龙岗区不同类型下垫面初雨面源污染情况研究

龙岗区不同类型下垫面初雨面源污染情况研究

柴,佳,妍

（中电建生态环境集团有限公司，深圳 518100）

摘要：本文以龙岗区主要的汇水分区作为研究对象，结合雨水管网分布及区域地下资料，按照多尺度分级原则，从流域-河流-片区层级科学划定面源污染汇水单元，进而针对龙岗区不同类型下垫面的初雨面源污染情况进行研究，对不同降雨强度下龙岗区的面源污染负荷量及负荷强度进行量化，为龙岗区河道水环境治理提供了技术支撑。

关键词：初期雨水；下垫面；面源污染

0  引言

自2015年国务院印发《水污染防治行动计划的通知》（国发〔2015〕17号）以来，龙岗区委区政府为积极响应国家政策，近年来我国的点源污染已经得到了有效的控制，然而城市的水体污染治理效果却并不理想，究其原因是我国幅员辽阔，各地降雨情况都不同等复杂情况，且城市降雨面源污染控制方面刚开始起步，尚未建立与降雨径流控制有关的技术与法规体系[1]。本文对龙岗区的本底条件、排水系统、河道水质、相关政策与规划文件进行系统梳理，结合面源污染数据对龙岗区不同雨型（小、中、大、暴雨）事件下污染过程发展规律进行分析，对龙岗区不同降雨强度下的面源污染负荷量与负荷强度进行量化，给初期雨水径流污染削减对策的制定提供支撑。

1  龙岗区概况

位于深圳东北部的龙岗区，辖区面积388.21平方千米，下辖平湖、坂田、布吉、南湾、横岗、龙城、龙岗、坪地、吉华、园山、宝龙11个街道，111个社区。龙岗距香港30 km，距广州150 km，位于深莞惠城市几何中心，是深圳辐射粤东粤北地区的“桥头堡”。

1.1 降雨特征

深圳市属亚热带海洋性季风气候，深受季风的影响，夏季雨量充沛，每年5～9月的雨季降雨较为集中，其降雨量占全年的85%。

1.2 城市下垫面特征

1.2.1 下垫面类型

本次项目购置了2019年9月29日的高空间分辨率（0.8 m）的GF-2号卫星遥感数据，为了保证项目数据需求，购买了四景遥感数据，从而保证覆盖整个龙岗区。

得知龙岗区绿地所占比例最高，占比达52%，主要是由于龙岗区林地较多。屋面占比达32%，主要道路占比为14%，水面占比为2%。

1.3 汇水区分布特征

本次项目根据深圳市地形和雨污水收集系统的现状和规划情况，对龙岗区水系边界和汇水面积进行界定，一共划分了91个主要的汇水分区，确保每个汇水分区中包含河流或暗涵，从城市面源负荷的计算以及面源对河道水质响应提供支持。

2初期雨水径流污染全过程监测

2.1 典型监测区域及监测点选择

2.1.1典型区域选择依据

本项目早91个汇水分区基础上分析各个汇水分区的差异，选择出能代表各自流域片区下垫面组成差异的6个典型区域：深圳河流域大芬水-布吉河汇水区，观澜河流域的岗头河、鹅公岭河汇水区，龙岗河流域的丁山河、龙西-五联河和南约河汇水区。

2 面源污染负荷组成与发生机制

城市面源污染的主要原因以及污染物输移的驱动力为降雨形成的径流。非雨天时，城市面源污染物不断积累在城市表面，降雨时则以雨水产生的径流为载体进行输移，具有广域式不连续性排放的特征[3]。

2.1 初期径流与水质过程变化规律分析

2.1.1 事件平均浓度分析

不同街道、下垫面及雨型条件下绿地不容易产生径流，基本只在大雨期间能监测到径流。小雨虽然水量少，冲刷能力有限，但小雨事件过程中浓度却很高，小雨事件下，龙城街道路面地表径流中CODcr、TN、NH3以及TP平均浓度均最高。大雨和暴雨事件下由于水量大，因而浓度相对较低。

2.1.2 初期冲刷效应和初期雨水截流量分析

冲刷效应现象是指由大气降雨到径流的产生这一过程中，污染物中后期的浓度往往低于初期。有研究表明，在降雨初期径流中常携带大量污染物，即初期冲刷效应，其对径流污染起着重要作用，因此，控制初期冲刷效应可对控制径流污染起到事半功倍的效果[4]。通过基于场次降雨事件中污染物量、径流累积量之间的相关性，然后分局其构成的无量纲累积曲线的发散程度来进行定义降雨过程中是否发生了初始冲刷及其冲刷强度的大小[5]。

通常看20%~30%的径流量携带超过50%~80%的污染负荷量，则初期冲刷效应明显。M7、M8是龙城科教文卫区的屋顶和道路点位，龙城街道路面在大、中、小雨型事件中初期冲刷效应均不明显；小雨事件中，龙城街道屋面TSS初期冲刷效应并不明显，但在大雨事件的TSS冲刷效应较为明显，截流屋面20%的径流，能削减50%左右的TSS负荷；M15、M16是坪地工业区的屋顶和道路点位，坪地屋面的初期冲刷效应并不明显。中、小雨事件中道路上TSS和CODcr初期冲刷效应均不显著，但在大雨事件中路面20%的径流能冲刷超过60%的TSS负荷。

2.1.3 痕量物质分析

在道路监测指标中增加铅、镉、铬、汞重金属离子，酚类、多环芳烃类有机物等痕量指标。

铅、镉、铬、汞四个重金属离子浓度较低，优于地表水I类水质。因此，龙岗区降雨径流面源污染引起河道重金属超标的风险极低。

酚类浓度较低，优于地表水I类水质。因此，龙岗区降雨径流面源污染引起河道酚类超标的风险极低。

多环芳烃类浓度较低，龙岗区降雨径流面源污染引起河道多环芳烃类污染的风险极低。

3结语

本研究重点探究在高密度建成区复杂下垫面条件下，面源污染形成机理及产污规律，结合高分辨率遥感土地覆盖类型解译与降雨产流产污过程同步监测，揭示城市初期雨水的产流产污时空耦合关系，建立基于3S技术的城市面源负荷空间解析方法，量化分析污染负荷、影响因子及时空分布特征。

根据3.1节的面源污染监测与统计可以看到道路在小雨时降雨径流污染浓度最高，污染最为突出；屋面在大雨事件中各项污染物指标均最高，说明屋面上更多的污染物是在大雨时才冲刷出来，其中TN浓度最高，超地表Ⅴ类水2.3倍。

同时根据初期雨水截流量分析，龙岗区的初期雨水截流比建议控制在20%~30%的径流量，大雨事件对应的累积雨量在8~10 mm。对于污染浓度较大的典型区域，虽然初期冲刷效应并不显著，比如坂田农贸区，建议截流比控制在30%左右；从不同功能区截流策略来考虑，居住区和城中村应针对道路径流截流；而科教文卫区和商业区建议针对屋顶径流截流。

以上理论成果将不同降雨强度下龙岗区的面源污染负荷量及负荷强度进行量化，为龙岗区河道水环境治理提供了技术支撑。

参考文献

[1]任玉芬,王效科,韩冰,欧阳志云,苗鸿.城市不同下垫面的降雨径流污染[J].生态学报,2005(12):3225-3230.

[2]王幼殊.城市地表径流有机污染特征及典型污染物在雨水渗透介质中的迁移规律研究[D].北京建筑大学,2018.

[3]Michael K Stenstrom, Masoud Kayhanian. First flush phenomenon characterization[EB/OL].http://www.dot.ca.gov/hq/env/stormwater/pdf/CTSW-RT-05-073-02-6_First_Flush_Final_9-30-05. Pdf,2009 -10 -21.

    [4]李琪, 张娜, 罗英杰,等. 基于MFF30方法的城市降雨径流初期冲刷效应[J]. 中国科学院研究生院学报, 2019, 36(5):650-662. 

[5]王宝山, 赵峰德, 温成成,等. 城市区域降雨径流季节性初期冲刷效应研究[J]. 水资源与水工程学报, 2019, 30(2):1-5.