發(fā)布時(shí)間：2020-05-15 03:26

【摘要】：隨著城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，由于暴雨徑流沖刷引起的城市面源污染已成為受納水體水質(zhì)安全的重要威脅。城市面源污染的產(chǎn)生隨機(jī)性強(qiáng)，影響因素眾多，不同地區(qū)的研究結(jié)果鮮有一致。山地城市地形起伏多變，其面源污染的發(fā)生規(guī)律更為復(fù)雜，認(rèn)識(shí)山地城市不同用地類型暴雨徑流污染的時(shí)空分布特性、初期沖刷效應(yīng)、污染物賦存形態(tài)分布特性，建立山地城市暴雨徑流污染模型，對(duì)于山地城市暴雨徑流管理具有重要意義。論文以山城重慶為例，以山地城市典型下墊面為研究對(duì)象，觀測了不同用地屬性的場次降雨徑流特性，耦合分析了場次降雨徑流監(jiān)測結(jié)果，得出主要結(jié)論如下： ①山地城市暴雨徑流污染物濃度時(shí)間分布特征研究表明，場次降雨中單一用地下墊面和城市綜合流域的暴雨徑流污染物濃度變化規(guī)律不同，單一下墊面大部分污染物濃度單調(diào)遞減，且濃度主要降低時(shí)間段發(fā)生在產(chǎn)流后10-20min，而綜合性流域場次降雨徑流中污染物最高濃度出現(xiàn)在暴雨徑流中前期。大尺度流域污染物濃度峰值時(shí)間滯后于徑流峰值時(shí)間，小尺度流域則相反（Cd除外）；大尺度流域的峰值流量和峰值雨強(qiáng)、降雨持續(xù)時(shí)間顯著相關(guān)，而小尺度流域的峰值流量與降雨量、降雨持續(xù)時(shí)間顯著相關(guān)。 ②山地城市暴雨徑流模擬研究表明，山地城市暴雨徑流模型的參數(shù)取值與平原城市有較大區(qū)別。對(duì)于綜合性流域，SWMM模型水力模塊中透水凹蓄、不透水凹蓄、透水地面曼寧系數(shù)的取值山地城市均小于平原城市，而水質(zhì)模塊中污染物沖刷系數(shù)和沖刷指數(shù)的取值均大于平原城市。對(duì)于單一下墊面來說，山地城市暴雨徑流污染物濃度時(shí)間分布符合指數(shù)沖刷模型，交通干道、屋面、居民區(qū)道路常規(guī)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.75-0.88、0.81-0.91、0.73-0.94，且沖刷指數(shù)絕對(duì)值大于平原城市，表明山地城市暴雨徑流具有較快的污染物濃度降低速率。 ③山地城市不同下墊面暴雨徑流污染物EMCs（Event Mean Concentrations）分析表明，城市交通干道TSS和COD的EMCs（597和408mg/L）顯著高于生活區(qū)道路、商業(yè)區(qū)、混凝土屋面、瓦屋面和校園綜合匯水區(qū)；生活區(qū)道路、商業(yè)區(qū)和城市交通干道TN的EMCs（7.1-8.6mg/L）相互接近，且高于混凝土屋面、瓦屋面和校園綜合匯水區(qū)三種用地類型，TN以溶解性氮為主要賦存形態(tài)（占TN的73-82%），而溶解性氮中又以無機(jī)氮為主（占TN的63-82%）。對(duì)于TP、NH_3-N來說，校園匯水區(qū)、瓦屋面的EMCs較低，滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002）Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，而城市交通干道和商業(yè)區(qū)TP、NH_3-N的EMCs則分別是該標(biāo)準(zhǔn)的2.35-5倍和3倍。對(duì)于重金屬，Cu和Zn的EMCs則滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002）Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，而Pb和Cd的EMCs則遠(yuǎn)大于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002）的規(guī)定濃度。 ④山地城市不同下墊面暴雨徑流污染負(fù)荷產(chǎn)率研究表明，城市交通干道是城市面源污染負(fù)荷的主要貢獻(xiàn)體，其TSS、COD、TP、TN、NH_3-N、NO_3-N、Fe、Cu、Zn、Pb和Cd的污染負(fù)荷產(chǎn)率分別達(dá)到589、404、1.0、8.5、4.4、2.1、11.1、0.124、0.6、0.63和0.05t/(km~2*y)，高于其他用地類型。與平原城市相比，在年降雨量相近的前提下，山地城市交通干道的污染負(fù)荷產(chǎn)率大于平原城市。 ⑤應(yīng)用M（V）法識(shí)別初期沖刷效應(yīng)，結(jié)果表明，對(duì)于小坡度單一下墊面（≤2.5%），在降雨強(qiáng)度9.1±4.0mm/h的條件下，初期40%的降雨量約攜帶了50-80%的污染負(fù)荷；對(duì)于大坡度路面（30%），初期20%的降雨容納了42-58%的污染負(fù)荷（降雨強(qiáng)度8.5mm/h）。從污染負(fù)荷控制的角度考慮，建議山地城市大坡度道路以初期20%-30%的暴雨徑流作為控制量（2.6-3.8mm），小坡度單一下墊面以初期40%的降雨徑流作為控制量（3.2mm）。應(yīng)用最優(yōu)分割模式識(shí)別初期沖刷效應(yīng)，結(jié)果表明，最優(yōu)分割模式克服了M（V）法判斷標(biāo)準(zhǔn)不一致、不能直接獲取需要控制的初期徑流量、無法識(shí)別中后期沖刷現(xiàn)象的缺點(diǎn)，但應(yīng)以首要控制污染物作為初期徑流控制量的判斷依據(jù)。與平原城市相比，山地城市單一下墊面初期沖刷效應(yīng)的發(fā)生幾率幾乎達(dá)到100%，高于平原城市的發(fā)生概率，，且城市下墊面坡度的增加，增強(qiáng)了初期沖刷效應(yīng)的發(fā)生強(qiáng)度。 ⑥綠色屋頂可顯著消減同面積不透水屋面的徑流峰值、延緩徑流產(chǎn)生時(shí)間、減少徑流產(chǎn)生總量。同時(shí)，綠色屋頂具有良好的中和能力、硝化能力，但對(duì)氮磷的控制能力較差，相對(duì)于降雨雨水來說，綠色屋頂往往有溶解性氮磷的釋放，綠色屋頂對(duì)污染負(fù)荷的消減主要是源于暴雨徑流量的消減。綠色屋頂暴雨徑流水質(zhì)的季節(jié)差異明顯，夏季污染物濃度較低，而春秋季節(jié)污染物濃度較高；隨運(yùn)行時(shí)間的延長，綠色屋頂暴雨徑流總氮和硝酸根濃度逐漸降低，而總磷和磷酸鹽濃度則呈現(xiàn)出一定的波動(dòng)性；氣溫越高、前期干旱時(shí)間越長，越有利于綠色屋頂徑流中氨氮濃度的降低，綠色屋頂徑流中的總磷和氨氮主要來自降雨中的總磷和氨氮。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：X501

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2664402