城市地表径流污染负荷计算方法研究

第21卷第2期2010年4月

水资源与水工程学报

JournalofWaterResources&WaterEngineering

Vol.21No.2Apr.,2010

城市地表径流污染负荷计算方法研究

李家科1,李亚娇2,李怀恩1

(1.西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室,陕西西安710048;

2.西安科技大学建筑与土木工程学院,陕西西安710054)

摘　要:城市地表径流是仅次于农业面污染源的第二大面污染源。研究城市地表径流污染负荷计算方法,为政府部门对城市面源污染的控制管理决策提供科学依据具有重要意义。本文对城市非点源污染负荷的三类计算方法即浓度法、统计法、概念模型等进行了较为全面的介绍和讨论,在此基础上,对城市地表径流负荷计算方法研究进行了展望。

关键词:城市;地表径流污染;面源污染;负荷

中图分类号:X522　　　文献标识码:A　　　　文章编号2)02209

StudyontheCPollutionLoad

ke1,LiYa2jiao2,LiHuai2en1

(1.orthwestWaterResourceandEnvironmentEcologyofMinistryofEducation,Xi’anUniversityofTechnology,Xi’an710048,China;2.SchoolofArchitectureandCivilEngineering,

Xi’anUniversityofScienceandTechnology,Xi’an710054,China)

Abstract:Urbansurfacerunoffisthesecondlargenon2pointpollutionsourcenexttoagriculture.Researchonthecalculationmethodforurbansurfacerunoffpollutionloadisveryimportant,whichcanprovidethescientificbasisforgovernmentstocontrolandmanagetheurbannon2pointpollutionsource.Threecalculationapproachesonurbannon2pointpollutionsourceloadincludingconcentrationmethod,statisticalmethodandconceptualmodelmethodwereintroducedanddis2cussedindetail.Intheend,thefuturestudyonurbansurfacerunoffpollutionloadcalculationmethodswasforecasted.

Keywords:urban;surfacerunoffpollution;non2pointsourcepollution;load

　　在面源污染中,城市地表径流是仅次于农业面污染源的第二大面污染源[1]。城市地表径流包含许多污染物质,有固态废物碎屑、化学药品、空气沉降物和车辆排放物等。城市地表径流水中污染物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[2]。可见,城市地表径流污染的危害是相当大的。

由于非点源污染来源的复杂性、发生时间的不确定性、排放污染物的偶然性和随机性等特点,使其研究较为困难。国外20世纪70年代就开始了对城市非点源污染的研究,研究内容全面,包括计算模型、降

[3～13]

雨径流初始冲刷以及径流污染的治理与控制等。我国的城市非点源污染研究起步较晚,始于80年代对北京城市径流污染的研究,随后上海、杭州、苏州、南京、成都、西安、武汉等城市也逐渐开展起来,80年代仅局限于城区径流污染的宏观特征和污染负荷定

量计算模型的研究[14],其中污染负荷定量计算模型研究的方向有径流量与污染负荷相关性分析[15]、水量单位线和污染物负荷的研究以及地表物质累积规律[16,17]等。同时,随着计算机技术的高速发展以及研究实践的需要,遥感技术以及人工模拟实验技术都运用到城市非点源污染研究领域。到20世纪90年代后,分雨强计算城区径流污染负荷为城市径流污染负荷定量计算提供了新的研究方法[18]。目前,利用3S技术进行非点源污染研究的成果不断出现[19～21],为非点源污染研究提供了有力的支持,也提高了非点源污染的负荷计算精度。近年来关于城市非点源污染控制的研究成果也逐步出现[22]。

研究城市地表径流染负荷计算方法,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

收稿日期:2009201203;　修回日期:2009201221

基金项目:国家水体污染控制与治理科技重大专项(2008ZX07317-004-001);国家自然科学基金项目(50909080)作者简介:李家科(19752),男,湖北荆门人,副教授,博士,主要从事非点源污染与水资源保护研究。

6　　　　　　　　　　　　　　　　　水资源与水工程学报　　　　　　　　　　　　　　　　　2010年

意义。城市地表径流污染负荷计算方法一般分为三类,一是根据地表径流的水质水量同步监测数据计算负荷的浓度法

[23,24]

的质量除以总的径流体积。可用下式表示:

　　EMC==

V

CQdtQdt∫

t

t

TT

。二是分析大量的实测资料,直接

(4)

建立污染负荷与有关影响因素相关关系的统计方法(包括纯经验方法)[25];三是对污染产生过程进行模拟,建立模型计算的方法(以概念性模型为主)[26]。

t

式中:M为某场降雨径流所排放的某污染物的总量,g;V为某场降雨所引起的总的地表径流体积,m3;Ct为某污染物在t时的瞬时浓度,mg/L;Qt为

1　估算城市地表径流污染负荷的浓度

法

　　浓度法是根据地表径流污染负荷的基本概念得出的。地表径流污染负荷是指由一场降雨或一年中。代表性很差,所以通常采用的是年污染负荷。

按照污染负荷的概念,某种污染物的径流污染负荷可用地表径流量与该污染物浓度的乘积来表示。则一年中第i场降雨的污染负荷可表示为

　　Li=

C

∫

0Ti

t,i

地表径流在t时的径流排水量,m3/s;T为某场降雨的总历时,s。

,EMC5)近似计算,式(n

EMC=

V

jj=1

j

(5)

V∑

j

那么一场降雨径流全过程的污染物质量负荷可由EMC与总降雨径流量之积表示:　　Li=

∫

0m

Ti

Ct,iQt,idt=(EMC)i

Q

∫

Ti

t,i

dt

(6)

[27]

=(EMC)iVi

:

一年中的多场降雨的污染负荷之和即为年污染负荷:

m

i

Qt,idt(1)

式中:Li为一年中第i场降雨的污染负荷,g;Ct,i为一年中第i场降雨地表径流中某污染物在t时的瞬时浓度,mg/L;Qt,i为一年中第i场降雨地表径流在

t时的径流量,m/s;Ti为第i场降雨的总历时,s。

3

Ly=

i=1

L∑

=

i=1

∑(EMC)

i

Vi(7)

式中:Vi为第i场降雨的地表径流量,m3;(EMC)i为第i场降雨的EMC浓度,mg/L。

由式(7)可知,只要知道一年中各场降雨所引起的地表径流污染物的平均浓度和各场降雨的径流体积,即可求得年污染负荷。一年中第i场降雨所引起的地表径流量和降雨量的关系可用下式表示:ψ　　Vi=0.001iAi

由于地表径流测试过程一般很难做到连续监测,所以式(1)也可近似表示为:

n

　　　Li=

j=1

∑C

j,i

Vj,i(2)

式中:Cj,i为第i场降雨第j时间段所测的污染物浓度,mg/L;Vj,i为第i场降雨第j时间段中的径流体积,m3;n为第i场降雨时间分段数。

一年中的多场降雨的污染负荷之和即为年污染负荷:

m

∫rdt=0.001ψA

t

i

Ti

i

Pi

式中:ψi为第i场降雨的地表径流系数;Ai为第i场降雨的集雨面积,m2;ri为第i场降雨t时刻的降雨强度,mm/s;Pi为第i场降雨的降雨量,mm;0.001为单位换算因子。则,一年中第i场降雨所引起的地表径流污染负荷可用下式计算:

Li=(EMC)iVi=0.001(EMC)ψiiAiPi

年污染负荷便可按下式计算:

m

　　　　Ly=

i=1

∑

Li(3)

(8)

式中:Ly为年污 …… 此处隐藏：17983字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……