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中国城市面源污染现状及其影响因素


RESOURCES AND ENVIRONMENT 中国人口·资源与环境 2011 年 第 21 卷 第 3 期 专刊 CHINA POPULATION,

Vol. 21

No. 3

2011

中国城市面源污染现状及其影响因素
丁程程 刘 健
( 济南市环境监测中心站, 山

东 济南 250014)

摘要

城市面源污染已成为危害我国城市水体的重要污染源, 本文结合国内外研究成果, 对城市面源污染的污染特征、 影响因素以及

COD、 控制措施进行了综合分析。我国城市面源污染强度较高, 污染物以 SS、 营养物质为主, 污染呈现一定的地域特征和时间特征。 影响城市面源污染的因素很多, 主要有下垫面、 前期晴天时间以及降雨强度等。城市面源污染控制技术方面, 要将工程措施与非工程 措施综合实施, 工程措施主要有植被控制、 渗滤系统和湿地滞留系统等, 各工程措施相结合, 以取得更好的污染控制效果。 关键词 城市面源污染;污染特征;影响因素;控制措施 X32 文献标识码 A 文章编号 1002 - 2104(2011)03 专 - 0086 - 04 中图分类号

近年来, 随着我国城市化进程的不断加快, 城市水污 点 染问题已经成为人们广泛关注的环境问题。长期以来, 源污染被认为是造成水污染的主要原因, 我国耗费了大量 采用各种技术以减少污水排放, 取得了一定效益。 资金, 然而, 单纯控制点源, 仍然不能保障水环境质量的根本改 善, 大量的面源污染物继续分散地不间断地进入水体
[1 ]

1

城市面源污染的污染特征
城市地表径流中的污染物主要来自于降雨对城市地

研究表明, 苏州古城区地表径流污染严重, 主要 表的冲刷, 污染物为悬浮固体、 有机物以及营养物质。 1. 1 城市面源污染水质特征 目前我国还没有对城市面源污染进行大规模的系统 研究, 只有部分城市在个别点位进行了一些短期研究。兰 州
[7 ] [8 ] [9 ] 、 北京、 武汉 以及美国 城市地表径流各主要污染 [6 ]



城市面源污染是指在降水条件下, 雨水和径流冲刷城 使溶解的或固体污染物从非特定的地点汇入受纳 市地面, 水体, 引起的水体污染
[2 ]

。城市暴雨径流中包含有大量的

使得其初期径流产生的污染负荷远高于城市生活 污染物, 污水, 由面源引起的水环境污染已成为当前城市水环境综 合治理中亟待解决的主要问题之一
[3 ]

物浓度如表 1 所示。可以看出, 与美国相比, 我国城市面 源污染各主要污染物平均浓度偏高, 并且各主要污染物平 以北京为 均浓度均远高于我国地表水环境质量Ⅴ类标准, SS、 TP、 13. 3. 例, COD、 TN 的超标倍数分别为 3. 89、 55、 35 和 15. 97, 说明我国城市面源污染非常严重。
表1
城市 兰州 北京 武汉 美国 我国地表水环 境质量Ⅴ类标准 150 40 0. 4 2

。根据广东省环保

珠海市 2000 年工业点源污染排放的 COD统计年鉴资料, SS cr 为 1 653. 71 万 kg, 为 454. 96 万 kg; 城区降雨径流中 SS 的 CODcr 为工业点源污染的 19% , 负荷已远高于工业 点源污染
[4 ]



国内外城市面源污染主要污染物浓度
SS( mg / L) COD( mg / L) TP( mg / L) 750. 5 734 350 - 650 78. 4 337. 67 582 60 - 110 52. 8 1. 16 1. 74 0. 3 - 0. 53 0. 32 TN( mg / L) 6. 15 11. 2 4. 9 - 6. 04 0. 66

我国城市地表水环境非点源污染的研究起步比较晚, 20 世纪 80 年代初开始对北京的城市径流污染进行研究, 随后上海、 杭州、 南京、 苏州、 成都等大中城市也逐渐开展 起来
[5 ]

, 但目前几乎没有系统的城市面源污染监测资料,

因此本文通过分析我国各城市面源污染的主要污染物及 其来源、 水质特征、 排放规律、 影响因素及污染控制技术, 为我国实现城市面源污染的有效控制, 改善水环境质量提 供科学依据。
04收稿日期:2011- 17 作者简介:丁程程, 硕士, 助理工程师, 主要研究方向为污染源自动监测。 通讯作者:刘健, 硕士, 高级工程师, 主要研究方向为污染源自动监测监控。

“水污染源监测监管技术体系研究” 编号: 2008ZX07527 - 02) 。 ( 基金项目:国家水体污染控制与治理科技重大专项课题

· 86·

丁程程等:中国城市面源污染现状及其影响因素

指出污染负荷法和数学模型计算法是评价公路路面径流 1. 2 对受纳水体的影响 污染物质随径流进入水体后对水体水质的影响很大, 水体的许多物理、 化学性质随之改变, 因此降雨径流对受 纳水体的影响也是城市地表径流污染研究的重要组成部 分。有研究表明, 每年由城市地表径流造成的污染负荷相 城市地表径流水中污染 当于污水处理厂排放的污染负荷, 物 SS、 重金属及碳氢化合物的浓度在数量级上与未经处 理的城市污水基本相同 李立青等
[11 ] [10 ]

对受纳水体水质影响的有效方法, 对西安临潼高速公路路 面径流污染物年排放负荷率的估算结果以及国外相关研 公路路面径流对受纳水体的影响是较为严重 究结果表明, 的。 可见, 城市地表径流污染的危害是相当大的。因而, 研究城市地表径流污染的特征及规律, 开发可行的污染控 制技术及对策, 为政府部门对面源污染的控制管理决策提 供科学依据具有重要的意义。 1. 3 城市面源污染地域特征 为了解我国城市面源污染在全国尺度上的污染特征, 我国南方城市、 北方城市, 以及特大城市、 中等城市的道 路、 屋面径流中主要污染物浓度如表 2 所示。可以看出, 我国城市面源污染具有一定的地域特征, 对于屋面径流和 路面径流, 特大城市的污染程度均高于中等城市; 南方城 市道路径流污染物浓度较高于北方城市, 而北方城市屋面 径流污染物浓度较高于南方城市。 商业区、 居民区、 工业区是性质不同的城市功能区, 其



连续 3 年对武汉市汉阳城区降雨径流污

考察了降雨径流污染对受纳水体的贡 染的进行监测研究, 献。结果表明, 城市降雨径流向受纳水体输入的污染负荷 占有很大的比例, 是引起城市水环境质量恶化的主要原因 3 之一。在城市集水区尺度上, 个 没 有 实 施 截 污 工 程 的 COD、 和 TP TN 雨、 污合流制集水区降雨径流输出的 TSS、 26. 11. 分别占 集 水 区 总 污 染 负 荷 的 59. 4% 、 3% 、 2% 和 10. 1% , 采取截流措施, 控制初期径流污染是合流制城区 降雨径流污染控制的关键。陈莹
[19 ]

对西安临潼高速公路

路面径流污染特性及其对受纳水体水质影响进行了探讨,
表2 我国城市道路、 屋面雨水径流污染物浓度( mg / L)
路面 SS 南方城市均值 北方城市均值 特大城市均值 中等城市均值 572. 08 436. 01 552. 36 340. 03 COD 316. 27 238. 67 310. 94 199. 13 BOD 71. 11 39. 29 — — TN 8. 59 6. 65 8. 17 6. 04 TP 0. 85 0. 64 0. 76 0. 89 SS 56. 82 148. 53 102. 68 — COD 39. 16 203. 94 123. 12 25. 53
[2 ]

层顶 BOD 18. 62 72. 41 — — TN 4. 22 8. 67 6. 98 3. 48 TP 0. 26 0. 49 0. 37 0. 39

地表富集的污染物量及性质都有差异, 使得各区所形成的 降雨径流也有不同的污染特征, 相对来说, 居民区地表径 流水质较好, 商业区和工业区地表径流水质较差。常静 等
[12 ]

1. 4

城市面源污染的时间特征 所有降雨事件的水质分析结果均表明, 屋面和路面雨

水初期径流污染物浓度很高, 随降雨历时的延长, 主要污 染指标逐渐下降并趋于稳定。 卓慕宁等
[4 ]

分别对上海市区四个不同的功能区进行采样监测,

其结果如表 3 所示, 污染物在不同功能区之间显示出相似 的分布趋势, 交通区明显高于其他区域, 其次为商业区和 工业区, 居民区情况较为良好。
表3
功能区

分析了 2000 年珠海雨季一次暴雨全过程

径流水质的变化, 发现城区降雨径流污染物在输出过程 中, 随降雨历时的变化有明显的特征与规律, 一般在降雨 径流污染物浓度迅速上升, 并很快达到峰值, 随着降 初期,

上海中心城区降雨径流污染物浓度( mg / L)
TSS COD TP 1. 005 0. 87 0. 555 0. 425 NH3 - N NO3 - N NO2 - N 2. 185 2. 58 1. 29 0. 865 0. 605 0. 405 0. 48 0. 425 0. 33 0. 11 0. 13 0. 24

雨历时的延长, 主要污染指标逐渐下降并趋于稳定。一场 降雨, 在径流产生的初期输送了 80% 以上的地表污染物。 因此, 城市降雨径流在雨后短时间内会使地表水质迅速恶 化。 季节的不同同样对径流水质有一定的影响。Brezonik
[13 ]

交通区 1 731. 355 748. 705 商业区 工业区 居民区 699. 875 580. 905 430. 72 448. 25 256. 53 150. 415



对美国 Minnesota 多次降雨的监测结果显示, 冬 春、

两季的屋面径流 TN 浓度高于夏、 秋两季, TP 的浓度在 而

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中国人口·资源与环境 2011 年

第3 期

专刊

Wilson[14] 在对 Minneapolis 降水 秋冬两季高于春夏两季, 的研究中也取得了类似的结果。 任玉芬等
[15 ]

关系

[17 ]


[18 ]

边博

从 2006 年 5 月开始, 选择镇江具有代表性的

研究了不同下垫面径流的月浓度变化,

分析前期晴天时间 土地使用类型监测城市地表径流水质, 对城市地表降雨径污染物的影响。结果表明, 随着前期晴 天时间的增加, 径流中粒径 < 40 μm 的颗粒物粒径体积 TP、 Pb、 TSS 分数增加; 径流中主要水质参数 ( TN、 Zn、 Cu、 和 COD) 与前期晴天时间呈显著正相关, 初期地表径流中 溶解态污染物增加, 说明前期晴天时间是影响城市径流污 染浓度和形态的主要因子。 2. 3 降雨量和降雨强度对径流水质的影响 降雨强度和降雨量是影响屋面径流水质的重要因素, 对于同一屋面, 不同降雨强度、 降雨量及降雨历时对屋面 初期径流污染物浓度的影响很大, 主要是因为不同降雨强 度和降雨量对屋面污染物的冲刷、 稀释和溶解作用不同。 任玉芬等
[15 ]

实验结果表明, 各下垫面径流中各污染物浓度均表现为 6 9 BOD5 浓度 月份、 月份高于其他月份。屋面 6 月份 COD、 差异达显著水平; 屋面径流 TN 浓度 6 明显高于其他月份, 9 8 月份明显比 7 月份高, 月份明显比 7、 月份高。路面径 流 9 月份 TP 含量较高, 与其他月份相比有明显差异。她 认为, 这种现象是由于北京市降雨主要是 6 ~ 9 月份, 而且 8 7、 绝大多数集中在 7、 月份, 8 月份降水概率大, 雨水对城 市下垫面的冲刷频繁, 故每次降雨的污染浓度较低; 而 6 月份和 9 月份是全年雨水的开始和减少阶段, 且降雨频次 较少, 污染物积累的时间也长, 故污染物浓度较高。

2

城市面源污染影响因素
影响城市面源污染的因素包括: 降雨强度、 降雨量、 降

研究了两次不同降雨强度下的不同下垫

面径流的水质情况, 认为降雨强度和降雨量是影响径流水 雨强越大, 雨水对城市下垫面的冲刷就越 质的重要因素, 强; 在相同的污染物累积量条件下, 降雨量越大, 径流中污 染物浓度越低。沈君
[19 ]

雨历时、 城市土地利用类型( 如居民区、 工业区、 商业区、 城 市道路等) 、 大气污染状况、 地表清扫状况等。 2. 1 下垫面对径流水质的影响 不同的下垫面材料以及同一种下垫面材料的不同使 另外还有排水 用年龄所产生的腐蚀产物也是复杂多样的, 管道本身的腐蚀产物以及上次排水时残留下来的污染物 质的变质产物等都会对城市径流水质产生影响。 孙常磊
[16 ]

根据研究区域 2008 年的屋面降

雨径流取样情况, 分别对比了降雨间隔时间相似的两组屋 面降雨径流的 COD 浓度, 同样发现降雨强度越大、 降雨量 对污染面冲刷和淋洗较彻底, 降雨初期径流水质污 越多, 染较严重; 反之, 则初期径流水质污染相对较轻。 影响城市非点源污染的因素很多, 且许多为随机性因 素, 在地表污染物的累积和冲刷两个主要环节中都有随机 性因素起作用, 如两场降雨之间的间隔时间、 降雨历时、 降 雨强度等, 这些因素使得对任一场降雨来说, 由于其随机 性强, 偶然性大, 测试结果变化大。所以, 研究城市地表径 流污染, 就需要在降雨时进行大量的现场测试, 并根据研 究目的对相关的环境条件进行统计分析
[20 ]

发现不同材料屋面及不同等级路面的初期

SBS 雨水径流的污染程度相差较大, 防水卷材的屋面径流 校外道路的径流要比校内路面径流污 污染较水泥屋面重, 染严重, 等级高且处在市区的路面径流比等级低的路面径 流污染厉害, 屋面径流主要表现为初期径流中的氨氮和耗 COD、 氧物污染, 道路上主要是浊度、 总残渣、 总铅指标较 高。 沈君
[19 ]



以材料性质不同的三种屋面作为研究对象,

比较在外界相同降雨条件下各种不同屋面径流污染物浓 度值, 总体而言瓦屋面径流污染负荷相比沥青屋面和水泥 水质较好。屋面材料性质对 COD 影响最 屋面径流较小, 大, 瓦屋面径流 COD 污染浓度明显小于水泥和沥青屋面 径流; 屋面径流雨水 SS 污染负荷受屋面材料性质的影响 不明显, 其值表现出与浊度相似的规律; 不同屋面材料降 雨径流中的氮、 磷浓度变化幅度不同, 沥青屋面径流的总 氮 TN 浓度在三种屋面中处于最高水平。 2. 2 前期晴天时间对径流水质的影响 城市径流污染具有晴天累积、 雨天排放的特征, 随着 晴天累积天数的增加, 城市地表可被降雨径流冲刷的污染 物增加, 增加了降雨径流的污染潜力, 因此, 前期晴天时间 反映地表污染物的累积程度, 同降雨径流污染存在一定的

3





我国城市面源污染强度较高, 缺少长期的系统的监测 COD 和营养物质为主。污染呈现较明 数据, 污染物以 SS、 显的地域特征, 特大城市污染程度高于中等城市, 屋面及 路面径流具有不同的地域分布, 南方城市道路径流污染物 浓度较高于北方城市, 而北方城市屋面径流污染物浓度较 高于南方城市, 居民区污染程度低于工业区和商业区。同 初期径流污染物的浓度高于后 时表现出一定的时间特征, 期径流, 季节的不同对径流水质也有一定的影响。影响城 市面源污染的因素很多, 且许多为随机性因素, 主要有下 垫面、 前期晴天时间以及降雨量和降雨强度等。不同下垫 面径流中主要污染物不同, 污染物浓度与前期晴天时间呈 正相关, 降雨强度越大、 降雨量越多, 初期径流污染越严

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丁程程等:中国城市面源污染现状及其影响因素

重。城市面源污染控制技术方面城市面源污染控制技术 方面, 要将工程措施与非工程措施综合实施, 工程措施主 要有植被控制、 渗滤系统和湿地滞留系统等, 各工程措施 以取得更好的污染控制效果。 应互相结合,
( 编辑: 温武军)
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Discussion on Urban Nonpoint Source Pollution and Control Technologies in China
DING Chengcheng LIU Jian

( Jinan Environmental Protection Monitoring Station,Shandong Province,Jinan Shandong 250014, China) Abstract Urban non - point source pollution has become an important source harming urban water body in China. In this paper,

based on researches at home and broad,pollution characteristic,influencing factors,and control technologies were discussed. It was concluded that the pollution intensity was high,and the region characteristic and time characteristic was obvious. The main pollutants were SS,COD,and nutrients. There were many factors influencing runoff water quality,including material of underlying surface,prior duration of sunny day and rainfall intensity. For control technology,non - construction measures should be combined with construction measures,and main construction methods can be combined to use in practical engineering application. Key words urban non - point source pollution; pollution characteristic; influencing factors; control technologies

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