利用污染源调查资料、污水处理厂运行数据、底质监测结果、SWMM的非点源污染模型和截排系统溢流模型, 估算深圳河湾流域的非点源和溢流污染负荷, 解析流域主要污染物的时空分布和来源, 得到如下结论。1) 2015年深圳河湾流域全年入河负荷量为COD 3.676 万 t/a, 氨氮 5715.65 t/a, TP 494.36 t/a, 其中点源为COD 2.63 万 t/a, 氨氮 5496.9 t/a, TP 463.55 t/a, 占全年的比例分别为72%, 96%和94%。非点源负荷为COD 8608 t/a, 氨氮 99.8 t/a, TP 18 t/a。雨季(4—9 月)溢流总负荷为COD 1894.05 t, 氨氮 118.95 t, TP 12.81 t。2) 深圳河湾流域单日入河负荷为COD 116.5 t/d, 氨氮 15.75 t/d, TP 1.412 t/d; 旱季污染源中漏排污水, 各指标负荷属排污口和支流漏排占比最大; 旱季点源总COD为71.94 t/d, 氨氮为15.06 t/d, TP为1.27 t/d。雨季中, 非点源的COD占比最大(34.21%), 其次是支流漏排(28.73%)和排污口(22.3%); 3) 雨季非点源和溢流的负荷对水质的影响不能忽略, 尤其是暴雨天, 虽然时间短, 但大量负荷对水质冲击的影响极其严重, 恢复到正常水质需较长的时间。
以广东省深圳市大浪河流域为研究对象, 利用HSPF模型模拟研究区不同绿色基础设施设定情景对降雨径流的水文效应。结果表明, 按照功效最大化、经济型、适中型原则设定的3种情景,产流率分别比背景情景低34.9%,14.2%和28.5%; 最大峰值分别比背景情景低40.5%, 19.8%和33.0%; 基流分别比背景情景高88.9%, 11.1%和44.4%。经济型情景的水文效果不佳, 适中型情景的水文效果处于功效最大化情景与经济型情景之间。
为研究城市硬化下垫面降雨径流对污染物的冲刷特征, 选取常州市5类典型硬化下垫面, 采样监测2015年3—8月期间6场降雨径流及污染物浓度变化过程, 得到以下结果。1) 地面径流污染物EMC均值高于屋面径流; 地面径流SS和COD浓度超过水质标准Ⅴ类1.34倍和2.59倍; 屋面径流COD和TN浓度超过水质标准Ⅴ类1.8倍和 2.6倍。屋面径流中溶解态COD和TN分别占全量的72.78%和57.99%; 地面径流溶解态TN占全量的61.59%。2) 径流初期污染严重, 随着降雨过程逐渐降低, 最终趋于稳定。各下垫面污染物初期浓度从大到小依次为水泥地面、沥青地面、铺装地面、平屋面、斜屋面。冲刷过程中, 随雨强增大, 各下垫面污染物浓度升高, 呈波动式变化。各下垫面污染物均有冲刷初期效应, 下垫面初期冲刷强度从强到弱依次为平屋面、斜屋面、水泥地面和沥青地面。前期降雨强度越大, 污染物初期浓度越大, 初期效应越显著。降雨强度为大雨时, SS 浓度呈指数型衰减。降雨强度为小雨时, SS浓度先稳定, 随着降雨变密集开始逐渐减小。降雨强度为暴雨, 但降雨过程集中在中后期时, SS浓度呈先增大随后减小的趋势变化。3) 指数冲刷模型对屋面和水泥地面污染物径流冲刷模拟效果较好, 斜屋面、平屋面、水泥地面全量污染物冲刷系数分别为0.871, 0.765和0.025 mm−1, 屋面冲刷强度远大于地面。斜屋面溶解态COD与颗粒态COD冲刷系数相近, 冲刷强度大。平屋面、水泥地面的颗粒态COD冲刷系数均大于溶解态COD, 颗粒态COD冲刷强度更大。
为定量研究蓄水层设置和植物选择对绿色屋顶蒸散发的影响, 设置两种结构(有或无蓄水层)和两种植物(佛甲草和铺地锦竹草)共4种组合的绿色屋顶实验槽, 在深圳市的气候条件下, 连续测定气象参数、绿色屋顶蒸散发量(ET)和土壤含水量。结果表明, 蓄水层的水分蒸发对其上层土壤水分有显著的补给效应, 且土壤含水量与日蒸散发量存在正相关关系, 因此蓄水层的设置可以增加绿色屋顶的蒸散发量。佛甲草因其景天酸代谢方式(CAM)的特殊性, 当太阳辐射较大时, 气孔自动关闭, 从而降低蒸散发量, 减少水分流失。与铺地景竹草相比, 种植佛甲草的实验槽一天内的小时蒸散发量波动较大, 中午前后出现低谷, 与土壤含水量的相关程度相对较低。
针对面源污染物在城市复杂的不同下垫面具有不同累积特征的问题, 以常州市中心城区为研究对象, 采集居住用地、工业用地、交通用地、商业用地和文教用地等5种用地类别的64个样点地表累积物, 测试累积物中总悬浮固体(SS)、氨氮以及全量和溶解态的COD, TP, TN含量, 分析不同城市用地的污染物累积特征和居住用地、交通用地累积强度的季节变化差异, 得到如下结果。1) 交通用地各污染物的累积强度普遍高于其他功能用地, 尤其是SS和全量COD, 均值分别为59004.5和11179.7 mg/m2; 商业用地上溶解态污染物均高于其他用地; 文教用地、居住用地和工业用地上各污染物的累积强度较低。2) 交通用地在2014年10月(秋季)和2015年3月(春季)的累积强度存在显著性季节差异, 春季SS累积强度均值比秋季低约7.7%; 全量TN和溶解态COD, TN, TP和氨氮的累积强度均值比秋季高约3.3%, 49%, 85%, 61%和200%; 居住用地的累积强度则没有季节差异。3) 各类用地上颗粒态COD, TP和TN占全量的比例平均达86.5%, 85.1%和71.1%, 说明污染物主要吸附在颗粒态物质上, 颗粒态污染物占大部分。因此, 加大城市清扫力度有利于减少面源污染。4) 商业用地单位颗粒物中COD和TN的含量均高于其他用地, 均值分别为532.6和17.5 mg/g。交通用地COD, TP和TN的含量比最低, 均值分别为212.2, 0.86和2.9 mg/g。
针对实测径流资料较缺乏的漠阳江流域, 通过流域水文模型HSPF(hydrological simulation program-Fortran)模拟各支流和子流域详细的径流时空特征, 利用一维稳态水质数学模型计算不同时间和空间上化学需氧量(COD)和氨氮的水环境容量。结果表明: 1) 在漠阳江流域, HSPF模型对年与月径流模拟的相对误差小于15%, Nash-Sutcliffe系数大于0.9; 水质模型的相对误差在 10%左右, Nash-Sutcliffe 系数大于0.8; 2) 在90%, 50%和10%保证率下, 漠阳江流域COD的环境容量分别为16.45, 21.84和24.97 万t, 氨氮的环境容量分别为0.51, 0.88 万t 和1.14 万t; 受径流季节波动影响, 枯水期与丰水期季节水环境容量差异明显; 1月份的水环境容量及其变差最小, 6月份的水环境容量及其变差最大; 3) 空间分布上, 漠阳江干流流域承载力较大, 一级与二级支流的承载力较小。因此, 在水文资料缺乏的流域, 可基于HSPF模型模拟的水文条件, 开展水环境容量的时空分布分析, 为水环境容量总量控制方案的制定提供指导。
