何湖滨

摘要：随着点源污染受到明显控制，非点源污染问题带来的危害逐渐显现，已然成为国内外城市水體污染的最主要原因之一。针对扬州市5个代表性功能区，根据河道、管网走向等将其划分为67个汇水单元。通过比对各个功能区各汇水单元污染物负荷强度空间差异并分析原因，为各个功能区面源污染治理提供方案，对城市面源污染防控及水环境提升具有重要意义。

Abstract： With the obvious control of point source pollution， the harm caused by non-point source pollution has gradually emerged， and it has become one of the most important causes of water pollution in cities at home and abroad. According to the five representative functional areas of Yangzhou City， it is divided into 67 catchment units according to the river course and pipe network trend. By comparing the spatial differences of pollutant load intensity of each catchment unit in each functional area and analyzing the reasons， it provides a plan for non-point source pollution control in each functional area， which is of great significance for urban non-point source pollution prevention and control and water environment improvement.

关键词：面源污染；功能区；污染负荷；空间分布

Key words： non-point source pollution；functional area；pollution load；spatial distribution

中图分类号：X830 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）33-0069-03

0 引言

近年来，随着管理力度的加大，污染治理水平的提高，点源污染已得到明显的控制[1]，非点源污染问题日益突出。在我国太湖、滇池等重要湖泊，非点源污染已经成为水质恶化的主要原因之一[2]。已有的研究指出，北京和上海的城区雨水径流污染占水体污染负荷的比例分别为12%和20%以上，对中心建成区水体超过50%[3，4]。由于暴雨产生的径流对地表有着更强劲的冲刷作用，大量污染物在暴雨径流的冲刷下从地表向水体迁移，径流中污染物浓度远远超过非暴雨期。武汉汉阳区一次暴雨径流全过程监测数据显示降雨径流中TSS、COD、TP和TN的平均浓度分别为601.1、299.2、0.88和12.26mg/L[5]。

经济发展的同时，水质型缺水成为当前经济发展的一大瓶颈，加强对暴雨洪水的利用显得尤为重要[6]。暴雨径流中污染物的迁移及时空分布特征研究对于准确评价湖泊富营养化发生的原因，选择有效的污染控制措施至关重要。本文通过计算暴雨事件中扬州市不同功能区降雨径流中污染物的径流事件平均浓度，绘制年降雨径流污染负荷空间差异图，对各个功能区制定相对应的治理措施，可以为城市面源污染防控和水环境治理提供依据和支持。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

近年来，城市水环境污染已经成为扬州水生态文明发展的瓶颈，而降雨径流污染是导致城市水环境恶化的主要因素[7]。本文选择扬州人口密集、水环境问题较为突出的“一河两片”地区（即古运河和古运河以西，仪扬河为界南、北两片区）作为研究区域，主要位于邗江和广陵两个行政区（图1A）。该区域多年平均气温15.9，多年平均年降水量为1043.4mm。

1.2 功能区及汇水单元划分

根据扬州区域服务功能、土地利用现状以及《城市土地集约利用潜力评价技术规程（试行）》中对不同功能区的定义将研究区划分为五个功能区：旅游区、城市居民区、商业区、城乡结合区和农田区。综合研究区域内土地利用类型、地下排水管网分布、河网水系组成等（图1B），将研究区域五个功能区进一步划分为共67个汇水单元（图1C）。

1.3 径流监测及污染负荷估算

选择2017年8月扬州市典型暴雨进行降雨径流过程同步监测，降雨初期一小时降雨量为23mm，24小时降雨量为63.5mm（08时-08时），满足国家防汛办《防汛手册》规定的凡24小时的累计降雨量超过50mm者定为暴雨的标准。在降雨过程的前30min内，根据降雨强度，每隔3～5min采样一次；30～60min内，每隔10min采样一次；60min之后，降雨径流污染物浓度趋于稳定，每隔30min采样一次直至降雨径流结束，并全程记录样品的起止时间。不同下垫面同时收集15～20个水样，采样完成后带回实验室进行分析，具体分析指标包括总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH3-N）、高锰酸盐指数（CODMn）和总悬浮物（TSS），检测方法参照《水和废水监测分析方法（第四版）》[8]。

本研究中污染物浓度用径流事件平均浓度（EMC）来衡量，EMC的计算公式如下所示：

式中，cn为第n个时间段所测污染物的浓度，mg/L；qn为第n个时间段的径流量，m3；一般按两个样品采集时间间隔的中间值划分流量区间；N为时间分段数。

降雨径流污染负荷是指一场降雨或多场降雨所引起的地表径流排放的污染物總量，计算公式如下：

式中，0.001为单位转换系数；Ri为第i场降雨的径流系数；Pi为第i场降雨的降雨量，mm；A为集水区面积，km2。

2 结果与分析

研究区域各个汇水单元的年径流污染负荷强度空间分布如图2所示，从图中的空间展布趋势可以看出，TP和TSS负荷强度的空间分布类似，都呈现以商业区为中心，向两边逐渐减小的趋势，且北片均要高于南片。以TSS负荷为例，各个功能区各汇水单元平均污染负荷强度排序依次为商业区（1087.12～1962.33kg·（hm2·a）-1）>城乡结合区（260.24～1962.33kg·（hm2·a）-1）>城市居民区（401.07～1468.36kg·（hm2·a）-1）>旅游区（173.56～1087.12kg·（hm2·a）-1）>农田区（173.56～401.07kg·（hm2·a）-1）。其中，TN和NH3-N分布较为均匀，有个别汇水单元污染负荷强度较高，CODMn负荷强度空间分布与TSS相反，呈现南片高于北片的趋势。

不同功能区各种污染物年负荷强度空间分布呈现一定规律。TP和TSS的负荷强度空间分布类似，这是因为TP主要赋存于颗粒物上，而TSS主要就是以颗粒态形式存在。从空间分布来看，这两种污染物在南片各汇水单元的负荷强度均低于北片，主要原因是农田区为待开发区域，未开发土地占比较高，绿地覆盖面积较大，仅有部分区域集中分布工厂，其余以民房居多，人口密度小，车辆活动较弱，所以相比于其他四个功能区，其TP和TSS负荷强度更低。相比之下，商业区受车辆行驶及人类出行的影响最大，所以其TP和TSS的负荷强度相对最高。

在TP负荷强度空间分布图中，旅游区#1和#8汇水单元以及城市居民区#15汇水单元污染物负荷强度明显高于其他单元，这是因为旅游区屋顶径流中TP的EMC相对较高，在#1和#8单元中，建筑物面积占比分别高达55.30%和46.30%，而城市居民路面TP的EMC较高，在#15单元中，道路面积占比达41.30%。由于在计算降雨径流污染负荷强度过程中，需要结合各个汇水单元的下垫面情况计算不同产污量，所以不同的下垫面比例会影响整个汇水单元污染负荷强度的估算值。

CODMn的负荷强度空间分布图与TP、TSS呈现的趋势刚好相反，南片污染物负荷强度高于北片，这是因为南片属于农田区，由于生活、生产方式的不同，降雨过程中，化肥、动物粪便等溶于降雨径流中，使得有机污染物含量增加。在TN、NH3-N和CODMn图中，农田区#52和#64汇水单元污染物负荷强度均较高，可能与该处有一个小型工业区以及群聚宿舍楼有关，晴天居民饮食过程中丢弃的垃圾和餐饮垃圾，厨余废水随处倾倒会增加相关污染物污染风险[9]。

3 结语

研究区域TP与TSS的污染负荷强度空间分布呈现北片高，南片低的总体趋势，且北片以商业区为中心，向两边逐渐递减，CODMn负荷呈南片农田区高于北片。在人口居住密度较大城市居民区和商业区开展绿色屋顶建设，可有效降低区域TP和TSS污染风险。对农田区进行农村管网铺设规划，可以减少雨水的直排入河，截流并将初期雨水输送至污水处理厂处理，可以降低雨水径流对河道等受纳水体的影响。

参考文献：

[1]王晓燕，郭芳，蔡新广，等.密云水库潮白河流域非点源污染负荷[J].城市环境与城市生态，2003（1）：31-33.

[2]付永锋，陈文辉，赵基花.非点源污染的研究进展与前景展望[J].山西水利科技，2003（3）：32-35.

[3]李田，林莉峰，李贺.上海市城区径流污染及控制对策[J].环境污染与防治，2006，28（11）：868-871.

[4]何旭升，逢勇，鲁一晖，等.净水型护岸技术的探讨[J].水利学报，2008，39（6）：659-666.

[5]何庆慈，李立青，孔玲莉，等.武汉市汉阳区的暴雨径流污染特征[J].中国给水排水，2005，21（2）：101-103.

[6]聂铁锋.广州市城区暴雨径流非点源污染负荷核算技术研究[D].华南理工大学，2012.

[7]扬州市水环境现状和治理对策研究[M].社会科学文献出版社，2012：440-449.

[8]国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法（第四版）[M].中国环境科学出版社，2002.

[9]段圣辉，赵钰，单保庆，等.杭州市余杭区典型农村暴雨径流污染特征[J].环境科学，2015，36（10）：3697-3705.