上海临港新城主城区地表径流污染特性研究

摘要

城市化的迅速发展,使得城市不透水区域所占的面积越来越大,导致雨天特别是暴雨天气时产生大量的径流通过下水道直接排放到城市河流、湖泊和滨岸水体,径流携带来自城市路面和屋面的沉积物、重金属、N、P营养物、毒性有机物等污染物成为城市受纳水体水质下降的主要污染源。因此城市径流污染是典型的城市非点源污染。本文以上海市临港新城主城区为研究对象,对不同功能区路面径流和屋面径流污染过程及管理措施进行研究。重点研究了径流中污染物的时空变化规律、初期冲刷效应并估算了径流中污染物的年负荷量。此外,在对径流监测的同时,对各功能区沉积物进行了采样研究。以期以BMPs为基础,提出上海临港新城主城区的径流管理控制措施。
　　1、通过对屋面径流和路面径流的实验室分析发现,临港新城主城区不同功能区路面径流和屋面径流中污染物的分布具有明显的时间规律。监测结果表明,在整场降雨过程中,径流中污染物的瞬时浓度存在很大的变动性。在强降雨事件中,路面径流和屋面径流污染物浓度随时间的增加呈现非常明显的指数衰减规律。而在弱降雨径流中,路面径流出流规律和屋面径流出流规律存在差异。路面径流污染物浓度会呈现轻微的衰减趋势,屋面径流污染物浓度随时间的增加呈现轻微的上升趋势。
　　2、在对径流水质监测的基础上,分析了路面径流和屋面径流不同污染物的空间分布特征。分析结果表明:交通区、商居混合区路面径流中TN、CODMn污染严重,文教区径流污染较轻。交通区和商居混合区TN分别超过地表水V类标准2.7倍和3.1倍;交通区CODMn处于V类,商居混合区处于劣V类。屋面径流中,绿化屋面的TN、CODMn、NH3-N和TP的中值分别为:2.14、23.7、1.2和0.41mg/L;瓦屋面的中值分别为:2.23、4.43、0.64和0.13mg/L。不同屋面材料对径流水质影响很大,文教区瓦屋面径流水质明显优于商居混合区绿化屋面。在监测的指标中,绿化屋面的CODMn和TP污染远高于瓦屋面,前者分别为后者的5.3倍和3.2倍。
　　3、通过采用无量纲累积曲线法和b参数法对路面径流和屋面径流中污染物进行初期效应分析。分析结果表明:交通区监测的路面降雨事件中,径流污染物TN、TP和CODMn的M(V)曲线均位于角平分线的上方,不同的降雨事件均存在初期效应。而在商居混合区和文教区监测的路面降雨事件,TN、TP和CODMn的M(V)曲线分居于角平分线两侧,不同条件的降雨事件其初期效应不同。商居混合区和文教区屋面径流,TN、TP和CODMn的M(V)曲线分居于角平分线两侧,不同条件的降雨事件其初期效应不同。在多数情况下,强降雨事件初期效应较弱降雨事件明显。路面径流M(V)曲线在1～3区所占比例较多,大部分降雨事件具有中度、弱度初期效应;而屋面径流M(V)曲线主要分布在4～6区,大部分降雨事件不具有初期效应。
　　4、通过计算径流中污染物的事件平均浓度,结合城市径流污染负荷估算模型,对上海临港新城污染物年污染负荷进行估算。不同功能区单位面积年污染负荷不同,交通区和商居混合区路面径流污染负荷相当,文教区路面径流负荷最低,TN、TP和CODMn污染负荷分别为11.16、1.03和33.33kg/hm2/a。商居混合区绿化屋面污染负荷远高于文教区混凝土屋面,在所有初期径流中污染负荷出流量最大,TN、TP和CODMn污染负荷分别为31.49、5.61和172.87kg/hm2/a。
　　最后论文以BMPs的管理措施为基础,结合上海临港新城的特征和监测结果,提出了临港新城主城区径流污染的管理措施。这些措施包括工程措施和非工程措施,以期为临港新城主城区非点源污染的控制作出贡献。

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目录

第一章 概述

1.1地表径流污染的概念

1.2径流污染的特征、来源和影响因素

1.3城市地表沉积物的概念、来源与特性

1.4国内外城市地表径流研究概述

第二章 研究区域环境特征与研究方法

2.1研究区域概况

2.2课题研究内容与方法

第三章 地表径流污染特性及其与降雨特征之间关系

3.1降雨特征

3.2地表径流污染物冲刷出流规律分析

3.3地表径流污染物的空间变化特征

3.4径流污染物指标的相关性分析

本章小结

第四章 降雨径流初期效应分析

4.1初期效应的判断标准

4.2径流污染物初期效应分析

本章小结

第五章 地表径流污染负荷估算

5.1城市地表径流污染负荷计算方法

5.2浓度法计算城市地表径流污染负荷

本章小结

第六章 地表径流及沉积物重金属研究

6.1地表沉积物负荷计算方法

6.2不同功能区地表沉积物监测及单位面积重金属污染负荷计算

6.3不同功能区地表径流监测及重金属年污染负荷估算

本章小结

第七章 城市地表径流污染的管理控制措施

7.1径流最佳管理措施简介

7.2控制措施选择

7.3临港城区径流污染控制方案

参考文献

攻读硕士学位期间科研工作情况

致谢