城市屋面污染物累积特征分析

城市屋面污染物累积特征分析

张滨1吴敏2

1浙江大学建筑设计研究院有限公司杭州3100282同济大学环境科学与工程学院上海200092

摘要：通过搭建模拟屋面结合人工降雨模拟器模拟天然降雨冲刷，研究屋面污染物累积特征。结果表明：（1）不同污染物的累积速率存在差异，其中SS和COD的累积速率远高于其它污染物，之后依次为TN、NO3-N、NH3-N和TP；（2）污染物的累积速率在不同季节有所差别，COD和TP在各个季节的累积速率变化不大，而SS、TN、NH3-N和NO3-N在不同季节有较大差别，其中SS的累积速率在春季要高于其它几个季节。

关键词：屋面雨水污染物累积浓度累积速率

0.引言

雨水是自然界水循环系统中的重要环节，对调节和补充地区水资源，改善及保护生态环境发挥着重要的作用。有效利用城市雨水，可以削减城市面源污染负荷和缓解城市排水系统压力，是建设资源节约型城市的有效途径，符合可持续发展的方针。屋面作为大气污染物的载体，其特性是影响雨水径流污染程度的重要因素之一，不同类型的屋面有可能使污染物的累积冲刷过程发生变化，因此本研究利用人工模拟降雨器冲刷模拟屋面，考察污染物的累积特征，以获得屋面的污染累积速率，并分析屋面污染物累积过程的影响因素，从而为屋面雨水污染控制提供参考。

1.试验方法

试验参照王彪[1]的方法：搭建一座模拟屋面，屋面尺寸为1.2m×1.8m，坡度25°，通过控制屋面的干期时间和模拟降雨器的降雨强度来考察屋面污染物的累积冲刷规律。试验前，将屋面完全清洗干净，并露天放置一段时间（即干期时间），接着用人工降雨模拟器模拟天然降雨冲刷屋面，当径流形成后，用聚乙烯瓶不间断收集水样，直至模拟屋面被冲刷干净。每个水样1L，并记录每个水样的采集时间，并及时完成水质测定，测定污染物指标包括：总氮（TN）、氨氮（NH3-N）、硝氮（NO3-N）总磷（TP）、总悬浮物（SS）、化学需氧量（CODcr）。图1是模拟屋面试验装置图。共进行了9次模拟试验，基本情况见表1。

2.屋面污染物累积特征

2.1屋面污染物累积浓度

由于影响水量水质的降雨特征、区域特征等因素的不确定性导致了不同区域同一降雨事件或同一区域不同降雨事件中，屋面径流污染物浓度差别很大，且随降雨过程不同污染物浓度变化的差异很大，因此，NURP（NationwideUrbanRunoffProgram）[2]建议对污染物浓度的描述采用事件平均浓度（EMC，EventMeanConcentration），以对污染程度进行评估。

表2和表3给出了10场试验中污染物的EMC值及其统计特性。由表3可知，在不考虑大气湿沉降贡献的情况下，COD的均值和中值均超过了《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）（以下简称《标准》）III类标准阈值（≤30mg/L）；NH3-N和TP的均值和中值均满足均值满足《标准》II类标准阈值（NH3-N≤0.50mg/L、TP≤0.10mg/L）；TN的均值和中值略高于《标准》III类标准阈值（≤1.0mg/L）；但SS的均值和中值都比较高，这是可能是由于试验期间，试验地点周边在进行建筑改造，堆砌的沙子容易受风吹作用落到屋面上引起SS偏高。

式中：R污染物累积速率（mg/（m2•d））；

Lf单位面积污染负荷（mg/m2）；

C污染物浓度（mg/L）；

V径流量（L）；

A屋面面积（m2）；

T累积时间（d）。

根据公式（1）的计算结果列于表4和表5中，表6为污染物累积速率的统计值。由表4～6可知，不同污染物的累积速率差异较大，其中在SS和COD的累积速率远高于其它污染物，之后依次为TN、NO3-N、NH3-N和TP；这说明该地区大气沉降对污染物的累积负荷的贡献度不同，大气干沉降造成的主要污染物为COD、SS，这从另一方面说明了该地区屋面雨水径流污染物中COD和SS和的事件平均浓度高于其它污染物的现象。

另外，从表4和表5中还可以发现，同一污染物在不同季节污染累积也有所差别。将10次模拟试验按四季划分，阶段1（冬季）；阶段2（春季）；阶段3（夏季）；阶段4（秋季）。分析各个季节的污染物负荷变化（见图2）。从图中易知，COD和TP在各个季节的累积速率变化不大，SS、TN、NH3-N和NO3-N在不同季节有较大差别，其中SS的累积速率在春季要高于其它几个季节，TN、NH3-N和NO3-N累积速率的较小值也均出现在夏、秋季节，由此可见，季节变化对污染物累积速率有重大影响。

3.结论

通过人工模拟降雨试验分析污染物在屋面上的累积特征，分析污染物在模拟屋面上的累积浓度以及其累积速率。得出以下主要结论：

（1）在不考虑大气湿沉降污染贡献的情况下，屋面的污染物累积浓度COD的均值和中值均超过了《标准》III类标准阈值（≤30mg/L）；NH3-N和TP的均值和中值均满足均值满足《标准》II类标准阈值（NH3-N≤0.50mg/L、TP≤0.10mg/L）；TN的均值和中值略高于《标准》III类标准阈值（≤1.0mg/L）；但SS的均值和中值比较高。

（2）不同污染物的累积速率存在差异，其中SS和COD的累积速率远高于其它污染物，之后依次为TN、NO3-N、NH3-N和TP。

（3）污染物的累积速率在不同季节也有所差别，SS、TN、NH3-N和NO3-N在不同季节有较大差别，其中SS的累积速率在春季要高于其它几个季节，TN、NH3-N和NO3-N累积速率的较小值也均出现在夏、秋季节，说明季节变化对污染物累积速率有重大影响。

参考文献：

1王彪.上海城区屋面径流污染特征及模型研究：[博士学位论文].上海：同济大学，2009

2USEPA.Resultsofthenationwideurbanrunoffprogram.USEPA，WashingtonDC：1983

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