不同地表雨水径流冲刷特性分析_冯伟

第6卷第3期环境工程学报Vol ．6，No ．32012年3月Chinese Journal of Environmental EngineeringMar ．2012不同地表雨水径流冲刷特性分析冯伟1，2王建龙1*车伍1(1．城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室(北京建筑工程学院)，北京100044;2．建研科技股份有限公司，北京100013)摘要选择北京市某城区典型地表(校园、自行车道、商业街和高架桥)的雨水径流作为研究对象，系统分析了不同地表雨水径流的冲刷特性。

分析结果表明:不同地表初期冲刷现象都比较明显，控制不同地表20%的初期雨水可以削减污染物总量的40% 60%，高架桥初期雨水径流中COD 、SS 和TP 浓度最高，校园初期雨水径流中TN 浓度最高。

不同地表雨水径流的水质优劣顺序为:校园＞商业街＞自行车道＞高架桥。

校园和自行车道在整个降雨过程中D 50和D 90粒径大小相近，分别为30μm 和50μm 左右，且变化幅度都较小。

高架桥和商业街在雨水径流初期D 50和D 90粒径有明显减小，但后期均出现较大幅度的波动，其粒径明显大于校园和自行车道。

上述研究成果对于城市不同地表雨水径流污染控制和场地开发具有重要意义。

关键词不同地表浓度初期冲刷质量初期冲刷雨水径流中图分类号X522文献标识码A文章编号1673-9108(2012)03-0817-06Analysis on characteristics of stormwater runoff flushon different land surfacesFeng Wei 1，2Wang Jianlong 1Che Wu 1(1．Key Laboratory of Urban Stormwater System and Water Environment (Beijing University of Civil Engineering and Architecture )，Ministry of Education ，Beijing 100044，China ;2．CABR Technology Co．，Ltd．，Beijing 100013，China )Abstract Selected stormwater runoff from typical land surfaces (at campus ，cycle way ，business street and viaduct )in Beijing as the research objects ，characteristics of stromwater runoff in different land surfaces were analyzed．The results showed that the first flush phenomenon of different land surfaces were very obvious．Controlling 20%of the initial stormwater ，it is possible to remove 40% 60%of the pollutant total quantity．COD ，SS and TP concentrations in the viaduct initial stromwater runoff were the highest ，and the highest concen-tration of TN was from the campus initial stromwater runoff．For different land surfaces ，the superior sequence of stromwater runoff water quality was followed :campus ，business street ，cycle way ，viaduct．The particle size of D 50and D 90were almost equal during the entire rainfall process of the campus and cycle way ，which were about 30μm and 50μm ，separately ，and the variation range was small．For the business street and viaduct ，the parti-cle size of D 50and D 90decreased obviously in initial rainfall ，but they had markedly fluctuation in the later peri-od ，and the partical size was significantly greater than that from the campus and cycle way．The research results will play an important role in the control of urban stormwater runoff pollution of different land surfaces and sites development．Key words different land surfaces ;concentration first flush ;mass first flush ;stormwater runoff基金项目:“十一五”国家科技支撑计划项目(2008BAJ08B13-04)收稿日期:2010－11－16;修订日期:2010－12－20作者简介:冯伟(1985 )，女，硕士研究生，主要从事城市水生态环境保护方面的研究。

E-mail :fengwei556@163．com *通讯联系人，wangjianlong@bucea．edu．cn雨水径流污染是在雨水径流的冲刷作用下，大气、地面和地下的污染物质进入水体而造成的水污染［1］。

雨水径流具有随机性、非连续性、突发性、难控性等特点［2］，对城市水环境造成很大威胁。

国外从20世纪70年代起就对城市雨水径流污染及其控制展开了大量研究，主要集中在污染物时空分布、初期冲刷效应(first flush effect )与径流模型开发等方面［3-9］。

国内自20世纪80年代开始对非点源污染开展研究，在雨水径流的污染规律和径流水质特性及主要影响因素方面取得了一定的成果，但城市环境工程学报第6卷雨水径流作为一种非点源污染仍没有引起人们足够的重视［10］。

随着城市化的快速发展，城市不透水路面面积所占的比例越来越高，一方面阻断了径流的自然下渗过程，另一方面城市地表因为交通、工业生产及其他活动影响沉积大量污染物，当产生雨水径流时，污染物会随之转移到水体和土壤中，对整个环境造成危害。

城市中不同地表因地面污染状况的不同，其雨水径流的污染程度有很大差异［11-17］。

了解不同地表径流污染特性，可有针对性对其采取控制措施，提高径流污染控制的效果。

国内外学者对城市雨水径流污染作了大量的检测和研究［18-22］，结果显示:雨水径流的污染物浓度随时间的变化呈递减趋势，污染物的浓度峰值常常出现在径流初期。

在降雨过程中，雨水径流所携带的污染物大部分集中在初期几毫米的雨水中，源头比较小的汇水面积上普遍存在初期冲刷现象。

本文对城市不同地表雨水径流的浓度初期冲刷、质量初期冲刷和颗粒物冲刷特性进行了实验分析，以期为城市雨水径流污染控制提供理论基础和技术支撑。

1实验方法1．1采样地点和方法本实验在北京市某城区挑选了校园、自行车道、商业街和高架桥4个不同路面(均为沥青路面)。

在其雨水口处收集径流雨水，并按照不同的时间间隔用聚乙烯瓶采样。

1．2采样时间及降雨状况实验对2010年6月—9月的4场降雨进行了测定分析，尽管降雨条件不同，但雨水径流的冲刷规律相似，本文选择2010年6月13日的一场典型降雨作为分析对象，该场降雨历时70min，本次降雨距上次降雨时间间隔为12d。

为充分观测降雨历时中污染物的浓度变化情况，产流后前30min内，根据降雨强度大小，每隔1 10min采集1个水样;产流30min以后，每隔10 15min采集1个水样。

本次降雨雨量主要集中在前30min，各下垫面采样时间也主要集中在产流后30min以内。

1．3检测指标和检测方法对校园、自行车道、高架桥和商业街采集的雨水径流水样的COD、SS、TN、TP和颗粒物粒度分布进行检测，检测方法分别采用COD快速消解仪法、SS 重量法、TN碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法、TP 钼酸铵分光光度法、BT2000激光粒度分析仪。

2实验结果与分析2．1浓度初期冲刷浓度初期冲刷(concentration first flush)是指初期雨水径流中污染物浓度明显高于后期径流，它是基于浓度过程曲线的初期冲刷现象［23］。

针对源头小汇水面浓度初期冲刷现象，可采用各类源头控制措施达到高效率的控制初期雨水，有效控制径流污染的目的。

不同地表各污染物浓度冲刷变化曲线如图1所示。

通过对图1分析可知高架桥初期雨水径流中COD、SS和TP浓度均明显高于其他地表。

通过污染源分析表明因轮胎磨损、汽车尾气、道路老化等会产生大量的污染物质，所以高架桥初期雨水径流污染较为严重，其初期雨水径流中SS高达2870mg/L，为校园初期雨水径流中SS值的5倍多，据报道北京市SS平均值仅为734mg/L［13］，SS 浓度主要与路面的坡度、车流量状况及清扫频率等因素有关。

自行车道初期雨水径流中污染物的浓度值与商业街污染水平相当，主要是由于自行车道与机动车道间没有绿化带，受机动车道车流量影响较大，所以自行车道径流污染也较严重。

表1为实验测定结果与苏州市典型地表的水质监测结果比较［24］，苏州研究结果表明商业区的污染状况较工业区和居民区严重，本实验商业街雨水径流中各污染物浓度随时间的变化幅度很大，在雨水径流后期中COD仅为11mg/L，该值远低于《污水综合排放标准》(GB8978－2002)中的一级A标准(50mg/L)。

校园绿化率较高，且日常清扫及时卫生状况良好，路面污染物较少，故径流污染程度较轻，但校园初期雨水径流中TN达到26．04mg/L，约为高架桥初期雨水径流中TN的2倍，初步分析校园雨水径流中的氮元素主要是来源于绿化带施肥。

虽然不同地表雨水径流水质差异很大，但浓度初期冲刷现象都很明显，随着降雨历时的延长，各污染物浓度呈递减趋势。