吳慧芳，陳衛
（南京工業大學城市建設與安全環境學院，江蘇南京　210009）

　　摘　要：闡述了城市降雨徑流污染的來源、種類、特征、危害及徑流量和徑流污染負荷的計算方法，并對城市居住小區的徑流水質進行了測定和分析，為城市降雨徑流資源的利用奠定了基礎。
　　關鍵詞：降雨；城市徑流；污染負荷；水質
　　中圖分類號：TU991.11
　　文獻標識碼：B
　　文章編號：1000-4602(2002)12-0025-03

1　城市降雨徑流污染特征

　　一般來說，城市徑流中的污染物來自三個方面：降水、地表和下水道系統。降水中的污染物主要由兩類組成，一類是降水污染物背景值，另一類是降水淋洗大氣污染物；地表污染物是徑流污染物的主要部分；下水道系統對城市徑流水質的影響主要是排水系統中的沉積物及漫 溢的污水。
　　城市徑流一般可以分為街道徑流、庭院徑流和屋面徑流三種。法國M.C.Gromaire?Mertz等人^［1、2］對法國巴黎的城市徑流污染特征進行了研究(見表1)。 表1　屋面徑流、庭院徑流和街 道徑流的污染物濃度 測試項目 屋面徑流 庭院徑流 街道徑流 最小值 最大值 中值 最小值 最大值 中值 最小值 最大值 中值 SS(mg/L) 3 304 29 22 490 74 49 498 92.5 COD(mg/L) 5 318 31 34 580 95 48 964 131 BOD₅(mg/L) 1 27 4 9 143 17 15 141 36 碳氫化合物(μg/L) 37 823 108 125 216 161 115 4032 508 Cd(μg/L) 0.1 32 1.3 0.2 1.3 0.8 0.3 1.8 0.6 Cu(μg/L) 3 247 37 13 50 23 27 191 61 Pb(μg/L) 16 2764 493 49 225 107 71 523 133 Zn(μg/L) 802 38061 3422 57 1359 563 246 3839 550

　　表1表明，街道徑流污染物濃度最高，占總徑流污染物負荷的40%～70%(重金屬、碳氫化合物除外)；屋面徑流污染物濃度最低，占總徑流污染物負荷的10%～40%(重金屬、碳氫化合物除外)；
　　屋面徑流中ＳＳ和COD濃度較低，街道徑流和庭院徑流中SS和COD濃度較高，各種徑流中BOD₅濃度都較低；街道徑流中碳氫化合物濃度較高，這與街道的交通量和交通工具排放的尾氣有直接關系。屋面徑流中Pb、Zn等金屬濃度較高(占總徑流污染物負荷的80%以上)，這與屋面材料、屋面雨水集流系統材料采用Pb、Zn、Cu等金屬材料有關。
　　在街道和庭院徑流中固體污染物居多，而在屋面徑流中溶解污染物多，而且大量的重金屬呈溶解態。通過沉淀或過濾可以去除固體顆粒物和大部分鉛，但是去除鋅、銅和鎘效果不明顯。
　　Allen P.Davisd^［3］等人的研究表明，城市徑流中的Pb主要來源于含鉛涂料油漆，負荷率約為0.069kg/(hm²·a)；Cu主要來源于汽車制動瓦片和建筑防腐材料，負荷率約為0.038kg/(hm²·a)；Zn主要來源于屋面材料和輪胎磨損，負荷率約為0.646kg/(hm²·a)；Cd主要來源于大氣沉降和建筑物外墻材料，負荷率約為0.0012kg/(hm²·a)。
　　德國Jürgen Frster^［4］研究了空間和季節對屋面徑流中大離子和有機痕量污染物濃度的影響，指出屋面徑流中的大離子污染物(如銨、鉻和鈣等)的含量主要取決于屋面材料和該地的污染源；一般來說，徑流中的有機污染物(AOX、PAH等)濃度冬季大于夏季，主要是由于冬季為了取暖而增加了化石燃料(特別是煤)的消耗量。化石燃料的不完全燃燒是產生有機污染物(特別是PAH)的主要原因^［5］，而徑流中鹵代烴類有機污染物(AOX)濃度的變化不能歸因于單個污染物。
　　Jürgen Frster^［6］認為影響屋面徑流污染和污染物濃度變化的主要因素為：本地的污染源(如冬季取暖焚燒生物質燃料等)、屋面材料(鋅材等)、空氣污染(干沉降)、降雨情況(降雨強度、降雨時間間隔)、氣象學因素(季節、風速、風向)和污染物的物理化學特性等。

2　城市徑流的污染負荷

　　 ①?EMC(Event Mean Concentration)
　　由于在一場降雨過程中，各種污染物濃度隨時間的變化而發生變化，在估計污染負荷時，美國一般采用單場降雨污染物平均濃度(EMC)來表示徑流污染物濃度^［4］。EMC是單場降雨中單位質量徑流中所含污染物組分的平均濃度，其值等于單場降雨徑流中的總污染物質量除以總徑流量，即：

　　　　　?EMC=∑QiCi/∑Qi　　　(1)

　　式中?Qi——i時段內的徑流流量，m³/h?
　　　　?Ci——i時段內的徑流量中所含的某種污染物濃度，mg/L

　　　　　　L=Au·dr·EMC　　　　　　(2)?

　　式中?L——某種污染物負荷，mg
　　　　?Au——徑流面積，hm²
　　　　?dr——徑流深度，mm
　　②城市徑流污染負荷與徑流量的關系?
　　在降雨和徑流過程中污染物質量負荷具有非點源的特點，城市徑流污染負荷與徑流量的關系可用下式表示：?

?　　　　　　　L/A=α(Q/A)^β　　　　(3)?

　　式中?L——污染物質量負荷率，kg/h?
　　　　?A——徑流面積，hm²
　　　　?Q——徑流量，m³/h
　　　　?α、β——回歸系數，α表示基本的污染負荷，β表示相對于該場降雨的徑流情況
　　對于不同的地區、工業結構、人口密度和生活水平等因素，可以通過測定L、A與Q的值，作lg(L/A)—lg(Q/A)圖，求出斜率β和截距lgα，從而得到回歸系數α與β。對于BOD₅、SS、NO₃^--N、Pb和Fe，β一般為1.0～2.0；對于TKN和PO₄^3--P，β一般小于1.0。這是估計徑流污染物負荷最簡單有效的一種方法。韓國Jun Ho Lee^［5］對Taejon和Chongjun兩個城市的9個地區的α、β值進行了測定，其結果見表2。

表2　韓國城市Tae jon和Chong jun的各種污染物回歸系數 測定項目 工業區 居民區 α β γ N α β γ N BOD₅ 0.060 1.07 0.94 319 0.059 1.11 0.93 128 COD 0.175 0.92 0.88 319 0.130 1.12 0.91 128 SS 0.061 1.06 0.86 319 0.039 1.55 0.91 128 TKN 0.007 0.74 0.81 319 0.0011 0.94 0.83 128 NO₃-N 0.0005 1.12 0.79 319 0.002 1.37 0.85 128 PO₄^3--P 0.0015 0.89 0.75 319 0.005 0.88 0.86 128 TP 0.0024 0.99 0.82 319 0.007 1.03 0.96 128 正己烷提取物 0.0037 0.81 0.74 319 0.043 1.396 0.88 98 Pb 0.0002 0.89 0.83 319 0.003 1.06 0.93 34 Fe 　 　 　 319 0.0014 1.37 0.92 34 注：α、β為回歸系數，γ為相關系數，N為樣本數。

　　③污染物單位負荷率
　　污染物單位負荷率可以用下式計算：?

　　L=K×C_i×ΔQ_i×Δt_i×R/(∑Δt_i×A_i×I_i］　 (4)

　　式中?L——單位污染物負荷率，kg/(hm²·a)
　　　　?K ——換算常數，10^-3
　　　　?C_i——∑Δti時段內污染物平均濃度，mg/L?
　　　　　ΔQ_i——Δti時段內徑流量，m³/h
　　　　　∑Δt_i——降雨歷時，h
　　　　?R——年總降雨量，mm/a
　　　　?A_i——徑流面積，hm²
　　　　?I_i——降雨強度，mm/h
　　一般來說，各區域按污染單位負荷率由大到小依次排序為：高人口密度居住區、低人口密度居住區、工業區、不發達地區。?

3　居住小區徑流的水質特征

　　由于我國新建的城市居住小區內的地面以混凝土和綠地為主，屋面以混凝土與瓦屋面為主，且小區機動車輛較少，因而徑流水質情況相對較好，收集后經過適當處理就可利用。對城市居住小區徑流的采樣時間是夏初，時值梅雨季節。采樣點選擇在地處城市中心區域的某高校校區，采樣點分布情況及測定結果見表3。

表3　采樣點分布情況及徑流水質 采樣地點 徑流面特征 清掃情況 pH 濁度(NTU) 溶解性固體(mg/L) 懸浮固體(mg/L) NH₄⁺-N(mg/L) COD(mg/L) 教學樓屋面 水泥平頂 無人清掃 6.72 26.2 1 280 435 0.3 66. 87 實驗樓屋面 水泥平頂 有人清掃 6.68 7.5 956 210 0.1 46 .79 體育館屋面 泥瓦斜坡 無人清掃 6.62 18.7 1 078 380 0.3 36.75 主教學樓前地面 水泥地面 有人清掃 6.60 17.4 1120 180 0.2 31.73 平均值 　 　 6.66 17.4 1109 301 0.23 45.54

　　從表3可知，實驗樓屋面水質比其他采樣點好，而教學樓屋面徑流水質明顯比其他地方要差，這是因為實驗樓距離交通主干道最遠，周圍的大氣環境較好且有人定期清掃，而教學樓屋面無人清掃且地處交通主干道邊。?

4　結論

　　①城市徑流中的污染物主要來自降水、地表和下水道系統，其中地表污染物是徑流污染物的主要組成部分。
　　②城市徑流一般可以分為街道徑流、庭院徑流和屋面徑流，其中街道徑流污染物濃度最高，屋面徑流污染物濃度最低。由于建筑物屋面及屋面集水材料采用Pb、Zn、Cu等材料而 使屋面徑流中的金屬元素濃度較高。
　　③城市徑流污染負荷表示方法有三種：EMC(單場降雨污染物平均濃度)；城市徑流污染負荷與徑流量的關系式［L/A=α(Q/A)β］；污染物單位負荷率。
　　④在清掃情況、徑流面材料等條件相同時，城市住宅小區徑流污染程度主要與周圍大氣環境有關，小區內的雨水徑流經過適當處理就可以成為中水或雜用水。

參考文獻：

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　　［2］Gromaire?Mertz MC.Contribution of different sources to the pollutant of wet weather flows in combined sewers［J］.Wat Res，2001,35(2):521-533.
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　　［4］Jürgen Frster.The influence of location and season on the conce ntrations of macroions and organic trace pollutants in roof runoff［J］.Wat Sci Tech,1998,38(10):83-90.
　　［5］Jun Ho Lee.Characterization of urban stormwater runoff［J］.Wat Res,2000,34(6):1773-1780.
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　　［8］James TSmullen.Updating the U.S.nationwide urban runoff quality data base［J］.Wat Sci Tech,1999,39(12):9-16.

　　電　　話：(025)3307632?
　　收稿日期：2002-04-17