湘潭城市道路徑流污染特征的研究

1、湘潭城市道路徑流污染特征的研究 摘要：作為城市排水的主要部分，道路也是一個(gè)受納水體的非點(diǎn)源污染源。道路徑流污染已經(jīng)引起人們廣泛關(guān)注。本文從三種不同類型的道路,對(duì)降雨路面徑流做了6次實(shí)驗(yàn)研究，分析了道路徑流的污染狀態(tài)、地表徑流污染負(fù)荷以及道路徑流污染物之間的相關(guān)性。結(jié)果表明,cod、tn、tp和pb的濃度都超過(guò)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于地表徑流的五級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。湘潭市道路徑流年污染負(fù)荷量 是lcod = 2777.612,ltn = 121.971噸,15.088噸,ltp =l pb = 7.386 t,l zn = 0.764 t。 cod、tn、tp、鉛、zn濃度和ss含量之間的相關(guān)系數(shù)都大于0。85(

2、r2 0.85)。通過(guò)增加道路清掃次數(shù)，可以減少城市地表徑流污染。關(guān)鍵詞：湘潭市，非點(diǎn)源污染，地表徑流，污染負(fù)荷1 引言 降雨和雪融水沖刷和侵蝕著地表沉積物，從許多不同污染源帶走污染物，通過(guò)徑流污染受納水體，這就造成了非點(diǎn)源污染。作為城市土地的主要形式，城市道路通過(guò)雨水徑流沖刷，聚集了大量的污染物，易接觸受納水體，對(duì)城市水環(huán)境造成巨大危害。國(guó)外學(xué)者對(duì)水環(huán)境管理的研究表明，即使點(diǎn)源污染得到完全控制，但忽視了面源污染（尤其是城市道路徑流污染），受納水體的質(zhì)量也不會(huì)有顯著改善2-3。 城市道路徑流中的污染物主要源于降雨沖刷城市地表。研究顯示，道路徑流所攜帶的污染物主要有建筑材料的腐蝕物、建筑工地上的

3、淤泥和沉淀物、路面的砂子塵土和垃圾、汽車輪胎的磨損物、汽車漏油、汽車尾氣中的重金屬、大氣的干濕沉降、動(dòng)植物的有機(jī)廢棄物、城市公園噴灑的農(nóng)藥以及其他分散的工業(yè)和城市生活污染源等。污染物的主要組成包括包括有機(jī)(或無(wú)機(jī)）化合物、氮、磷、金屬、石油等4-6。 作者對(duì)湘潭市道路徑流水質(zhì)提出了一種測(cè)量與分析方法來(lái)掌握道路徑流污染的基本信息?；谑占臄?shù)據(jù)，作者計(jì)算了道路徑流污染負(fù)荷，旨在提供一些證據(jù)，以控制湘潭市面源污染。2 材料與方法2.1 研究區(qū)域 這項(xiàng)研究是一個(gè)關(guān)于湘潭市道路徑流的案例研究。湘潭位于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均降雨量在1200 1445毫米之間，其中5-7月降雨量占到70%。 研究選取三

4、個(gè)采樣點(diǎn)：北二環(huán)路(穿越二環(huán)路和福州路），韶山路(西韶山路和北建設(shè)路十字路口）和亞華住宅區(qū)（亞華住宅小區(qū)的大門口），別代表交通區(qū)、商業(yè)區(qū)和住宅區(qū)。每個(gè)區(qū)域人行道的材料都是瀝青混凝土；徑流流下斜坡，通過(guò)下水道井口排出。2.2 樣品采集樣品取自于2010年5-7月的6次降雨事件。當(dāng)徑流形成時(shí)，采樣開(kāi)始，用聚乙烯桶在徑流出口收集雨水。采樣間隔時(shí)間是變化的：在最初30分鐘每隔5分鐘采集一次，之后間隔10分鐘。采樣時(shí)，虹吸雨量器放置在采樣點(diǎn)，與降雨過(guò)程同步。根據(jù)每次降雨時(shí)雨量器記錄的數(shù)據(jù)，降雨強(qiáng)度分別量度。由采樣時(shí)間和從采樣開(kāi)始到結(jié)束之間，容器收集的雨水的數(shù)量，計(jì)算徑流中位瞬時(shí)量。具體信息見(jiàn)表1.表1

5、樣品收集信息2.3 水質(zhì)分析項(xiàng)目以及方法 每個(gè)徑流下的樣品應(yīng)制冷貯藏，并且質(zhì)量分析應(yīng)該在24小時(shí)之內(nèi)完成。這個(gè)項(xiàng)目包含在了水進(jìn)行檢查中，包括懸浮物、化學(xué)需氧量、總氮、總蛋白、鉛和鋅?；瘜W(xué)需氧量的測(cè)試通過(guò)重鉻酸鹽法；懸浮物、總氮和總蛋白的測(cè)試是按照水和廢水的測(cè)試和分析(第四版)7的標(biāo)準(zhǔn)方法；鉛和鋅的測(cè)試分別是由石墨爐原子吸收分光光度法和火焰原子吸收分光光度法。每個(gè)水樣品的分析結(jié)果代表了平均污染物濃度值，因此同步監(jiān)控水量和水質(zhì)。3 結(jié)果和分析3.1 湘潭市政道路徑流污染情況在正常情況下,實(shí)測(cè)徑流和污染物濃度并不連續(xù)，即使在自動(dòng)取樣系統(tǒng)中，用于濃度分析而收集到的樣本也并不連續(xù)。在這個(gè)過(guò)程中收集的降雨

6、樣本的時(shí)間分布也不均勻。在實(shí)踐中,屋頂徑流可以用以下方程表達(dá)，即事件平均濃度(emc)8。在(1)中，cj是在這個(gè)雨季j測(cè)量的污染物濃度；vj 是在這個(gè)雨季j測(cè)量的徑流數(shù)量；n是指雨數(shù)量的時(shí)間劃分。湘潭市城市道路徑流的監(jiān)測(cè)顯示在交通區(qū)域、商業(yè)領(lǐng)域、住宅道路的道路徑流中懸浮物、化學(xué)需氧量、總氮、總蛋白、鉛和鋅含量測(cè)量值的范圍和研究降雨的平均污染物濃度。它列在表2。3.2 不同道路徑流污染物的濃度分析由于污染物的濃度在降雨過(guò)程中是不斷變化的，污染物的平均濃度采用環(huán)境質(zhì)量地表水標(biāo)準(zhǔn)(gb 3838 - 2002)并與之比較，結(jié)果表明，湘潭城市道路降雨徑流的懸浮物、總氮和總蛋白的濃度高于地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

7、(標(biāo)準(zhǔn)v)。根據(jù)平均值的降水，商業(yè)區(qū)、交通區(qū)、住宅區(qū)道路徑流的cod值分別為358.4mg/l,、270.6 mg/l和134.8mg/l高于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)v級(jí)(40 mg/ l)39倍；總氮值分別為14.96mg/l、8.73 mg/l和9.85mg/l,高于地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn)v)(2.0mg/l)47倍；總蛋白值分別為2.45 mg/l、0.65 mg/l和1.05 mg/l，高于地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn)v)(0.4 mg/l)1.56倍；鉛值分別為0.762 mg/l、0.653 mg/l和0.615mg/l，高于表層水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn)v)(0.1mg/l)6.17.6倍，鋅含量低于地表

8、水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn)v)(1.0mg/l)的限值。此外，從表2還可以繪制:在商業(yè)、交通區(qū)域，道路徑流的懸浮物、化學(xué)需氧量的濃度高，并且測(cè)量濃度值范圍大，這主要是由于人口流動(dòng)大、交通流量大和垃圾清理的延遲；鉛、鋅的含量在三條道路上變化不大，這是由于亞華小區(qū)有大量的汽車，并且在下雨天大多數(shù)居民開(kāi)汽車代替步行；總氮、總蛋白在商業(yè)區(qū)和居住區(qū)的道路徑流濃度高于交通區(qū)域，主要原因是餐館的繁榮，使得產(chǎn)生更多的垃圾和使用大量的洗滌劑。3.3 湘潭城市道路徑流污染負(fù)荷的計(jì)算城市徑流污染負(fù)荷指的是一個(gè)或多個(gè)雨水徑流產(chǎn)生的污染物排放總額。作為地表徑流污 (ly) 是常用的。ly可以使用2計(jì)算：在(2)中，0.01是單位

9、轉(zhuǎn)換常數(shù)；emcs是幾次降雨的道路徑流污染物平均濃度；，徑流量校正因子，通常取0.9；，研究區(qū)綜合徑流系數(shù)；p，年平均降雨量，mm；a為分水嶺地區(qū)，hm2。 在這次研究中，綜合徑流系數(shù)= 0.859，平均降水量1324.7毫米10，流域面積為1076.5hm2(湘潭人口是946000，人均道路面積11.38平方米)，emcs取道路徑流的平均值。通過(guò)計(jì)算，湘潭每年的污染負(fù)荷如下：lcod=2777.612t，ltn=121.971t，ltp=15.088 t，l pb=7.386t，l zn=0.764 t，這表明它污染嚴(yán)重。3.4 污染物濃度的相關(guān)分析湘潭市城市道路徑流相關(guān)污染物的分析顯示：污

10、染物化學(xué)需氧量、總氮、總蛋白、鉛、鋅的濃度與懸浮物具有良好的相關(guān)性(見(jiàn)圖1 圖5)。相關(guān)線性系數(shù)分別是0.9293，0.9272，0.9125，0.8664，0.8844，都高于0.85。 圖1 cod和ss相關(guān)性 4 結(jié)論 (1) 湘潭市道路徑流污染嚴(yán)重，主要污染物是懸浮物、化學(xué)需氧量、總氮、總蛋白、鉛和鋅等，其中化學(xué)需氧量、總氮、總蛋白、鉛超過(guò)地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn)v)。在商業(yè)區(qū)和交通區(qū)域，有更多的污染物，像懸浮物和化學(xué)需氧量；在商業(yè)區(qū)和居民區(qū)，有更多的總氮和鉛，而鋅含量低于地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn)v)。 (2) 湘潭市年度污染負(fù)荷如下：lcod=2777.612t，ltn=121.971t，l

11、tp=15.088 t，l pb=7.386t，l zn=0.764 t，這表明它污染嚴(yán)重。 (3) 湘潭城市道路徑流污染物化學(xué)需氧量、總氮、總蛋白、鉛、鋅的濃度與懸浮物含量具有良好的相關(guān)性，并且相關(guān)線性系數(shù)均高于0.85 ，這表明污染物cod、tn、tp、鉛、鋅存在于粒子中，所以這個(gè)城市可以增加道路清掃的頻率，從而全面減少城市道路徑流污染負(fù)荷。參考文獻(xiàn)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