Cd、Ni等重金属的电线电缆产业、绿色照明、精密元器件等，所排放的重金属容易随降雨径流进入且污染城市地表水体。所以有必要进行临安地区道路降雨径流污染负荷估算，以提出相应对策。

一、方法

（一）研究区概况

临安地处浙江省西北部。中亚热带季风气候区南缘，属季风型气候，温暖湿润，光照充足，雨量充沛，四季分明。年均降水量1613.9mm，降水日158d。

（二）样品采集与分析

当降雨产生径流时，及时到达预先设定好的采样点，用预先准备好的采样瓶采集径流样品，每次采集约1L，由于降雨径流的污染物存在初期冲刷效应，所以采用“前密后疏”的采样方式。开始30min内每隔10min采集1次径流水样，之后每隔30min采集1次径流水样，至降雨结束。

采集后的水样立即送回实验室进行处理，监测指标包括（Cu、Zn、Pb、Cr、Ni），水样采用硝酸消解并ICP-MS法测定。

（三）污染负荷计算方法

EMC为：任意一场降雨所引起的地表径流中排放的某污染物的质量除以总的径流体积，其计算公式为[8]：

式中：M为污染物总量，g;V为总径流量，m3;Ct为t时刻污染物浓度，mg·L-1;Qt为t时刻径流量，m3·s-1。

SCS模型可以估算道路降雨径流量，估算公式如下[9]：

Q=（P-0.2S）2P+0.8S

S=25400CN-254

式中：Q为降雨径流量，mm;P为降雨量，mm;S为潜在入渗量，mm。

根据多次监测污染物平均浓度与地区年降雨量的来估算年径流污染负荷。常采用以下公式计算[10]：

Ly=0.001·EMC·Q·A

式中：Ly为年径流污染物负荷量，g·a-1;EMC为多场次降雨径流污染物平均浓度，SymbolmA@

g·L-1;Q为降雨径流量，mm;A为道路面积m2。

二、结果与讨论

（一）基于SCS模型的临安道路降雨径流量估算

SCS模型法所需数据资料比较少，适用于缺少降雨资料的降雨径流计算，只需要确定CN一个参数，就可以对降雨径流量进行估算。SCS模型根据不同土地利用方式、不同土壤渗透性确定CN值，土地利用方式分为居住、商业、工业等，交通区和商业区CN为92，居住区和文教区CN为95，工业区为93。

由临安近50年降雨量变化特征的分析可知，临安多年平均降雨量1613.9mm。通过选取CN值，并运用公式计算可得临安不同功能区道路径流量Q，具体见表1。

（二）基于浓度法的临安道路降雨径流污染负荷估算

临安不同功能区道路降雨径流重金属（Cu、Zn、Pb、Cr、Ni）EMC计算结果为交通区Cu、Zn、Pb、Cr、Ni分别为55.3、275.3、53.6、99.2、70.6SymbolmA@

g·L-1，商业区分别为47.8、225.7、52.9、794、67SymbolmA@

g·L-1，居住区区分别为28.5、137.8、32.4、48.7、41.9SymbolmA@

g·L-1，文教区分别为24.1、106.1、21.2、40.4、30.9SymbolmA@

g·L-1，工业区分别为77.7、326.6、56.8、54.9、42.2SymbolmA@

g·L-1。

采用年降雨径流污染负荷计算方法，具体计算结果见表2。

从表中可以看出工业区重金属年污染总负荷最高，其中Cu、Zn、Pb的污染负荷为各个功能区中最高;交通区重金属年污染总负荷比工业区略低，其中Cr、Ni的污染负荷为各个功能区最高;居住区和文教区重金属年污染总负荷与其他功能区相比较低。从不同功能区污染负荷总量的角度出发，认为临安不同功能区降雨径流污染对于地表水污染负荷的贡献大小依次为：工业区>交通区>商业区>居住区>文教区。

三、结论

临安不同功能区道路降雨径流污染负荷不同。采用SCS模型法与浓度法估算了临安不同功能区道路降雨径流污染负荷。从不同功能区污染负荷量的角度出发，认为临安不同功能区道路降雨径流污染对于地表水污染负荷的贡献大小依次为：工业区>交通区>商业区>居住区>文教区。

参考文献：

[1]BRESSY A，GROMAIRE M C，LORGEOUX C，et al.Efficiency of source control systems for reducing runoff pollutant loads：Feedback on experimental catchments within Paris conurbation[J].Water Research，2014，57：234-246.

[2]徐建新，高彦君，谷红梅，等.秦皇岛滨海地区地表径流及污染负荷估算[J].南水北调与水利科技，2014，12（1）：50-53.

[3]王骏，毕春娟，陈振楼，等.温州城市降雨径流中BOD5和COD污染特征及其初始冲刷效应[J].环境科学，2013，34（5）：1735-1744.

[4]张杰.西安市不同功能区降雨径流污染分析与评价[D].西安科技大学，2016.

[5]侯培强，任玉芬，王效科，等.北京市城市降雨径流水质评价研究[J].环境科学，2012，33（1）：71-75.

[6]刘庄，晁建颖，张丽，等.中国非点源污染负荷计算研究现狀与存在问题[J].水科学进展，2015，26（3）：432-442.

[7]张善发，李田，高廷耀.上海市地表径流污染负荷研究[J].中国给水排水，2006，22（21）：57-60+63.

[8]赵剑强.城市地表径流污染与控制[M].北京：中国环境科学出版社，2002.

[9]王宇翔，杨小丽，胡如幻，等.常州市湖塘纺织工业园降雨径流污染负荷分析[J].水资源保护，2017，33（3）：68-73.

[10]王文举.城市降雨径流重金属污染规律及其控制技术研究[D].河北工程大学，2018.

基金项目：2015年浙江省自然科学基金资助项目“临安市不同功能区道路降雨径流污染季节变异特征及源解析”（No.LY15D010005）

作者简介：潘雅甜（1998-），女，汉族，浙江丽水人，本科，研究方向：环境评价。

*通讯作者：方晓波（1978-），男，汉族，浙江临安人，博士，副教授，从事环境评价与管理工作。