土壤—植物系统净化地表径流非点源 污染物实验研究

利用自行设计的6 m土槽构建土壤—植物系统,以无植被土槽为空白对照,设置不同的污染物进水浓度,采用模拟径流方式进行非点源污染净化实验。结果表明：（1）植被的存在能有效滞缓径流和提高污染物去除率,其中土壤—高羊茅系统的净化效果略优于土壤—紫花苜蓿系统,其SS、NO-3-N、NH3-N、TDP、PP去除率分别达到86.61%、25.83%、52.03%、26.53%及76.59%;（2）在本研究的进水浓度范围内,浓度变化对处理系统净化效果的影响与污染物存在状态有关,进水浓度增加后颗粒态污染物去除率无显著变化而溶解态氮去除率均出现明显下降;（3）以污染物出水浓度随径流长度的变化表征污染物截留特征,SS和PP出水浓度均随径流长度增加而呈指数降低,NO-3-N、NH3-N和TDP出水浓度随径流长度增加而呈线性降低,植被及进水浓度条件对污染物截留特征无明显影响。     

不透水表面坡度对溶解态污染物传输过程的影响研究

溶解态污染物是城市降雨径流污染的一个重要组成部分,揭示其在降雨径流阶段的传输过程对于城市污水治理具有重要意义。采用人工模拟降雨实验研究了不透水表面不同坡度(0.5°、1°、2°、3°、4°、5°)情况下降雨径流及溶解态污染物传输过程。结果表明:坡度越大,坡面产汇流时间越短,径流量越快达到稳定;污染物浓度随降雨径流深度增加呈逐渐减小趋势,坡度越大,初始浓度越高,衰减越快;污染物传输速率呈先增大后减小的变化规律,坡度越大,污染物传输速率峰值越大,峰值出现在径流深度为0.3~0.5mm之间;溶解态污染物传输过程符合指数冲刷模型,随着坡度的增大,冲刷系数k先线性增加,坡度大于3°基本保持稳定。相对于颗粒态污染物,溶解态污染物冲刷系数大,易被冲刷,冲刷集中发生在径流初期。     

百慕大草皮缓冲带对径流污染物的去除效果

在试验区共设置10个试验缓冲带,采用1、3、5、7号缓冲带进行取样试验,其中7号为不种植草皮的空白对照带,其他3个试验带种植百慕大草皮。沿程居中布设9个采样点,离进水端距离分别为0、3、6、8、10、12、14、16、19 m,同步采集地表径流和地下渗流水样,研究连续降雨条件下百慕大草皮缓冲带对径流污染物的去除效果。结果表明:百慕大草皮缓冲带能有效地截留地表径流水中的SS、TN、NH3-N,且污染物浓度在前段降低较快,后段降低速度逐渐趋缓;地下渗流对农田径流污染物的去除效果维持在一个相对稳定的水平,连续降雨对渗流污染物去除效果的影响较小。     

雨水花园对不同赋存形态氮磷的去除效果及土壤中优先流的影响

雨水花园作为一种生物滞留系统,能够有效降低城市化进程对城市水文和水质带来的负面影响,但其效果与雨水径流中污染物的赋存形态以及花园内部的水力特性等因素有关。通过一项在黄土地区开展的雨水花园对路面雨水径流水文过程及污染物降解的试验研究,分析了雨水花园对不同赋存形态氮磷污染物的去除效果;同时根据雨水花园入流和出流的水文过程监测数据,分析了土壤优先流的存在及其对污染物去除效果的影响。结果显示,雨水花园入流中颗粒态磷和溶解态磷的浓度比例约为4∶1,颗粒态氮和溶解态氮的浓度比例接近1∶1;颗粒态总磷的浓度去除率和负荷去除率分别为40.1%和69.9%,颗粒态总氮的浓度去除率和负荷去除率分别为44.8%和73.8%;系统对于溶解态的氮、磷几乎没有去除能力。雨水花园土壤中存在的优先流现象导致出流速度较快,雨水径流在花园内的水力停留时间较短,结果表明:系统能够拦截颗粒态污染物,但对溶解态污染物去除效果较差;雨水花园对入流中总磷和总氮的浓度去除率很低,平均值仅为6.3%和-2.7%,但因截留了很大比例的入流(平均为51.5%),其对氮、磷污染物总负荷的削减分别达到52.5%和51.5%。所以,利用城市雨水花园来滞留雨水径流,净化雨水水质在研究区具有良好的应用前景。     

紫色土坡耕地磷素流失特征及施肥方式的影响

通过雨季典型降雨-径流事件中不同施肥方式下土壤磷素流失的野外定位观测,研究紫色土坡地磷素随地表径流和壤中流流失的通量、过程特征及其施肥方式的影响。结果表明,紫色土坡耕地地表径流过程呈多峰的时间变化特点,壤中流呈单峰且其产流时间滞后于地表径流;雨季次降雨平均径流量为23.6～29.1mm,壤中流是雨季的主要径流输出方式。地表径流总磷(TP)平均浓度远高于壤中流,泥沙吸附态磷(PP)是地表磷素流失的主要形态;溶解态有机磷(DOP)是壤中流流失的主要磷素形态。施肥方式显著影响地表径流TP浓度,常规施肥(NPK)、有机肥-化肥配施(OMNPK)、有机肥(OM)、秸秆-化肥配施(RSDNPK)各施肥处理的地表径流TP平均浓度呈依次减小的顺序。次降雨平均磷素流失负荷呈RSDNPKOMNPKOMNPK的规律;壤中流是紫色土坡耕地磷素流失不可忽视的重要通道。施肥方式仅能控制地表径流磷素流失,而控制壤中流磷流失的效果不佳,有待更深入的研究。     

城市面源污染特征的分析

对城市面源污染物的种类、来源和危害,以及对受纳水体的影响两方面综合进行分析;系统归纳了城市面源污染特征的研究结果,得出结论:城市地表径流中污染物以悬浮颗粒物为主,其浓度明显大于城市污水;重金属及碳氢化合物浓度在数量级上与未经处理的城市污水基本相同;COD、BOD5、总大肠菌数、TN和TP都低于未经处理的城市污水;不同使用功能的地表降雨径流过程排污状况中,商业区污染负荷最大;城市地表径流污染物中的金属主要来自屋顶径流;碳氢化合物和铅主要是吸附在颗粒上,其他污染物浮动性较大。最后分析了城市面源污染的影响因素,如降雨强度、降雨量、降雨历时、城市土地利用类型、大气污染状况、地表清扫状况等。     

植被覆盖结构对坡面产流产沙的影响及调控机制分析

利用野外模拟降雨试验,以自然修复草本植被完整覆盖、地表覆盖、高层覆盖和无覆盖有根系等4种不同垂直覆盖结构为研究对象,分析了植被不同垂直结构对坡面产流产沙的影响作用。研究表明:(1)不同垂直覆盖结构条件下的坡面产流产沙特征差异明显,以无覆盖有根系坡面作对照,完整覆盖、地表覆盖及高层覆盖结构减流率分别为91.12%、83.28%和61.55%,减沙率分别为98.71%、96.10%和64.69%,完整覆盖结构对产流产沙过程的抑制作用最强;(2)试验条件下,植被完整覆盖、地表覆盖和高层覆盖可截留降雨1.85、1.01和0.84 mm,场次降雨截留率分别为1.73%、1.09%和0.90%;(3)坡面径流特征与植被覆盖结构有关,试验条件下,与无覆盖有根系坡面相比,完整覆盖、地表覆盖、高层覆盖坡面流速分别降低66.69%、53.47%和19.21%,径流深降低66.70%、51.17%、39.38%。植被垂直结构是影响坡面产流产沙的重要因素,仅用单一的覆盖指标难以充分反映植被对水沙的调控作用。研究成果对于定量评价不同植被覆盖结构的减水减沙作用有参考价值。     

萍乡市城市地表径流污染物浓度变化特征分析及数值模拟

以海绵城市建设试点城市萍乡市地表径流污染物（以SS和TP为代表）浓度变化特征与预测模型适应性为研究对象,根据两场次的降雨资料及实测径流污染物浓度数据,确定所建地表径流污染物浓度变化预测模型Sartor-Boyd和p/r模型的参数,并模拟和分析了地表径流污染物浓度变化过程。结果表明：萍乡市地表径流污染物（SS和TP）浓度受初始冲刷效应的影响,降雨过程前期随雨强的峰值而达到最大,降雨过程后期污染物浓度受雨强的峰值波动影响较小;受模型参数的影响,Sartor-Boyd模型模拟值的统计学指标RPD、R²、NSE均小于p/r模型的相应指标,p/r模型对萍乡市降雨地表径流污染物排放规律的预测精度较好,模型可信度较高。结合萍乡市地区降雨状况建立的p/r数学模型可为该区域海绵城市建设过程中地表径流污染物浓度的预测及管理提供参考。     

天津典型居民区不同下垫面雨水径流污染特征

在对天津典型居民区域的不同下垫面雨水径流水质进行监测的基础上,以典型降雨为例,探讨了雨水径流污染物的特征和事件平均浓度(event mean concentrations,EMC)。结果表明,天津典型居民区主干道和菜市场雨水径流中的污染物质量浓度随着降雨历时的延续呈降低趋势,冲刷效应明显;屋顶雨水径流中污染物的质量浓度随降雨历时的延续变化较小,冲刷效应较弱。3种下垫面雨水径流中污染物质量浓度大小差异明显,菜市场和主干道雨水径流中SS质量浓度相差不大,且都远远超过屋顶雨水径流;雨水径流中COD和TP质量浓度的顺序由大到小依次为菜市场、主干道、屋顶;雨水径流中TN质量浓度的顺序由大到小依次为菜市场、屋顶、主干道。以EMC中值计,菜市场雨水径流中污染物平均浓度要高于主干道和屋顶,菜市场雨水径流中TP的质量浓度是主干道的3倍、屋顶的24倍。天津典型居民区雨水径流污染比较严重,如不经截留或处理直接排入城市河道等接纳水体,会严重影响河道的水质和城市的环境。     

生态塘对稻田降雨径流中氮磷的拦截效应研究

农田养分的大量流失已成为农业面源污染的主要来源之一,生态塘兼具排水和生态湿地双重功效,研究其对稻田排水氮磷的拦截效应对于防治农业非点源污染具有重要意义。针对降雨径流条件下生态塘对降雨径流中氮磷的动态拦截效应以及降雨径流结束后氮磷在静水中的去除效应有待明了的需求,本文选取太湖西岸何家浜流域典型农田作为研究对象,并将该区域的塘堰改造为生态塘,研究了生态塘对水稻生长期内的三场降雨径流氮磷的拦截去除效果及降雨径流结束后氮磷在静水中的去除效应。研究结果表明:(1)在三场降雨过程中,生态塘对总氮(TN)的平均去除率为34.7%,总磷(TP)的平均去除率为34.8%;(2)生态塘对降雨径流中不同形态氮磷的去除率大小排序为氨氮(NH_4~+-N)颗粒态氮(PN)硝态氮(NO_3~--N),颗粒态磷(PP)溶解态磷(DP),且径流状态下水体垂向分层氮磷浓度分布随降雨进行而变化,总体分布规律为底层氮磷浓度大于表层氮磷浓度;(3)降雨径流结束后,TN在生态塘中的去除率为50.4%,TP在生态塘中的去除率为52.3%,塘2对TN、TP的去除率大于塘1与塘3,生态塘表现了较强的抗冲击自修复性。     

基于辽西小流域模拟降雨入渗产流特征研究

本文采取人工模拟和自然降雨两种形式进行了小流域的入渗产流试验,分别对坡耕地、林地、草地和裸地的降雨入渗产流的特征进行了系统研究,并利用Philip入渗理论和逐步线性回归基本方法对试验结果进行处理,建立了入渗产流及相关因子数学方程。结果表明:相对于裸地,林地和草地具有更明显的拦蓄径流和减少土壤侵蚀的作用,地表径流和拦蓄泥沙效率分别增加了36.20%、86.70%和44.50%、81.40%;降雨强度、土壤孔隙率、植被覆盖率、地下坡度及土壤初始含水量是影响小流域产流系数的关键性因素。本文揭示的辽西小流域的入渗产流变化特征,可为其他小流域的降雨径流蓄积利用和水环境生态治理提供决策依据和理论支撑。     

常州市湖塘纺织工业园降雨径流污染负荷分析

我国当前以实现分流制为规划指导原则,分流制下工业园区雨水径流污染对水环境存在较大潜在影响。在此背景下采用SWMM软件模拟降雨和实地调研相结合的方法,分析湖塘园区降雨径流的污染负荷。结果表明:0.25年一遇的降雨径流质量浓度峰值ρ(TN)=6.01 mg/L,ρ(TP)=0.02 mg/L,ρ(COD)=125.21 mg/L,该降雨重现期下的TN和COD浓度均远劣于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》的Ⅴ类水标准;随着降雨重现期增大,径流污染物浓度峰值会进一步提高。排入受纳水体采菱港的污染物总量比例:径流中TN占园区总TN(径流+点源)排放量的25.9%,径流中TP占4.4%,COD占28.0%,COD、TN径流污染量占整个园区污染总量的比重较大。结合湖塘园区排水系统的实地调研,建议加强园区初期雨水截留、推广园区中水回用和推进园区与企业排口设置规范化,以有效降低园区雨水径流对周边水环境的影响。     

生物炭与石灰添加对稻田土壤重金属面源负荷影响

生物炭、石灰以其良好的有毒金属固化与生态环境效应成为近年来土壤污染修复及作物安全生产研究的热点。选取典型重金属复合污染水稻田开展原位实验,分析不同原料生物炭、石灰添加处理对稻田淹水溶解态Cd、Pb、Zn、As析出特征及其自然降雨事件面源输出负荷的影响。生物炭添加为20 t/hm2,石灰添加为750 kg/hm2。通过连续2年的观测与实验得出,稻田淹水期溶解平衡后,与对照相比,稻秆生物炭添加稻田水中溶解态Cd、Pb、Zn浓度分别降低56%~80%、60%~75%和63%~90%,豆秆生物炭添加溶解态Cd、Pb、Zn浓度分别降低61%~83%、51%~76%和55%~80%,石灰添加可略微降低Cd、Pb、Zn浓度,但差异不显著。2种原料生物炭添加比石灰和对照处理均显著提高了稻田水中溶解态As浓度。因此,自然降雨过程,稻秆和豆秆生物炭添加均可显著降低溶解态Cd、Pb、Zn面源输出负荷,但明显增加溶解态As面源负荷,加大受纳水体As超标风险。因降雨和径流量的变异较大,Cd、Pb、Zn、As的面源输出负荷季节性规律尚不明显。     

城市不透水地表降雨径流污染监测与研究——以北京工业大学校园为例

城市不透水地表降雨径流污染是面源污染的重要组成部分,而城市不透水地表在非降雨天累积的污染物又是降雨径流中污染物的主要来源。以2015年的前10场降雨为例,选取北京东南部大学校园范围内的教学楼屋顶、校园道路、邻近交通主路等不透水地表为研究对象,对自然降雨及其产生的降雨径流污染进行实地采样分析。分析结果表明:冬季过后的第一场降雨雨水径流污染严重,水质为劣V类,之后,降雨径流污染有所减轻;不同采样点水质污染严重程度不同;距离建筑物厕所排气口距离越近的地方,氨氮污染浓度越高;透水地面设施的存在可以减轻径流污染程度。根据分析研究结果,提出了控制和治理城市降雨径流污染的建议。     

侵蚀性降雨分类及植被类型对产流产沙的影响

为探索各类侵蚀性降雨及不同植被类型对产流产沙的影响,利用K-均值聚类分析法对黄土丘陵沟壑区安家沟流域布设的乔木林、灌木林、人工草地、天然草地和农作物等5种径流小区2014—2018年降雨、径流、泥沙观测资料进行了分析。结果表明:研究区侵蚀性降雨发生在5—9月,其中8月的侵蚀性降雨量及其产生的径流模数、侵蚀模数最大;可把侵蚀性降雨分为中雨量小雨强、中雨量大雨强、大雨量中雨强、大雨量超大雨强、暴雨量超大雨强等5种类型,出现的频率分别为42.85%、34.29%、14.29%、5.71%、2.86%;径流模数与侵蚀性降雨量、最大30 min雨强呈极显著相关,与降雨时长、平均雨强呈显著相关;产沙模数与侵蚀性降雨量、最大30 min雨强、平均雨强、降雨时长呈极显著相关,降雨量大且强度高的降雨是产生强烈侵蚀的主要动力来源;不同植被类型对产流产沙的调节作用差异较大,在大雨量情况下地表覆盖程度对产流产沙影响较大,地表覆盖度较高、对地表扰动小的林地和天然草地产沙模数较小,人工草地和农地因施肥、除草、收割等对地表扰动大且导致地表裸露时间长而产沙模数较大。     

森林对污染物湿沉降过滤作用的研究

研究了四川乐山市沙湾区德胜钢铁公司附近的马尾松林、香樟林这两种森林生态系统的大气降水、穿透雨和树干径流以及土壤渗透水的污染物离子浓度并和裸地相对比,以期了解这3种生态系统对酸沉降的过滤作用。研究结果如下:①大气降水的SO42-、NO3-、Cl-和F-浓度分别为30.36 mg/L,3.56 mg/L,1.41 mg/L,0.75 mg/L,表明SO2是该区的最主要酸性污染物质。②马尾松、香樟林群落的穿透雨和树干径流中污染物质含量显著高于大气降水,表明森林对大气污染物具有显著的截留作用。马尾松林的穿透雨和树干径流的污染物离子的总量高于香樟林,表明马尾松林对酸性污染物质的截留作用高于香樟林。③两种林型的土壤渗滤水的污染物质含量比起树干径流有比较明显下降,这表明土壤对酸性污染物具有明显的截持和吸附作用。④对输入和输出不同生态系统的污染物各离子含量比较,并与裸地相对照发现,森林生态系统均对污染物起到了明显的拦截和积蓄作用。综上,森林生态系统对酸沉降具有明显的过滤作用。     

植被覆盖对土壤水蚀的影响评价

植被作为影响水土流失的一个重要因子,一直受到人们的广泛关注.植被是防止水土流失的积极因素,也是土壤侵蚀预报模型中的重要因子.植被的冠层对降雨的截留作用以及对降雨侵蚀动力的影响,地表枯枝落叶层的水土保持作用,地下根系提高土壤抗冲性等都影响着土壤水蚀.在研究评价植被与水土流失关系过程中,常用的主要植被参数就是植被覆盖度.论述了植被覆盖度与土壤水蚀的几个参数的关系：覆盖度的增长,可以缩短地表径流过程,增加土壤入渗量,减少地表径流量;植被覆盖度与土壤水蚀量成反比.     

长江经济带城市降雨径流污染特征分析

为系统了解长江经济带城市面源污染状况,针对性解决长江经济带城市降雨径流引起的水环境污染问题,梳理了长江经济带各省(直辖市)的城市下垫面和功能区的雨水径流污染特征,对比分析长江经济带各省(市)不同下垫面和不同功能区降雨径流污染物指标,并采用线性混合模型分析污染物的降雨径流平均浓度与经济发展水平的相关性。结果表明：长江经济带下垫面降雨径流污染主要来自路面,且远高于屋面和绿地;城市功能区降雨径流污染浓度最高的是交通区,其次是商业区和工业区,居住区最低;降雨径流污染物浓度较高的是长江中下游地区,经济发展水平越高的省(市)降雨径流污染物浓度越高。研究成果全面分析了长江经济带城市面源污染状况,可为长江经济带城市降雨径流污染综合治理的规划与设计提供指导。     

北京典型村镇降雨径流污染及排放特征

以2009～2010年在北京郊区大牛坊村和榆林村的10场降雨地表径流中污染物监测数据为基础,分析了村镇降雨径流污染物排放特征及初期冲刷效应.结果表明,地表径流中CODCr和SS为主要污染物;雨污合流制村镇地表径流中,TP、TN、CODCr与SS的事件平均浓度(EMC)均值分别为0.11mg/L、3.09mg/L、1 684.27mg/L、285.83mg/L.雨污分流制村镇地表径流中,TP、TN、CODCr与SS的EMC均值分别为0.37mg/L、4.73mg/L、281.97mg/L、72.57mg/L.降雨径流污染物具有较明显的初期冲刷效应,40％～50％的TP、TN、CODCr与SS污染负荷由占总径流量30％的初期径流所运移.     

基于雨型的南方城市道路降雨径流污染负荷分析

为研究南方道路降雨径流污染负荷,分析对比了重庆市和苏州市4场典型降雨过程中污染物浓度及污染负荷的变化。结果表明:雨型是污染负荷分布的重要影响因素,Ⅱ型降雨的污染负荷变化相对Ⅶ型降雨与径流量(或降雨强度)变化更为相似;污染物浓度与污染负荷的相关性差,径流量(或降雨量强度)与SS/TSS、TP、Pb的污染负荷存在明显相关性。南方城市道路径流污染控制在截留高浓度的初期雨水的同时,也应从污染负荷方面进行总量控制。