5.2 城市地表径流污染负荷的计算
5.2.1 城市地表径流污染负荷的概念
地表径流污染负荷是指由一场降雨或一年中的多场降雨所引起地表径流排放的污染物的总量。年污染负荷可用式(5⁃2)来表示:
(5⁃2)
式中 Ly——年污染负荷,g;
Li——年中第i场降雨的污染负荷,g;
Vi——第i场降雨的地表径流量,m3;
(EMC)i——第i场降雨的EMC浓度,mg/L。
5.2.2 城市地表径流污染负荷计算方法
由上面的城市地表径流污染负荷概念可知,只要知道一年中各场降雨所引起的地表径流污染物的平均浓度和各场降雨的径流体积,即可求得年污染负荷。一年中第i场降雨引起的地表径流和降雨量的关系可用式(5⁃3)表示:
(5⁃3)
式中 Ψi——第i场降雨的地表径流系数;
Ai——第i场降雨的集雨面积,m2;
ri——第i场降雨t时刻的降雨强度,mm/s;
Pi——第i场降雨的降雨量,mm;
0.001——单位换算因子。
从式中可知,一年中第i场降雨所引起的地表径流污染负荷可用式(5⁃4)计算:
(5⁃4)
那么年污染负荷则可以按式(5⁃5)计算:
(5⁃5)
5.2.3 城市地表径流污染负荷计算模型和应用
5.2.3.1 城市地表径流污染负荷计算模型
我国关于降雨径流污染的资料非常少,采集的同一地区降雨事件径流测试资料有限,因此采用美国华盛顿政府委员会的方法:1987年,美国学者Schueler提出了一种简便方法的计算模型,用于估计城市开发区地表径流污染物排放量,这种方法是基于美国NURP(国家城市径流污染研究署)在华盛顿地区所得到的数据而开发的一种方法,模型如下:
(5⁃6)
式中 Lt——计算时段(t)内径流排放污染负荷,kg;
CF——用于对不产生地表径流的降雨进行校正的因子(产生径流的降雨事件占总降雨事件的比例),一般为0.9;
Ψ——径流区平均径流系数;
A——径流集雨面积,hm2;
P——计算时段(t)内的降雨量,mm;
C——污染物的加权平均浓度,mg/L;
0.01——单位换算因子。
Ψ=0.05+0.009×I,I为区域地表不透水百分数。
式(5⁃6)可用于计算任意长时间段内的径流污染负荷,在求污染物年排出量时,P表示的是年降雨量。
5.2.3.2 城市地表径流污染负荷计算模型的应用
王业雷为研究南昌市城区降雨径流污染过程,分别在南昌市交通区(八一大道)、商业区(中山路)、工业区(高新技术产业区)和居民区(高教小区)布点采集路面径流样本。
(1)TSS、COD、NH3⁃N、TP的EMC值 根据2007年12月采样结果(降雨历时45min,降雨量11.5mm),通过对不同功能区路面径流的采样试验结果,运用上述EMC的计算方法,对不同功能区(交通区、商业区、工业区和居民区)的单场降雨平均浓度进行了分析。图5⁃1与图5⁃2是不同功能区单场降雨采集的径流样品的值。
图5⁃1 2007年12月不同功能区TSS和COD的EMC值
图5⁃2 2007年12月不同功能区NH3⁃N和TP的EMC值
从图5⁃1、图5⁃2中可以看出,图中的污染指标TSS在不同的功能区也存在有很大的差异性,其顺序为交通区>商业区>居民区>工业区。同时,由于COD大部分是吸附在固体颗粒物上,因此其分布的规律与TSS基本上是一致的。TP的浓度在四个功能区中也有差异,其顺序为交通区>居民区≈商业区>工业区。NH3⁃N在四个功能区的表现为交通区>商业区>居民区>工业区。
(2)城市地表径流污染负荷的计算 根据上述计算的EMC值,结合式(5⁃6)来计算不同功能区的污染负荷,结果见表5⁃1。
表5⁃1 2007年12月污染物负荷量单位:kg/hm2
从表5⁃1中可以看出,在路面径流中,TSS、COD、NH3⁃N、TP的负荷量最高出现在交通区,其主要原因是交通区的人类活动相对来说最为激烈,同时还存在有持续的污染源,如交通活动的频繁性,使得径流中污染负荷量特别高。商业区的人类活动仅次于交通区,居民区在上述指标中相对要低一点。