太湖上游典型城镇地表径流面源污染特征

及水环境管理中更具有应用价值。
定，ＴＰ 采用过硫酸钾氧化，钼锑抗比色法测定。
本项研究针对太湖上游城镇地表径流面源污染 负荷估算问题，选择太湖上游的典型城镇丁蜀与湖滏
２ 分析过程与结果
镇，对典型暴雨事件的地表径流进行系统地空间采 ２．１ 空间采样的统计分析
样，分析采样样本的统计规律，在此基础上探讨城镇
０．０２５￣２．０４ ｍｇ·Ｌ－１，而且同类城镇用地类型不同测点
的差异也很大。各项指标中高值是低值的 １０￣８１ 倍，
由此可以得出，城镇地表径流的面源污染特征具有较
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大的不确定性，为了获取研究地区城镇地表径流污染
浓度的代表性参数，需要分析空间采样样本的统计分
布特征。
为了合理估算样本统计值，采用 Ｓｈａｐｉｒｏ－ Ｗｉｌｋ 方
农业环境科学学报 ２００６，２５（６）：１５９８－ １６０２ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｇｒｏ－Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ
太湖上游典型城镇地表径流面源污染特征
李恒鹏，黄文钰，杨桂山，李兆富
（中国科学院南京地理与湖泊研究所，江苏 南京 ２１０００８）
摘 要：选择太湖上游典型城镇，在不同临前降雨条件下，对城镇地表径流系统地进行空间采样，分析采样样本的统计分布特征。 结果显示，受城镇复杂人类活动的影响，城镇地表径流面源污染输出具有较大的空间差异，针对典型城镇整体的空间采样样本符 合对数正态分布，基于样本频率分布特征，统计城镇地表径流的面源污染浓度，其中 ＣＯＤ 为 ７．７２９（７．２９９，８．１８４）ｍｇ·Ｌ－１，ＴＮ 和 ＴＰ 分 别为 １．７９０ （１．７５２，１．８２９） ｍｇ·Ｌ－１ 和 ０．１１７ （０．１０７，０．１２９） ｍｇ·Ｌ－１。对不同临前降雨条件下、不同用地类型的样本分别进行统计，获得不 同临前降雨条件、不同城镇用地类型的地表径流面源污染浓度统计特征，证实了临前降雨条件、城镇用地类型对城镇地表径流面 源污染输出有较大影响。 关键词：太湖地区；城镇；面源污染；径流；土地利用 中图分类号：Ｘ５０１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－ ２０４３（２００６）０６－ １５９８－ ０５
忠等在太湖流域常熟市辛庄的实测研究［１４］。一般针对 月 ４ 日和 １１ 月 ２５ 日，采样一般在降雨过程实施，全
特定城市用地类型或随机选取的特定地段进行实测 部监测样品共计 ７４ 个，其中临前 ５ ｄ 无降雨的样品
研究，获得的结果对城镇整体的代表意义有限，受城 数量是 ２６ 个，临前 ５ ｄ 有降雨的样品数量 ４８ 个，所
量算），城镇所在地属于东亚季风气候区，多年平均降 存在很大的差异，样点测值总体分布表现为自高值向
雨为 １ ２８８ ｍｍ，汛期为 ４—１０ 月，主要包括梅雨和台 较低值集中，但测值分布范围较大，变化范围 ＣＯＤ 为
风雨，降水量占全年的 ７５％左右。
４．１７￣４３．０３ ｍｇ·Ｌ－１，ＴＮ 为 ０．３２￣１２．６７２ ｍｇ·Ｌ－１，ＴＰ 的为
第 ２５ 卷第 ６期
农业环境科学学报
１５９９
地表径流的面源污染研究较少。已经开展的研究有针 暴雨事件，则经过强烈冲刷之后，后期降雨径流浓度
对北京与上海等特大城市的暴雨径流实测研究［１０、１２］、 较低。本项研究在时间上选择临前 ５ ｄ 内有无暴雨两
赵剑强等针对城市路面径流的污染特征研究［１３］、夏立 种情况分别采样，采样时间是 ２００４ 年 ７ 月 １４ 日、９
法进行正态分布检验，发现 ３ 项指标均未通过正态分
布检验。从散点图的分布状况来看，空间采样样本更
接近对数正态分布，分别对各样点监测值进行自然对
图 １ 监测城镇在太湖流域中的位置
数转化，对转化之后的数据进行正态分布检验，除 ＴＮ
Ｆｉｇｕｒｅ １ Ｔｈｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｏｗｎ ｉｎ Ｔａｉｈｕ
城镇地表径流监测地点选择太湖上游的宜兴市 的用地类型，主要包括居民地、工商用地、城郊农村、
丁蜀与湖滏镇，位于太湖流域的湖西区，见图 １。快速 道路等，其他主要指少数特殊类型，一般分布面积较
的城市化过程导致两城镇基本连为一体，两城镇的城 小，或地面环境比较特殊，如广场草坪，菜市场周围
区总面积为 １２．４４ ｋｍ２（据 ２０００ 年 ＴＭ 遥感解译数据 等。由图可以看出，因采样点位置不同导致污染指标
Ｎｏｎ－ ｐｏｉｎｔ Ｓｏｕｒ ｃｅ Ｐｏｌｌｕｔａｎｔ Ｃｏｎｃｅｎｔｒ ａｔｉｏｎ ｉｎ Ｔｙｐｉｃａｌ Ｔｏｗｎｓ ｏｆ Ｔａｉｈｕ Ｕｐｒ ｉｖｅｒ Ｒｅｇｉｏｎ
ＬＩ Ｈｅｎｇ－ｐｅｎｇ， ＨＵＡＮＧ Ｗｅｎ－ｙｕ， ＹＡＮＧ Ｇｕｉ－ｓｈａｎ， ＬＩ Ｚｈａｏ－ｆｕ （Ｎａｎｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｇｅｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ Ｌｉｍｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， ＣＡＳ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００８， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｍａｎｙ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｈａｖｅ ｐｒｏｖｅｄ ｎｏｎ－ ｐｏｉｎｔ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｔｏ ｂｅ ｏｎｅ ｏｆ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｃａｕｓｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ． Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ， ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｍａｎｙ ｓｔｕｄｉｅｓ ａｂｏｕｔ ｎｏｎ－ ｐｏｉｎｔ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｌｏａｄ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｉｎ ｗａｔｅｒｓｈｅｄ ｓｃａｌｅ， ｂｕｔ ｔｈｅ ｎｏｎ－ ｐｏｉｎｔ ｌｏａｄ ｆｒｏｍ ｔｏｗｎ ａｒｅ ｒａｒｅｌｙ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｓｓｅｓｓ ｎｏｎ－ ｐｏｉｎｔ ｓｏｕｒｃｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｔｏｗｎ ｉｎ Ｔａｉｈｕ ｂａｓｉｎ， ａ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｕｎｏｆｆ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｉｎ ｔｙｐｉｃａｌ ｔｏｗｎ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｎｔｅｃｅｄｅｎｔ ｒａｉｎｆａｌｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ． Ａ ｔｏｔａｌ ７４ ｒｕｎｏｆｆ ｓａｍｐｌｅｓ ｗｅｒｅ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｒｅｅ ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ＣＯＤ， ｔｏｔａｌ Ｎ ａｎｄ ｔｏｔａｌ Ｐ， ｗｅｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｆｏｒ ａｌｌ ｒｕｎｏｆｆ ｓａｍｐｌｅｓ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｏｌｌｕｔａｎｔ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｖａｒｉｅｄ ｌａｒｇｅｌｙ ｄｕｅ ｔｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｌｏｃａｔｉｏｎｓ， ｌａｎｄ ｕｓｅ ａｎｄ ａｎｔｅｃｅｄｅｎｔ ｒａｉｎｆａｌｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ． Ｔｈｅ ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ｔｅｓｔｓ ｆｏｒ ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｕｎｏｆｆ ｓａｍｐｌｅｓ ａｃｃｏｒｄｅｄ ｗｉｔｈ ｌｏｇａｒｉｔｈｍ ｎｏｒｍａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ． Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ ｍｅａｎ， ｌｅｓｓ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｅｘｔｒｅｍｅ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ ｔｈａｎ ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃａｌ ｍｅａｎ， ｗａｓ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ａ ｍｏｒｅ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｉｎｄｅｘ ｆｏｒ ａｓｓｅｓｓｉｎｇ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｏｗｎ ｒｕｎｏｆｆ． Ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ ＣＯＤ， ｔｏｔａｌ Ｎ ａｎｄ ｔｏｔａｌ Ｐ ｉｎ ｒｕｎｏｆｆ ｆｏｒ ｗｈｏｌｅ ｔｏｗｎ ｗｅｒｅ ７．７２９ ｍｇ·Ｌ－１ （７．２９９￣８．１８４ ｍｇ·Ｌ－１）， １．７９０ ｍｇ·Ｌ－１ （１．７５２￣１．８２９ ｍｇ·Ｌ－１） ａｎｄ ０．１１７ ｍｇ·Ｌ－１ （０．１０７￣０．１２９ ｍｇ·Ｌ－１）， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｉｖｅ－ ｄａｙ ａｎｔｅｃｅｄｅｎｔ ｒａｉｎｆａｌｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｒａｔｅｓ ｏｆ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＯＤ， ＴＮ ａｎｄ ＴＰ ｗｅｒｅ ａｂｏｕｔ １．４５３， １．８２０ ａｎｄ ２．１１１ ｔｉｍｅｓ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｐｏｌｌｕｔａｎｔ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｕｎｏｆｆ ｖａｒｉｅｄ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌａｎｄ ｕｓｅｓ ｉｎ ｔｏｗｎ． Ｔｈｅ ｒｕｎｏｆｆ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ ＣＯＤ， ｔｏｔａｌ Ｎ ａｎｄ ｔｏｔａｌ Ｐ ｗｅｒｅ ８．３９２ ｍｇ·Ｌ－１， １．９４３ ｍｇ·Ｌ－１， ａｎｄ ０．１４５ ｍｇ·Ｌ－１ ｆｏｒ ｔｏｗｎ ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ ｌａｎｄ， ｒｅｓｐｅｃ－ ｔｉｖｅｌｙ， ａｎｄ ８．６６９ ｍｇ·Ｌ－１， ２．００８ ｍｇ·Ｌ－１， ０．０９７ ｍｇ·Ｌ－１ ｆｏｒ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ａｎｄ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ｌａｎｄ， ａｎｄ ９．１１７ ｍｇ·Ｌ－１， ２．７６８ ｍｇ·Ｌ－１， ０．１７５ ｍｇ·Ｌ－１ ｆｏｒ ｓｕｂｕｒｂ ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ ｌａｎｄ， ａｎｄ ９．３３８ ｍｇ·Ｌ－１， １．９５７ ｍｇ·Ｌ－１， ０．１３９ ｍｇ·Ｌ－１ ｆｏｒ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｌａｎｄ． Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ：Ｔａｉｈｕ ｒｅｇｉｏｎ； ｔｏｗｎ； ｎｏｎ－ ｐｏｉｎｔ ｓｏｕｒｃｅ （ＮＰＳ） ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ； ｒｕｎｏｆｆ； ｌａｎｄ ｕｓｅ
国内外已有较多研究证实面源污染对水环境恶 化具有重要贡献［１、２］，因其分布广泛，机理复杂，在流域 规划及水环境管理中，多通过大量的野外实测，分析
收稿日期：２００６－ ０２－ １６ 基金项目：国家自然科学基金项目（４０４０１０５６）；中国科学院知识创新
项目（ＫＺＣＸ１－ ＳＷ－ １２）；“９７３ 计划”课题（２００２ＣＢ４１２３０３） 作者简介：李恒鹏（１９７３—），男，山西人，副研究员，博士，从事 ＧＩＳ 与
未通过置信水平为 ０．０５ 的正态分布检验以外，其他
为了获取代表城镇整体的地表径流面源污染平 指标均通过置信水平为 ０．０５ 的正态分布检验，进一
均浓度参数，以横穿城镇的主要街道为线路，按照一 步分析发现，ＴＮ 指标能够通过置信水平为 ０．１ 的正
定距离间隔在道路两侧的主要用地类型采集地表径 态分布检验。由此证实本次城镇空间采样值符合对数
流样品。笔者前期工作发现，临前降雨条件对城镇地 正态分布。
表径流污染物浓度有重要影响，一般采样前 １￣５ ｄ 内
根据以上对数正态分布检验结果，分别对各个指
无降雨，则降雨径流污染物浓度较高，而前期有大的 标进行对数转换，并按照数值大小进行排序，选择合
流域管理方面的研究。Ｅ－ ｍａｉｌ：ｈｐｌｉ＠ｎｉｇｌａｓ．ａｃ．ｃｎ
不同用地类型的面源污染产出代表性参数，并结合径 流运算进行估算［３］。如 Ｂａｉｒｄ 等 １９９６ 年在美国德克萨 斯南部濒海流域开展了不同用地类型暴雨径流污染 浓度的分析工作［４］。澳大利亚 ＣＳＩＲＯ 于 ２００２ 年在墨 尔－ 达令流域实施暴雨径流监测工作［５］。我国近年来也 开展了大量的农业面源污染实测研究，多采用人工暴 雨实验、田间监测和小流域监测方法［６￣９］，而针对城镇
镇地区复杂的人类活动及复杂的地面状况影响，城镇 有样品的局地环境条件均做了详细的记录。样品分析
地表径流面源污染输出具有较大的空间差异，而针对 指标包括 ＣＯＤ、总氮（ＴＮ）和总磷（ＴＰ）。ＣＯＤ 采用 Ｍｎ
城镇整体的面源污染输出统计结果在污染负荷估算 法测定，ＴＮ 采用过硫酸盐钾氧化、紫外分光光度法测
城镇地表径流浓度特征受用地类型、地面状况、
地表径流的面源污染流失特征，为太湖流域污染负荷 降雨特征等因素影响，还与复杂的局地人类行为有
分析及环境管理提供参数。
关，具有较大的空间差异。绘制 ７４ 个空间采样样品二
１ 材料与方法
维散点图，见图 ２。图 ２ 中自左到右分别为采样样本 的 ＣＯＤ、ＴＮ 和 ＴＰ 指标，不同点状符号代表采集样本