（交通运输规划与管理专业论文）水源保护区高速公路路面径流处理技术研究.pdf

骶y,t730t5 0 s t u d yo nt r e a t m e n tt e c h n o l o g yo fe x p r e s s w a yr u n o f f i nw a t e r s o u r c ep r o t e c t i o na r e a ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：w a n gp i n g s u p e r v i s o r ：p r o f c h e nh o n g c h a n g a nu n i v e r s i t y , x i a n ，c h i n a 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任 何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 蝴：飞许 功，戽铆汐日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 多殇 i 弋协 认| 。年6 只 鼠 砂咖年6 月i o 日 摘要 水源保护区是为人们提供清洁、充足和稳定水源的生态环境基础，并直接关系到 人类的生命安全和社会经济系统的正常运行。在水源保护区进行高速公路建设，一方 面带来了巨大的收益，另一方面也带来种种环境污染及潜在危险。近年来，我国江河 流域尤其是江河饮用水水源地突发性污染事故频繁发生，突发性水源污染己成为影响 我国经济发展和人民生活水平提高的潜在威胁，是我国面临的最严重的环境问题之一， 水源地保护也逐渐得到政府和公众的重视。 本文针对高速公路路面径流可能对水源保护区水质产生的影响，根据水源保护区 的水环境敏感性和高速公路路面径流特性，通过对路面径流污染特性及规律的分析， 研究设计了采用沉淀池植被控制人工湿地相结合的径流污水处理技术，并探讨其 工艺流程和主要参数，使此处理系统既能对水源保护区路面径流进行有效处理，又能 应对风险事故。通过结合位于水源保护区的广南高速的实际情况，对方案设计进行了 详细阐述，以解决水源保护区水源保护与交通发展的矛盾问题。 关键词：水源保护区；人工湿地；处理技术；路面径流；风险事故 a b s t r a c t s o u r c e sw a t e rp r o t e c t i o na r e ai st h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n tf o u n d a t i o nf o rp e o p l et o s u p p l yc l e a n ，s u f f i c i e n ta n ds t a b l ew a t e rs o u r c e ，a n dd i r e c t l yr e l a t e dt oh u m a n l i f ea n ds o c i a l e c o n o m i cs y s t e ml u l l sn o r m a l l y i nt h es o u r c e sw a t e rp r o t e c t i o n a r e af o r h i g h w a y c o n s t r u c t i o n ，o no n eh a n dh a sb r o u g h tg r e a tb e n e f i t s ，o nt h eo t h e rh a n da l s om n g av a r i e t y o fe n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na n dp o t e n t i a l l yd a n g e r o u s i nr e c e n ty e a r s ，c h i n a sf i v e rb a s i n e s p e c i a l l yd r i n k i n gw a t e rw a t e r h e a da r e as u d d e np o l l u t i o na c c i d e n to c c u rf r e q u e n t l y , t h e s u d d e np o l l u t i o na c c i d e n th a sb e c o m ec h i n a se c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n di m p r o v i n g p e o p l e sl i v i n gl e v e lo fp o t e n t i a lt h r e a t ，i so n eo ft h em a j o re n v i r o n m e n t a lp r o b l e m s ，a n d w a t e rs o u r c ep r o t e c t i o na l s og r a d u a l l yt og e tg o v e r n m e n ta n dp u b l i ca t t e n t i o n a c c o r d i n gt o t h e s e n s i t i v i t y o fw a t e rs o u r c ep r o t e c t i o na r e aa n dt h ep o l l u t i o n c h a r a c t e r i s t i c so fe x p r e s s w a yr u n o f f , an e wc o m p r e h e n s i v et r e a t m e n tt e c h n o l o g yo f e x p r e s s w a yr u n o f fw h i c hc o m b i n e sv e g e t a t i o nc o n t r o l ，s e d i m e n t a t i o nt a n ka n dc o n s t r u c t e d w e t l a n dh a sb e e ns t u d i e da n dd e s i g n e di nt h i sp a p e r i tc a nn o to n l yt r e a tr u n o f fb u tc o p e 谢t hr i s ka c c i d e n t s c o m b i n e d 、) ，i t l lg u a n g _ - n a ne x p r e s s w a yi ns i c h u a np r o v i n c e ，t h i s p a p e rg i v ead e s i g ns c h e m e k e y w o r d s ：w a t e rs o u r c ep r o t e c t i o na r e a ；c o n s t r u c t e dw e t l a n d ；t r e a t m e n t ；e x p r e s s w a yr u n o f f ：r i s ka c c i d e n t 目录 第一章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 国内外研究现状2 1 2 1 国外研究现状2 1 2 2 国内研究现状4 1 2 3 国内外研究现状分析5 1 3 研究目的和意义6 1 4 研究内容与技术路线。7 1 4 1 主要研究内容7 1 4 2 技术路线8 1 5 本章小结9 第二章高速公路路面径流处理技术分析1 0 2 1 水源保护区概述1o 2 1 1 水源保护区定义及划分10 2 1 2 饮用水地表水源水质保护目标1 l 2 2 高速公路路面径流对水源保护区水环境影响1 1 2 3 路面径流常用控制措施分析1 2 2 3 1 常用控制措施概述1 2 2 3 2 各控制措施性能及优缺点1 5 第三章高速公路路面径流水污染特性分析1 7 3 1 污染来源及污染物1 7 3 2 污染特性18 3 2 1 水质特性18 3 2 2 水量特性2 0 3 2 3 路面径流各污染物的相关性2 1 3 2 4 公路路面径流可生化性分析2 3 3 2 5 路面径流排污规律2 3 3 3 径流污染影响因素2 4 3 4 本章小结2 6 第四章水源保护区路面径流处理技术研究2 7 4 1 水源保护区路面径流处理技术2 7 4 1 1 处理选择应用技术原则2 7 4 1 2 处理技术的确定2 7 4 2 水源保护区路面径流处理机理2 8 4 2 1 沉淀池处理机理2 9 4 2 2 人工湿地处理机理及影响因素分析2 9 4 3 沉淀池处理技术研究3 3 4 3 1 沉淀池工艺流程一3 3 4 3 2 主要参数3 4 4 4 人工湿地处理技术研究3 5 4 4 1 场地选择3 5 4 4 2 几何参数3 6 4 4 3 水力停留时间3 8 4 4 4 水力坡度3 8 4 4 5 进出水构筑物3 9 4 4 6 植物选择3 9 4 4 7j 真料4 1 4 5 处理技术分析4 1 4 6 本章小结4 1 第五章实例研究4 3 5 1 项目概况4 3 5 2 设计条件4 3 5 3 方案4 4 5 3 1 西河大桥桥面径流收集系统。4 4 5 3 2 设计流量4 4 5 3 3 沉淀池方案4 4 5 3 4 人工湿地方案4 5 5 4 维护管理4 7 5 5 本章小结4 8 第六章结论4 9 6 1 主要研究成果4 9 6 2 待进一步研究的问题4 9 参考文献5 0 致谢5 3 长安大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 1 我国水污染严重，水资源保护及饮水安全问题已引起国家高度重视 水是人类的生命之源、生存之本，我国始终高度重视饮用水安全问题，温家宝总理 在2 0 0 5 年3 月召开的全国人大会议上提出“要加强环境保护和生态建设，要抓紧解决严 重影响人民群众健康安全的环境污染问题，让人民群众喝上干净的水”。2 0 0 6 年，国 务院专题研究饮用水安全问题并明确要求环保总局牵头“完善相关法律法规和标准，严 格监督管理”、“加强水污染防治，努力改善水质”。十一届全国人大常委会将饮用水水 源保护作为水污染防治工作的重点。近几年，我国不断加强水环境保护和加大对水污染 防治的支持，投入约占g d p 的1 3 ，取得了一定的成绩，但是现状不容乐观。随着社会 经济的不断发展和水源保护区经济活动强度的加大，水源保护区水质状况及保护难度随 之增加，地表水源很容易遭n ； i - 源或是内源等污染引起的偶然性和周期性的水质突变现 象，导致水质受到不同程度的污染。据水利部门统计，全国七成以上的河流湖泊遭受了 不同程度污染且污染总体上呈加重趋势。在我国长江、黄河、淮河、辽河和珠江等七大 水系中，不适合做饮用水源的河段已接近4 0 ；城市河段中7 8 的河段不适合做饮用水 源。2 0 0 6 年中国水利水电科学研究院水环境研究所彭文启、周怀东对我国1 0 7 3 个集中式 地表水饮用水水源地水质现状进行了评价( 包括调水水源保护区和饮用水水源保护区) ， 评价结果为：i 类水质的水源地占4 8 ，i i 类占3 8 7 ，i i i 类占3 1 8 ，即合格水源地占 7 5 3 。在遭到不同程度污染的水源地中，类水源地占1 1 8 ，v 类占4 5 ，劣v 类占 8 4 t 。根据水利部和卫生部门的调查统计，目前我国有6 5 4 的人1 ：3 饮用不合标准的 水，农村有3 亿多人口饮水不安全，其中饮水水质不安全人口共2 3 亿，占7 0 ，饮用水 水源污染所带来的饮用水安全问题越来越不容忽视。针对这种情况，近年来我国采取了 种种措施，如生态补偿等，但问题并没有得到解决，水污染问题依然严重。饮用水安全 问题直接关系到广大人民群众的健康和社会稳定，既是我国当前经济社会可持续发展需 要解决的一项紧迫任务，也是关系到中华民族长远发展的重大问题。 2 我国高速公路发展迅速，在水源保护区建高速公路会带来环境污染及潜在危险 目前我国仍不断加大对公路建设项目的政策支持和投资规模，截止到2 0 0 9 年底， 第一章绪论 我国高速公路总里程超过6 5 万公里，居世界第二位。随着公路交通事业的不断发展 及各省市区公路网的陆续形成，有些公路不可避免地跨河跨江而建，甚至其中某些路 段所跨越或沿行有饮用功能的水体，因此，公路运营中所跨水体的保护工作非常重要。 国内外研究表明路面径流对地表受纳水体污染很大，如何协调高速公路建设项目与环 境的协调发展是未来高速公路建设中应解决好的一个问题。 高速公路的路面径流雨水是由自然降雨( 雪) 对路面的冲洗而产生，其来源是不可 控制的。虽然很多学者对路面雨水给予很大程度的关注和研究，在公路项目的环境影 响评价中也对路面径流雨水的污染进行预测分析，但实际工程控制措施却很少应用。 我国饮用水来源主要以大的河流湖泊为主，随着水源保护区经济活动强度的加大，水 源保护区水质污染及保护难度也相应加大。近年来，因公路运输导致的水源保护区污 染及突发污染事件频繁发生，引起的社会问题也相当突出。如2 0 0 5 年5 月1 9 日广东 化州市的水污染事故，一辆载有4 0 吨苯( 有毒化学品) 的罐车发生侧翻，造成至少 1 0 吨苯泄露流入化州市宝圩镇陵江，造成严重的水源污染，包括化州市区在内的被污 染的江河两岸所有的供水设施停止供水。2 0 0 9 年1 0 月4 日，一辆装载浓硫酸的罐车 途经广元市朝天区时发生交通事故，车上装载的1 2 吨浓硫酸被倾倒入潜溪河水源保护 地，造成该区潜溪河宣河段7 公里左右的河流被污染，朝天区城区、宣和乡停水2 2 小时，潜溪河宣河段鱼虾死亡。突发性水污染事故具有发生不确定性、危害严重性和 处理艰巨性等特征，严重影响了供水系统的安全，给国家和社会带来的损失不可估量， 如何避免高速公路周围水源保护区水安全的问题显得越发急迫，开展水源保护区公路 路面径流研究工作显得尤为迫切和必要。 因此，在上述背景下，本文基于在水源保护区修建高速公路产生的水污染问题， 路面径流污染特性及水源保护区水环境敏感性特点，在已有的路面径流理论研究的基 础上，研究水源保护区路面径流控制措施，这对于保护水源保护区水质、避免由于运 输危险品引发的水污染事故，保障人民群众的健康及生命安全，促进人与环境的协调 发展具有重要的意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 2 长安大学硕士学位论文 美国、英国、德国、荷兰等发达国家早在2 0 世纪7 0 年代就开始对路面径流开展 研究，而且开展了大量的公路路面径流污染的调查和数据分析工作，取得了较大的研 究成果，主要有以下三个方面： 1 、确定路面径流的污染来源、污染成分、含量及影响因素。 研究表明，路面径流污染的来源很多，其中最重要的污染源是车辆的运行。t h o m s o n 等人在对公路路面径流水质进行分析时发现：路面径流污染的1 2 0 种污染物中有7 7 种优 先污染物，其中p b 、z n 的含量很高；p b 主要来自汽车尾气，z n 主要来自于汽车轮胎的 磨损颗粒【2 】。德国专家s t o t z 等人在1 9 7 8 年至u 1 9 8 1 年间，对德国f r g 地区3 条交通量较大的 公路上的1 4 5 场降雨监测数据进行了分析，研究表明路面径流主要染物有悬浮固体、 c o d 、氮磷营养物、重金属、多环芳香烃和氯化物等，并指出影响各成分含量的因素【3 】。 d r a p p e r 等人利用1 8 个月时间对澳大利亚布里斯班市附近公路因降雨产生的路面径流进 行了监测研究，分析了悬浮固体( s s ) 、总磷( t p ) 、凯氏氮( t y k ) 、重金属等的浓度，并 对径流中污染物的浓度与交通量、路面类型、监测点土地利用状况关系进行了分析【4 1 。 2 0 0 3 年瑞典w e s t e r l u n dc a m 对不同季节的路面径流水质情况进行研究，结果表明冬季路 面径流污染物浓度比其他季节大，且雨雪时刻的浓度最高，融雪期间的悬浮物浓度是平， 时的3 倍左右【5 】。挪威专家e g j e s s i n g 等人指出各种污染物的来源并测定了公路路面径流 中p a h s 和重金属的含量 6 1 。m a r i av i l d a n d e r ( 1 9 9 8 ) 研究了径流与交通流量及周围区域环 境的关系【7 1 。c h u i 等人对美国华盛顿9 条公路上的5 0 0 多场降雨引起的径流进行了测试， 结果表明路面径流总悬浮固体及其它一些污染物的浓度与降雨期间的交通量成正比，同 时也证明路面径流污染物的浓度与路面类型有关【8 j 。m a e s t r i 研究表明，沥青路面径流中 的p b 、z n 、c o d 及t o c 的浓度是相同条件下水泥混凝土路面径流的3 - 5 倍1 9 。e l l i sj b 和r e v i t td m 研究表明，路面径流中悬浮固体对受纳水体污染的贡献率占5 0 ，降雨初 期s s 浓度可达到2 0 0 0 3 0 0 0m g l ，随着降雨历时的延续，s s 浓度迅速降低，具有明显 的初期效应【l o l 。a l l a n 和s a u n d e r s 等人研究表明s s 初期效应与降雨时的交通量、降雨强度 等的相关性很强【h 1 。 2 、确定污染物从路面到受纳水体的迁移过程，建立了路面径流的不同模型。 国外对路面径流污染物由路面到受纳水体的迁移过程进行了大量的研究。h u b e 和d i e k e n s o n 对污染物在晴天时的累积模式进行研究( 1 9 8 8 ) ，认为晴天时污染物的累积 第一章绪论 量是时间的指数函数【1 2 】；m e t c a l f 和e d d y 等人提出地表污染物的冲刷模型( 1 9 7 1 ) ，该 模型认为径流过程中表层沉积物的冲刷速率与污染物量成正蚪1 3 】；d e l e t i c 等人( 1 9 9 5 ) 给出了固体排放速率与地表径流量的相关式【1 4 】。目前，国外许多学者通过对多年暴雨 径流监测数据进行统计分析和计算机模拟，建立了很多用于描述径流过程的数学模型， 如n p s 、s w m m 、c r e a m 、f l u p o l 、m o s q i t o 、s t o r m 等。 3 、路面径流的污染处理措施研究 路面径流的控制措施主要有植被控制、渗滤系统、滞留池和沉淀池等。b m a e s t r i 和b n l o r d 按照联邦公路管理委员会f h v j a 的要求，以减少路面径流对受纳水体的 污染为目的，研究了各种公路路面径流控制措施，结果表明，一些非工程措施如限制 融雪剂使用、清扫路面和一些工程措施如植被控制、滞留池、渗滤系统和人工湿地等 是控制路面径流污染的有效措施【1 5 】；y a y o u s e f 和t h v i t v e dj a e o b s e n 等人通过对弗罗 里达州奥兰多地区某条公路上植草渠道对路面径流中重金属去除效率问题的9 个月的 监测研究，得出植草渠道对重金属尤其是离子态的重金属有很好的去除效果，对p b 、 z n 、n i 、c r 的去除效率分别为5 7 、6 2 、5 1 、4 3 t 1 6 1 ；s a n s a l o n e 和b u c h b e r g e r 等 人的研究表明，渗滤系统p e t 可以有效去除公路路面径流中的重金属、s s 和p a h s 等 污染物质【1 刀。a l e x a n d r eg o r d i n e 和b a r r yj a d a m s 对沉淀池、渗滤系统、干式滞留池、 湿式滞留池、等径流控制措施进行研究，认为渗滤系统中的渗坑是一种最有效的控制 措施，设计合理、维护较好的渗坑对径流污染物的去除率可达9 8 【1 8 】，。 1 2 2 国内研究现状 与国外发达国家相比，我国高速公路路面径流处理技术的研究起步较晚，很多研究 尚处于起步阶段，近年来，我国学者开始尝试对水源保护区路面径流处理技术进行研究。 1 、公路路面径流水质特性及污染规律研究 2 0 0 1 年长安大学赵剑强等人通过对降雨期间西安至临潼高速公路路面径流进行取 样监测分析，分析结果表明路面径流污染物以s s 和c o d 为主，s s 的浓度变化范围为1 2 6 m g l 8 1 3 m g l ，平均浓度为3 4 7m g l ，远远大于污水综合排放标准i 级标准( 7 0 r a g l ) ，且污染物的浓度集中在降水初期，污染物可生化性较差，水质参数s s 、c o d 、 总锌、总铜之间线性相关，并探讨了路面径流污染物排放规律及其对河流水质的影响1 9 l 。 2 0 0 8 年东南大学李贺、张雪等人对南京机场高速公路禄口高架桥降雨径流水质进行监 4 长安大学硕士学位论文 测，对高速公路路面雨水径流污染物的浓度、排污规律及其影响因素进行分析，得出总 体污染程度较严重，整个污染物的出流浓度随降雨历时呈前高后低的变化趋势【2 0 1 。中南 大学邓鑫楠等通过对衡枣高速公路运营期路面径流及路测蒸发池水质污染情况研究表 明：s s 是公路路面径流的主要污染物，公路两侧水质污染物浓度随着与公路横向距离的 增加而现降低趋势1 2 1 】。解建光对南京机场高速公路禄口高架桥段的1 4 场降雨径流进行了 监测分析，发现在降雨强度大的降雨事件中，由于冲刷作用明显，c o d 以颗粒状态为主， 而对于降雨强度较小的降雨，由于溶解作用比冲刷效应强，c o d 出流则以溶解状态为主 2 2 】。甘华阳等调查了广州三种不同环境下公路暴雨径流的水质，发现公路径流中主要的 污染物为悬浮固体、石油类、c o d c r 以及重金属，径流污水的可生化性差，其中悬浮固 体、石油类、c o d c r 和p b 的浓度严重超过我国地表水i 类水质标准，同时径流中主要污 染物负荷排放的初期冲刷作用明显，拦截并处理雨水初期2 0 - - 3 0 的流量，即可去除 整个降雨事件排放的3 0 - - 4 0 的石油类和b o d 5 ，5 0 - 6 0 的悬浮固体、c o d o 和重 金属【2 3 1 。 2 、公路路面径流处理措施研究 目前我国学者对路面径流处理措施理论研究较多，但应用到路面径流污染治理的实 践却很少。对于一般公路，同济大学杨敦等人模拟了潜流人工湿地处理暴雨径流，结果 表明在中国条件适合的地区利用人工湿地处理暴雨径流污水具有较好的净化效果【州。任 伟通过对高速公路路面径流雨水的水质采样分析，提出采用氧化塘处理路面径流，并进 行了静态实验和理论分析2 5 1 。2 0 0 7 年衷平等人对广东渝湛高速公路人工湿地对路( 桥) 面 径流处理进行了试验研究，根据对数据进行分析和总结得出人工湿地具有较好的实用和 推广价值【2 6 1 。国内部分公路( 如湖北十漫路等) 采用沉淀池等简易方式处理路面径流， 没有考虑到处理设施与公路沿线生态景观的协调性，大多数公路只是被建议采用好氧塘 进行路面径流沉淀和净化，但没有实际应用。对于涉及敏感水域的高速公路，我国学者 也进行了相应的研究。广州绕城高速公路( 九江小塘段) 跨过北江及南沙涌二级饮用水 源地，卢正宇等人提出采用储存调节池和人工湿地对桥面径流进行处理，并阐述了工艺 流程设计【2 7 1 。刘佳( 2 0 0 5 ) 建议在水源保护区采用生物过滤池和调节池处理路面径流污染 【2 8 l o 1 2 3 国内外研究现状分析 第一章绪论 综上所述，公路路面径流的污染己得到国内外的关注，发达国家研究较早，我国 对此方面的研究尚处于初级阶段，随着我国对环境保护及水资源保护的重视，路面径 流污染也将逐步得到重视。通过对国内外研究现状分析，高速公路路面径流处理技术 研究主要表现在： ( 1 ) 对于路面径流的污染来源、污染物及污染特性研究已较成熟。目前国内外学 者在此方面均开展大量实验及实验数据分析工作，如对地表径流雨水的水质特性、地 表径流污染排放规律的数学模拟等，虽然由于地理、气候交通等条件差异，污染物浓 度各不相同，但引起污染的主要指标却很明确，以s s 、c o d 为主，重金属中p b 与 z n 含量较高。 ( 2 ) 国内路面径流控制措施应用较少 近年来，我国一直面临着严重的工业点源污染，所以政府把主要工作放在点源污 染控制处理上，对于如路面径流等面源污染未给予足够的重视。国外虽已对路面径流 开展了近三十年的研究，但由于各国在地理、气候、交通与管理等存在差异，国外的 一些研究结果未必适合我国的情况，而且路面径流污染是由多种随机因素综合作用的 一个复杂的问题，因此我国的高速公路路面径流污染处理面临的问题比发达国家更为 突出和严峻。我国虽对路面径流处理措施理论有一定的研究，但是真正应用到高速公 路路面径流污染治理的实践却很少。 ( 3 ) 针对水源保护区的路面径流处理研究较少 目前，无论国内还是国外，专门针对水源保护区进行路面径流处理的文献还不多， 水源保护区的高速公路路面径流处理的系统研究较少，路面径流处理技术的应用非常 有限，对适合水源保护区的路面径流处理措施有待于进一步研究。 1 3 研究目的和意义 1 、研究目的 饮用水源与人的生存和生命健康密切相关，水源水质安全是人类生存、发展的基 本需求，也是被国际广泛接受的基本人权。保护水源地水质的安全，不仅有利于维护 社会的稳定，还有利于促进人与自然的和谐发展。为贯彻落实我国全面加强饮用水源 环境保护，本论文主要针对路面径流的污染来源及其污染特性进行分析并研究适合水 6 长安大学硕士学位论文 源保护区的路面径流控制措施，以达到既能对水源保护区路面径流进行有效处理，又 能应对风险事故，把水源保护区污染风险降到最低。 ( 1 ) 通过对国内路面径流水质数据的分析，探讨高速公路路面径流的水质特性、 水量特性、各污染物相关性、污染物可生化性及排污规律等污染特性。 ( 2 ) 通过对各种路面径流常用控制措施去除效果、适用条件等分析对比，根据路 面径流污染特性和水源保护区水环境要求，通过比选提出既能对路面雨水径流进行处 理，又能应对突发水污染事故应急的新型地表径流综合处理技术，以保证水源保护区 水质安全。 ( 3 ) 对水源保护区路面径流处理技术机理、参数等进行研究，为处理技术的应用 提供指导依据。 2 、研究意义 水是自然资源、经济资源，更是战略资源，水资源的匮乏和污染等问题目前已经 成为中国可持续发展的瓶颈，更是未来2 0 年中国实现全面建设小康社会目标所面临的 重大挑战之一。长期以来，人们普遍认为点源污染是造成水源环境质量下降的主要原 因，却没有认识到路面径流污染的严重性。目前，国内外专门针对水源保护区进行路 面径流处理的研究不多，国内路面径流控制措施研究停留在理论阶段，实际应用较少， 因此了解路面径流污染的污染物类型及其来源、污染特征、影响因素及在此基础上探 讨水源保护区路面径流处理技术，对于节约水资源、确保饮用水安全，保护和改善水 源保护区生态环境，促进我国道路交通的可持续发展，保护人类的生存和发展，促进 经济社会持续、稳定地发展具有重要的意义。 1 4 研究内容与技术路线 1 4 i 主要研究内容 本文通过对高速公路路面径流污染来源及污染特性进行分析，提出水源保护区高 速公路路面径流处理技术，并阐述其工艺流程及主要参数。最后结合依托项目对西河 大桥路面径流方案进行研究。论文分为六个章节，各章节的结构关系如图1 1 所示， 主要章节内容如下： 第l 章为绪论。简要阐述了论文研究的背景、国内外关于水源保护区高速公路路 7 第一章绪论 面径流处理研究的现状，及本文的研究目的和意义，并介绍了论文的主要内容、技术 路线。 第2 章为水源保护区高速公路路面径流处理技术分析，首先对高速公路路面径流 对水源保护区水质可能产生的影响进行分析，然后对目前径流处理措施去除效果、适 用条件等进行分析比较，为下文水源保护区路面径流处理技术的确定提供理论依据。 第3 章通过对衡枣高速公路和西临高速公路路面径流水样监测数据研究，分析了 标的相关性、径流排放规律、径流可生 性。 技术研究。本章基于前面的污染来源及 ，结合水源保护区的环境敏感性，提出 生态处理方法对水源保护区路面径流进 详细阐述。 高速公路气候、地形等因素，对西河大 等进行详细阐述。 以及有待进一步研究的问题。 长安大学硕士学位论文 1 5 本章小结 图1 1 技术路线 本章作为绪论部分，主要介绍了公路路面径流的研究背景，分析了水源保护区高 速公路路面径流的净化处理对我国水资源保护及饮用水安全的重要意义，同时介绍了 国内外公路路面径流研究与发展现状，通过对国内外研究现状分析可知，目前针对水 源保护区进行路面径流处理的文献还不多，路面径流控制措施在国内的应用很少，目 前停留在理论研究阶段，对适合水源保护区的路面径流处理措施有待于进一步研究。 最后提出本文的研究目的和意义，研究的主要内容和技术路线。 9 第二章水源保护区高速公路路面径流理论分析 第二章高速公路路面径流处理技术分析 2 1 水源保护区概述 2 1 1 水源保护区定义及划分 l 、定义 水源保护区是指为防止饮用水水源地受到污染、保证水源地环境质量，国家划定并 要求加以特殊保护的一定面积的水域和陆域2 9 1 。 2 、分类及划分 水源保护区分为地表水水源保护区和地下水水源保护区。地表水源保护区包括一定 的水域和陆域，地下水源保护区指地下水饮用水源地的地表区域。地表水源保护区可分 为河流水源保护区及湖库( 湖泊、水库) 水源保护区，本文实例中涉及的水源保护区为河 流水源保护区。饮用水水源保护区一般划分为一级保护区和二级保护区，必要时可设立 准保护区，划分如表2 1 。一级保护区内水质主要是保证饮用水卫生的要求，二级保护区 主要是在正常情况下满足水质要求，在出现污染饮用水源的突发情况下，保证有足够的 采取紧急措施的时间和缓冲地带；准保护区则是为了在保障水源水质的情况下兼顾地方 经济的发展，通过对其提出一定的防护要求来保证饮用水水源地水质【2 9 】。 表2 1 河流型水源保护区划分 类别划分范围 水域 一级保护区 路域 水域 二级保护区 路域 准保护区 为取水口上游不小于1 0 0 0 m ，下游不小于l o o m 范围内的河道水域。 陆域沿岸纵深与河岸的水平距离不小于5 0 m ；同时，一级保护区水域 宽度与陆域沿岸纵深宽度之和不得小于饮用水水源卫生防护规定的范 围。 从一级保护区的上游边界向上游( 包括汇入的上游支流) 延伸不得小于 2 0 0 0 m ，下游侧外边界距一级保护区边界不得小于2 0 0 m 。 二级保护区沿岸纵深范围不小于1 0 0 0 m ，具体可依据自然地理、环境 特征和环境管理需要确定。 根据流域范围、污染源分布及对饮用水源水质影响程度，需要设置准保护区时， 可参照二级保护区的划分方法确定准保护区的范围。 1 0 长安大学硕七学位论文 2 1 2 饮用水地表水源水质保护目标 根据饮用水水源保护区划分技术规范规定：地表水饮用水源一级保护区的水 质基本项目限值不得低于地表水环境质量标准 ( g b3 8 3 8 2 0 0 2 ) 中的i i 类标准， 且补充项目和特定项目应满足该标准规定的限值要求。地表水饮用水源二级保护区的 水质基本项目限值不得低于地表水环境质量标准中的m 类标准，并保证流入一级保护 区的水质满足一级保护区水质标准的要求。准保护区的水质标准应保证流入二级保护 区的水质满足二级保护区水质标准的要求。 2 2 高速公路路面径流对水源保护区水环境影响 在水源保护区内或周边建高速公路，建设期和运营期势必会对其水质产生影响， 随着高速公路交通量的增加，路况质量下降，其径流水质将会进一步恶化，若不采取 有效措施对路面径流污水进行处理，则会引起水质污染及饮用水安全问题。水源保护 区的水环境一旦遭到破坏，不但恢复困难，还可能会造成严重后果。高速公路路面径 流对水源保护区水环境的影响主要有以下几点： 1 、引入污染物，降低水体的生态功能 路面径流雨水作为污水的一种形式，其迁移过程携带的大量悬浮物质及其它物质 如重金属、毒性有机物等会降低水体透明度，导致受纳水体浊度变大，严重影响受纳 水体水质，破坏水生生物的生存环境。 2 、污染饮用水源，威胁居民饮用水安全 高速公路跨越或伴行有饮用功能的水体时，路面径流雨水对饮用水水质的影响不 容忽视。一旦水源水质受到影响，人们的生产生活就会受到干扰，甚至无法正常进行， 一旦发生危险化学品泄露事故，对人的生命及健康将构成重大威胁，因此加强在水源 路段的路面径流控制有深远的社会意义。 3 、影响水生植物生长 路面径流携带的大量悬浮固体会使受纳水体固体浓度过大，一是会改变水生植物 及动物的生长和繁殖；其次大量固体物质在河底，会改变原有底栖生物的生存环境， 并引发诸多与河床底泥有关问题，常见的影响是沉积颗粒覆盖了鱼类重要的产卵场所， 从而破坏了水生生物的生存和觅食环境；其次由于沉淀固体中含有有机碳化合物，这 些化合物在河底生物降解时需要消耗水中的溶解氧，从而导致水中溶解氧的变化，降 低水体水质，甚至破坏水体作为供水水源的用途。 1 1 第二章水源保护区高速公路路面径流理论分析 4 、造成水源保护区景观质量下降 路面径流携带有大量的悬浮物质，包括一些漂浮物和油类物质等，排入水源保护 区的径流污水会影响水体的景观，具体表现为引起水质浑浊及引入一些漂浮物，严重 影响了受纳水体的欣赏价值及社会经济价值。 2 3 路面径流常用控制措施分析 2 1 3 1 常用控制措施概述 路面径流污染由于其污染潜力较大而受到国内外学者的关注。按照路面径流污染 控制管理模式来说，路面径流污染控制措施可以分为工程措施和非工程措施。前者主 要是采用氧化塘、滞留池、沉淀池等设施，借助物理、化学、生物等手段控制减少污 染；后者主要采取一些管理手段、经济手段、政策法令等措施如清扫路面、限制除冰 剂的使用等来达到控制污染的目的。 根据国内外的研究成果，目前高速公路径流污染控制的有效措施主要有植被控制、 湿式滞留池、氧化塘、渗滤系统、沉淀池、人工湿地。 l 、植物控制 植被控制是利用地表密植的植物在径流输送过程中减小径流流速，提高沉淀效率， 过滤悬浮固体，通过沉淀、过滤、吸附、共沉淀和生物吸收等作用将污染物从径流中 分离出来，从而改善径流水质，达到保护受纳水体的目的。植被控制由于其对路面径 流中污染物的去除比较有效，设计和实施过程中灵活性大，投资少，维护简单且适合 于不同的地理环境，因此被广泛使用。植被控制包括植草沟渠和漫流两种。植草沟渠 是在沟、渠中密植草。漫流是在坡度较小的地面密植草使水流发散成面流，从而提高 渗透性。 b a r e t t 等人对植草渠道对路面径流中污染物的去除效率进行了系统的研究，其研究 结果见表2 2 。表中数据表明植草渠道对t s s 、油脂、c o d 、z n 和p b 有较好的去除效果， 其除效率分别5 4 、9 1 、3 0 、7 3 和8 3 t 3 0 l 。l i t t l e 等人研究了植草渠道对油脂的去 除效果，结果表明植草渠道对油脂的去除率可达6 7 一9 3 嘣3 1 1 。美国学者y 0 u s e f 等人对 弗罗里达州奥兰多地区两立交的植草渠道进行了为期9 个月的研究，结果表明植草渠道 对重金属( 尤其是离子态和溶解态) 有较好的去除效果，对p b 、z n 、n i 和c d 的去除率分别 为5 7 、6 2 、5 1 和4 3 ，且渠道内水流速度越小对重金属的去除效率越耐1 6 1 。 1 2 长安大学硕士学位论文 表2 2 植草渠道对公路路面径流污染物去除效果 2 、湿式滞留池 篡 滞留池是一种控制路面径流污染的有效措施，有湿式、干式和双重滞留池三种形 式，其中湿式滞留池去除t s s 效果明显，相对于其他形式更被广泛应用。湿式滞留池 是指在池中保持一定的水量，通过沉淀剂生物降解作用有效去除地表径流中s s 、可溶 性营养物质( 可溶性磷酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐) 等。l i v i n g s t o n 经过研究表明湿式滞留 池对径流中s s 、b o d 、总p 、总n 、重金属等污染物去除效果显著，1 9 9 7 年g r e b 和吁 b a n n e r m a n 研究了湿式滞留池对美国威斯康星州m a d i s o n 市区o 9 6 平方公里的流域的 路面径流处理效率，结果明证湿式滞留池对固体悬浮物去除率达8 7 3 2 1 。 3 、沉淀池 沉淀池是水处理工艺中重要的沉淀处理设施，在废水处理中被广为使用。它是应用 沉淀作用去除水中悬浮物s s 的一种构筑物。沉淀池的形式按池内水流方向的不同，可分 为平流式沉淀池、竖流式沉淀池、辐流式沉淀池和斜流式沉淀池四种。沉淀池池体平面 为矩形，进口设在池长的一端，一般采用淹没进水孔，水由进水渠通过均匀分布的进水 孔流入池体，进水孔后设有挡板，使水流均匀地分布在整个池宽的横断面。沉淀池的出 口设在池长的另一端，多采用溢流堰，以保证沉淀后的澄清水可沿池宽均匀地流入出水 渠。堰前设浮渣槽和挡板以截留水面浮渣。水流部分是池的主体。池宽和池深要保证水 流沿池的过水断面布水均匀，依设计流速缓慢而稳定地流过。池的长宽比一般不小于4 ， 第二章水源保护区高速公路路面径流理论分析 池的有效水深一般不超过3 米。污泥斗用来积聚沉淀下来的污泥，多设在池前部的池底 以下，斗底有排泥管，定期排泥。 4 、渗滤系统 渗滤系统是将地表径流暂时存储起来，将其渗透到地下的一种径流处理措施。它通 常包括渗坑、渗渠、渗井等，通过过滤、离子交换或颗粒吸收等作用去除污染物。设计合 理的渗滤系统可有效去除路面径流中的污染物。德国和日本普遍应用渗滤系统处理城市雨 水，并制定了相关规范。渗滤系统应用条件： 土壤或下层土壤有很好的可渗透性； 渗滤系统最低点高于地下水位至少3 m ； 径流中的悬浮固体己被去除； 有足够的空