广州市中心城区典型合流制排水口污染负荷排放规律分析.pdf

水利水电技术第4 6卷2 0 1 5年第1 0期 广州市中心城区典型合流S U r F 水口污染 负荷排放规律分析 刘 达 ，黄本胜 ，邱 静 。 ，洪 昌红 ，彭晓春 ( 1 广东省水利水电科学研究院，广东 广州 5 1 0 6 1 0；2 广东省水动力学应用研 究重点实验室， 广东 广州5 1 0 6 1 0 ；3 河 口水利技术国家地方联合工程实验室，广东 广州 5 1 0 6 1 0； 4 广州市水务工程建设管理 中心 ，广东 广j ,f、I 5 1 0 6 1 0 ) 摘要 ：随着广州市中心城 区河道水环境治理力度的加大，合流制溢流污染问题越来越突出，对城市 河道水体构成 了日益严重的威胁。本文选取广州市中心城 区典型合流制排 水 13进行 了 1 8场降雨的径 流污染监测 ，总结 了在典型小雨、典型中雨及典型大雨场次下排水 口各水质指标随降雨历时的变化规 律 ，同时分析 了 l 8场降雨的排水口最高浓度、平均浓度与总降雨量的关 系，研 究成果 可为合流制 污 染控制工程的设计提供参考。 关键词 ：合流制排水系统；溢流污染；污染负荷 ；降雨量；水质监测 d o i ：1 0 1 3 9 2 8 j c n k i w r abe 2 0 1 5 1 0 0 0 5 中图分类号 ：X 5 2 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 5 ) 1 0 0 0 2 2 0 4 An a l y s o n p o ll ut i o n l o a d d i s c ha r g e l a w a t o u t l e t o f t y r i c a l c o mb i n e d s e we r s y s t e m i n c e n t r a l m- i ron a r e a o f Gu a n g z u L I U D a 一，H U A N G B e n s h e n g ，Q I U J i n g ， ，HO N G C h a n g h o n g 。 ，P E N G X i a o c h u n ( 1 G u a n g d o n g Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Wa t e r Re s o u r c e s a n d Hy d r o p o we r ，Gu a n g z h o u 5 1 0 6 1 0，Gu a n g d o n g ，C h i n a ； 2 Gu a n g d o n g Ke y L a b o r a t o r y o f Hy d r o d y n a mi c Re s e arc h，Gu a n g z h o u 5 1 0 6 1 0，Gu a n g d o n g ，C h i n a ； 3 S t a t e a n d L o c a l J o i n t En g i n e e ri n g L a b o r a t o ry o f E s t u a ry Hy d r a u l i c s ，Gu a n g z h o u 5 1 0 6 1 0，Gu a n g d o n g ，C h i n a ； 4 G u a n g z h o u Wa t e r E n g i n e e r i n g C o n s t r u c t i o n M a n a g e m e n t C e n t e r ， G u a n g z h o u 5 1 0 6 1 0 ， G u a n g d o n g ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：Al o n g w i t h t h e s t r e n g t h e n h a n c e me n t o f t h e i mp r o v e me n t o f t h e ri v e r c h a n n e l w a t e r e n v i r o n me n t i n t h e c e n t r a l u r b a n a r e a o f Gu a n g z h o u，t h e p r o b l e m o f t h e o v e r f l o w p o l l u t i o n f r o m t h e c o mb i n e d s e we r s y s t e m b e c o me s mo r e a n d mo r e p r o mi n e n t ， thu s c o n s t i t u t e s a n i n c r e a s i n g l y s e rio u s t h r e a t t o t h e w a t e r i n t h e u r b a n ri v e n An o u t l e t o f t h e t y p i c a l c o mb i n e d s e w e r s y s t e m i n t h e c e nt r a l ur b a n a r e a o f Gu a n g z h o u i s s e l e c t e d h e r e i n f o r mo n i t o ring t h e r u no ff p o l l ut i o n fro m 1 8 r a i n f a l l e v e nt s；f r o m wh i c h t he l a w o f t h e c h a n g e o f a l l t h e wa t e r q u a l i t y i n d e x e s a t t h e o u t l e t alo n g wi t h t h e d u r a t i o n o f r a i n f a l l f o r t h e e v e n t s o f t h e t y p i c al l i g h t r a i n，mo d e r a t e r a i n a n d h e a v y r a i n i s s u mma ri z e d h e r e i n，me a n w h i l e ，t h e r e l a t i o n s h i p o f t h e ma x i mu m p o l l u t i o n c o n c e n t r a t i o n a n d t h e me a n p o l l ut i o n c o n c e n t r a t i o n wi t h t h e t o t a l r a i n f all i s a n a l y z e d as we l 1 Th i s s t u d y a c h i e v e me nt c a n p r o v i de r e f e r e nc e s f o r t h e d e s i g n o f t h e p o l l u t i o n c o n t r o l p r o j e c t o f t h e c o mb i n e d s e w e r s y s t e m Ke y wo r d s ：c o mb i n e d s e we r s y s t e m；o v e r f l o w p o l l u t i o n；p o l l u t i o n l o a d；r a i nfa l l ；wa t e r q u ali t y mo n i t o rin g 1 研究背景 广州市地处珠江河网地区，河涌众多 ，市区有大 小河流 2 2 1 条 ，总长度约 8 5 4 2 k m。由于历史原因 ， 广州市中心城区基本都是雨污合流制排水系统 卜 ， 即使按雨污分流排水系统规划的新城 区，建成后也并 收稿 日期 基金项 目 作者简介 2 0 1 5 0 6 1 5 广东水利科 技创新重大 专题项 目( 2 0 0 9 2 4) ；广州市 中心 城区初期雨水面源污染调查 研究 ；广州市珠江科技新 星专 项资助( 编号 ：2 0 1 5 0 6 0 1 0 0 8 4 ) 。 刘达( 1 9 8 1 一 ) ，男 ，高级工程师，博士 。 Wa te rRe s o u r c e s a n dHy d r o p o we rEn g in e e r i n g Vo 1 4 6 No 1 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 未真正形成分流制 ，雨污混接现象相当普遍 ，几乎所 有被调查的雨水管中都有污水接入 ，这种情况在国内 大 中城市中比较常见 。合流制排水系统雨天溢流 污染来源主要是地表面源冲刷污染 、原生活污水污染 物 、管道沉积物污染等 ，在降雨过程 中随雨水径流一 并溢流进入河网 ，进而污染水体 。 国外发达国家合流制排水系统实际采用的截流倍 数通常是排水管网的 35倍 ，我 国设计规 范中规定 1 5倍 ，但通常情况下在设计 中为节省投资选取 0 5 1 倍 ，因此 ，我国城市的合流制溢流污染问题 比较 突出。从 国外 的经验来看 ，合流制排水系统可以通过 工程和非 工程措施实现对城 市溢流污染 的控制。德 国、英国和法国等发达 国家并没有完全采用 分流制 ， 而是对已有的合流制进行截流 以控制雨天溢流污水 ， 同时采取措施控制雨水排放量和排放速率 ，并控制径 流雨水中污染物的排放。 。 。 目前 ，广州市拟对 合流制溢 流污染进行有 效控 制 ，但 由于缺乏基本的水质基础资料 ，无法支撑进一 步的研究。因此 ，开展典型合流制排水 口的水质基础 监测对控制合流制溢流污染具有重要的研究意义。本 文选取广州市 中心城区典型大型合流制排放 口进行 了 径流污染的连续监测 ，获得 了大量的监测数据，并对 数据进行了统计分析 ，初步研究 了污染负荷的排放规 律 。 2 监测方案简介 本次监测选取 了广州市 中心城区猎德涌沿岸的大 型排水渠箱即五山渠箱。猎德涌是广州市天河区排泄 雨水 的主要 河涌之一 ，起 源于华南理工 大学校 内的 东 、西湖 ，经天河北 、珠江新城区、猎德村汇入珠江 前航道 ，全长约 4 3 k m。五山渠箱 的承雨 区范 围较 大 ，主要为学校 、商业区、居 民区、渠箱出口有 闸门 控制 ，旱天关闭闸门进行截污 ，雨天开启闸门排水 ， 产生溢流污染。试验人员共监测 了 1 8场降雨 ( 见 表 1 ) ，选取 C O D、S S ( 悬浮物 ) 、N H 3一N( 氨氮 ) 、T N ( 总氮) 作为水质监测指标。选 取典型小雨 、典 型 中 雨及典型大雨场次( 见图 1图 3 ) 分析排水 口各水质 指标 随降雨历时的变化规 律，另外 ，统计 了 1 8场降 雨的监测结果分析排水 口最高浓度、平均浓度与总降 雨 量 的关 系 。 3 典型场次降雨的污染负荷排放规律分析 由于合流制溢流污染 的来源主要是地表污染物的 冲刷 、旱天污水 的混入及管道沉积物的冲刷，因此，一 水利水电技术第4 6卷2 0 1 5 年第1 0期 刘达， 等广州市中心城区典型合流制排水口污染负荷排放规律分析 表 1水质监测结果 时间 总降雨量 降雨总 场次 雨型 说明 年 一月 一日 m m 历时 mi n 1 2 0 1 3 0 7 2 7 前锋型 1 4 2 0 2 2 0 1 3 0 8 0 2 前锋型 1 7 6 5 3 2 0 1 3 0 8一 O 3 前锋型 1 1 2 7 0 典型小雨 4 2 0 1 3一O 81 4 均布型 2 9 4 5 5 2 0 1 3一 O 81 5 3个雨峰 1 7 3 1 5 5 6 2 0 1 30 92 2 中峰型 6 0 1 2 0 7 2 0 1 40 33 0 前锋型 8 4 3 4 0 8 2 0 1 4一O 33 1 前锋 型 3 2 7 1 8 O 9 2 0 1 4 0 4一O 6 中峰型 1 0 4 1 6 0 1 O 2 0 1 40 42 6 中峰型 2 7 1 3 2 0 1 1 2 0 1 4 0 4 3 0 前锋 型 9 3 1 0 0 1 2 2 0 1 4 0 7一l 8 中峰型 1 6 6 1 6 0 1 3 2 0 1 4 0 71 9 后峰型 1 9 6 8 0 1 4 2 0 1 4 0 7 2 O 中峰型 7 3 4 0 1 5 2 0 1 4 0 81 3 中峰型 4 0 3 1 4 0 典型大雨 1 6 2 0 1 4一 O 8 2 O 后峰型 1 7 9 2 o o 1 7 2 0 1 4 0 91 6 中峰型 2 5 0 1 0 0 典型 中雨 1 8 2 0 1 4一 O 91 7 前后 2个雨峰 5 2 8 0 量 量 量 吕 、 越 慧 窿 世 降雨历时 mi n 量 g g g 骥 窿 世 图 1 典型小 雨降雨过 程( 2 0 1 3 0 8 0 3) 降雨历时 rain 图 2 典 型中雨降雨过程 ( 2 0 1 4 0 91 6) E 量 姗 窿 世 E E 咖 艟 世 磷； 般而言 ，合流制排 口存在初期雨水效应问题 ，即污染 物负荷随降雨历时呈现出先快速增加又逐渐减小的趋 势。 3 1 典型 小雨 典型小雨 降雨场次 的水质指标 随降雨历时 的变 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 刘达， 等广州市中心城区典型合流制排水nN -染负荷排放规律分析 量 藿 世： 图 3 典型大雨降雨过程 ( 2 0 1 4一 O O一1 3) 化如 图 4所示 ，其 中 N H 3一N、T N两个指标采用左 侧纵轴 ，C O D、S S指标采用右侧纵轴。从 图中结果 可见 ，C O D的总体浓度不高，呈现出两个峰值 ，第 1 个峰值的时间约是降雨后 2 0 ra in ，浓度约 2 5 m g L ， 呈现 出一定 的初期效应且浓度变化具有波动性 ，第 2 个浓度峰值与第 1个峰值相当，在第 2个峰值过 后 ，出现了一定的翘尾现象 ，说 明随着径 流强度的 降低 ，溢流 污染 物 的浓度 会在 后期 发 生一 定 的升 高 ；S S ( 悬浮物) 的变化 与 C O D类 似 ，也 呈现一 定 的初期效应和浓度的波动性 ，两者的浓度变化 同步 性较好 ，说 明二者的关联度较高 ；S S的第 2个峰值 明显高于第 1个 峰值 ，达 到 5 2 mg L，可能 由于管 道沉 积物 的冲刷过程滞后 于生活污水溢流混合过程 导致 的 ，第 2个 峰值 的形 成是 二 者综合 作 用 的结 果 ；N H 3一N和 T N的 同步性很 好 ，说 明二者 的关 联度也 较 高，两 者 的初期 效应 和 波动 程度 都弱 于 C O D和 S S ，呈 现 的浓 度变 化规 律 与 C O D和 S S不 同。以 N H 3一N为例 ，在降雨 4 0 ra i n内，浓度 的升 高较快 ，从 4 m g L增加到 1 9 5 mg L之后基本保持 平稳。 降雨历时 mi n 图 4 典型小雨时水质指标 随降雨历 时的变化 。D 邑 0 0 U 3 2 典型中雨 典型中雨降雨场次 的水质指标随 降雨历 时的变 化如图 5所示 。由图 5可见 ，由于 降雨强度 增加 ， 各水质指标的浓度大幅度增加 ，说明溢流污染 在该 组次下较为严重 。总体 上看 ，各水质指标 的浓度 波 动性有所减弱。C O D的最大浓度峰值在降雨 2 0 mi n 时出现 ，达到 1 2 2 mg L，之后快速下降到 2 0 mg L 以内；S S ( 悬浮物 ) 的变 化与 C O D类似 ，其 峰值 出 现时间在降雨 3 0 mi n时 ，随后快 速下降到 1 5 mg L 以内；N H 3一N和 T N两个指标 的变化 规律基 本完 全一致 ，与 C O D、S S的峰值型变化不同 ，其变化是 单调下降的浓度曲线，其初期效应体现为降雨前期 的浓度快速衰减 。以 N H 3一N为例 ，降雨初期最 高 浓度为 1 8 mg L，浓 度 快 速 衰减 的阶段 是 降 雨 4 5 mi n以内，之后浓 度保持平稳 。上述浓 度变化规律 与降雨分布特征密切相关，该场次的降雨基本集中 在前 2 0 mi n，后面基本无 降雨 ，所 以 C O D、S S呈现 单一峰值。 g 、 醛 ， 星 Z 图 5典型 中雨时水质指标随降雨历时的变化 bD 量 凸 0 U 3 3典型 大雨 典 型大雨 降雨 场 次 的水 质 指标 随 降雨 历 时 的 变化 如图 6所示 。从 图 6中结果 可见 ：( 1 ) 由于 降 雨强度的进一 步增 加 ，各 水 质指 标 的浓 度反 而有 所 降低 ，说明径 流量 的加 大 稀 释 了溢流 污染 的浓 度 。( 2 ) 各水质指标均不同程度的存在一定 的初期 效应 ，C O D的浓度 变化 相对 平稳 ，没有 出现 明显 的峰值 ，基本在 1 5 mg L附近微 幅波动 ；S S ( 悬 浮 物 ) 的变化呈现出初期 效应 ，并存在 两个峰值 ，第 1个峰值在 降雨 3 0 mi n时 ，浓度 为 5 2 mg L ，第 2 个 峰值浓度低 于第 1个 峰值 且 较为平 缓 ，浓 度 为 4 0 mg L 。( 3 ) NH3一N和 T N两个 指标 的变化 规 律基本 完全一致 ，以 N H3一N为例 ，比较 明显 的 浓度 峰值 出现在降雨 2 8 mi n ，达到 7 2 mg L，之 后浓度 在降雨 过程 中逐 渐下 降 ，在后 期 又有所 升 高 。 4 排水 口最高浓度、平均浓度与总降雨量的 关系分析 1 8场降雨 的排水 口最高浓度 、平均浓度 与总降 雨量的统计关 系如图 7图 1 0所示。由图 7图 1 0 水利水电技术第4 6卷2 0 1 5年第 1 O期 1 _ 1 g 鹱z - L ， z - 卜 I z 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 降雨历时 rai n 图6 典型大雨时水质指标随降雨历时的变化 艇 0 曼 冀 可知 浓度与总降雨量 的关系较为复杂 ，不是 明显 的 线性或非线性关系 ，但是仍然可以看出一些总体的规 律 。排 出个别离散很大的测点 ，总体上 ，随着总降雨 量的逐渐增加 ，合流制排水 I= I 的 C O D和 N H3一N( 氨 氮) 的浓度是逐渐下降的趋势，浓度的高值区主要集 中在总降雨量 51 2 mm之间。 一 g 醚 艇 总降雨量 mm 图 7 合流制排水 口 CO D平均浓度随降雨量变化 【 1 8场降雨) 南 暑 总 降 雨 量 mm 图8 合流制排水口C OD最高浓度随降雨量变化( 1 8场降雨) 5 结语 研究结果 表 明：( 1 ) 合 流制排 水 口浓度 随 降雨 历时的变化是复杂 的，大多数情况下合 流制溢流污 染存在 初 期效 应 ，但 同时浓 度也 存 在较 大 的波 动 性 ，经常有两个 以上 的浓 度峰值 存在 。( 2 ) 多峰值 通常出现在降雨分布相对均匀时，前期的短历时强 降雨常常 出现单一峰值 。( 3 ) 浓 度 的变化与管道 内 的沉积物冲刷起动有关 ，最 高浓度 、平 均浓度与总 水利水电技术第4 6卷2 0 1 5年第 i 0期 刘达， 等广州市中心城区典型合流制排水口污染负荷排放规律分析 总降雨量 mm 图 9 合流 制排水 口氨氮平均 浓度 随降雨量 变化 ( 1 8场降雨 ) bn g 魁 蠼 总降雨量 mm 图 1 0合流 制排水 口氨氦最高浓度随降雨量变化 ( 1 8场降雨 ) 降雨量的关系也较 为复杂 ，不是 明显 的线性或 非线 性关 系。( 4 ) 随着 总降雨量 的逐渐 增加 ，合流制 排 水口的 C O D和 N H 3 一 N ( 氨氮) 的浓度是逐渐下降的 趋势 ，浓 度 的高 值 区 主要 集 中在 总 降 雨 量 51 2 mm 之 间 。 参考文献 ： 1 常静 ，刘敏 ，许世远 ，等 上海城市降雨径流污 染时空分布与 初始冲刷效应 J 地理研究， 2 0 0 6 ，2 5 ( 6 ) ：9 9 4 _ 1 0 0 2 2 李立青 ，尹澄清 雨 、污合流制城 区降雨径流污染 的迁移 转化 过程与来源研究 J 环境科学 ，2 0 0 9，3 0 ( 2) ：3 6 8 _ 3 7 5 3 边博 ，朱伟 ， 黄峰 ，等 镇 江城市 降雨 径流营 养盐污染特 征研 究 J 环境科学 ， 2 0 0 8， 2 9( 1 ) ：1 9 2 5 4 任玉芬 ，王效科 ，韩冰 ，等 城市不同下垫面的降雨径流 污染 J 生态学报 ，2 0 0 5，2 5 ( 1 2 ) ：3 2 2 5 3 2 3 0 5 黄金 良，杜鹏飞 ，欧志丹 ，等 澳 门城市小流域地表径流 污染 特征分析 J 环境科学 ，2 0 0 6，2 7 ( 9 ) ：1 7 5 3 1 7 5 9 一 6 G e i g e r WP r o c e e d i n g s o f t h e 4 t h i n t e rna t i o n a l c o n f e r e n c e u r b a n D r a i n a g e C L a u s a n n e ：S w i t z e r l a n d ，1 9 8 7 ：4 0 4 6 7 J e f f r e y S o l l e r ，J u l i e S t e p h e n s o n a E v a l u a t i o n o f s e a s o n al s c a le fi r s t fl u s h p o l l u t a n t l o a d i n g a n d i mp l i c a t i o n s f o r u r b an r u n o f f ma n a g e me n t f J 1 J o u rna l 0 f E n v i r o n me n t a l Ma n a g e m e n t ， 2 0 0 5， 7 6( 4) ：3 0 9 3 1 8 8 国家环境保护总局 水和废水监测分析方法( 第三版) M 北 京 ：中国环境科学 出版社 ，1 9 8 9 ( 责任编辑郭利娜 ) 一 g、 爨z ， n | I z 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m