多尺度城市非点源污染排放特征及其控制措施研究

As urbanization progresses, more attentions were paid to the influence of urbanization on water environment. Urban non-point pollution load ratio of water environment pollution caused by urban expansion has increased year by year. Urban non-point pollution (UNP) has become a major factor affecting urban water pollution and ecological degradation. Shenyang, a typical city of northeast China, was chosen as the study area. The status of rainfall-runoff pollutants will be monitored in different underlying surfaces (road, roof and green surfaces) and functional areas (residential, industrial and commercial areas). In order to analyze the output characteristics and main driving forces of urban non-point pollution, the buildup-washoff functions were established in patch scale, the urban non-point pollution model (SWMM) was used in functional areas scale, and the correlation models between urban surface characteristics and non-point pollutants were built in urban district scale, based on the monitoring data. On the basis of the preceding analysis, combined with landscape ecology and low impact development theory, we will propose the countermeasures of control non-point pollution and urban landscape pattern optimization under the background of urban expansion. This proposal will carry out the study of multiple scales urban landscape pattern and water environment process in landscape ecology. This research will be able to not only provide scientific basis and practical means to reduce the urban non-point pollution, protect the urban environment, but also push forward the development of landscape ecology theory and methods in the study of landscape patterns and processes.

中国正处于城市化剧烈发展阶段，城市化对水环境的影响越来越受到人们关注。城市扩展导致的城市非点源污染对水体污染的负荷比例逐年增加，城市非点源污染已经成为城市水环境污染和生态退化的主要影响因素。本研究以沈阳市为研究区，通过监测分析沈阳市不同下垫面斑块（路面、屋面和绿地）和功能区（居住区、工业区和商业区）降雨径流的城市非点源污染状况；利用实地监测数据，在下垫面斑块尺度建立累积-冲刷函数，功能区尺度利用SWMM模型，市区尺度构建城市下垫面特征与非点源污染输出的响应模型，分析三种尺度下城市非点源污染输移特征和主要影响因素；并结合景观生态学和低影响开发(LID)理论，提出城市扩展背景下控制非点源污染和城市景观格局优化的对策。围绕多尺度城市景观格局与水环境过程的景观生态学研究不仅能为减缓城市非点源污染、保护城市生态环境，提供科学依据和现实手段，而且能够丰富景观生态学在景观格局与过程研究方面的理论和方法。

近年来，中国城市化进程不断加快，城市化对水环境的影响越来越受到人们关注。城市化过程中城市不透水面的增加，直接增加了径流量，使径流中的众多污染物（如SS、TN、TP、COD、BOD、微生物以及重金属等）通过城市排水系统进入受纳水体，直接危害水生生物的生存和生态系统的安全。城市降雨径流作为污染物迁移转化的主要驱动力，是城市非点源污染的研究热点和重点。.本项目选择沈阳市为研究区，通过在不同下垫面和不同功能区进行降雨径流采样，分析了降雨径流中TSS、TN、TP、COD和6种主要的重金属污染物（Cd、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn）的输移特征。利用M（V）曲线和MFF30（mass first flush），分析了不同降雨径流事件的初期冲刷强度和发生强冲刷、弱冲刷的概率。路面径流的污染程度重于屋面径流，TN是屋面径流的主要污染物，TSS、TN、TP、Pb和Cr则是路面径流的主要污染物，TSS超过了污水二级排放标准，其余污染物均超过了国家V类地表水标准。本研究区较易产生初期冲刷现象，约有50%—90%的降雨事件能产生初期冲刷现象。利用城市暴雨径流管理模型（SWMM），建立了研究区的降雨径流模型，对不同重现期、不同雨型的降雨径流和非点源污染状况进行了模拟分析。TSS、TN、TP和COD的浓度峰值从大到小的雨型依次为0.3、0.4、0.5，说明雨峰越靠前，污染物的峰值浓度越大。而场次降雨的污染物总累积量则从大到小依次为r=0.5、0.4、0.3。最后，选择了合适的低影响开发措施（LID），利用SUSTAIN模型模拟了LID措施对研究区径流量和污染物排放的控制情况。LID措施对TSS、COD污染物的去除量较大，但LID措施优化后的污染物量仍然远远高于城市化前的排放量。而经过优化后，得到了负荷海绵城市排放要求的LID布设方案。通过本文的研究，分析了沈阳城市降雨径流非点源污染的特点和控制措施，可以为管理、规划城市降雨径流提供科学决策的依据及标准。