论文总字数：18762字

目 录

1 引言 1

2 材料与方法 2

2.1 研究区域概况 2

2.2 样品采集与预处理及粒径分级 3

2.2.1 径流携带沉积物样品采集及预处理 3

2.2.2 粒径分级 4

2.3样品污染物浓度测定方法 4

2.3.1样品中As、Pb浓度测定方法 4

2.3.2样品中总磷浓度测定方法 5

2.3.3样品中总氮浓度测定方法 6

3 结果与分析 6

3.1 样品形态特征 6

3.2 粒径分布特征 7

3.3 污染物分布特征 9

4 结论 11

参考文献： 13

致谢 15

城市不同功能区径流携带沉积物的粒径分布及铅、砷及营养盐污染特征研究

许雅楠

，China

Abstract：Road-deposit sediment samples were collected from five diffferent function zones(college，uptown，bussiness zone，highway and industrial park) of Nanjing .Analyzes the particle size distribution and content of pollutants of each particle size. The particle size distribution and content of pullutants including Nutrients (total nitrogen，total phosphorus)，Arsenic and Lead were analyzed.The sediments collected from different function zones were different from each other included plant residue,household refuse and moisture content. The particle size distribution and uniformity also differed from site to site.Showed : bussiness zones gt; uptown gt; industrial park gt; highway.Particles in the range of 125~500μm contributed to a large portion of the sediments with a mass fraction of 42%. The result showed that the smaller particles were determined as highly polluted. Around 40% of total nitrogen, 52.46% of total phosphorus, 40.36% of Arsenic, 41.48% of Lead were associated with particles less than 125μm which accounted for only 18% of the total solids．Therefore , highly attention should be paid to these particle with high pullotion and should take different methods to solve the pollution characteristics of different fuction zones.

Key words : urban parking lots ; sediments in runoff ; particle size distribution ; pollutants contents

1 引言

随着时代的进步，我国的城市化进程越来越快，城市水体污染问题已然成为环境问题的焦点。造成水体污染的原因有点源污染和面源污染两种类型。所谓点源污染是指具有固定的排放点的污染源。一直以来，点源污染通常被认为是造成水体污染的重要因素。因此，我国耗费了大量人力及物力，采用各种技术以减少点源污染污水排放。然而，仅仅依靠控制点源污染，仍然不能达到保障水环境质量的根本要求，并且大量的面源污染物仍继续以分散、不间断地的方式进入水体^[1]。城市面源污染作为造成城市水体污染的重要因素，其定义为在降雨时，雨水在地表汇集形成地表径流，并冲刷城市地表，将水中溶解的污染物、附着在固体颗粒上的污染物从非特定的地点转移至受纳水体中，从而引起的水体污染^［2］。城市地表径流是非点源污染源中的典型代表，其特点是：地域范围广、随机性强、形成原因复杂等^3]。随着城市化进程的加快，城市原有地貌由于城市的发展和城市建设发生了巨大改变，大量的建筑物和道路，使得城市地表硬化率不断增加，不透水路面面积的比例不断增大，从而导致在降暴雨时产生的大量径流不能由地表渗入地下，只能通过城市排水系统将径流排放到受纳水体当中，而在不透水路面上附着着很多不同种类的污染物质，在降水过程中，这些污染物质会随着地表径流进入受纳水体，这在很大程度上会对受纳水体的水质产生破坏^[4-5]。

降大暴雨时，雨水汇集于地表并形成地表径流。路面积尘受到地表径流的冲刷而随其迁移。当径流流速大时，颗粒物将会随着径流流入受纳水体中。路面原始累积颗粒物，可随径流移动颗粒物以及在径流过程中沉淀的颗粒物之间的相互关系如下图所示：

城市地表径流中污染物质的主要来源，在一定程度上受城市中的径流携带沉积物的影响，并且它的组成情况等决定了城市地表径流污染的性质和特征^[6]。研究表明，城市地表积尘主要源自人类活动、大气沉降、土壤扰动、路面磨损以及交通系统等^[7]，其颗粒物的组成与天气情况、工业状况、交通强度以及与土壤的接近程度有关。因此，城市不同功能区的使用功能对于地表积尘的颗粒组成具有较大的影响^[8]。城市地表沉积物中含有大量的污染物质，如重金属、多环芳烃、有机质及营养盐等^[9]。这些污染物质对环境的影响表现出瞬时性、迁延性以及季节性的特点，其对环境的影响程度受到功能区性质、人口密度、下垫面材质以及周边环境等因素的影响。此外，城市径流携带沉积物的粒径分布特征在一定程度上会对其对环境的危害产生一定的影响^[10-11]。研究表明，由于颗粒物具有较大的比表面积，因此可以吸附大量的污染物质，是分解和输送污染物质的重要载体，不同粒径的颗粒物对径流中发生的物理变化和化学变化的影响效果不同，因此将其称为污染物迁移的重要风向标^[12-13]。径流中的污染物质，如总氮、总磷以及某些重金属，会吸附在粒径大小不同的颗粒物上，由自由的形式转化为颗粒的形式，然和颗粒态形式的物质不容易被微生物利用^[14]。由此可见，径流携带沉积物的粒径分布特征是影响颗粒中污染物的浓度和形态的重要因素。

目前对于径流污染特征的研究在我国比较常见，如李立青等人已经对可随径流进入水中的颗粒物N、P的输出特征进行了研究[17]；杨德敏、曹文志等人对厦门市降雨径流氮、磷污染特征进行了研究[18]；颜文涛、韩易等人对山地城市径流污染特征进行了分析[19]；可见，地表径流污染越来越受到人们的重视。然而目前，国内外对于径流携带沉积物粒径分布的研究虽有很多报道，如有研究报道，粒径小于246μm的颗粒物的质量分数为43%^[15]；Zanders等研究发现，粒径小于100μm的颗粒物与大颗粒物相比，污染物质含量明显升高^[16]；朱伟等研究发现，污染物往往积聚于不同粒径的颗粒物中。但是，对于对于较大范围的研究调查并不多见，特别是针对城市不同功能区展开调查研究。本文基于此，对南京市5个不同功能区的径流携带沉积物进行研究，分析和比较各功能区中所采集样品的粒径分布特征，并确定不同功能区中各粒径沉积物中的重金属铅，砷，总氮，总磷的污染负荷特征，进一步得出污不同功能区中染物质的含量与粒径大小的数量关系。旨在为城市面源污染管理与控制提供有效参考，以及为管理技术的选择提供数据支持。

2 材料与方法

2.1 研究区域概况

南京市位于长江中下游地区。属亚热带季风气候，雨量充沛，年降量1200㎜，平均降水量为1160㎜四季分明，年平均温度为15.4℃，年极端气温最高39.7℃，最低-13.1℃。本文研究区域主要分布在南京市五个不同利用类型土地，分别为校园、住宅区、交通主干道（高架桥、高速路）、商业区（停车场）以及工业区（如图1所示）。在研究区域中，影响径流携带沉积物量和污染物浓度的重要因素包括:人口密度、不透水路面的状况、街道清扫的方式和频率、交通强度等。其中，学校和住宅区的的人口密度较大，不透水路面表面较为平整且破损情况轻微，每日按时清扫且交通强度低；交通主干道人口密度小，路面损坏情况较少，每日定时进行机械清扫且交通强度大；停车场地处商业区，人口密度较大，不透水路面破损情况较少，多采用人工清扫方式，交通强度较大；工业区人口密度较少，道路破损情况较为严重，且少有清扫，交通强度中等。

图1 采样地点分布

2.2 样品采集与预处理及粒径分级

2.2.1 径流携带沉积物样品采集及预处理

根据城市的功能性质，选定校园，南京市浦口区盘锦花园，南京市四平路高架桥，南京市玄武湖停车场以及南京市钢铁厂五个采样地点，分别代表城市居住区，交通主干道，停车场和工业区。2013年10月对所选功能区内的排水沟进行径流携带沉积物样品采集。用铁铲进行样品的采集。对于沉积物深度gt;10㎝的采样点，取表层10㎝样品，深度lt;10㎝的采样点取全部深度样品；为了消除由于外界因素或人为因素所带来的误差，在各采样点均设置3个平行样品，每个样品约取3㎏混合后，带回实验室。

将带回的样品放置在托盘中，将其中的树枝、烟蒂、小的垃圾等挑拣出来，并做记录。对样品进行称重，用测得的总质量减去托盘质量，即得到所采集样品的质量，记为G₁，各功能区的样品均用此方法进行称重。在自然条件下进行风干。风干后的样品需要以同样的方法再次称重，记为G₂。

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