快速城市化流域降雨径流污染季节变化的机理与不确定性

快速城市化流域降雨径流污染具有季节差异与不确定性显著的特点。本研究将选择典型流域，基于气象-水文-水质连续自动监测与人工监测、以及典型土地利用类型表面污染物累积过程的采样，识别不同季节中影响降雨径流污染程度和形态的主要气象因子，分析不同土地利用类型上污染物累积程度和形态的季节差异及其与人为活动/管理方式的关系，综合分析降雨径流污染季节变化的特征及原因。在此基础上，针对不同季节径流污染的特点，建立分季节的降雨径流水质模型，结合多变量相关采样方法、普适似然不确定性估计方法和马尔科夫链-蒙特卡罗模拟等，分析不同季节降雨径流水质模型不确定性的主要来源、及其在模型中的传递与相互影响，提出季节变化条件下降雨径流水质预测不确定性的分析方法。研究成果将有利于揭示快速城市化地区降雨径流污染季节变化的机理、合理评估降雨径流水质预测不确定性、为降雨径流污染的监测、控制与风险管理提供科学依据与方法。

快速城市化流域降雨径流污染具有季节差异与不确定性显著的特点。本研究以深圳石岩河流域为研究区，基于气象-水文-水质连续自动监测与人工监测，揭示快速城市化地区降雨径流污染季节变化与冲刷特征，分析影响降雨径流污染的因素及其机理；建立城市化地区降雨径流污染的模拟模型，分析降雨径流水质预测的不确定性。研究表明（1）径流中有机物和营养盐的降雨事件平均浓度（EMC）都呈现明显的季节差异，在雨前干旱时间（ADP）长、雨量小的季节EMC较高；而ADP短、雨量大的季节EMC较低；（2）径流中内分泌干扰物（EDCs）表现出不同的季节差异，其中双酚A （BPA）和多数多环芳烃（PAHs）浓度旱季低于雨季，而雌激素（E1、E2）和邻苯二甲酸酯（PAEs）浓度峰值出现在旱季；基于化学质量平衡（CMB）和正定矩阵因子分解（PMF）的来源解析表明，生活污水是雌激素和PAEs的主要来源，而降雨径流对多种PAHs贡献较大；（3）大气湿沉降对径流污染影响显著，在与深圳具有类似大气环境条件的地区，湿沉降是屋面径流中NH4+、TOC和NO3-等负荷的主要来源；（4）研究区降雨径流污染存在比较明显的“中后期冲刷”现象，为模拟这一现象，基于下垫面可冲刷污染负荷随累积径流量随logistic 曲线增长的假设，提出了新的径流污染冲刷模型，该模型可以提高降雨径流水质预测的精度；（5）降雨条件、模型参数和模型结构是影响降雨径流水质预测不确定性的主要因素，本项目采用普适似然不确定性估计（GLUE）分析模型的不确定性，采用基于连续降雨模拟的径流污染频率分析方法考虑降雨条件的不确定。研究成果将有利于揭示快速城市化地区降雨径流污染季节变化的机理、合理评估降雨径流水质预测不确定性、为降雨径流污染的监测、控制与风险管理提供科学依据与方法。