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随着我国城市化进程的快速发展,在工业废水和生活污水处理不断完善的情况下,由城市降雨径流产生的城市面源污染对水环境的影响日益凸显,逐渐成为城市水环境污染的主要来源,科学认识和有效控制城市降雨径流污染,是城市水体水环境质量改善和城市水生态保护的重要任务之一。在城市区域尺度上,有关由降雨径流作用引起的污染过程和污染物来源问题的研究,采用常规监测方法费时、费力。所以利用环境放射性元素的示踪技术具有很明显的优势。本文在查阅大量文献资料的基础上,通过探索环境放射性核素7Be与210pb复合示踪技术在城市降雨径流污染研究领域中的应用,利用7Be和210pb的比值(7Be/210Pb)区分城市地表颗粒物与排水管道沉积物对降雨径流悬浮物的相对贡献,明确排水系统在城市降雨径流污染形成过程中的作用,深化降雨径流污染形成机理和形成原因的研究,得出以下结论:
(1)通过对武汉市武昌和汉阳地区的7Be与210pb大气沉降检测表明,武汉市7Be与210pb的年平均沉降通量分别为1417.22 Bq/(m2·year)和363.42 Bq/(m2·year)。降雨量与季节是影响武汉市大气7Be、210pb沉降的主要因素,降雨是7Be与210pb沉降的主要途径。7Be与210pb的大气沉降通量与降雨量呈分组线性相关,冬春时期降雨量对7Be与210pb的大气沉降的贡献明显高于夏秋时期。7Be与210pb的大气沉降通量具有相似的季节变化特征,冬春两季度具有较高的沉降通量,夏秋两季度具有较低的沉降通量。
(2)全年7Be与210pb的沉降具有明显的同步性,7Be与210pb月沉降通量表现出显著的相关性(汉阳:R2=0.81;武昌:R2=0.88),7Be与210pb沉降通量的比值相对稳定,平均为为3.74±1.07,是利用Be与210pb复合示踪城市地表过程的前提。
(3)城市环境系统中沉积物颗粒粒径分布存在差异性,在地表径流冲刷传输过程中具有分选效应。城市地表沉积物小于0.15mm颗粒物的质量分数占50%以上,而排水管网系统中沉积物小于0.15mm颗粒物的质量分数在30-50%之间。地表径流和经管网传输后径流悬浮物小于0.15mm颗粒物的质量分数占80%以上。7Be在城市地表颗粒物中的分布具有明显的粒径效应,颗粒物粒径越小,7Be的含量越高。7Be活度的60%分布在粒径小于0.15mm的颗粒物中。
(4)城市地表、雨水口、合流管沉积物7Be、210pb和210pbex含量相当,污水管沉积物7Be、210pb和210pbex含量最低。由7Be、210pb和210Pbex含量特征表明地表沉积物、雨水口沉积物、合流管沉积物是城市集水区降雨径流驱动下的一个连续体。城市地表、雨水管/口、合流管、污水管的沉积物中7Be与210pb的比值具有明显的差异,且依次减少。
(5)根据城市地表、雨水口、合流管沉积物和地表径流悬浮物中7Be、210pb和210pbex的含量特征,以及7Be与210pb比值的变化特征,城市地表径流经管网传输在排放口处径流悬浮物中地表径流悬浮物占43±16%,而由于排水管网沉积物的再悬浮占57±16%,在降雨径流污染负荷输出的高峰期,降雨径流中悬浮物来自排水系统沉积物的比例升高,排水系统中沉积物的再悬浮是降雨径流中污染物的主要来源。雨、污合流管道在降雨径流污染形成过程中发挥了转化器和加重径流污染的作用。