合流制排水口污染负荷排放规律范文

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《水利水电技术杂志》2015年第S1期

摘要:

随着广州市中心城区河道水环境治理力度的加大，合流制溢流污染问题越来越突出，对城市河道水体构成了日益严重的威胁。本文选取广州市中心城区典型合流制排水口进行了18场降雨的径流污染监测，总结了在典型小雨、典型中雨及典型大雨场次下排水口各水质指标随降雨历时的变化规律，同时分析了18场降雨的排水口最高浓度、平均浓度与总降雨量的关系，研究成果可为合流制污染控制工程的设计提供参考。

关键词:

合流制排水系统;溢流污染;污染负荷;降雨量;水质监测

1研究背景

广州市地处珠江河网地区，河涌众多，市区有大小河流221条，总长度约854.2km。由于历史原因，广州市中心城区基本都是雨污合流制排水系统［1－3］，即使按雨污分流排水系统规划的新城区，建成后也并未真正形成分流制，雨污混接现象相当普遍，几乎所有被调查的雨水管中都有污水接入，这种情况在国内大中城市中比较常见［4－5］。合流制排水系统雨天溢流污染来源主要是地表面源冲刷污染、原生活污水污染物、管道沉积物污染等，在降雨过程中随雨水径流一并溢流进入河网，进而污染水体。国外发达国家合流制排水系统实际采用的截流倍数通常是排水管网的3～5倍，我国设计规范中规定1～5倍，但通常情况下在设计中为节省投资选取0.5～1倍，因此，我国城市的合流制溢流污染问题比较突出。从国外的经验来看，合流制排水系统可以通过工程和非工程措施实现对城市溢流污染的控制。德国、英国和法国等发达国家并没有完全采用分流制，而是对已有的合流制进行截流以控制雨天溢流污水，同时采取措施控制雨水排放量和排放速率，并控制径流雨水中污染物的排放［6－8］。目前，广州市拟对合流制溢流污染进行有效控制，但由于缺乏基本的水质基础资料，无法支撑进一步的研究。因此，开展典型合流制排水口的水质基础监测对控制合流制溢流污染具有重要的研究意义。本文选取广州市中心城区典型大型合流制排放口进行了径流污染的连续监测，获得了大量的监测数据，并对数据进行了统计分析，初步研究了污染负荷的排放规律。

2监测方案简介

本次监测选取了广州市中心城区猎德涌沿岸的大型排水渠箱即五山渠箱。猎德涌是广州市天河区排泄雨水的主要河涌之一，起源于华南理工大学校内的东、西湖，经天河北、珠江新城区、猎德村汇入珠江前航道，全长约4.3km。五山渠箱的承雨区范围较大，主要为学校、商业区、居民区、渠箱出口有闸门控制，旱天关闭闸门进行截污，雨天开启闸门排水，产生溢流污染。试验人员共监测了18场降雨(见表1)，选取COD、SS(悬浮物)、NH3－N(氨氮)、TN(总氮)作为水质监测指标。选取典型小雨、典型中雨及典型大雨场次(见图1～图3)分析排水口各水质指标随降雨历时的变化规律，另外，统计了18场降雨的监测结果分析排水口最高浓度、平均浓度与总降雨量的关系。

3典型场次降雨的污染负荷排放规律分析

由于合流制溢流污染的来源主要是地表污染物的冲刷、旱天污水的混入及管道沉积物的冲刷，因此，一般而言，合流制排口存在初期雨水效应问题，即污染物负荷随降雨历时呈现出先快速增加又逐渐减小的趋势。

3.1典型小雨典型小雨降雨场次的水质指标随降雨历时的变化如图4所示，其中NH3－N、TN两个指标采用左侧纵轴，COD、SS指标采用右侧纵轴。从图中结果可见，COD的总体浓度不高，呈现出两个峰值，第1个峰值的时间约是降雨后20min，浓度约25mg/L，呈现出一定的初期效应且浓度变化具有波动性，第2个浓度峰值与第1个峰值相当，在第2个峰值过后，出现了一定的翘尾现象，说明随着径流强度的降低，溢流污染物的浓度会在后期发生一定的升高;SS(悬浮物)的变化与COD类似，也呈现一定的初期效应和浓度的波动性，两者的浓度变化同步性较好，说明二者的关联度较高;SS的第2个峰值明显高于第1个峰值，达到52mg/L，可能由于管道沉积物的冲刷过程滞后于生活污水溢流混合过程导致的，第2个峰值的形成是二者综合作用的结果;NH3－N和TN的同步性很好，说明二者的关联度也较高，两者的初期效应和波动程度都弱于COD和SS，呈现的浓度变化规律与COD和SS不同。以NH3－N为例，在降雨40min内，浓度的升高较快，从4mg/L增加到19.5mg/L之后基本保持平稳。

3.2典型中雨典型中雨降雨场次的水质指标随降雨历时的变化如图5所示。由图5可见，由于降雨强度增加，各水质指标的浓度大幅度增加，说明溢流污染在该组次下较为严重。总体上看，各水质指标的浓度波动性有所减弱。COD的最大浓度峰值在降雨20min时出现，达到122mg/L，之后快速下降到20mg/L以内;SS(悬浮物)的变化与COD类似，其峰值出现时间在降雨30min时，随后快速下降到15mg/L以内;NH3－N和TN两个指标的变化规律基本完全一致，与COD、SS的峰值型变化不同，其变化是单调下降的浓度曲线，其初期效应体现为降雨前期的浓度快速衰减。以NH3－N为例，降雨初期最高浓度为18mg/L，浓度快速衰减的阶段是降雨45min以内，之后浓度保持平稳。上述浓度变化规律与降雨分布特征密切相关，该场次的降雨基本集中在前20min，后面基本无降雨，所以COD、SS呈现单一峰值。

3.3典型大雨典型大雨降雨场次的水质指标随降雨历时的变化如图6所示。从图6中结果可见:(1)由于降雨强度的进一步增加，各水质指标的浓度反而有所降低，说明径流量的加大稀释了溢流污染的浓度。(2)各水质指标均不同程度的存在一定的初期效应，COD的浓度变化相对平稳，没有出现明显的峰值，基本在15mg/L附近微幅波动;SS(悬浮物)的变化呈现出初期效应，并存在两个峰值，第1个峰值在降雨30min时，浓度为52mg/L，第2个峰值浓度低于第1个峰值且较为平缓，浓度为40mg/L。(3)NH3－N和TN两个指标的变化规律基本完全一致，以NH3－N为例，比较明显的浓度峰值出现在降雨28min，达到7.2mg/L，之后浓度在降雨过程中逐渐下降，在后期又有所升高。

4排水口最高浓度、平均浓度与总降雨量的关系分析

18场降雨的排水口最高浓度、平均浓度与总降雨量的统计关系如图7～图10所示。由图7～图10可知，浓度与总降雨量的关系较为复杂，不是明显的线性或非线性关系，但是仍然可以看出一些总体的规律。排出个别离散很大的测点，总体上，随着总降雨量的逐渐增加，合流制排水口的COD和NH3－N(氨氮)的浓度是逐渐下降的趋势，浓度的高值区主要集中在总降雨量5～12mm之间。

5结语

研究结果表明:(1)合流制排水口浓度随降雨历时的变化是复杂的，大多数情况下合流制溢流污染存在初期效应，但同时浓度也存在较大的波动性，经常有两个以上的浓度峰值存在。(2)多峰值通常出现在降雨分布相对均匀时，前期的短历时强降雨常常出现单一峰值。(3)浓度的变化与管道内的沉积物冲刷起动有关，最高浓度、平均浓度与总降雨量的关系也较为复杂，不是明显的线性或非线性关系。(4)随着总降雨量的逐渐增加，合流制排水口的COD和NH3－N(氨氮)的浓度是逐渐下降的趋势，浓度的高值区主要集中在总降雨量5～12mm之间。

参考文献:

［1］常静，刘敏，许世远，等.上海城市降雨径流污染时空分布与初始冲刷效应［J］.地理研究，2006，25(6):994-1002.

［2］李立青，尹澄清.雨、污合流制城区降雨径流污染的迁移转化过程与来源研究［J］.环境科学，2009，30(2):368-375.

［3］边博，朱伟，黄峰，等.镇江城市降雨径流营养盐污染特征研究［J］.环境科学，2008，29(1):19-25.

［4］任玉芬，王效科，韩冰，等.城市不同下垫面的降雨径流污染［J］.生态学报，2005，25(12):3225-3230.

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［6］GeigerW.Proceedingsofthe4thinternationalconferenceurbanDrainage［C］//Lausanne:Switzerland，1987:40-46.

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［8］国家环境保护总局.水和废水监测分析方法(第三版)［M］.北京:中国环境科学出版社，1989.

作者：刘达 黄本胜 邱静 洪昌红 彭晓春 单位：广东省水利水电科学研究院 广东省水动力学应用研究重点实验室 河口水利技术国家地方联合工程实验室 广州市水务工程建设管理中心