上海城市降雨径流污染时空分布与初始冲刷效应_常静

第25卷 第6期2006年11月

地 理 研 究

GEOGRAPH ICAL RESEARCH

V o l 125,N o 16N ov 1,2006

收稿日期:2006-02-20;修订日期:2006-05-22

基金项目:国家自然科学基金资助项目(40131020,49801018);教育部高等学校骨干教师资助计划项目;中国

博士后基金资助项目(2005037135)

作者简介:常静(1980-),女,山西晋城人,博士研究生。主要从事城市多界面环境过程研究。

E -mail:cjin g1221@1631com

*通讯作者:刘敏(1964-),男,内蒙古自治区土左旗人,教授,博士,博士生导师。从事城市环境过程,环境地球化学与污染生态研究。E -m ail:m liu@geo 1ecnu 1edu 1cn

上海城市降雨径流污染时空分布与初始冲刷效应

常 静1

,刘 敏1*

,许世远1

,侯立军2

,王和意1

,Ballo Siaka

1

(11华东师范大学资源与环境科学学院教育部地理信息科学重点实验室,上海200062;

21华东师范大学河口海岸科学研究院,上海200062)

摘要:选取上海市中心城区典型功能区监测降雨事件,研究降雨径流污染时空变化及初始冲刷效应。研究表明,上海中心城区路面径流主要污染物为T SS 和CO D Cr ,超出国家地表水Ⅴ类标准四倍多;总磷超出Ⅴ类水质标准两倍以上,氮素营养盐也有不同程度的污染。污染物含量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。降雨强度是影响初始冲刷效应的主要因素,强度较大的降雨冲刷效应较为明显;不同功能区之间,商业区初始冲刷效应较强,其次为居民区和工业区,交通区冲刷强度较弱;T SS 和COD C r 在商业区和工业区冲刷强度要大于氮磷污染物质;而在交通区和居民区分异特征不明显。

关键词:降雨径流污染;时空分布;初始冲刷效应;上海中心城区文章编号:1000-0585(2006)06-0994-09

1 引言

城市化的高速发展使不透水地面面积迅速增加,形成了不同于自然地表的/城市第二自然格局0,对地表水文过程产生了深刻的影响[1]

。在雨季特别是暴雨时期,降雨在不透

水地面上迅速转化为径流,冲刷和挟带大量污染物质进入地表水体,形成典型的非点源污染,成为影响城市受纳水体水质下降及河口污染的重要因素[2]

。美国EPA 已在1993年将城市地表径流列为导致全美河流和湖泊污染的第三大污染源[3]。在我国随着生活点源和工业点源的有效控制,非点源污染也已成为水体污染的主要因素之一,受到越来越多的关注和研究[4]。

国外从20世纪70年代起就对城市降雨径流污染及其控制展开了大量研究,在污染物时空分布、初始冲刷效应(First Flush Effect)与径流模型开发等方面都取得了值得借鉴的成果[5~11]。我国在流域尺度上的非点源污染的研究与模型应用方面也成果颇丰[12],但对从城市区域尺度出发,以/不透水下垫面0为特征的城市径流非点源污染研究起步较晚,近年来才在北京、上海、西安等地相继开展起来,且内容多集中在径流污染物排放特征、污染指标相关性和负荷模型计算等方面[13~25],缺乏对污染物初始冲刷效应的定量研

6期常 静等:上海城市降雨径流污染时空分布与初始冲刷效应995

究,涉及其机理分析的就更少。鉴于此,本文以上海中心城区为研究区域,引用国外研究中通用的降雨场次污染物浓度(EM C)及初始冲刷概念,定量研究降雨径流污染的时空分异特征及其初始冲刷效应,以促进我国城市降雨径流污染的研究,为非点源污染的控制与管理提供科学依据。

2 材料与方法

211 研究区域概况

上海地势平坦,是典型的平原河网城市,属北亚热带季风气候,平均年降雨量为112216mm ,70%的雨量集中在4到9月的汛期,平均每年发生暴雨311次,常造成水涝

或市区积水[26]

。上海城市化进程迅速,中心城区由包括普陀、卢湾、徐汇等在内的9个区组成,2002年不透水面积比例已达到75%以上[13]

。目前,在苏州河整治工程已进入第三期,点源污染已初步控制的背景下,汛期尤其是暴雨径流对地表水体环境所造成的危害更凸现其严重性。

212 采样点的选择

图1 上海中心城区降雨径流采样点位置

Fig 11 Skatch map of sampling sites in central Shang hai City 作为一种典型的非点源污染,径流污染物主要来自大气降尘、交通行为、道路磨损、建筑活动等污染源。土地利用类型是影响地表径流污染的重要因素,如交通区路面沉积物与车辆交通行为、交通流量等因素有关,工业区路面沉积物与工业活动类型有密切关系。本文以上海中心城区为例,在分析其土地利用及功能区划的基础上,选择有代表性的典型功能区作为研究区域,根据道路雨水口设置

特征,在每个功能区内分别遴选汇水面积在700~720m 2

之间的雨水口汇水区路面作为径流采样点,采样点位置与环境特征如图1和表1所示。

表1 降雨径流采样点位置及环境特征

Tab 11 Sampling sites in different function areas of central Shanghai C ity

功能区采样地点

环境特征

交通区中山北路与长宁路交界城市内环线,交通流量(67774车次/12hr)商业区淮海中路与陕西南路交界

传统繁华商业中心,客流量日均80万人次工业区桃浦工业区20世纪50年代建设的市级老工业区,以化学工业为主

居民区

华东师大一村

20世纪70年代以来中等密度居民小区

213 样品采集与分析

降雨径流采样点设于道路雨水口,降雨产流开始即用2L 聚乙烯瓶采集径流水样,时

间间隔为5m in,同时用自雨量计记录降雨强度。样品在规定的24h 保存时间内,按照国