1、收稿日期:20220927基金项目:国家自然科学基金资助项目(51978032);青年北京学者计划项目(No024);北京市教委市自然基金委联合资助项目(21JH0024)作者简介:李云青(1998)，女，山东潍坊人，硕士研究生，研究方向为城市水环境科学与系统工程通信作者:张晓然(1983)，女，河北沧州人，副教授，博士，从事径流污染与防治、工程纳米颗粒的环境行为、地下水污染控制研究工作E-mail:zhangxiaoran buceaeducn【水环境与水生态】城市雨污合流制排水管道降雨径流污染特征研究李云青1，李海燕1，2，谭朝洪1，2，张晓然2，3(1北京建筑大学 北京市可持续城市排水系
2、统构建与风险控制工程技术研究中心，北京 100044;2北京建筑大学 城市雨水与水环境教育部重点实验室，北京 100044;3北京建筑大学 北京节能减排与城乡可持续发展省部共建协同创新中心，北京 100044)摘要:城市合流制排水管道旱季输送生活污水，雨季同时输送降雨径流，降雨量较大时易产生合流制溢流污染并对水环境造成危害。选取北京市 2 个典型合流制排水管道进行降雨径流监测，对典型降雨事件下径流 SS、COD、TN、NH3N、TP、Pb、Zn 七项水质指标进行分析，研究其水质污染特征。结果表明:SS、COD、TN、NH3N 和 TP 在降雨径流过程中平均浓度(EMC)均超过参考标准限值，而重
3、金属 Pb、Zn 污染程度较轻，2 个监测点 Pb、Zn 的 EMC 均低于 地表水环境质量标准(GB 38382002)V 类水标准限值;管道水质变化过程受降雨强度、污染物地表累积情况、管道沉积物冲刷情况等多种因素的影响，多数污染物浓度与降雨强度成负相关，与雨前干期长度成正相关;降雨强度、雨前干期长度及降雨量分布均会影响污染物的初期冲刷效应。关键词:合流制排水管道;降雨径流;水质污染;冲刷;北京市中图分类号:X52;TU992文献标志码:Adoi:103969/jissn10001379202307020引用格式:李云青，李海燕，谭朝洪，等城市雨污合流制排水管道降雨径流污染特征研究 J 人民
4、黄河，2023，45(7):109115Study on the ainfall unoff Pollution Characteristics of Urban ainwater andSewage Combined Drainage SystemLI Yunqing1，LI Haiyan1，2，TAN Chaohong1，2，ZHANG Xiaoran2，3(1Engineering esearch Center of Sustainable Urban Sewage System Construction and isk Control，Beijing Universityof Civi
5、l Engineering and Architecture，Beijing 100044，China;2Key Laboratory of Urban Stormwater System and Water Environment，Ministry of Education，Beijing University of Civil Engineering and Architecture，Beijing 100044，China;3Beijing Energy Conservation Sustainable Urban and ural Development Provincial and
6、Ministry Co-Construction CollaborationInnovation Center，Beijing University of Civil Engineering and Architecture，Beijing 100044，China)Abstract:Urban combined drainage pipe network carries domestic sewage in dry season and rainfall runoff in rainy season In heavy rainfall，combined drainage overflow p
7、ollution is easy to cause harm to water environment In this study，two typical combined drainage pipes in Bei-jing were selected to monitor rainfall and runoff Based on the analysis of seven pollution indexes of SS，COD，TN，NH3N，TP，Pb and Znin runoff under typical rainfall conditions，the characteristic
8、s of water pollution were studied The results show that the average concentration(EMC)of rainfall runoff pollution events for SS，COD，TN，NH3N and TP water quality indicators has exceeded the reference standardlimits The pollution degree of heavy metals Pb and Zn is lighter The EMC values of Pb and Zn
9、 in two points are lower than that of the classV standard for Environmental Quality Standards for Surface Water(GB 38382002)The change process of pipeline water quality is influ-enced by rainfall intensity，surface accumulation of pollutants，pipeline sediment erosion and other factors The concentrati
10、on of most pollu-tants is negatively correlated with rainfall intensity and positively correlated with antecedent drying duration The rainfall intensity，the ante-cedent drying duration and the distribution of rainfall during the rainall affect the initial scour effect of pollutantsKey words:combined
11、 drainage pipeline;rainfall runoff;water quality pollution;flushing;Beijing0引言近年来，随着城市快速发展，分流制排水系统应用较多，但一些城市老城区受空间条件限制和历史文化保护要求，仍有大量合流制排水管道1。我国自20 世纪 80 年代末开始对城市非点源污染进行研究，对合流制排水管道径流污染方面的研究多集中在北京23、901第 45 卷第 7 期人民黄河Vol45，No72023 年 7 月YELLOWIVEJul，2023武汉45、上海6 等城市。研究表明，降雨发生时城市合流制排水管道产生的径流污染比分流制排水管道严重
12、5。原因是合流制排水系统在干期输送城市污水，雨期还同时输送地表径流，更容易发生输送水量超标现象，污水溢流排放到自然水体产生污染，称之为合流制管网溢流7。雨污合流制排水管网污染源较分流制排水管网更加多样，国内外研究将合流制排水管网降雨径流污染源大致分为三方面:一是管网溢流出的城市污水、地表径流、管道沉积物89，其中城市污水主要包括生活污水、生产污水、径流污水;二是雨水冲刷地表在干期形成的污染物;三是在降雨径流冲刷作用下释放的排水管道沉积物。目前对于北京城区合流制排水管网径流研究多集中于溢流污染特征、溢流影响因素以及溢流污染控制方面1012，缺乏考虑降雨因素的干期、雨期合流制排水管网水质变化特征研
13、究以及管道污染物浓度变化、初期冲刷过程的影响因素研究。本文选取北京城区两段典型合流制排水管道，依据干期、雨期悬浮物(SS)、化学需氧量(COD)、总氮(TN)、氨氮(NH3N)、总磷(TP)、重金属 Pb 与 Zn 径流污染指标监测结果，探究其水质变化特征，分析降雨特征对污染物浓度的影响规律以及水质变化的影响因素等，以期为合流制排水管网径流污染风险评估及治理提供科学依据。1监测点设置及降雨特征值分别在北京西城区和海淀区各选择一段合流制排水管道，管道均为 DN300 钢管。在管道下游干管各选择一个检查井设置监测点，分别位于西城区宣师一附小(监测点 HL1)及海淀区万寿庄宾馆(监测点 HL2)附近
14、，监测点 HL1 设置在道路上，HL2 设置在绿地上，所在区域地形都比较平缓。2 个监测点分别位于北京核心区和拓展区，所选的合流制排水管道所控区域涵盖屋面、道路、绿地 3 种典型下垫面，其附近地区的人口密度、交通流量、空气污染状况和居民生活习惯等与所在地区相近或一致，并且远离污染点源(垃圾堆、污水排放口等)。2 个监测点气候均为典型的大陆性暖温带季风气候，四 季 分 明，降 雨 集 中 在 夏 季，年 平 均 降 雨 量600 mm。2019 年 37 月共监测 7 场降雨，监测点的降雨特征值及管道流量见表 1。表 1不同降雨场次各监测点降雨特征值及管道流量降雨日期监测点降雨量/mm降雨历时/
15、h降雨强度/(mm/h)雨前干期/d降雨类型管道平均流量 Q/(L/min)管道最大流量 Qmax/(L/min)20190320HL1353117172小雨812501 24800HL2333110172小雨 1 104431 8300020190424HL1274122284大雨1397032400HL2191131474中雨782851 0499420190526HL114862477中雨 1 389253 29000HL28161357小雨 1 599512 7120020190616HL13350669小雨1289821400HL23680459小雨3231362920190705H
16、L1107715319中雨1033158300HL2941009419小雨95061764020190722HL113562254中雨868422 01600HL219863304中雨789601 2432020190728HL111161855中雨859641 70280HL210225105中雨845601 61280使用 2 L 烧杯收集城市排水管网出口降雨样品，转移到 500 mL 聚乙烯采样瓶中不留顶空。记录每个样品的采样开始时间和结束时间，随即贴上样品标签，现场测定水温及 pH 值，然后将样品转移至低温箱保存并带回实验室进行测验。水质监测指标包括 SS、COD、TN、NH3N、TP、Pb、Zn。2分析方法21降雨径流污染物平均浓度(EMC)计算降雨过程复杂，径流污染影响因素众多13，已有研究表明降雨量、降雨强度、降雨历时以及雨前干期长度都会对径流污染产生一定影响1416。目前常用EMC 来评估污染物浓度及污染程度，EMC 是一场降雨从径流开始到结束的全过程中污染物浓度的流量加权平均值，计算公式为SEMC=MVCtQttQtt(1)式中:SEMC为降雨径流污染物平均浓度，M