（市政工程专业论文）高速公路降雨径流水质特性研究.pdf

摘要 摘要 本研究选取南京机场高速公路禄口高架桥段进行取样监测，对高速公路路面雨水径流水质变 化规律进行了详细的研究，分析比较了不同降雨条件下两类典型污染物随时间的出流变化规律， 并对高速公路路面雨水径流的e m c 和污染负荷进行了分析，最后探讨了高速公路路面径流污染物 的赋存状态和初期效应。 对高速公路路面雨水径流污染物出流规律的研究表明：s s 、c o d 、b o d 5 、n h 3 - n 、t n 和t p 的出流规律相似，当降雨量和降雨强度较大时初期浓度较高，超出地表水环境质量标准类 标准的阈值，污染较为严重，随着降雨历时的延续，浓度有急剧降低的趋势，最终平衡在某一稳 定值不再变化，具有明显的初期效应特征：当降雨量和降雨历时较小时，s s 、c o d 、b o d 5 、n h 3 - n 、 t n 和t p 浓度仅在一个较小的范围波动，初期效应不明显。 对高速公路路面雨水径流的e m c 和污染负荷的研究表明：高速公路路面雨水径流污染物 径流水质e m c 浓度数据呈良好的正态分布，s s 、c o d 、b o d 5 、n h 3 - n 、t n 和t p 对数的h a ) 值 分别为0 2 3 9 、0 2 4 5 、0 1 3 4 、0 1 4 5 、0 2 2 3 和0 1 8 5 ，表明污染物的对数正态分布性良好。各污 染物事件平均浓度平均值分别为：s s1 7 1m g l 、c o d18 0m g l 、b o d 51 9 7 2m g l 、n h 3 - n4 4 5 m g l 、t n9 6 7m g l 、t p0 8 6m g l ，高速公路路面径流污染严重。p e a r s o n 相关系数确定的污 染物间相关性显著程度结果表明，s s 与c o d 、s s 和t p 以及n h 3 - n 与t n 的相关性较强，s s 与 n h 3 - n 、t n 的相关性较弱。拟合方程分别如下：t n = i 7 8 6 21 n - 1 3 n + 1 6 3 4 3 ，r z = 0 7 3 9 0 ，s s = i 0 1 9 c o d + 7 2 9 0 2 ，r 2 = o 8 8 5 8 ，t p = - 0 0 0 4 6 0s s + 0 0 8 0 7 ，r 2 = 0 8 3 8 0 。采用聚类方法分析各影响因素 和污染物间的相关性大小，得到各影响因素对水质影响程度的大小顺序为：前期晴天数 降雨强度、 降雨量和降雨历时。s s 和c o d 的年污染负荷最大，分别为1 4 8 2k g ( h a - a ) 和1 5 0 7k g ( h a a ) ； b o d 5 、n h 3 - n 、和t n 次之，分别为1 8 5k g ( h a - a ) 、3 5k g ( h a a ) 和7 4k g ( h a a ) ；t p 相对较小，为7 k g h a a ；本研究所估算区域高速公路路面径流污染负荷较高，高速公路路面径流对受纳水体影响 较大。与其他地区相比，本研究径流污染负荷高于美国n u r p 平均值，低于上海市调查结果与韩 国清州市相似。c o d 和b o d 5 负荷在法国q a s t o r 数据库范围内，高于美国c h a r l o t t e 和沃特福 德的估算结果，而s s 负荷低于美国c h a r l o t t e 。氮、磷污染物方面，本研究估算得到的n h 3 - n 、t p 负荷大于美国c h a r l o t t e 和w a t e r f o r d 以及西德联邦公路的结果。 对高速公路路面径流污染物赋存状态的研究结果表明：溶解态污染物与颗粒态污染物的 出流变化规律与总污染物相同。对高速公路路面径流中溶解态和颗粒态c o d 、溶解态和颗粒 态t p 以及溶解态和颗粒态t n 的e m c 对数正态概率分布的分析表明，不同污染物在概率纸上呈 现出良好的线性分布，具有较好的对数正态分布性。对高速公路路面径流中溶解态和颗粒态污 染物e m c 的统计显示，不同污染物溶解态和颗粒态e m c 中值浓度分别为，溶解态c o d6 0m g l 、 颗粒态c o d8 5m g l ，溶解态t p0 1l m g l 、颗粒态t p0 5 3m e n ，溶解态t n4 4 1m g l 和颗粒态 t n0 7 3m g l 。对各污染物赋存状态的研究表明，c o d 和t p 主要以颗粒态形式存在，而t n 主要以溶解态存在。从中可以看出，c o d 和t p 可考虑通过沉淀方式去除，而t n 则要重点考虑 沉淀后的后续处理方式，如人工湿地处理。通过聚类分析可知，各影响因素对污染物各态浓度 影响的大小：前期晴天数 降雨历时、降雨量 降雨强度。 对高速公路路面雨水径流初期效应的分析结果表明：对于2 0 8 0 ，3 0 8 0 的标准而言，高 速公路路面径流污染物不存在初期效应。对于2 5 5 0 标准，s s 、c o d 、n h 3 - n 、t n 和t p 存在初 期效应的概率分别为3 0 8 、2 6 9 、1 9 2 、2 3 1 0 , o 和3 0 8 。对于2 5 3 0 标准，s s 、c o d 、n h 3 - n 、 t n 和t p 初期效应存现几率则分别为7 6 9 0 6 ，8 4 6 ，7 3 1 ，6 1 5 ，8 4 6 ，存现率较高。同样 符合5 0 5 0 标准各污染物初期效应的存现几率都在8 4 以上，可见高速公路路面径流符合2 5 3 0 和 5 0 5 0 标准的初期效应存现几率较大，证明高速公路路面径流的初期效应较为明显。高速公路 路面径流的初期效应大多为中等程度，显著程度的降序排列为，s s c o d n h 3 - n t n t p 。 东南大学硕士学位论文 对高速公路路面雨水径流污染控制管理措施的研究表明：采用植被控制与滞留池、人工湿地 相结合的方法更适用于南京高速公路路面径流污染物的控制。 关键词：高速公路；面源污染； 路面径流；事件平均浓度；污染负荷；赋存状态； 初期效应 u r b a nn o n - p o i n tp o l l u t i o nh a sb e e ni d e n t i f i e d 勰a ni m p o r t a n ts o u r c ef o ru r b a ns u r f a c ew a t e rq u a l 时 d e g r a d a t i o ni nr e c e n ty e a t so fc h i n a i nt h i sp a p e r , q u a l i t yo fc o n t a m i n a t e dr u n o f fo nf r e ew a ys u r f a c e w a sm o n i t o r e d , a n dt w od i f f e r e n tt y p e so ft h ec o n c e n t r a t i o nv a r i a t i o n sw e r ed i s c u s s e d 1 1 1 ee m c sa n d t h ef a c t o ro fp o l l u t a n t sc o n c e n t r a t i o n sw e r eg r e a t l ya n a l y z e d t h e np o l l u t a n tp a r t i t i o n i n ga n df i r s tf l u s h e f f e c t sw e r es t u d i e df o rt h ep o l l u t i o nc o n t r o lm e t h o d s t w od i f f e r e n tt y p e so ft h ec o n c e n t r a t i o nv a r i a t i o n sw e r ed i s c u s s e d nw a ss h o w e dt h a tt h e c o n c e n t r a t i o n so fp o l l u t a n t si nt h ei n i t i a lr u n o f fw a sh i g h e r , a n dw a sl o w e ri nt h el a t e rr u n o f f , w h e nt h e r a l n f a l la n dr a i n f a l li n t e n s i t yw a sg r e a t ；o t h e r w i s e t h ec o n c e n t r a t i o n so fp o l l u t a n t si nt h er u n o f fw a s a r o u n dav a l u ea n dd i d n td e c r e a s em a r k e d l y , w h e nt h er a i n f a l la n dr a i n f a l li n t e n s i t yw a sl o w ，n l ef r e e w a yr u n o f fq u a l i t yw a sm o n i t o r e da n da n a l y z e d 1 1 1 er e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ：1 1 坞m e a n v a l u e so fe v e n tm e , a nc o n c e n t r a t i o n s ( e m c s ) f o rc o d ，s s ，b o d 5 ，n i l 3 n ，1 n ，1 pw e r e1 7 1m g l ，l8 0 m g l ，19 7 2m g l ，4 4 5m g l ，9 6 7m g l ，o 8 6m e d ls e p a r a t e l ya n dt h ec o da n ds sw e r et h em a j o r p o l l u t a n t s r e l a t e dc o e f f i c i e n t sb e t w e e ns sa n dc o d ，s sa n d1 1 p ，n h 3 na n dt nw e r el a r g e ，b u t r e l a t e dc o e 伍c i e n t sb e t w e e ns sa n dn h 3 - n s sa n dt nw e r el i t t l e f i t t e dm a t h e m a t i c a le q u a t i o n s b e t w e e ns sa n dc o d ，s sa n dt p 。n h 3 - 1 4a n dt nw e r ea sf o l l o w s ：t n = i 7 8 6 2n h r n + 1 6 3 4 3 ， r 2 = 0 7 3 9 0 ，s s = 1 0 1 9c o d 卜卜7 2 9 0 2 ，r = 0 8 8 5 8 ，t p = 0 0 0 4 6 0s s + o 0 8 0 7 ，r = 幻8 3 8 0 t i 他f r e e w a y r u n o f fq u a l i t yw e 聘m a i n l yi n f l u e n c e db yd r yw e a t h e rd e p o s i t sa n dt h ew a s h e do u te f f e c t sd u r i n gr a i n f a l l s t h r o u g ht h ec l u s t e ra n a l y s i s ml o a d so fs s ，c o d ，b o d s ，n h 3 - n ，t na n dt pw e r e14 8 2 ，15 0 7 ， 18 5 ，3 5 ，7 4a n d7k g ( h a a ) a sf o l l o w s t h el o a d so fs s ，c o di sl a r g e s t , a n dt h eb o d 5 ，n i - 1 3 - n ，t nw e r e f o l l o w e d t pw a sw o r s t t os e p a r a t ew i t ho t h e rr e g i o n , t h el o a d so f t h i ss t u d yw a sl a r g e rt h a nm 瓜p si n a m e r i c a n , w a si n f e r i o rt os h a n g h a ic i t yo fc h i n aa n d ，c h e o n g i uc i t yo fk o r e a n c o da n db o d s w e r e a m i dq a s t o rd a t a b a s eo f f r a n c e b u tw e r el a r g e rt h a nc h a r l o t t ea n dw a t e r f o r do f a m e r i c a n 1 1 圮l o a d s o fs sw e r el e s st h a nc h a r l o t t e 1 f 1 坞l o a d so fn h 3 - na n dt pw e r es u p e r i o rt oc h a r l o t t e ，w a t e r f o r da n d w e s tg e r m a n s t u d i e so np o l l u t a n tp a r t i t i o n i n gs h o w e dt h a t ：t h ec o n c e n t r a t i o nv a r i a t i o n sf o rt w od i f f e r e n t p h a s e sp o l l u t a n t sw e r el i k et o t a lp o l l u t a n t s ，n 把t w od i f f e r e n tp h a s e so fa l lp o l l u t a n t sd i s t r i b u t e da s l i n e a r i t yi nl o g a r i t h mp r o b a b i l i t yp a p e r t h ed a t as h o w e dt h a tt h ee m c sf o ra l lt h ec o n s t i t u e n t sa p p e a r e d t 0b es y m m e t r i c a la n dn o r m a l l yd i s t r i b u t e d t h em e d i a nv a l u e so fe v e n tm e a nc o n c e n t r a t i o n s ( e m c s ) f o rt h ep a r t i c u l a t ea n dd i s s o l v e dp h a s e so fc o d ，t n ，t pw e r e6 0m g la n d8 5m g l ，4 41m e , n a n d0 7 3 m g l ，0 1 lm g la n d0 5 3m e ：- - s e p a r a t e l y c o da n dt pu s u a l l yp e r f o r m e d 舔p a r t i c u l a t e - b o u n d p h a s e ，t nu s u a l l ya sp a r t i c u l a t e b o u n dp h a s e ，i n 廿l er u l l o 氲s oc o da n dt pm u s tc o n s i d e rp r e c i p i t a t i o n m e t h o dt or e m o v e ，b u tt nm u s tu s el a t e rf a c i l i t i e st or e m o v ei t ( 9t 0i n v e s t i g a t et h ei n f l u e n t i a lf a c t o r s o ft h ec o n c e n t r a t i o n so fp a r t i c u l a t e b o u n da n dd i s s o l v e d - b o u n dc o d ，t na n dt p ，i tw a sk n o w nt h a tt h e i m p a c t so fi n f l u e n t i a lf a c t o r so ft h ep a r t i c u l a t e b o u n da n dd i s s o l v e d b o u n dp o l l u t a n t sf o l l o wa st h i so r d e r ： d r yw e a t h e rd e p o s i t s t h et i m eo fr a i n f a l l = a m o u n t so fr a l n f a l l t h er a i n f a l li n t e m i t y t h er e s e a r c ho nf i r s tf l u s he f f e c t ss h o w e dt h a t ：o nt h eb a s i co f2 0 8 0a n d3 0 8 0c r i t e r i o n s ，n of i r s t f l u s he f f e c t sh a dt a k e np l a c e t ot h e2 5 5 0s t a n d a r d ，o c c u r r e n c ep r o b a b i l i t yo ff i r s tf l u s he f f e c t si ns s ， c o d 。n h 3 n ，t na n dt pw e r e3 0 8 ，2 6 9 ，1 9 2 ，2 3 1 ，3 0 8 a sf o l l o w s ，b u tc o m p a r e dw i t ht h e 2 5 3 0s t a n d a r d , t h eo c c u r r e n c ep r o b a b i l i t yw e r e7 6 9 ，8 4 6 ，7 3 1 ，6 1 5 ，8 4 6 s e p a r a t e l y i n a c c o r d a n c ew i t h5 0 5 0s t a n d a r d ，t h eo c c u r r e l q c ep r o b a b i l i t ye x c e e d e d8 4 t h ep r o m i n e n td e g r e eo f f i r s tf l u s he f f e c t sa c t e da ss s c o d 补 3 - n t n t p m 东南大学硕士学位论文 t h ei n v e s t i g a t i o na b o u tb m p st oc o n t r o lt h ep o l l u t a n t so fr u n o f ff r o mf r e e w a ys u r f a c es h o w e dt h a t ： c o n t r o lm e a s u r e si n t e g r a t e dv e g e t a t i o n , d e t e n t i o np o n d sa n dw e t l a n dw a sa p p l i e dt ot h ef r e e w a yr u n o f f p o l h m a n to f n a n g j i n gw e l l k e yw o r d s ：f r e e w a y , n o n - p o i n tp o l l u t i o n , r o a ds u r f a c er u n o f f , e v e n tm e a nc o n c e n t r a t i o n s0 三m c s ) , p o l l u t i o nl o a d s ，p h a s e so fc o n t a m i n a n t , f i r s tf l u s he f f e c t s i v 东南大学硕士学位论文 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示了谢意。 研究生签名： 主墨，鸳日 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文 的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档 的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借 阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东 南大学研究生院办理。 研究生签名： 第1 章概述 第1 章概述 截止2 0 0 7 年底，我国高速公路通车里程已达5 2 9 万公里【l 】，到2 0 1 0 年规划建成高速公路6 5 万公里1 2 j 。随着国内公路交通事业的不断发展及各省市公路网的陆续形成，跨越对水质要求较高的 敏感水体的公路越来越多，频繁的交通活动使路面径流污染十分严重【3 】，公路路面径流污染问题也 越发显得突出。在人们日益关注环境问题与生命健康、提倡绿色生态建设和人与自然和谐发展的 今天，公路路面径流污染问题也逐渐引起人们的重视。因此，路面径流污染引起了国内外学者的 关注。继上世纪7 0 年代美国开展路面径流的相关调查研究工作后，一些西方国家也先后开展了关 于路面径流污染及其影响因素等方面的深入研究；而国内在此方面的研究起步较晚，直到上个世 纪末，才开始对路面雨水径流进行分析【4 】。当点源污染得到有效控制后，具有面源污染特征的雨水 径流污染更加突出，已经影响到我国可持续发展战略。为了人类健康和社会可持续发展，必须合 理处理公路发展与生态平衡之间的关系，科学对待径流污染对可持续发展的危害。 本章将对路面径流污染的基本概念、特征、来源、影响因素，以及国内外相关领域的研究现 状予以介绍。 1 1 径流污染基本概念 水环境的污染源，按排放污染物的空间分布方式，可分为点源污染和面源污染，其中面源污 染又称非点源污染。美国清洁水法修正案定义面源污染为“污染物以广域的、分散的、微量的形式 进入地表及地下水体。国内通常将面源污染定义为溶解性或固体性污染物在非确定地点、非确定 时间内，通过非确定的排放途径，排入受纳水体所引起的污染【5 】。这些非确定性主要受自然条件的 突发性、排放污染物的偶然性和随机性等因素影响。 按照污染物的来源，非点源污染可分为农村非点源污染和城市非点源污染。城市非点源主要 指城市垃圾、粉尘和大气降尘中的各种污染物质。广义的城市非点源污染，按成因可分为城市地 表径流污染、大气的干湿沉降、城市的水土流失及河流底的二次污染等；狭义的城市非点源污染 即指城市的地表径流污剩引。按照地表可透水性划分，面源污染又可分为不可透水性地表径流及可 透水性地表径流两种。城市地表、厂区、公路路面等地表径流都属于不可透水性地表径流，而农 田耕作区、矿山开发区、林区以及农村居住区等都属于可透水性地表径流【6 1 。 路面径流污染是引起面源污染的重要组成部分。路面径流污染主要指在降雨过程中，雨水及 所形成的径流流经公路路面、雨水口、绿化带等的时候，冲刷、淋洗、聚集了一系列污染物，如 有机物、油类、盐份、氮、磷、有毒物质及杂物等，随之排入农田、湿地、河流等受纳水体，污 染附近地表水及地下水。路面径流污染物的组分和浓度及其变化由公路周围土地利用类型、人口 密度、交通量、空气污染程度等决定。 1 2 路面雨水径流污染的特征、来源和影响因素 1 2 1径流污染特征 路面径流污染作为非点源污染的主要形式之一，与生活污水、工业废水等点源污染有着不同 的特征，路面径流时空范围更广，不确定性更大，成份、变化过程也更复杂，因而加大了径流污 染的研究、治理和管理政策制定的难度。路面径流污染有以下主要特征： ( 1 ) 污染物种类多 路面雨水径流污染物种类繁多、成分复杂，主要为悬浮固体( s s ) 、化学需氧量( c o d ) 、五日生 化需氧量( b o d 5 ) 、总氮f i n ) 、总磷( t p ) 、重金属以及多环芳烃a p a h s ) 和油等【7 】。其中s s 和c o d 的含量较耐引，重金属中p b 与z n 也有较高的含量。 ( 2 ) 污染物浓度高 东南大学硕士学位论文 路面径流污染物含量较高，尤其是初期雨水。一条车流量为3 0 0 0 0 辆d 的郊区高速公路所产 生的路面径流可以直接破坏周围河流的功制w 。长安大学的赵剑强研究了沪河桥面径流对沪河水质 的影响，认为沪河水质在晴天时满足地表水环境质量标准( g h z b l 1 9 9 9 ) 类的水质要求，而 在降雨期间s s 及c o d 是晴天时的4 倍多，大大超过类水质标准阈值【8 j 。 c l a r k 1 0 j 和赵剑强【8 1 等人分别对美国华盛顿西雅图市的州际公路i 5 和西临高速公路路面径流 水质进行了监测，其结果如表1 1 所示。 从表1 1 国内外研究径流污染的事件平均浓度( e m c ) 与典型生活污水污染浓度比较可知，路面 径流中s s 和c o d 等污染物浓度较高，特别是s s ，其e m c 远大于典型生活污水的污染浓度和 污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 的二级标准，而其初期污染浓度约为污水综合排放标准三级标准 的1 6 倍。由此可见，路面径流污染物浓度高，具有较强的污染强度。 表1 1 典型路面径流浓度值和浓度范围单位：m g l 项目内容 s sc o d 西临高速公路 美国华盛顿西雅图市州 际公路i 5 典型生活污水水质 e m c 4 5 2 2 1 0 径流浓度范围 1 2 6 - - - 8 1 35 8 - 4 1 2 污水综合排放标准 ：三曩； ：器盘 g b 8 9 7 8 - 1 9 9 6 苫磊描描 ( 3 ) 污染物浓度变化范围大 从一次降雨事件来说，径流过程中污染物浓度一般随降雨时间延续呈波浪式递减，在累计降 雨量达到一定数量以后便趋于稳定；就不同降雨事件而言，同一地点各次降雨事件径流污染浓度 会随降雨量、降雨强度、空气污染指数和交通量的变化有明显的不同。从空间角度来说，同一次 降雨事件不同地点的径流污染物浓度也会因交通量等不同有较大的差异。赵剑强等1 8 j 对西临高速公 路径流进行监测结果，显示各污染指标值e m c 范围分别为：s s1 2 6 8 1 3 m g l ，c o d5 8 - - 4 1 2 m g l ， p b0 0 5 - - 4 3 7 7 m g l 。c l a r k 掣1 0 】监测的美国华盛顿西雅图市的州际公路i 5 径流水质显示，各污染指 标值e m c 范围分别为s s4 3 3 2 0 m g l ，c o d7 5 , - - 2 1l m g l ，p b0 2 1 5 m g l ， in0 6 4 1 9 6 m g l ， t p0 2 - 4 3 5 5 m g l 。就浓度大小而言，同一采样地点的不同时刻污染物浓度变化范围都在1 0 1 数量 级左右，说明径流污染物浓度随时间变化波动性较大。此外，还可以看出，西临高速径流污染浓 度值约为西雅图市的2 倍，也表明了径流污染物浓度随空间不同范围有较大的差异。由此可见， 路面径流污染是一个随时空变化幅度较大的面源污染，必须要因地制宜的采取合理有效的控制措 施。 ( 4 ) 初期径流污染严重 表1 2 径流污染物c o d 和s s 的始末浓度 地点 指标 所采集的样品 取样时刻 2 ：4 02 ：5 53 ：1 04 ：4 0 西安市南二环路 c o d ( m g l ) 5178 3 53 5 71 4 6 由于经过较长时间的沉降和累积，路面污染物较多，易被径流雨水携带迁移，于是初期的径 流雨水中往往包含了大部分污染物质，直接导致初期径流污染十分严重。据韩国l e e 1 1 1 研究，前 5 0 的径流中所携带t n 、c o d 等污染物占整场径流的比例可以高达8 0 、对于s s 甚至可以涵盖 到9 0 。另外，根据长安大学赵剑强嘲的研究( 见表1 2 ) 表明径流开始时的s s 和c o d 浓度约为径 流结束时的5 倍；韩国k i m 1 2 】研究也显示，径流开始时的c o d 浓度约为径流结束时的8 倍，开始 2 第l 章概述 时的s s 为结束时的1 0 倍左右。这些充分说明了初期径流污染最为严重，同时也为路面径流最优 化控制措施的选择提供了依据。 ( 5 ) 径流污染物影响因素多 路面径流污染分布范围广，污染负荷时空差异显著。径流过程中污染物浓度一般会随降雨量、 降雨强度、空气污染指数、用地类型、路面清扫方式和交通量的不同有较大的波动。关于径流污 染物影响因素，国内外学者做了大量的研究：p a t r i c k 等1 1 3 】通过多元线性回归发现，径流污染物排 放负荷最主要的影响因子为降雨量、降雨强度与排水区域面积：o b e r t s t l 4 】对包含1 7 个不同用地类 型采样点的调查后发现，径流污染负荷最主要的影响因素为降雨的总径流量；v a z e 等人【”】分析了 道路清扫方式对路面径流污染的影响，提出路面的清扫会加重路面径流的污染程度：车伍等【1 6 】研 究认为，除了空气质量的影响外，路面材料、道路类型及路面污染状况、气温、降雨强度、降雨 量和降雨历时等也对雨水径流水质有着较为重要的影响。由此可见，路面径流水质的影响因素多、 关系复杂。 ( 6 ) 排放规律性差 径流污染只在雨天产生，其排放具有间歇性、突然性、随机性较强。由于每场降雨的降雨量 大小不一，降雨强度不尽相同，前期晴天数差别显著，空气污染状况和气温无法控制，车流量不 能恒定，使得径流规律变得十分复杂，不易很好的把握。同时径流的瞬时排放量变化较大，也导 致了路面径流量变化的复杂性。径流量、径流污染物浓度复杂变化和径流排放规律不易把握，为 后期的处理控制带来难题。 1 2 2径流污染来源 路面径流污染问题是由多种污染源共同作用的结果，通常路面径流主要来源于大气沉降、降 雨本身以及路面的累积污染物。 ( 1 ) 大气沉降 大气沉降包括晴天时的干沉降和降雨时雨水淋洗作用引起的湿沉降。晴天时，大气中的n 、p 、 重金属等污染物可以通过沉降的方式累积在公路路面，成为路面上的污染物；雨天时，大气中的 污染物通过降雨的淋洗作用而被带入雨水径流中。t s a i 等人【1 1 7 j 研究表明美国旧金山地区每年由大 气沉降所带来的c u 、n i 、c d 三种重金属污染物负荷分别为11 0 0g g m 2 、6 0 0 $ t g m 2 、1 3 0 0i x g m 2 ； s a b i n 等人i l8 j 对美国洛杉矶某高度不透水区域的大气干湿沉降物和路面径流进行了监测，估算出该 区域大气沉降所含带的重金属污染负荷占径流重金属总负荷的5 7 0 o - 1 0 0 ，其中湿沉降含带重金 属负荷所占比重较小，约为大气总沉降的1 - - 1 0 。 ( 2 ) 路面累积污染物 表1 3 路面径流污染物来源( 主要来源口次要来源) 车体燃料及混凝沥青除冰 制动器轮胎杂物 结构润滑油土路面路面撒盐 c d口 c r c u f e p b口口口口 n i v z n 氯化物 有机固体一 无机固体 口 d 一 p a h s口 酚 路面污染物累积是雨水径流污染的主要来源，累积污染物的种类及其来源比较复杂。当降雨 发生时，由于雨水的溶解和冲刷等作用将路面累积的污染物载入径流之中带来污染。路面累积污 - 3 东南大学硕士学位论文 染物包括表层土壤的自然风化迁移、机动车燃油、尾气排放、轮胎磨损、工业排放、路面垃圾、 路面施工和路面建设等作用吸附在路面沉积物上的众多污染物。表1 3 列出了路面径流主要污染 物的主要来源【2 0 】，公路路面污染物的来源与其大致相同。由该表可以明显看出公路路面累积污染 物种类多、来源较复杂。 ( 3 ) 降雨背景值 降雨背景值即降雨本身对路面径流污染物负荷的贡献。m i t t o n 等1 1 9 l 在美国明尼苏达州东部地 区径流污染的调查研究中发现，降雨本身是某些污染物的主要来源，其中降雨本身所携带硝酸盐 与氨的含量占道路雨水径流总量的一半以上。在空气质量较好的地方，降雨本身所占路面径流污 染物负荷一般比较稳定，在径流污染中所占权重较小。 1 2 3径流污染的影响因素 影响路面径流污染物浓度的因素较多且作用机理复杂，不同地区和同一地区不同场次降雨所 产生的路面径流水质差异也较大。影响径流水质的主要因素包括以下几个方面： ( 1 ) 路面材料 目前路面材料主要有水泥混凝土路面和沥青混合料路面两种，由于二者粗糙度和入渗率的不 同直接影响到径流的产、汇流过程、雨水对路面污染物冲刷和传输，直接影响径流污染的排放。 同时，由于两种材料的组成成分差异，也影响了径流中污染物种类的不同。赵剑强1 6 】在收集路面沉 积物时发现，在日常清扫中，与沥青路面相比，混凝土路面因其粗糙度较低，颗粒较大的污染物 更容易清除。在降雨过程中，混凝土路面的沉积物比沥青路面的沉积物也更容易被冲刷进入受纳 水体【1 6 1 。 ( 2 ) 用地类型 公路周围的用地类型是路面污染物累积上限的重要决定因素之一，直接影响了路面径流传输 污染物的能力。一般认为，城市商业区、工业区与高密度居住区等受径流污染的程度要高于城市 绿地、公园与低密度居民区等区域【2 1 】。公路周围的用地类型也将影响其径流的污染种类和污染程 度。 ( 3 ) 交通量 交通量是影响颗粒传输的主要因素之一 2 0 1 ，交通活动也是公路路面径流污染的重要来源，如 s s 的较大部分来源于汽车轮胎的磨损、刹车连接装置的磨损、运输物品的泄露等，重金属c u 、 z n 、p b 、c d ，毒性有机物汽油烃( p h c ) 和p a h s 均与汽车的活动有关。w u 等研究表明田j ，径流中 的s s 与交通量具有很强的相关性。西欧国家路面污染物状况的资料表明【2 3 j ，公路交通造成的路面 沉积物主要是灰尘、p b 、z n 和碳氢化合物，每公里累积量详见表1 - 4 。以上研究表明，交通量的 大小将直接影响径流污染的程度。 表1 4 公路交通路面污染物累积量 污染物1 0 0 0 辆船1 0 0 0 0 辆旭 碳氢化合物( k g d k m ) 0 1 o 5 1 5 z n ( g d k m ) 4 4 0 灰尘( k g d k m ) 5 - 1 05 0 1 0 0 垒f 趔：幽2坠! 堡墨坠! 塑 ( 4 ) 大气沉降 从t s a i 等人【1 7 】的研究中可见，大气沉降对径流污染中的重金属污染的贡献作用。s t o t z 2 4 1 对德 国的三条国家公路路面径流研究表明，大气沉降对固体污染物、c o d 、t p 、n h 3 - n 均很大的贡献 作用，尤其对径流中的n h 3 _ n 。 ( 5 ) 降雨特征 降雨量、降雨强度、降雨历时和降雨前期晴天数都直接影响地表污染物的累积和冲刷。降雨 的冲刷和溶解作用是地表污染物迁移的动力，径流则是污染物迁移的载体。一般地，污染物浓度 随着累计降雨量的增加而逐渐下降；降雨强度的大小决定了冲刷力的大小，同时也存在稀释作用， 4 - 第1 章概述 因此其对径流水质的影响是两者作用的叠加：降雨前期晴天数对路面降雨径流的影响较大1 1 9 , 2 5 】， 而降雨频率越高或者前期晴天数越小，则径流水质会相对较好。不同降雨特征对径流污染的作用 不同，而同一降雨特征对于不同污染物成分的作用也各不相同。 ( 6 ) 路面清扫 道路清扫情况也是路面径流水质的影响因素。人为的道路清扫可以去除一些大颗粒的污染物， 降低污染物浓度。b e n d e r 和t e r s t r i e p 2 6 1 的研究表明机械清扫可以去除2 5 0 0 m 的悬浮固体，c o l l i n s 2 7 1 等人研究认为一般的道路清扫设备主要用于去除粒径在2 0 0 0 1 a m 左右的颗粒态污染物，而对于小 的颗粒清除效果不好。因而，道路清扫可以有效降低污染物的浓度，但仅靠机械清扫减少径流污 染是不够的。 由以上分析可知，要有效控制路面径流污染，必须对当地路面材料、交通状况、降雨特性、 空气污染状况等影响因素进行充分的调研。 1 3 国内外雨水径流污染研究概况 自上世纪7 0 年代美国首先开展路面径流的相关调查研究工作后，英国、法国、德国等许多西 方国家也相继开展了此方面的工作，并且积累了大量的实测数据、获得了众多的研究成果。这些 研究工作主要集中在路面径流水质监测调查、径流污染初期效应分析、污染物来源及其影响因素 分析以及路面径流污染物控制措施研究等几个方面。 1 3 1国外路面径流污染研究现状 ( 1 ) 路面径流水质监测调查 路面径流可能携带有悬浮固体物质、有机污染物、营养盐、重金属、油和脂、细菌及其他污 染物质。自上世纪7 0 年代以来，国外学者对路面径流的水质做了大量的监测和调查工作，表1 5 列举了国外部分具有代表性的调查成果。从该表中可以看出，s s 、c o d 的变化范围分别为1 2 1 巧7 3 m g l 、4 9 - - 6 4 9m g l ，这说明路面径流污染物种类多，变化范围广。同一地点不同降雨事件的径流 污染浓度会随降雨量、降雨强度、空气污染指数和交通量的不同有较大的波动。从用地类型角度 来看，商业区的污染物浓度要高于农村居住区。此外，交通量也是影响径流污染的重要因素，交 通量越大s s 和c o d 值越高。另外，不同国家和同一国家不同路段的空间范围差异，也是导致污 染物浓度起伏变化的原因之一。 5 昌暑 聋香 虿香 譬 葛焱器罱 ii 霜=i雩锐 i 高器 o o o o 。 o o 。 o o 。 oo iiiiiiii i 里墨量i ii i 量i 至季i 磬ii 墨 嚣i iiiiiiiii 至霉i 兰至量弱葛i 叠夏童窝衣g 墨季 小 曼受至兰霉 “小“ o 导号：g 掣= 。n“ 寸 哪薅料露目勺培壬u笺3一姆露譬ia口匝榜呈d a 卜o nn穹内0 叶n o 器o工)o0寸呛a工累0 卜o n 一 就6 n 发i1诂o i i _ o n q - 8 t o l 霉矗 = o= o i 寸6oi气卜焉_ 赛奸肇 i 怛繇一b 量o i 0 0 9 n i l o()o08n 卿歌靶髅08堕 8 n n 趟瞿f、轻8：n g n n堪瞿f量000乐二 爿恒、趟瞿f n n 寸 _ _ n 趟瞿f 、# o 崎n n 趟瞿f、爿恒oni8n _ 葛n 任繇80on_ 。 n 卜田寸n 霉 8 寻n霉8 0 心寸霉80itr 掣瞿f l o o no n n 0 0 0 o n n 8 一n n 恒整霉恒密任蓉 趔嘲嚣汝匈楸邻 鸯对2匝嚣陋哑秘密对2匝嚣陋陬粼 系匈哑薯奉 矗ii日凹_与iol， 丢州唧胛哑粼 磊ilbjs_墨8 靼怔匝燃 晕uz衰暴*除牛菩皿粼 出呈系暴米酴牛譬皿粼 鼍ll!=水辑壕怔柱 _8系壕槛慑雅吼狱 n呈r袤壕钕慑跆陬粼 酱p13i一一=嫩鼹悱悱 袤肇憾肇哑撇 ii!o哑鞭 8 v 皿瓣 9 v 皿罐 _ 8 v 皿始 殳66_一神=8器 霉旧冬重童 io18小_旨io三声186i一蔷6 垦直卜oog擀霉辽 |cnlqg_斋q品酱匠 墨q(n8n一甾2q娶一愠b工 【c】q(666_一q蚤山娶甚量 耳熏66【v珈之声 蛩置66i)。苫。量墨苫娶。秀一古 il蓥a6lv静_警 整卜66_v曼蓦晶冥箸orbs鼋 f0一豢_v鲁暑h)i冥簋皇 匿(86i)n堇 匿(c86一荽铸n)皇flz 宕邑军艿z - 宕邑 n - n o z 蝎v蒙茎髅娶黔 密匈、簧 一厘窖v藿议帮嘏 寒籁徊器露缉峰*爆堪恒蠹密对武匝ni僻 认窄犁扑_千器扑k怔婚 第1 章概述 ( 2 ) 路面径流污染负荷 路面径流含带的污染负荷在城市中心水域受纳污染总负荷中占有较大比重。美国自然资源保 护委员会( n r d c ) 的资料显示：雨