论文总字数：15006字

目 录

1 引言 5

2 面源水环境 5

2.1 农业面源水环境 5

2.2 城市面源水环境 6

2.2.1 城市透水区面源水环境 6

2.2.2 研究现状 7

3 研究方法和技术路线 7

3.1研究方法 7

3.2 技术路线 10

4 结果与讨论 11

4.1不同降雨历时对COD、TSS的影响 11

4.2不同坡度对COD、TSS浓度的影响 15

4.3不同降雨历时和坡度下COD的平衡分配 17

4.3.1不同降雨历时下COD的平衡分配 17

4.3.2 不同坡度下COD的平衡分配 18

5．结论 19

参考文献： 20

致谢 21

模拟降雨条件下城市回填土壤径流系统中COD的行为特征

王俊杰

, China

Abstract:In order to study the effects of COD and TSS in the runoff system of urban backfill soil,the runoff characteristics and distribution patterns of COD in runoff system in different runoff system were studied by artificial simulated rainfall experiment.The results show that the continuous rainfall time have great influence on the concentration of COD in the different fate,.has certain influence on the distribution of COD in the different fate; slope of COD in the different fate of concentration and distribution pattern also has obvious effect.Therefore, there is great significance and influence of nonpoint source pollution in the study of city.

Keywords:Urban backfill；City surface water pollution；Artificial simulated rainfall；COD；TSS；Duration of rainfall；Slope.

1 引言

在中国，监测表明：中国七大水系中，不适合作为饮用水源的河段接近40%，城镇河段中78%的河段不适合作饮用水源，城市地下水50%受到污染。通过1960年到2000年对黄河312个监测点氮含量的连续监测，从1960年，尤其1990年以后一直在增加^[1]。我国三湖（巢湖、滇池和太湖）的污染负荷中，仅来自工业面源污染的TN、TP和COD就分别占30%～40%、40%～50%、60%～70%^[2]，北京密云水库、天津于桥水库、安徽巢湖、云南洱海、上海淀山湖等水域，氮磷污染均超过其他污染，成为威胁引用水源的主要原因^[3]。在荷兰，仅农业面源污染产生的TN、TP负荷就各占水环境污染总负荷的40%和50%～60%^[4]。以上数据清楚地显示，面源污染日益突出，成为水环境污染的重要原因之一。随着城市化进程的加快，城市不透水地面的比例越来越高，导致了城市面源污染（如重金属、营养盐等）越来越严重，这一点在发展中国家尤为严重。城市地表径流含有大量的污染物质, 可以对受纳水体造成严重威胁。城市草地透水区作为城市下垫面的主要类型之一，是一种天然透水设施，是城市生态系统的重要组成部分，在控制城市面源污染及削减洪峰流量方面发挥着十分重要的作用，并且能起到防止土壤侵蚀的作用，越来越受到世界各国的广泛关注。

同时，在快速的城市化进程背景下，气候不正常变化和温室效应等问题也日益突出。随着气候的变化，降雨量也随之增加，形成大量的城市径流。由于城市排水系统的老化，大部分城市径流只能通过土壤流入地下。此外，快速的城市化进程也促进了老旧建筑的拆解，造成了大量的建筑垃圾。这些建筑垃圾大多数被集中掩埋，形成了城市回填土草坪。据不完全统计，我国城市内大多数草坪为城市回填土草坪。在这个大背景下，习近平总书记提出了“海绵城市”的概念，旨在引起人们对目前我国面源水污染的重视。

综上，开展城市回填土草地径流系统中有机质的迁移特征研，既是未来研究控制地下水源污染的重要方向，也是面源污染物管理与控制的薄弱环节，对于城市面源水环境的管理与控制以及海绵城市建设具有重要的理论与实际意义。

2 面源水环境

2.1 农业面源水环境

当今社会背景下，农业面源水污染已经逐渐发展成为水污染的主要原因，我国也同样承受着农业面源水污染的影响。长期以来，国家投入大量精力对其进行治理和防护，却仍未能遏制水质逐渐恶化，一个很重要的原因即是农业面源污染的防治方法并没有跟上世界先进治理方法的脚步。农业面源污染源具有分散性、广阔性和隐蔽性，其成因主要包括滥用农药化肥造成的污染，废弃秸秆焚烧残留污染，畜禽养殖业粪便排放污染，传统的灌溉尤其是污水灌溉带来的土壤污染和水污染，以及农村居民排放的生活污水和小型乡镇企业的工业废水污染等。

2.2 城市面源水环境

面源污染主要集中在一些分散、复杂的地区，发生的位置和集中区域难以测定，因此对其的控制和治理难度也相当之大。造成面源污染的因素主要是生活污水、农业污水以及工业废水的排放，在城市地区，由于人类活动产生的生活污水不合理排放，就形成了所谓的城市面源污染。城市面源污染，主要是由于降雨降雪的冲刷作用，通过城市径流的引导，使得污水不固定地排放，在城市地区形成污染源。近些年来，随着快速的城市化进程，城市不透水区面积不断扩大，因此，城市面源水污染也成了当今社会背景下主要的面源水污染。同时，随着污水治理技术的不断提高和改善，点源污染逐渐得到了控制和改善。因此，面源污染问题也日益突出。在国内不断城市化的进程下，面源污染越来越成为阻碍城市化进程的消极因素。

目前，诸如北京、上海、广州等发达城市，面源水污染尤其严重；相比与一线城市，某些二三线城市收到的污染力度较小，但仍达到不容忽视的程度。

据统计，城市面源水污染中化学需氧量、总的悬浮物浓度普遍高于农村和城市一些污水处理厂排放的污废水。因此，城市面源水污染应该得到普遍的重视和关注。

2.2.1 城市透水区面源水环境

目前，国内外关于面源污染的研究多集中在透水区（绿地）面源水环境上，而不透水区面源水环境方面的研究比较少。

面源污染相关研究中对透水区（绿地）研究比较薄弱，当点源污染得到有效控制后，面源污染日益突出，成为水环境污染的重要原因之一。随着城市化进程的加快，城市不透水地面的比例越来越高，导致了城市面源污染（如重金属、营养盐等）越来越严重，这一点在发展中国家尤为严重。城市地表径流含有大量的污染物质, 可以对受纳水体造成严重威胁。因此，近几十年以来，国内外学者对城市不透水下垫面的径流污染特征及相应的控制措施进行了大量的研究。然而，对径流过程中污染物质在透水区的行为特征研究较少。城市草地透水区作为城市下垫面的主要类型之一，是一种天然透水设施，是城市生态系统的重要组成部分，在控制城市面源污染及削减洪峰流量方面发挥着十分重要的作用，并且能起到防止土壤侵蚀的作用，越来越受到世界各国的广泛关注。快速城市化使得城市建筑回填土绿地面积增加环境影响凸显，随着发展中国家城市化进程的加快，尤其是老城改造、新城建设、公路建设，大规模的建设和拆迁必定产生大量的建筑垃圾（如渣土、散落的砂浆和混凝土、碎金属、竹木材、废弃的装饰材料以及各种包装材料等），而其中的绝大部分都会被人们混合附近土壤掩埋，种上花草树木，因而在城市地区形成了大面积的回填土草地。与自然土壤相比，由于城市建设过程中挖掘、搬运、堆积、混合等原因，使得回填土土壤剖面结构发育层次混乱、土壤质地变性、容重大孔隙度小、pH偏高、污染严重，复杂的回填土壤状况导致了特殊的土体结构和生态属性，显著影响了降雨过程中氮磷营养盐在回填土草地径流系统中的迁移和分配特征以及水量分配模式^[5]。

2.2.2 研究现状

当点源污染得到有效控制后，面源污染日益突出，成为水环境污染的重要原因之一。根据面源污染发生区域和过程的特点，一般将其分为城市和农业面源污染两大类。在农业面源污染方面，李恒鹏等采用模拟降雨实验对太湖流域平原河网地区农田进行研究时发现暴雨径流过程中氮素流失以地表径流为主,占总流失量的81.66%,壤中流氮素流失量相对较少,占氮素总流失量的18.34%^[6]；张海涛等通过室内模拟降雨实验对不同雨强条件下石灰岩土壤侵蚀的过程进行研究发现动态径流量、累计径流量、稳定的泥沙含量都随着雨强的增大而增大，其中动态径流迅速增加并稳定，达到稳定所需时间相差较大，累计径流量增大的幅度较平缓^[7];霍炜洁等在研究草地过滤带对农业面源污染物的截留效应时发现SS、颗粒态磷(PP)和CODMn截留特征具有相似性,植被条件、进水浓度、流量和坡度均为极显著影响因素^[8]；Lee等应用人工降雨和模拟径流实验，进行了柳枝翟一雀麦草一高羊茅过滤带截留径流悬浮物，氮素和磷素的研究，得出在土壤表层种上植被可以显著减少径流中氮磷营养盐含量的结论^[9]。

在城市面源污染方面，城市面源污染物又可分为物理性、化学性和生物性3种污染物类型。在化学性污染物里，以氮磷营养盐为首要污染物，它对土壤和水质都造成了巨大影响。研究者发现当氮磷营养盐进入像草地土壤-地表径流-潜流（垂直下渗流和侧渗流）这种多相介质面源时，极易发生吸附、解吸、化学、生物降解等物化过程^[10]。该过程与时间累积、人类活动、所处土壤的理化条件（pH，有机质含量、土壤类型、颗粒大小、孔隙率、含水率）以及降雨特征（降雨量、降雨持续时间、降雨强度）等很多因素有关^[11]。尤其需要指出的是，土壤对氮磷营养盐的吸附作用是在理化性质达到一定条件后才可实现，而条件一旦破坏则发生解吸。该特征直接影响到氮磷营养盐在土壤-地表径流-潜流（垂直下渗流和侧渗流）体系中的迁移与分配模式，其中下渗流直接影响到深层土壤和地下水源，而地表径流中的氮磷营养盐则直接影响到受纳水体环境质量^[12]。

从已有研究来看，目前面源污染治理研究主要集中在农业面源污染治理方面，而且在城市面源透水区污染治理研究较少，尤其是对氮磷营养盐在城市透水区上的迁移与转化过程研究还处在刚刚起步阶段，人们对它在环境中迁移、转化、富集、分布等特征的研究相对比较薄弱。本文拟采用人工模拟降雨的方法，针对新建区草地土壤形成的城市回填土模型，测定其在相同条件，三个归趋（地表径流，侧渗流，下渗流）的COD和TSS受降雨历时和箱体摆放坡度的影响。

3 研究方法和技术路线

3.1研究方法

1. 供试土壤特征

城市回填土主要包括拆迁重建区草地土壤、新建区草地土壤、公路两旁绿地土壤三种主要类型(如图1所以)。本研究采用的是新建区草地土壤（如图1b所示），共计采土525Kg,放在阴凉处，每天用铁锹混匀，并把其中的大块土壤拍碎，自然阴干半个月后，装入四个箱体中，每个箱体装130Kg混匀土壤。研究用土壤理化特征见表1。

图1 研究用土壤

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：15006字

相关图片展示：