湘潭城市道路径流污染特征的研究

1、湘潭城市道路径流污染特征的研究 摘要：作为城市排水的主要部分，道路也是一个受纳水体的非点源污染源。道路径流污染已经引起人们广泛关注。本文从三种不同类型的道路,对降雨路面径流做了6次实验研究，分析了道路径流的污染状态、地表径流污染负荷以及道路径流污染物之间的相关性。结果表明,cod、tn、tp和pb的浓度都超过环境质量标准中关于地表径流的五级标准。湘潭市道路径流年污染负荷量 是lcod = 2777.612,ltn = 121.971吨,15.088吨,ltp =l pb = 7.386 t,l zn = 0.764 t。 cod、tn、tp、铅、zn浓度和ss含量之间的相关系数都大于0。85(

2、r2 0.85)。通过增加道路清扫次数，可以减少城市地表径流污染。关键词：湘潭市，非点源污染，地表径流，污染负荷1 引言 降雨和雪融水冲刷和侵蚀着地表沉积物，从许多不同污染源带走污染物，通过径流污染受纳水体，这就造成了非点源污染。作为城市土地的主要形式，城市道路通过雨水径流冲刷，聚集了大量的污染物，易接触受纳水体，对城市水环境造成巨大危害。国外学者对水环境管理的研究表明，即使点源污染得到完全控制，但忽视了面源污染（尤其是城市道路径流污染），受纳水体的质量也不会有显著改善2-3。 城市道路径流中的污染物主要源于降雨冲刷城市地表。研究显示，道路径流所携带的污染物主要有建筑材料的腐蚀物、建筑工地上的

3、淤泥和沉淀物、路面的砂子尘土和垃圾、汽车轮胎的磨损物、汽车漏油、汽车尾气中的重金属、大气的干湿沉降、动植物的有机废弃物、城市公园喷洒的农药以及其他分散的工业和城市生活污染源等。污染物的主要组成包括包括有机(或无机）化合物、氮、磷、金属、石油等4-6。 作者对湘潭市道路径流水质提出了一种测量与分析方法来掌握道路径流污染的基本信息。基于收集的数据，作者计算了道路径流污染负荷，旨在提供一些证据，以控制湘潭市面源污染。2 材料与方法2.1 研究区域 这项研究是一个关于湘潭市道路径流的案例研究。湘潭位于亚热带季风气候区，年平均降雨量在1200 1445毫米之间，其中5-7月降雨量占到70%。 研究选取三

4、个采样点：北二环路(穿越二环路和福州路），韶山路(西韶山路和北建设路十字路口）和亚华住宅区（亚华住宅小区的大门口），别代表交通区、商业区和住宅区。每个区域人行道的材料都是沥青混凝土；径流流下斜坡，通过下水道井口排出。2.2 样品采集样品取自于2010年5-7月的6次降雨事件。当径流形成时，采样开始，用聚乙烯桶在径流出口收集雨水。采样间隔时间是变化的：在最初30分钟每隔5分钟采集一次，之后间隔10分钟。采样时，虹吸雨量器放置在采样点，与降雨过程同步。根据每次降雨时雨量器记录的数据，降雨强度分别量度。由采样时间和从采样开始到结束之间，容器收集的雨水的数量，计算径流中位瞬时量。具体信息见表1.表1

5、样品收集信息2.3 水质分析项目以及方法 每个径流下的样品应制冷贮藏，并且质量分析应该在24小时之内完成。这个项目包含在了水进行检查中，包括悬浮物、化学需氧量、总氮、总蛋白、铅和锌。化学需氧量的测试通过重铬酸盐法；悬浮物、总氮和总蛋白的测试是按照水和废水的测试和分析(第四版)7的标准方法；铅和锌的测试分别是由石墨炉原子吸收分光光度法和火焰原子吸收分光光度法。每个水样品的分析结果代表了平均污染物浓度值，因此同步监控水量和水质。3 结果和分析3.1 湘潭市政道路径流污染情况在正常情况下,实测径流和污染物浓度并不连续，即使在自动取样系统中，用于浓度分析而收集到的样本也并不连续。在这个过程中收集的降雨

6、样本的时间分布也不均匀。在实践中,屋顶径流可以用以下方程表达，即事件平均浓度(emc)8。在(1)中，cj是在这个雨季j测量的污染物浓度；vj 是在这个雨季j测量的径流数量；n是指雨数量的时间划分。湘潭市城市道路径流的监测显示在交通区域、商业领域、住宅道路的道路径流中悬浮物、化学需氧量、总氮、总蛋白、铅和锌含量测量值的范围和研究降雨的平均污染物浓度。它列在表2。3.2 不同道路径流污染物的浓度分析由于污染物的浓度在降雨过程中是不断变化的，污染物的平均浓度采用环境质量地表水标准(gb 3838 - 2002)并与之比较，结果表明，湘潭城市道路降雨径流的悬浮物、总氮和总蛋白的浓度高于地表水质量标准

7、(标准v)。根据平均值的降水，商业区、交通区、住宅区道路径流的cod值分别为358.4mg/l,、270.6 mg/l和134.8mg/l高于地表水环境质量标准v级(40 mg/ l)39倍；总氮值分别为14.96mg/l、8.73 mg/l和9.85mg/l,高于地表水质量标准(标准v)(2.0mg/l)47倍；总蛋白值分别为2.45 mg/l、0.65 mg/l和1.05 mg/l，高于地表水质量标准(标准v)(0.4 mg/l)1.56倍；铅值分别为0.762 mg/l、0.653 mg/l和0.615mg/l，高于表层水质量标准(标准v)(0.1mg/l)6.17.6倍，锌含量低于地表

8、水质量标准(标准v)(1.0mg/l)的限值。此外，从表2还可以绘制:在商业、交通区域，道路径流的悬浮物、化学需氧量的浓度高，并且测量浓度值范围大，这主要是由于人口流动大、交通流量大和垃圾清理的延迟；铅、锌的含量在三条道路上变化不大，这是由于亚华小区有大量的汽车，并且在下雨天大多数居民开汽车代替步行；总氮、总蛋白在商业区和居住区的道路径流浓度高于交通区域，主要原因是餐馆的繁荣，使得产生更多的垃圾和使用大量的洗涤剂。3.3 湘潭城市道路径流污染负荷的计算城市径流污染负荷指的是一个或多个雨水径流产生的污染物排放总额。作为地表径流污 (ly) 是常用的。ly可以使用2计算：在(2)中，0.01是单位

9、转换常数；emcs是几次降雨的道路径流污染物平均浓度；，径流量校正因子，通常取0.9；，研究区综合径流系数；p，年平均降雨量，mm；a为分水岭地区，hm2。 在这次研究中，综合径流系数= 0.859，平均降水量1324.7毫米10，流域面积为1076.5hm2(湘潭人口是946000，人均道路面积11.38平方米)，emcs取道路径流的平均值。通过计算，湘潭每年的污染负荷如下：lcod=2777.612t，ltn=121.971t，ltp=15.088 t，l pb=7.386t，l zn=0.764 t，这表明它污染严重。3.4 污染物浓度的相关分析湘潭市城市道路径流相关污染物的分析显示：污

10、染物化学需氧量、总氮、总蛋白、铅、锌的浓度与悬浮物具有良好的相关性(见图1 图5)。相关线性系数分别是0.9293，0.9272，0.9125，0.8664，0.8844，都高于0.85。 图1 cod和ss相关性 4 结论 (1) 湘潭市道路径流污染严重，主要污染物是悬浮物、化学需氧量、总氮、总蛋白、铅和锌等，其中化学需氧量、总氮、总蛋白、铅超过地表水质量标准(标准v)。在商业区和交通区域，有更多的污染物，像悬浮物和化学需氧量；在商业区和居民区，有更多的总氮和铅，而锌含量低于地表水质量标准(标准v)。 (2) 湘潭市年度污染负荷如下：lcod=2777.612t，ltn=121.971t，l

11、tp=15.088 t，l pb=7.386t，l zn=0.764 t，这表明它污染严重。 (3) 湘潭城市道路径流污染物化学需氧量、总氮、总蛋白、铅、锌的浓度与悬浮物含量具有良好的相关性，并且相关线性系数均高于0.85 ，这表明污染物cod、tn、tp、铅、锌存在于粒子中，所以这个城市可以增加道路清扫的频率，从而全面减少城市道路径流污染负荷。参考文献1 nisbet t r. “the role of forest management in controlling diffuse pollution in uk forestry”. forest ecology and manageme

12、nt, 2001, 143 pp. 1-3.2 patrick l brezonek, teresa h stadelmann. “analysis and predictive models of storm water runoff volumes, loads, and pollutant concentrations from watersheds in the twin cities metropolitan area”, minnesota, usa. water research, 2002, 36(7): pp.1743-1757.3 lee joong g wang, heaney james p, lai fu-hsiung. “optimization of integrated urban wet-weather control strategies”. journal of