论文部分内容阅读
城市化导致不透水率增加，使城市水文循环发生剧烈的变化，导致城市及其下游地区洪涝灾害风险不断增加。城市人口剧增和工业化发展引起城市地表灰尘沉降量及其中的污染物质含量增长，一方面城市地表灰尘污染物通过呼吸吸入和皮肤直接接触等途径进入人体，从而影响公众健康；另一方面，地表灰尘中大量污染物质随降雨径流冲刷进入受纳水体，造成受纳水体水质恶化，城市暴雨径流污染的威胁日益严重。城市非点源污染引起的水环境问题，已经严重地制约了城市的经济和社会的可持续发展。本文针对保定市的非点源污染特征进行研究和分析，建立了基于暴雨洪水管理模型（Storm Water Management Model，SWMM）的保定市非点源污染模拟模型，模拟了保定市非点源污染的产生过程，阐明了保定市非点源污染的特征及发展趋势，分析了保定市非点源污染对白洋淀的影响。
研究了保定市地表灰尘重金属和营养元素N、P在不同区域的分布特征，分析了其可能来源，并应用重金属健康风险评价模型（Chronic Daily Intake，CDI）对地表灰尘中的Cd、Cr、Cu、Pb和Zn5种重金属进行了健康风险评价。城市屋顶灰尘污染物质含量普遍高于其它区域，之后依次是商业区>交通区>工业区>办公区>居住区，Cd（5．10 mg/kg）、Cr（470mg/kg）、Pb（997 mg/kg）、Zn（1377 mg/kg）和P（999 mg/kg）的最大值均来自屋顶灰尘，而Cu（867mg/kg）和N（19．40 mg/kg）的最大值则来自商业区的地表灰尘。重金属Cd和Cr具有复合污染特征，来源复杂且多样化；重金属Pb、Zn和Cu的含量在各区域中的变化趋势较一致且显著相关，主要来源于交通排放。Cd的平均致癌风险指数均达到了1．25×10-5，超过了美国EPA1．0×10-6的标准，由此将导致每百万人增加12．5个癌症患者，并已对当地居民的身体健康造成了严重的威胁；各种重金属的平均叠加风险度达0．124，重金属摄入为慢性参考剂量的10％左右，不会对居民的身体健康产生较大的非致癌风险。
深入分析了SWMM模型的模拟机理，对模型的径流子系统、污染物累积及径流冲刷子系统、传输子系统的原理及模型参数进行研究分析，进而讨论SWMM应用于保定市非点源污染模拟的可行性。根据地形、排水模式、排水管网规划，对研究区排水系统进行了概化，建立了保定市SWMM模型；结合研究区管网数据资料及实地踏勘信息，借鉴国内外相关研究的模型模拟参数，根据当地的降雨径流实测资料及经验系数对模型的参数进行了率定、验证。结果表明，实测过程和模拟过程达到了较好的拟合效果，模拟次降雨径流总量高于实测值，模拟洪峰峰值高于实测洪峰峰值约30％，校准后的模型降雨径流总量模拟误差可控制在-11．4～-36．6％以内；而对水质的验证结果表明模型对于暴雨模拟效果好于小强度降雨。模型模拟的总体结果较好，本文建立的基于SWMM的保定市非点源污染模拟模型适用于保定市非点源污染模拟。
根据建立的SWMM模型对保定市非点源污染进行了模拟。结果表明，20080810典型暴雨径流总出流量为451．83万m3，输出非点源污染负荷总量Pb、Zn、TN、TP和COD分别为145．50kg、556．72 kg、29412．84 kg、874．98 kg、74218．42kg；2008年降雨径流总出流量4813．13万m3，比1998年增长了47．3％；全年输出非点源污染负荷总量Pb、Zn、TN、TP、COD分别为852．0kg、2362．8kg、1123163kg、82819kg、3116086kg，几乎比1998年翻了一番；最优管理措施（Best Management Practices，BMPs）对Pb和Zn的去除效率为10％左右，而对于TN、TP和COD的去除效率仅为1％左右，BMPs对城市流域非点源污染负荷总量的控制有一定的积极意义。
分析了保定市非点源污染对白洋淀的影响。保定市输入白洋淀的年降雨径流TN和TP的平均浓度高于白洋淀约10倍；1998年降雨径流输入水量2071．99万m3，占保定市雨、污水总输入量的43％，输入白洋淀非点源污染负荷量Pb、Zn、TN、TP和COD分别为332．6kg、936．5 kg、341866．4 kg、19868．7 kg、356833．7 kg，分别占点源和非点源总输入负荷量的29％、41％、19％、16％、19％；2008年降雨径流输入水量2887．88万m3，占雨、污水总输入量的45％，输入白洋淀非点源污染负荷量Pb、Zn、TN、TP和COD分别为511．2 kg、1417．7kg、476406．0 kg、27734．7 kg、687618．3 kg，分别占点源和非点源总污染输入负荷量的32％、44％、25％、22％、26％。1998～2008的10年间，保定市输入白洋淀降雨径流总量和非点源污染负荷都有增加，保定市年输入白洋淀的非点源污染负荷量已占总输入污染物负荷量的30％左右。
结合保定市非点源污染的模拟结果，提出了适用于保定市非点源污染控制的若干措施，包括城市雨洪资源化和城市非点源污染控制BMPs两个方面。