苏州古城区降雨径流水文水质特征研究

摘要

随着城市化进程的不断加快，城市不透水地表面积的比例不断扩大，降雨径流逐渐成为城市水环境恶化的主要原因。同时，与传统城市相比，古城区城市用地类型以及污染来源更为复杂，水环境也格外脆弱，加之土地利用紧张，对于城市非点源污染的控制和管理方面具有相当的特殊性和迫切性，不能完全照搬其类型城市的经验，在设计时缺乏理论依据。
　　本文基于苏州市古城区内商业区、现代住宅区、老旧住宅区、交通区、园林旅游区等5种具有代表性的功能区降雨径流中水质监测、降雨径流参数以及颗粒物粒径分析，研究了5种城市功能区具有代表性的路面和屋面降雨径流中污染物的EMC分异、赋存形态以及动态变化特征，重点分析径流中的颗粒物的粒径分布、迁移过程以及影响因素，探讨了污染物的初期冲刷效应，并估算了苏州古城区地表径流年污染负荷。在分析时结合古城区地域特色，总结了苏州古城区非点源污染物特性，为苏州古城区城市地表径流污染负荷的控制和削减提供基础资料和理论依据。论文的主要结论如下所示:
　　(1)降雨径流过程线受城市不同功能区下垫面类型以及降雨过程线影响较大，路面径流过程普遍要滞后于降雨过程线，而屋面径流对于降雨过程的响应较为灵敏;由于受地表碱性物质的影响，古城区降雨径流中pH的变化过程普遍呈倒“U”型;苏州古城区降雨径流中污染状况十分严重，多数降雨事件中不同下垫面类型的降雨径流中TCOD、TN、NH4+-N、TP和SS均不同程度的超出地表水环境质量标准和污水综合排放标准，并且在不同降雨情景下，不同城市功能区路面和屋面径流中污染物的变化过程表现出较大的差异。
　　(2)颗粒态污染物是古城区降雨径流中重要输出形态，在降雨初期，径流中颗粒态N占比在整个降雨过程中处于最高水平，并随着降雨历时的延长不断降低。而对于P而言，整个降雨过程中均以颗粒态为主，其占比随降雨历时下降幅度较小。
　　(3)城市不同功能区降雨径流中颗粒物的粒径分布、迁移过程和输出特征存在较大差异，在针对径流污染控制措施的设计阶段需要区别对待;前期晴天数、降雨强度、径流量与粒径分布有显著的相关关系，是影响颗粒物分布的重要因素;颗粒物输出在降雨初期受径流冲刷影响较大，径流量与颗粒物迁移能力的相关性在降雨事件初期30％和后期70％径流体积中出现了明显差异;小于150μm的颗粒物是吸附、富集污染物的主要载体。
　　(4)苏州市古城区降雨径流中污染物的初期冲刷现象较为普遍，大部分降雨事件中，径流中的SS、COD、TN、NH4+-N和TP均不同程度的出现了初期冲刷现象。但按照初期冲刷系数b值来看，出现的初期冲刷效应主要为弱冲刷和中等冲刷，并未出现强冲刷的场次降雨，由此表明苏州古城区降雨径流的初期冲刷强度相对来讲不是很高;屋面径流的初期冲刷效应受屋面类型的影响较大，坡屋面的初期冲刷效应要高于平屋面，且屋面坡度越大，初期冲刷强度约为明显;降雨特征参数对于初期冲刷效应的影响较小，大部分降雨特征参数与各项污染物的初期冲刷系数的相关性不够显著，只有SS和TP的初期冲刷系数与部分降雨特征之间的相关性达到显著水平(p＜0.05）。
　　(5)苏州古城区降雨径流中SS、COD、TN、NH4+-N和TP的年污染物负荷分别为1775.85、1782.32、32.08、17.15和8.02t。屋面径流的年污染负荷贡献率要小于路面，但其COD、TN和NH4+-N的年污染负荷贡献率仍具有较高的水平，是影响城市水环境的重要因素。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 城市非点源污染概述

1．3 国内外研究进展

1．3．1 城市降雨径流水质特征

1．3．2 城市降雨径流颗粒物污染特征

1．3．3 城市降雨径流初期冲刷效应

1．3．4 城市降雨径流水质影响因素

1．3．5 城市降雨径流污染物控制管理措施

1．3．6 降雨径流污染物负荷估算模型

1．4 研究的总体思路和框架

1．4．1 研究目标

1．4．2 研究内容

1．4．3 技术路线

1．5 本研究特色

第2章 研究区环境特征与实验方案

2．1 古城区环境特征

2．1．1 地理环境

2．1．2 气候特征

2．1．3 降雨特征

2．1．4 区域特色

2．2 采样方案

2．2．1 监测点选择

2．2．2 样品采集方法与装置

2．2．3 降雨量监测

2．3 水质监测项目与分析方法

2．3．1 监测项目

2．3．2 样品保存与管理

2．3．3 分析方法

2．3．4 主要分析仪器

2．4 数据分析与处理

2．4．1 次降雨径流平均浓度

2．4．2 初期冲刷效应的判定

2．4．3 数据处理

2．5 所完成的主要工作量

第3章 苏州市古城区降雨径流污染物输出特征研究

3．1 降雨径流水文特征

3．2 降雨径流pH动态变化特征

3．3 降雨径流污染物空间分异

3．4 污染物浓度随径流过程变化特征分析

3．4．1 路面降雨径流污染物过程变化特征

3．4．2 屋面降雨径流污染物过程变化特征

3．5 降雨径流污染物赋存形态特征

3．5．1 降雨径流中主要污染物赋存形态分布

3．5．2 氮磷形态动态变化特征

3．6 降雨径流污染物相关性分析

3．7 本章小结

第4章 苏州市古城区降雨径流颗粒物粒径特征研究

4．1 路面径流中颗粒物粒径分布及其过程变化特征

4．1．1 颗粒物粒径分布特征

4．1．2 颗粒物粒径过程变化特征

4．2 屋面降雨径流中颗粒物粒径分布及其过程变化特征

4．2．1 颗粒物粒径分布特征

4．2．2 颗粒物粒径过程变化特征

4．3 降雨水文参数对颗粒物粒径分布的影响分析

4．3．1 前期晴天数对颗粒物粒径分布的影响分析

4．3．2 降雨强度对颗粒物粒径分布的影响分析

4．3．3 降雨径流量对颗粒物粒径分布的影响分析

4．4 不同粒径段颗粒物与主要污染物相关分析

4．5 本章小结

第5章 苏州市古城区降雨径流污染物初期冲刷效应研究

5．1 降雨径流中颗粒物初期冲刷效应

5．2 降雨径流中有机物初期冲刷效应

5．3 降雨径流中营养元素初期冲刷效应

5．4 初期冲刷效应影响因素分析

5．5 本章小结

第6章 苏州市古城区降雨径流年污染负荷估算

6．1 地表径流污染物负荷计算方法

6．2 古城区降雨径流年污染负荷估算

6．3 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 论文主要结论

7．2 不足和展望

参考文献

致谢

作者简历

攻读硕士期间发表的论文