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城市排水管网是城市污水收集与处理系统的重要组成部分。随着城市化的发展，城市管网所造成的碳排放逐渐成为不可忽视的城市环境问题。CO2与CH4均是环境中重要的温室气体，此外高浓度CH4还易引发管道爆炸。因此，对于排水管网CH4与CO2排放的监测与核算研究是十分必要的，可以促进我们对于排水管网CH4与CO2分布与排放的了解。
当前，核算研究匮乏及核算体系缺失与不完善是碳排放核算领域的主要问题。《2006年IPCC国家温室气体清单指南》对于废弃物处理的核算方法中并没有涉及到密闭集中式排水管网的碳排放问题。另外，目前关于排水管网碳排放核算的研究也相当缺乏，现有的研究也仅考虑污水管道的碳排放。
目前，分流制系统逐渐成为老城区改造和新城区建设的主要排水体制。但是，由于规划、建设、管理等方面存在的问题，分流制雨水系统经常出现雨污混接的现象，进而对环境造成负面影响。混接严重的雨水管道碳排放可能与合流管道的排放相似，呈现高排放特征。但是目前对于分流制排水系统，尤其是雨水管网的碳排放问题，尚未得到认知。
城镇污染河流日益剧增的碳排放是当前我国许多城市共同面临的环境问题。在人口密度较高的中心城区，城镇河流的首要污染源通常是市政排水管网的污水输入。大量的有机物进入河流后，河流的碳循环被持续增强，从而引起碳排放加剧。因此除了排水系统本身的碳排放会造成大气温室气体浓度增长，系统内的污水输出还会影响城市河道的碳排放水平。然而，目前并没有研究作出相关的报道。
针对上述问题，本研究通过雨水管道、排水泵站、城镇河流的现场监测实验，探究了城市排水系统在旱天及雨天条件下的碳排放特征及变化。在此基础上，进一步建立了基于物质守恒的碳平衡算法，并计算了上海市全域排水泵站的碳平衡与碳排放通量。此外，我们从市政污水管网输出造成的河道污染变化出发，阐释了污水输入导致城镇河流碳排放产生的变化。研究结论如下：
（1）旱天时，KJ雨水管道内水质较差，部分管道内部的污水混接情况相当严重。系统内CH4浓度区域差异化明显，大部分检查井CH4浓度与大气浓度持平，这可能与系统汇水区域的下垫面类型有关。
（2）KJ雨水管道中，Ⅰ、Ⅲ类管道，在水质条件与水力工况上，与Ⅱ类管道无太大差别。但是，在有机物的降解程度上，Ⅰ、Ⅲ类管道内有机物质的降解程度高，这可能是造成其与Ⅱ类管道在CH4与CO2气体分布上的差异的原因。
（3）与污水处理厂对比，尽管年排放总量上排水泵站远远不如污水处理厂及其单个构筑物，但从单位面积CH4排放水平来看，排水泵站已经与污水处理厂的厌氧池、缺氧池等生化反应池相当。
（4）雨天监测数据显示，泵站前池CH4及CO2平均排放速率分别达到了旱天时的1.28与23.23倍。与旱天相比，水质也明显恶化。雨天时，由于排水泵站的水力工况变化，溶解性与沉积物中储存的CH4、CO2与污染物被释放，从而导致泵站雨天水质恶化，CH4、CO2通量增加。
（5）基于2019年的监测数据与统计数据，对CX泵站、TL泵站、KJ泵站、XPHT泵站这四个泵站进行碳平衡核算，结果表明，从碳源来看，生活污水输入带来的碳均为主要来源。而在碳汇方面，废弃物处理系统（污水处理厂、污泥处理设施）是排水泵站碳的主要归趋。此外，CX泵站、TL泵站、KJ泵站、XPHT泵站旱天与雨天碳排放总量为0.94×10-2、3.4×10-4、8.16×10-3与4.8×10-2tC。雨天溢流0.062、2.71、1.51与0.24tC。
（6）上海市排水泵站的碳源为生活污水与雨天路面径流，碳汇为旱天与雨天的碳排放、雨天溢流及进入废弃物处理系统。从碳源来看，排水泵站生活污水输入碳量为2.01×105tC，雨天路面径流输入为0.06×105tC；从碳汇来看，雨天溢流与废弃物处理系统为主要归趋，其中雨天溢流总碳输出量为0.43×105tC，排水系统内部存留碳量为1.64×105tC。在碳排放方面，上海市排水泵站总碳排放为4.13tC，相当于14.96tCO2。其中雨天碳排放为0.05tC，相当于2.05tCO2。旱天碳排放为4.08tC，相当于12.91tCO2。
（7）旱天时，中心城区河流在两项通量上均高于市郊城镇河流。雨天时，中心城区河流上游与下游的碳排放通量均有所增加，受市政排水管网污水影响，下游的CH4通量增幅最大，可达旱天时的119倍。
（8）河流有机污染是影响碳排放的重要因素，在中心城区河流与市郊城镇河网中都有体现；不同下垫面河流的氮污染特征存在一定的区别，导致河流碳排放与氮污染的相关性也有所不同；同时，在污染较轻的城镇河流中，水体物理因子也是一个重要的影响因素。
（9）在排水管网污水输入对城镇河流的碳排放的影响上，短期，排水管网污水输入会向城镇河流中输入大量的CH4，造成河流瞬时通量剧增；长期影响上，污水输入会促进城镇河流的碳循环，提高河流的CO2与CH4排放潜势。
当前，核算研究匮乏及核算体系缺失与不完善是碳排放核算领域的主要问题。《2006年IPCC国家温室气体清单指南》对于废弃物处理的核算方法中并没有涉及到密闭集中式排水管网的碳排放问题。另外，目前关于排水管网碳排放核算的研究也相当缺乏，现有的研究也仅考虑污水管道的碳排放。
目前，分流制系统逐渐成为老城区改造和新城区建设的主要排水体制。但是，由于规划、建设、管理等方面存在的问题，分流制雨水系统经常出现雨污混接的现象，进而对环境造成负面影响。混接严重的雨水管道碳排放可能与合流管道的排放相似，呈现高排放特征。但是目前对于分流制排水系统，尤其是雨水管网的碳排放问题，尚未得到认知。
城镇污染河流日益剧增的碳排放是当前我国许多城市共同面临的环境问题。在人口密度较高的中心城区，城镇河流的首要污染源通常是市政排水管网的污水输入。大量的有机物进入河流后，河流的碳循环被持续增强，从而引起碳排放加剧。因此除了排水系统本身的碳排放会造成大气温室气体浓度增长，系统内的污水输出还会影响城市河道的碳排放水平。然而，目前并没有研究作出相关的报道。
针对上述问题，本研究通过雨水管道、排水泵站、城镇河流的现场监测实验，探究了城市排水系统在旱天及雨天条件下的碳排放特征及变化。在此基础上，进一步建立了基于物质守恒的碳平衡算法，并计算了上海市全域排水泵站的碳平衡与碳排放通量。此外，我们从市政污水管网输出造成的河道污染变化出发，阐释了污水输入导致城镇河流碳排放产生的变化。研究结论如下：
（1）旱天时，KJ雨水管道内水质较差，部分管道内部的污水混接情况相当严重。系统内CH4浓度区域差异化明显，大部分检查井CH4浓度与大气浓度持平，这可能与系统汇水区域的下垫面类型有关。
（2）KJ雨水管道中，Ⅰ、Ⅲ类管道，在水质条件与水力工况上，与Ⅱ类管道无太大差别。但是，在有机物的降解程度上，Ⅰ、Ⅲ类管道内有机物质的降解程度高，这可能是造成其与Ⅱ类管道在CH4与CO2气体分布上的差异的原因。
（3）与污水处理厂对比，尽管年排放总量上排水泵站远远不如污水处理厂及其单个构筑物，但从单位面积CH4排放水平来看，排水泵站已经与污水处理厂的厌氧池、缺氧池等生化反应池相当。
（4）雨天监测数据显示，泵站前池CH4及CO2平均排放速率分别达到了旱天时的1.28与23.23倍。与旱天相比，水质也明显恶化。雨天时，由于排水泵站的水力工况变化，溶解性与沉积物中储存的CH4、CO2与污染物被释放，从而导致泵站雨天水质恶化，CH4、CO2通量增加。
（5）基于2019年的监测数据与统计数据，对CX泵站、TL泵站、KJ泵站、XPHT泵站这四个泵站进行碳平衡核算，结果表明，从碳源来看，生活污水输入带来的碳均为主要来源。而在碳汇方面，废弃物处理系统（污水处理厂、污泥处理设施）是排水泵站碳的主要归趋。此外，CX泵站、TL泵站、KJ泵站、XPHT泵站旱天与雨天碳排放总量为0.94×10-2、3.4×10-4、8.16×10-3与4.8×10-2tC。雨天溢流0.062、2.71、1.51与0.24tC。
（6）上海市排水泵站的碳源为生活污水与雨天路面径流，碳汇为旱天与雨天的碳排放、雨天溢流及进入废弃物处理系统。从碳源来看，排水泵站生活污水输入碳量为2.01×105tC，雨天路面径流输入为0.06×105tC；从碳汇来看，雨天溢流与废弃物处理系统为主要归趋，其中雨天溢流总碳输出量为0.43×105tC，排水系统内部存留碳量为1.64×105tC。在碳排放方面，上海市排水泵站总碳排放为4.13tC，相当于14.96tCO2。其中雨天碳排放为0.05tC，相当于2.05tCO2。旱天碳排放为4.08tC，相当于12.91tCO2。
（7）旱天时，中心城区河流在两项通量上均高于市郊城镇河流。雨天时，中心城区河流上游与下游的碳排放通量均有所增加，受市政排水管网污水影响，下游的CH4通量增幅最大，可达旱天时的119倍。
（8）河流有机污染是影响碳排放的重要因素，在中心城区河流与市郊城镇河网中都有体现；不同下垫面河流的氮污染特征存在一定的区别，导致河流碳排放与氮污染的相关性也有所不同；同时，在污染较轻的城镇河流中，水体物理因子也是一个重要的影响因素。
（9）在排水管网污水输入对城镇河流的碳排放的影响上，短期，排水管网污水输入会向城镇河流中输入大量的CH4，造成河流瞬时通量剧增；长期影响上，污水输入会促进城镇河流的碳循环，提高河流的CO2与CH4排放潜势。