路面徑流中TSS和COD含量的分析

高速公路降雨徑流中TSS和COD的特征分析Xxx南京信息工程大學(xué)環(huán)境工程系，南京210044摘要：城市面源污染已成為危害城市水體的重要污染源，而路面徑流形成帶狀的污染是面源污染的重要組成部分。城市路面徑流含有大量的懸浮顆粒物、有機(jī)物和重金屬等。徑流中所含的污染物進(jìn)入收納水體后，嚴(yán)重影響了收納水體的水質(zhì)狀況。所以，研究路面徑流中各種污染物的含量尤為重要。本文主要研究了路面徑流中的TSS和COD出流特征。關(guān)鍵詞：路面徑流；流量；初期效應(yīng)；TSS；CODAnalysiconthecharacteristicsofTSSandCODinrunofffromhighwaysAbstract:Citynon-pointsourcepollutionhasbecomeanimportantsourceofpollutionhazardsofcitywater,while,theroadrunoffpollutionfromisanimportantpartofnon-pointsourcepollutinon.Thecityroadrunoffcontainingsuspendedparticulatematter,alargeamountoforganicmatterandheavymetals.Whenthepollutioncomeintothereceivingwatercontaminantsinrunoff,seriouslyaffectedthewaterqualityofreceivingwaters.becauseofthat,thecontentofvariouspollutantsinroadisveryimportant.ThepapermainlystudiesthesurfacerunoffintheTSSandCODflowcharacteristics.Keywords:roadrunoff,flow，theinitialeffect;TSS;COD背景隨著城市化的迅速發(fā)展，城市化與城市建設(shè)極大地改變了城市原有地表環(huán)境，取而代之的是大量的建筑物和道路，導(dǎo)致城市地表硬化率急劇增加，不透水比例增大，使得雨天特別是暴雨天氣產(chǎn)生大量的徑流不能通過城市地表滲透到土壤中或者是被植物截流，只能通過分流制或合流制系統(tǒng)把徑流排放到收納水體中，收納水體的水質(zhì)造成明顯的破壞，形成面源污染。城市面源污染是指在降水條件下，雨水和徑流沖刷城市地面，使溶解的或固體污染物從非特定的地點(diǎn)匯入收納水體，引起的水體污染，它是相對于點(diǎn)源污染而言的一種水環(huán)境污染類型，亦稱為城市非點(diǎn)源污染。城市雨水徑流是城市面源污染的重要組成部分。城市降水徑流污染是指在降水過程中雨水及其形成的徑流流經(jīng)城市地面（如商業(yè)區(qū)、居住區(qū)、停車場、街道等），聚集一系列我污染物質(zhì)（如原油、氮、磷、重金屬、有機(jī)物等）通過排水系統(tǒng)直接排入水體而造成的水體非點(diǎn)源污染。城市降水徑流污染是伴隨著城市化進(jìn)程而產(chǎn)生的，是人類活動集中和加強(qiáng)對環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響的表現(xiàn)。它所造成的面源污染具有非連續(xù)性和爆發(fā)性的特點(diǎn)，其污染負(fù)荷所占比例在雨季的短時段內(nèi)會成倍升高，超過點(diǎn)源污染，對城市水體造成沖擊性影響，嚴(yán)重制約城市水環(huán)境質(zhì)量的徹底改善，許多城市暴雨后發(fā)生的水污染事件都是很好的例證。在城市化進(jìn)程中，產(chǎn)生的大量的不透水地面改變了流域水文過程，使城市地表徑流的流量增加、峰值加大和峰現(xiàn)時間提前，為城市地表徑流污染的發(fā)生提供了外部動力條件。城市中人口密度增加，人類的各種活動頻繁造成城市地表累積較多的污染物質(zhì)，為城市地表徑流污染提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。因此，在城市地表，特別是不透水的地面累積的各種污染物質(zhì)在降水及其形成徑流的擊濺、溶解、沖刷和搬運(yùn)作用下便形成了城市地表徑流污染。在城市降雨徑流中的污染物質(zhì)隨徑流進(jìn)入水體后對水體水質(zhì)的影響很大，水體的水體的物理、化學(xué)性質(zhì)隨之改變，因此降雨徑流對收納水體的影響也是城市地表徑流污染研究的重要組成部分。有研究表明，每年由城市地表徑流造成的污染負(fù)荷相當(dāng)于污水處理廠排放的污染負(fù)荷，城市地表徑流水中污染物SS、重金屬及碳?xì)浠衔锏臐舛仍跀?shù)量級上與未經(jīng)處理的城市污水基本相同。影響城市地表徑流污染的因素包括：降雨特征、城市土地利用類型、大氣污染狀況、地表清掃情況、下水道狀況等。降雨強(qiáng)度決定著淋洗、沖刷地表污染物的能量大小，降水量決定著稀釋污染物的水量；城市土地利用方式?jīng)Q定著污染物的性質(zhì)及累積的污染物數(shù)量?？梢娪绊懗鞘械乇韽搅魑廴镜囊蛩睾芏?，且許多為隨機(jī)性因素，在地表污染時空分布的離散性和不均一性、污染途徑的隨機(jī)性和多樣性、污染成分的復(fù)雜性和多變性、污染源和污染成分的監(jiān)控、定量計(jì)算的困難性、控制策略的系統(tǒng)性。城市降水徑流污染物組分及污染程度隨城市化速度、土地利用特征、交通狀況、人口密度和空氣污染程度而變化。一般來說，城市降水徑流中的污染來自三個方面：降水、城市的不同下墊面和排水系統(tǒng)。降水：降水對城市徑流污染的貢獻(xiàn)，主要是降水淋洗空氣中的污染物，特別是工業(yè)區(qū)及空氣污染嚴(yán)重的城市這一現(xiàn)象比較明顯。其中，降水污染物含量由兩部分組成，一部分為降水污染物背景值，另一部分是降水通過大氣而引起的濕沉降。濕沉降是指大氣中的粉塵、煙塵、有毒物質(zhì)等在降水沖洗作用下，一部分直接降落到水體表面，另一部分隨地表徑流進(jìn)入收納水體，從而造成水環(huán)境非點(diǎn)源污染。由于降水而造成的水環(huán)境非點(diǎn)源污染，其中最典型的污染是酸雨的危害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國是繼歐洲、北美洲之后的第三大重酸雨區(qū)，全國酸雨覆蓋面積已占國土面積的30%以上，全國1/2以上城市降水的平均pH〈4.0，酸雨頻率〉90%。近年來，國外對大氣中揮發(fā)有機(jī)物(VOC)形成的非點(diǎn)源污染進(jìn)行研究，探討不同中、來源、遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制的揮發(fā)性有機(jī)物對城市地表、地下水的影響。可見降水本身形成的非點(diǎn)源污染是源于大氣污染的。大氣污染改變了降水的理化性質(zhì)，特別是對降水pH值的改變，勢必會影響到降水徑流對地表污染物的溶解與沖刷作用以及污染物在地表徑流中的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化過程，而這一方面的研究還未見報(bào)道。城市地表：城市地表徑流中的污染物主要來自于降水對城市地表的沖刷，所以城市地表沉積物是城市地表徑流中污染物的主要來源。城市地表沉積物的組成決定著城市地表徑流污染的性質(zhì)。在城市地表中主要是以建筑與道路(包括停車場、廣場等)不透水面為主，也包括公園、綠地等透水地面。城市道路作為城市地表的主要組成部分，城市道路徑流中的污染物通常包括：金屬、顆粒態(tài)或溶解態(tài)的固體物質(zhì)、有機(jī)物及包括冬季冰鹽在內(nèi)的無機(jī)物等。趙劍強(qiáng)等對西安市城市道路路面徑流水質(zhì)的測試表明，城市道路降雨初期路面徑流雨水污染物濃度C0D高達(dá)1230g/L,BOD高達(dá)204g/L，SS高達(dá)2288mg/L，石油類高達(dá)161mg/L。在5我國華北地區(qū)，由于在雨季來臨之前，有一段相對較長的干燥氣候條件，使得城市地表污染物的累積作用加強(qiáng)，所以當(dāng)雨季來臨時，地表徑流污染嚴(yán)重，特別是初期徑流污染相當(dāng)嚴(yán)重。車武等對北京城區(qū)道路降水徑流污染研究表明：在初期降雨徑流中COD與SS的濃度分別高達(dá)2480mg/L和4866mg/L，且隨著降雨歷時的延長，徑流中的污染物濃度會明顯下降。排水系統(tǒng)：大量研究表明：在發(fā)生城市徑流時，雨污合流排水系統(tǒng)的徑流污染要比分流制排水系統(tǒng)中嚴(yán)重。在全年的降雨徑流中，對于總懸浮顆粒而言，合流制排水系統(tǒng)中總懸浮顆粒物平均濃度(160-460mg/L)比分流制排水系統(tǒng)總懸浮顆粒物的平均濃度(90-270mg/L)高50%。在合流制排水系統(tǒng)中BOD的平均濃度(90-270mg/L)是分流制排水系統(tǒng)中5(13-130mg/L)的兩倍多。在合流制排水系統(tǒng)的徑流中含有更多的有機(jī)物質(zhì)，揮發(fā)性懸浮固體與總懸浮固體之比的變化范圍為24%-55%，而在分流制排水系統(tǒng)中揮發(fā)性固體/總懸浮固體的變化范圍為10%-36%。此外，在合流制排水系統(tǒng)徑流中懸浮固體的沉降速度低于分流制排水系統(tǒng)徑流中懸浮固體的沉降速度。目前排水系統(tǒng)中的沉積物作為暴雨徑流污染的主要來源已受到許多研究者的重視。英國、比利時、德國和法國都先后開展了研究，目的是深入理解在發(fā)生降水徑流時排水系統(tǒng)中污染物的遷移轉(zhuǎn)化行為。然而只有一部分研究給出了合流制排水系統(tǒng)中污染物對徑流污染的貢獻(xiàn)。在降雨徑流中，公路徑流污染是面源污染的重要組成部分。截止到2006年底，我國高速公路通車?yán)锍桃殉^4.5萬km。至2010年規(guī)劃完成高速公路網(wǎng)總規(guī)模大約為8.5萬km。伴隨著高速公路的快速發(fā)展，高速公路周圍的環(huán)境問題也逐漸顯現(xiàn)。除了施工和噪聲外，降雨徑流的非點(diǎn)源污染日趨嚴(yán)重。自上世紀(jì)70年代美國首先開展路面徑流的相關(guān)調(diào)查研究工作后，許多西方國家相繼開展了關(guān)于路面徑流及其影響因素等方面的深入研究。公路路面徑流是一種具有單一地表使用功能的地表徑流，是一個污染潛力很大的面源污染。它指在降雨徑流的淋溶和沖刷作用下，輪胎磨損顆粒、筑路材料磨損顆粒物質(zhì)及除冰劑、雨水本身的污染和大氣降塵等污染進(jìn)入江河、湖泊水庫和海洋等水體而造成的水體污染，其對地表水體影響十分嚴(yán)重。我國正處于高速公路建設(shè)高峰期，研究路面徑流污染成分，排污規(guī)律及理論模型進(jìn)而提出相應(yīng)的防止措施對如何實(shí)現(xiàn)公路開發(fā)建設(shè)與環(huán)境保護(hù)相結(jié)合，在建設(shè)和運(yùn)營中保護(hù)水資源，實(shí)現(xiàn)交通的可持續(xù)發(fā)展有深遠(yuǎn)意義。公路路面徑流污染是在降雨后形成徑流對路面沉積物沖刷而產(chǎn)生的。路面徑流作為一種具有較大污染潛力的污染源已經(jīng)得到各發(fā)達(dá)國家的廣泛關(guān)注。弄清楚污染物的來源與成分是研究路面徑流污染特征的基礎(chǔ)。雨水在與路面接觸后形成的路面徑流中的污染物濃度較之雨水本身大大增加，這說明在晴天時路面積累的污染物是路面徑流污染的重要原因。對路面沉積物的成分進(jìn)行測定對研究徑流污染特性有很大幫助。在路面徑流中主要污染成分為SS、C0D、重金屬（如Pb、Zn、Cn、Cr、Ni、Fe等）、N、P營養(yǎng)物、氯化物、油和脂、農(nóng)藥和PAH等。公路路面徑流污染物的來源很多，主要包括機(jī)動車輛的運(yùn)行（包括輪胎磨損顆粒、筑路材料磨損顆粒、運(yùn)輸物品的泄漏、車體部件產(chǎn)生的顆粒物質(zhì)及除冰劑）、雨水本身的污染和大氣降塵等等。由于公路交通活動而形成的路面沉積物是公路路面徑流最重要的污染源。其中SS主要來源有輪胎磨損顆粒、筑路材料磨損顆粒、運(yùn)輸物品的泄漏、剎車連接裝置產(chǎn)生的顆粒及其它與車輛運(yùn)行有關(guān)的顆粒物、大氣降塵及除冰劑等；重金屬主要來自于汽車尾氣排放與輪胎的磨損，也有部分來自于燃料或潤滑油的泄露及除冰劑的撒播（使用除丙級的公路路面）。油和脂主要來源于燃料及潤滑油的泄露。路面沉積物中的毒性有機(jī)物如汽油烴（PHC）和多環(huán)芳烴（PAHS）,主要來自潤滑油的泄露。另外，對公路兩側(cè)的農(nóng)作物是非等工作也會增加路面徑流中的N、P含量。近年來，國內(nèi)很多研究人士也對公路路面徑流中主要污染物進(jìn)行了分析，得到的結(jié)論與國外的研究成果相差不大。公路徑流中主要的污染物為石油類、COD、BOD、懸浮固體以及重金屬，且含量超過我國地表水II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。其中陳瑩對路面沉積物污染特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表明，大的顆?？赡茉谌粘Ｇ鍜咧械靡匀コ?，粒徑較大的顆粒較少，公路路面沉積物以小粒徑顆粒為主。路面沉積物中，不同粒徑顆粒的Pb含量較大，Zn的含量呈隨顆粒距離京減小而增大的趨勢。公路沉積物中還有一定的有機(jī)污染力。路面沉積物所造成的污染主要是重金屬污染，污染物的來源均與汽車活動有關(guān)。路面污染物的沉積物并不是時間的線性函數(shù)，它與交通頻率、車輛運(yùn)行習(xí)慣、路況、路面清掃頻率有關(guān)。Chui等于1982年對美國華盛頓洲的9個具有不同氣象條件、交通狀況及土地利用狀況的公路上500多降雨徑流進(jìn)行測試，結(jié)果表明，路面徑流總懸浮固體負(fù)荷及其它一些污染指標(biāo)的排污負(fù)荷與降雨期間累積的污染物數(shù)量。而在降雨過程中，降雨強(qiáng)度、降雨量、降雨歷時等都會影響到污染物的濃度。降雨強(qiáng)度決定著沖刷路面污染物的能力，強(qiáng)度越大，雨水對地面的沖刷能力越強(qiáng)，短時間被沖刷下來的污染物越多；降雨量的多少決定著稀釋污染物的能力。降雨歷時決定著污染物被沖刷的時間。另外，公路周圍土地利用類型會影響污染物的性質(zhì)及累積速率；雨水中（尤其是降雨初期）污染物含量受到大氣污染狀況影響；晴天累積天舒越長，則累積的污染物量越大。德國學(xué)者Krein等研究了公路路面沉積物的累積過程，發(fā)現(xiàn)某些污染物如依附于顆粒上的重金屬Pb、Zn及總PAHs的累積與晴天累積天舒存在較好的對數(shù)關(guān)系，Cu與晴天累積天舒存在較好的指數(shù)關(guān)系。路面徑流污染物的濃度受路面類型的影響也較大，當(dāng)路面類型為瀝青路面時，徑流中的污染物濃度比相同條件下水泥混凝土路面高很多。Stoze和Ranchet的研究表明，采用多空瀝青路面，其徑流中污染物的濃度大大減少。送秋霞等對哈爾濱嵩山路段路面徑流排水進(jìn)行取樣分析結(jié)果表明透水瀝青路面污染因子COD、SS、濁度、Pb、Zn均有良好的凈化作用。這些原因造成了不同地區(qū)或同一地區(qū)不同環(huán)境下路面徑流水質(zhì)的差異?？梢?，影響公路路面徑流污染因素非常多，并帶有很大的隨機(jī)性。這些因素的復(fù)雜性和隨機(jī)性加大了研究難度。而且因?yàn)椴煌瑖衣访鎻搅骶哂胁煌奈廴咎匦?，甚至，同一個國家不同地區(qū)的研究成果也不盡相同，我們不能照搬的應(yīng)用國外的一些研究，應(yīng)該針對我國不同的地區(qū)的不同狀態(tài)加大對路面徑流的研究，提出適合本地的路面徑流控制措施。國外研究資料表明，公路徑流中的某些污染物之間存在著很好的相關(guān)關(guān)系，國內(nèi)陳瑩以西安-臨潼高速公路路面沉積物和兩次典型降雨徑流為研究對象對公路路面徑流的實(shí)測結(jié)果進(jìn)行回歸分析，結(jié)果也表明，COD、BOD、總Pb、總Zn與SS之間，總Zn與總Pb之間均存在較好的線性關(guān)系。張亞東等對北京城區(qū)路面雨水徑流水質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)果表明，COD和SS有很好的相關(guān)性，TN、TP與SS也有很好的相關(guān)性，COD與TOC及與氨氮、TN、TP都具有一定的相關(guān)性，并提出控制徑流攜帶的SS量可有效地削減帶入水體的氮磷負(fù)荷的建議。趙劍強(qiáng)等對路面降雨徑流中主要污染指標(biāo)SS與COD、總Pb、總Zn之間的關(guān)系進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，SS與各污染指標(biāo)存在較好的線性關(guān)系，直線的r2均在0.9以上，提出控制污染物中SS是可以有效減少路面徑流帶來的污染。進(jìn)一步分析一些主要污染指標(biāo)之間的關(guān)系，可以為公路路面徑流水質(zhì)的定量分析及制定有效的控制措施等提供依據(jù)和參考。國外對路面沉積物的累積過程也做了一些研究，而國內(nèi)研究相對較少。Vaze等提出的地表回城污染物“累積-沖刷”模型是一個經(jīng)典的概念模型，該模型認(rèn)為城市不透水地面污染物大都在非降雨期累積，在降雨期發(fā)生沖刷，大部分地表物質(zhì)被徑流沖刷帶走，而剩余的污染物又成為下一次累積過程的初始值。了解地表徑流的排污過程，對于評價收納水體所受的短期沖擊影響以及排水系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)以及路面污染的控制措施有很多重要的作用。Sansalone等通過對城市道路路面徑流中重金屬污染物的測試研究，分析了溶解態(tài)及非溶解態(tài)金屬的徑流排放特征°Deletic等對城市地表雨水口處徑流水質(zhì)的pH、溫度、濁度及電導(dǎo)率進(jìn)行了連續(xù)測定，給出了固體排放速率與地表徑流的相關(guān)式。而關(guān)于描述路面收納水體的遷移過程的數(shù)字模型，常見的有USEPA的SWMM、英國的M0SQIT0及SLAM、NPS、SCS、和SBUH、FLUP0L等。但是這些模型都是對影響因素簡化后得出的模型，與實(shí)際情況存在一定的差異，國內(nèi)尚無此方面的研究系統(tǒng)，還處于運(yùn)用和改進(jìn)國外現(xiàn)有模型的階段。經(jīng)過國內(nèi)外多年的研究，最常見的地表徑流排污過程的數(shù)學(xué)模型是由Metcalf等提出的沖刷模型，該模型認(rèn)為徑流過程中不透水地表表層沉積物的沖刷速率與沉積的污染物量成正比，推導(dǎo)出徑流過程中污染物濃度C隨累積凈流量單調(diào)遞減，即說明在降雨初期污染物的t濃度最大。很多研究者研究證明了降雨初期沖刷效應(yīng)的存在。初期效應(yīng)是指降水徑流初期污染物濃度要高于后期。對徑流污染特征與初期沖刷的研究目的的一方面是計(jì)算地表徑流的污染負(fù)荷量，另一方面當(dāng)發(fā)生初期沖刷時，采取截流初期徑流的措施來減輕徑流對收納水體的污染。長期以來，基于初期沖刷這一觀點(diǎn)，在城市污水排放系統(tǒng)中通常對初期水采用截流措施，將其截流到污水處理廠與城市污水一起處理。但是，如果初期沖刷并不是普遍存在的話，那么基于此觀點(diǎn)而設(shè)計(jì)規(guī)劃的排水系統(tǒng)，至少在處理城市地表徑流污染方面，就需要進(jìn)一步研究。許多研究者對城市地表徑流的初期沖刷效應(yīng)做了大量研究，而且各自對初期效應(yīng)的定義與所得的結(jié)論也不盡相同。在降水徑流污染的輸出過程中，影響污染物輸出特征及初期沖刷程度的因素有很多。流域或集水區(qū)土地利用類型及特征（面積和形狀）、地表污染物的累積程度、降水特征、排水體制、兩次降水間隔時間、污染物種類等都在影響著污染物的輸出與初期沖刷的程度。一般來講，流域面積越小，不透水面積比例越高，降雨強(qiáng)度越大，初期沖刷的程度越強(qiáng)。但是初期沖刷與這些與影響因素也沒有一個確定的關(guān)系。因此，城市地表徑流的污染輸出是一個復(fù)雜過程，由于影響其因素多而隨機(jī)，所以建立污染物的輸出與影響其因素之間的通過關(guān)系，是不太可能實(shí)現(xiàn)。對于城市地表徑流污染的輸出過程及初期沖刷特征在治理過程中的應(yīng)用卻是必須和必要的。對城市地表徑流污染的治理是具體的，在宏觀上應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣?，治理流域的特征，在微觀上要考慮不同降水特征對徑流污染輸出過程的影響，初期沖刷出現(xiàn)的程度及頻率，將之應(yīng)用到控制管理中。因此，把所有降雨形成處理是不現(xiàn)實(shí)的，也是不必要的。只要能將初期雨水分離出來并進(jìn)行處理，中后期的雨水可直接排入周圍水體，即可達(dá)到改善水體環(huán)境的目的。可見初期沖刷的研究對降低處理和衛(wèi)華成本，知道設(shè)計(jì)合理的徑流污水處理設(shè)施具有重要意義。也有研究發(fā)現(xiàn)，初期效應(yīng)并不是普遍存在的。長安大學(xué)對公路與城市道路的地面徑流做的調(diào)查研究表明：污染物隨濃度徑流時間有起伏變化現(xiàn)象，與沖刷模型不完全吻合。李賀等在探討了重金屬污染的初六規(guī)律中得到不同類型降雨時間重金屬污染的出流規(guī)律不同；降雨歷時短、降雨量小、降雨強(qiáng)度小的降雨時間重金屬濃度在一定范圍內(nèi)波動，在整個徑流過程中始終維持在較高水平；降雨歷時長、降雨量大、前期強(qiáng)度大的降雨事件初期污染物濃度高、降雨量大、前期強(qiáng)度大的降雨事件初期污染濃度高、污染重，初期效應(yīng)顯著；降雨歷時短、降雨量較大具有雙峰雨型的降雨事件中重金屬存在二次沖刷現(xiàn)象。因此，沖刷模型的應(yīng)用是由局限性的，它適合于對降雨強(qiáng)度變化不大、且降雨過程中沒有新的污染物進(jìn)入到地表徑流的排污過程的描述。所以，可以看出路面徑流特征的不確定和復(fù)雜性、路面徑流污染物的遷移規(guī)律還需進(jìn)一步深入研究。目前，評價路面徑流對水環(huán)境的影響方法主要有兩種：宏觀的污染負(fù)荷和微觀的收納水體水質(zhì)變化的數(shù)學(xué)模型計(jì)算法。也有采用單因子指數(shù)法進(jìn)行評價。路面徑流污染物進(jìn)入收納水體后，會對收納水體的物理、化學(xué)性子產(chǎn)生很大影響，主要是會使收納水體的TSS、COD、BOD、TP、水溫和濁度等水質(zhì)直白哦發(fā)生變化，一些有毒有機(jī)物如PAHs及重金屬還存在二次污染。1990年美國關(guān)于水體污染的調(diào)查表明，約30％水體的污染物超標(biāo)是由面源污染造成的。Ellis等測試了英國倫敦西北部一住宅區(qū)內(nèi)道路的路面徑流，收納水體中重金屬含量的35%-75%來自于公路路面徑流，且來自公路路面徑流的Cd、Cu、Pb和Zn等重金屬含量分別占水體總含量的46%、78%、47%、13%。Stoz.G的研究認(rèn)為，公路路面徑流中PAHs的含量是未受污染的河水或湖泊的50-60倍。Yousef.Y.A等對美國弗羅里達(dá)洲的跨湖大橋橋面徑流對呼呼睡水質(zhì)影響的研究結(jié)果表明，橋面徑流水中Pb、Zn、Cr、Ni、Ca、Fe、Cd分別是非直接排放湖底沉積物的2.3、3.2、2.2、2.3、2.8、2.6、1.7倍，充分顯示了橋面徑流對河水水質(zhì)的影響。因此，應(yīng)對路面徑流進(jìn)行處理后才能排入水體，并采取有效的防止措施控制路面徑流污染。國外目前在路面徑流污染治理方面已經(jīng)做了大量的研究，非常重視路面徑流非點(diǎn)源污染的控制，并且已制定和頒布一套暴雨徑流最佳控制措施BMP(Bestmanagementpractice)。國內(nèi)對路面徑流污染控制措施的研究是非常必要的。國內(nèi)外對公路路面徑流已經(jīng)進(jìn)行了歷時30多年的研究，其研究成果和珍貴的數(shù)據(jù)資料對進(jìn)一步開展路面徑流具有重要的指導(dǎo)意義。但研究并不完善，主要有幾個方面。一是降雨徑流測試結(jié)果的區(qū)域性和時段性差異很大，需要深入研究影響路面徑流的因素。而是對徑流中有機(jī)污染物、油類物質(zhì)的污染特性研究工作開展的還很少。三是沉積物的積累過程和路面徑流的遷移過程并沒有標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的模型。四是路面徑流對水環(huán)境影響的評價方法和對水質(zhì)影響關(guān)系模型也還甚少。五是目前還未研究出徹底控制路面徑流污染的辦法，沒有建立適合我國情況的最佳徑流控制工程技術(shù)規(guī)程?？傊?，反映公路路面徑流的資料還很有限，路面徑流的研究尚需要進(jìn)行大量的工作。并且由于各國具體情況的不同，國內(nèi)與國外在汽車污染及公路路面徑流污染方面存在著較大的差異，不同地區(qū)的路面徑流具有不同的污染特性，國外的一些研究成果未必適合我國的情況，升值于同一國家不同地區(qū)的研究成果也不盡相同。所以在我國廣泛開展這方面的基礎(chǔ)研究就顯得尤為重要，應(yīng)根據(jù)各地區(qū)不同狀況，展開公路路面徑流污染的研究，提出切實(shí)可行的防治措施。隨著國家對環(huán)境保護(hù)的逐漸重視，路面徑流污染的嚴(yán)重性愈來愈突出，研究路面徑流污染將成為道路及環(huán)境保護(hù)工作者的一項(xiàng)重要任務(wù)。2、研究目的近年來，隨著我國城市化進(jìn)程的不斷加快，城市水污染問題已經(jīng)成為人們廣泛關(guān)注的環(huán)境問題。城市面源污染是指在降水條件下，雨水和徑流沖刷城市地面，使溶解的或固體污染物從非特定的地點(diǎn)匯入收納水體，引起的水體污染。城市暴雨徑流中包含大量的污染物，使得其初期徑流產(chǎn)生的污染負(fù)荷遠(yuǎn)高于城市生活污水，由面源引起的水環(huán)境污染已成為當(dāng)前城市水環(huán)境綜合治理中亟待解決的主要問題之一。城市公路徑流含有相當(dāng)數(shù)量的懸浮顆粒物、營養(yǎng)鹽、重金屬和有機(jī)污染物。公路徑流是城市面源污染的重要組成部分，公路表面尤其是交通活動頻繁的城市高架道路表面，能夠通過汽車尾氣排放、大氣沉降等累積大量的污染物。為了研究南京高速公路徑流污染的特征，選取寧通高速某路段，對路面降雨徑流水質(zhì)進(jìn)行了檢測，分析寧通高速南京段路面徑流的水質(zhì)及變化特征，重點(diǎn)分析了COD和TSS的污染特征，為徑流污染控制提供依據(jù)。3、材料與方法3.1研究區(qū)域概況選取寧通高速南京六合路段作為研究路段，該路段長1000m,所在區(qū)域有工業(yè)園區(qū)，日均通車輛為43000/d。區(qū)內(nèi)地勢北高南低，北部為丘陵崗地，平均海拔20米，境內(nèi)有山丘60多座，中小型水庫、湖泊56座，形成山中有水，水中有山的秀麗景色。南部和中部為平原，境內(nèi)有大小河流60多條。沿東北部的冶山至中部的騾子山向西北至大圣一線為江淮分水嶺，南側(cè)為長江水系，北側(cè)是淮河水系。全區(qū)有耕地6.27萬公頃，水域面積3.19萬公頃。全區(qū)屬北亞熱帶季風(fēng)溫濕氣候區(qū)，氣候溫和，雨量充沛，光照充足，四季分明，常年平均氣溫15.1°C，平均降雨1000毫米左右。高速公路為瀝青路面，雙向四車道(不含緊急停車道)。路面雨水徑流經(jīng)道路一側(cè)的落水管排入地面雨水接口，對應(yīng)匯水面積約300m2同時在距采樣點(diǎn)約500m處設(shè)置自計(jì)雨量計(jì)采集降雨數(shù)據(jù)。3.2樣品米集形成路面徑流時開始取樣，用取樣瓶(1L)在排水孔收集瞬時水樣，并在落水管地面排水口監(jiān)測路面徑流變化。徑流流量的測量采用的是溶劑法。本研究共監(jiān)測了2場降雨事件，兩次降雨特征見表一。表12013年監(jiān)測降雨特征Talelcharateristicsofrainfalleventssampledin2013降雨時間采樣日期降雨時間降雨歷時(hr)降雨量(mm)樣品數(shù)/個A2013/4/305:05-5:370.53&512B2013/5/100:06-1:181.22.215由表1可知：4月30日的降雨量較大，5月10日的降雨量較小。兩次降雨事件的降雨強(qiáng)度大小有明顯差別，這對研究降雨時間大、小強(qiáng)度具有較好的代表性。樣品采集后，貼上標(biāo)簽，編號號碼，并記錄采樣地點(diǎn)、日期、采樣起止時間等，并對樣品進(jìn)行預(yù)處理，以備實(shí)驗(yàn)室分析。3.3監(jiān)測項(xiàng)目樣品分析方法水質(zhì)監(jiān)測項(xiàng)目包括濁度、TSS、CODCr水樣用45um濾紙過濾后，TSS采用重量法(GB11901-89)，COD采用重鉻酸鉀法，濁度分析采用濁度分析儀。4、結(jié)果與分析4.1污染物濃度與降雨強(qiáng)度的關(guān)系圖1所示為第一次降雨事件中的降雨強(qiáng)度以及TSS和COD隨時間的變化出流過程。圖a為2013-04-30的降雨強(qiáng)度，最大降雨強(qiáng)度為12mm/hr。圖b中路面徑流COD和TSS的濃度最大值出現(xiàn)在降雨初期，TSS高達(dá)702.0mg/L,COD高達(dá)92.50mg/L。其中TSS超過《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978T996)中污水排放標(biāo)準(zhǔn)23倍。.00.07.08.0.I2.1.00.07.08.0.I2.16.I9.24.2s.31.375?5?5?5?5?5?5?5?5?5?5?5?降雨歷時4208642)f7n叫度強(qiáng)雨降圖1)度降雨歷時TSS污染物在徑流形成后的四分鐘內(nèi)迅速降低，TSS濃度達(dá)到281mg/L,COD濃度達(dá)78.03mg/濃度分別為初始濃度的40％、36.7％。圖2為第二次降雨事件TSS和COD的出流情況。圖a為2013-05-10的降雨強(qiáng)度。最大降雨強(qiáng)度為55.4mm/hr,最小為1.4mm/hr,屬于強(qiáng)降雨事件。圖b中TSS的最大濃度為472.0mg/L,COD為76.60mg/L,其中TSS超過污水排放標(biāo)準(zhǔn)的14倍，COD符合污水綜合排放二級標(biāo)準(zhǔn)。在0:50時，TSS和COD的濃度有明顯的降低現(xiàn)象，分別為峰值的19.13%、37.02%。對照圖a中0:50時的降雨強(qiáng)度可知，當(dāng)時降雨強(qiáng)度為55.4mm/hr由于雨水強(qiáng)烈的沖刷效應(yīng)，導(dǎo)致路面徑流中污染物的濃度迅速下降,這與初期效應(yīng)的理論一致。從圖中可以看出。該次降雨事件中污染物濃度的隨著降雨強(qiáng)度的改變，在不同階段呈現(xiàn)不同的濃度特征，而TSS和COD的濃度變化也始終保持一致。a,06,09：12：a,06,09：12：18.21.29：48.5°.535,5s.1°00-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-1.降雨歷時圖2b900800700)600:500(400濃3002001000TSSCOD0--1---55-8106666666600661降雨歷時4.1.1兩次降雨比較從圖1和圖2中可以看出，第一次降雨事件中COD濃度較大，平均濃度分別為571.14mg/L、超出污水排放標(biāo)準(zhǔn)的??倍，而第二次路面徑流中的COD平均濃度為228.08mg/L，超出污水排放濃度的???倍。第一次和第二次路面徑流中COD的平均濃度分別為60.25mg/L、65.50mg/L。關(guān)于兩次降雨徑流中濃度相差較大的的現(xiàn)象可能有以下原因：一是晴天累積數(shù)不同。徑流污染具有晴天累積、雨天排放的特征，隨著晴天累積天數(shù)的增加，路面可被降雨徑流沖刷的污染物增加，增加了降雨徑流的污染潛力。第二次降雨事件距第一次降雨事件只有10天的時間，晴天累積較少，因此，第二次降雨事件中污染物濃度明顯小于第一次降雨。二是降雨強(qiáng)度不同。第一次降雨事件中降雨最大強(qiáng)度為12mm/hr,第二次降雨事件中最大降雨強(qiáng)度高達(dá)55.4mm/hr。降雨強(qiáng)度大小表征了降雨對路面沖刷作用的強(qiáng)弱，平均降雨強(qiáng)度越大,路面沖刷作用也也越強(qiáng)烈,污0100050020001500a二TSS濁度L^z>502^50CO5|>7>50100050020001500a二TSS濁度L^z>502^50CO5|>7>5染物越容易進(jìn)入徑流，增加徑流污染物質(zhì)量濃度。其次，從TSS和COD的出流特征圖中可以看出，兩者變化趨勢基本一致。尤其是圖2的b圖中，TSS和COD出現(xiàn)的幾個峰值和基本趨勢有明顯的相關(guān)性，說明TSS和COD密切相關(guān)。4.2濁度與TSS、COD研究對路面徑流中濁度與TSS和COD之間的相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如圖a和圖b所示。由圖可以看出，濁度與徑流污染物中的總固體懸浮物以及化學(xué)需氧量有良好的相關(guān)性。這與采樣點(diǎn)所在功能區(qū)特點(diǎn)密切相關(guān)。實(shí)驗(yàn)研究采樣點(diǎn)主要位于工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)以及交通繁忙區(qū)，重工業(yè)活動和大型機(jī)動車輛運(yùn)輸通過排放煙氣顆粒、車輛