城市路面径流污染的调查

赵剑强¹，闫敏¹，刘珊¹，张志杰²
(1.西安公路交通大学环境工程研究所 2.西安建筑科技大学市政与环境工程学院)

　　摘要：报道了某城市道路路面径流污染源的调查结果，分析了城 市道路路面径流污染源的强度及其特性，并计算出单位长度路面的交通源强。
　　关键词：面源污染；路面径流污染；交通源强
　　中图分类号：X508
　　文献标识码：B
　　文章编号： 1000-4602(2001)01-0033-03

　　城市道路的路面径流污染属于面源污染的范畴。至今为止，我国水环境保护工作的重点仍然 是控制点源污染，面源污染问题尚未引起人们的足够重视。但是，面污染源对水环境的危害 却是相当严重的，1990年美国关于水体污染的调查表明，其30%地表水体的污染物超标是由 面污染源造成的［1］。可见要实现地表水环境质量的彻底改善，控制面源污染的 工作是必不可少的。
　　路面雨水径流中除含有重金属、碳氢化合物等对环境危害性大的污染物质以外，汽车排放废 气中的大部分污染物最终都将在自然沉降或雨水淋洗作用下迁移至水环境中，所以研究路面 径流污染具有重要的环保意义。在公路建设项目环境影响评价中，路面径流通常被作为一项 可能影响地表水环境质量的带状污染源而进行预测评价，但由于缺乏实测资料以及科学的预 测计算方法，致使路面径流污染评价说服力不强，因此开展路面污染源调查，对促进公路建 设 项目环境影响评价工作的进展具有积极的作用。鉴于以上原因，对某市作了实地采样监测， 分析了城市道路路面径流污染源的强度、特性及单位长度路面的交通源强，为研究及治理面 源污染提供一些基础性资料。

　　1  试验条件

　　1.1采样地点
　　采样地点为某市南二环路中段机动车道一侧的雨水口处，该道路为双向6车道，人车分流，单向机动车道路面宽12 m，中央分隔带宽1 m，雨水口间距40 m，每个雨水口承雨面积为6 m ×40 m＝240 m²。
　　1.2  分析项目
　　分析项目：pH，CODCr,BOD5,SS，石油类，Pb及Zn。分析工作由该市环境监测站承担。
　　1.3  采样时间及降雨状况
　　共进行了3次集中采样，其先后跨越5场降雨，历时25 d。第一场降雨始于1998年7月 28日17：00，15 min后开始产生地面径流，历时15 min后开始采样(为第一次集中 采样)，当日19：00停止降雨。第二场降雨始于1998年8月8日，强度大，降雨历时短 。第三场降雨始于1998年8月13日16：00，17：00开始地面径流，20：00开始采 样(为 第二次集中采样)，此场降雨8月15日停止。第四场降雨始于1998年8月16日23：00，次日 21：00停止。第五场降雨始于1998年8月20日15：00，17：00开始地面径流，18：00 开始采样(为第三次集中采样)，此场降雨8月21日停止。
　　1.4  交通状况
　　该城市道路昼间交通量为4 176 辆/h，昼夜小时交通量之比为4∶1，全天交通量为75 168 辆(以昼间16 h，夜间8 h计)，其中大、中、小型汽车及摩托车所占比例分别为8.6%、9.2% 、67.8%及14.4%(车辆分类依据文献^［2］)。

　　2  结果及讨论

　　第一次集中采样的监测结果见表1，第二及第三次集中采样的监测结果见表2。

　　2.1污染强度
　　监测结果表明，城市道路降雨初期，路面径流雨水污染物浓度较高(见表1)，即使在径流历时75 min后，其CODCr浓度仍达295 mg/L。为说明其污染的严重性，将典型生活污水的相应指标值^［3］及适用于点源污染控制的《污水综合排放标准》的相应指标值列入表3，以示比较。

　　可见：
　　①城市道路路面雨水径流中的有机污染物及SS浓度不低于典型生活污水的污染物浓度；
　　②路面雨水径流中CODCr、BOD5、SS及石油类浓度远高于《污水综合排放标准》的限值，而重金属Pb及Zn的浓度低于限值。这些与美国及荷兰的研究结论基本一致，他们认为每年由城市地表径流造成的污染负荷相当于该城市污水处理厂排放的污染负荷，路面径流中SS、重金属及碳氢化合物的浓度与未经处理的城市污水基本属同一数量级。
　　2.2  污染源特征分析
　　城市路面径流污染是城市地表径流污染源的主要组成部分，而城市地表径流污染是仅次于农业污染的第二大面污染源^［4］。路面径流排污量及其污染物浓 度随着降雨状况及路面污染物累积状况的不同而表现出随机的变化，对不同场次的降雨其测定值亦不同，即使在同一场降雨中，污染物浓度及排污速率亦随着降雨过程的变化而变化。一般而言，影响城市路面径流污染的因素包括：降雨强度、降雨量、降雨历时；交通流量、车型构成 ；与道路周围的土地利用及地理环境特征相关的非道路污染源；路面清扫、维护状况等。其中降雨强度决定着淋洗路面污染物的能量大小，降雨量决定着稀释污染物的水量，降雨历时决定着污染物在降雨期间累积于路面时间的长短；交通流量及车型构成决定着与汽车交通 相关污染物的类型及排放量，并影响着与之相伴的路面磨损残留物量；与道路周围土地 利用及地理环境特征相关的非道路活动决定着非道路污染源在路面的沉积状况；路面清扫的频率及效果影响着晴天时在路面累积的污染物量。美国、英国、荷兰等发达国家自70年代 初就致力于城市地表径流污染的调查研究，但他们提出的一些描述径流污染负荷的数学模型在对影响因素的认识方面存在着本质差别。以美国环保局SWMM为代表的一些模型将晴天累 计天数作为其模型中最主要的参数，而英国MOSQITO模型则认为该因素没有明显的影响^{［4 ］}，而降雨量是影响地表径流排污的主要因素。通常认为降雨初期的污染负荷要比中后期 的污染负荷大得多［称之为初期淋洗效应(first-flush effect)］^［4、5］，但从我们的调查来看，即使在降雨过程中存在着初期淋洗效应，最终的测定结果还是污染物超标 需进行治理。另外，由于降雨覆盖的面积大，若按表1、2所示的污染物浓度来计算一座城市的所有道路路面径流的总污染负荷，则其排污量相当大，对地表水环境的危害也是相当严重的。
　　2.3  单位长度路面的交通源强
　　如前所述，影响路面径流污染强度的因素很多，且多为随机性因素。对任意一场降雨来说，由于其随机性强，偶然性大，则测试结果的可比性差。但是当降雨频繁，两场降雨的间 隔时间很短或降雨历时很长时，沉积于公路路面及漂浮于空气中的污染物已经在降雨初期被 冲刷干净，此时测试到的路面径流污染物浓度可以近似认为其仅代表着公路交通本身同步于降雨过程产生的污染。由试验条件可知，表2中7＃及9＃试样分别是第三场和第五场 降雨在地表径流开始之后15 h和18 h的水样，此时路面经长时间的淋洗已基本干净，所以认为7＃和9＃试样基本具有这种特性，根据其浓度值及同步测试到的降雨强度，按下式计算汽车交通在单位时间内、单位长度路面上产生的污染物量，即交通源强：

　　qi=S·Ci·Ψ·h/106

　　Qi=16qi+8qi·(Py/Pz)

　　式中S——单位长度路面的面积，m²/km
  　　　　h——降雨强度，mm/h
　　　　Ψ——路面径流系数，Ψ＝0.9
  　　　　qi——单位长度路面汽车排污昼间小时源强，kg/(h·km)
  　　　　Ci ——路面径流中污染物浓度，mg/L
  　　　　Qi ——单位长度路面汽车排污日均源强，kg/(d·km)
  　　　　Py ——夜间小时交通量，辆/h
  　　　　Pz ——昼间小时交通量，辆/h

　　将COD_Cr、SS及Pb的计算结果列入表4，并依据表1中测得BOD5与CODCr间的相关性(BOD5＝0.1618CODCr+ 3.89，r=0.984)计算得到的BOD5值也列入表4。由试验条件可知，此计算值包括非降雨时沉积于路面的污染物和可能漂浮于空气或扩散到其他地方的车辆污染物。由于不同类型车辆的 排污状况不同，为反映车型的影响，使计算结果具有可比性，根据大、中、小型汽车的车身 重量、体积、百公里耗油量及排污状况(大、中、小型车比例为3∶2∶1)进行折算，得到小客车1×104 辆/d时对应的交通源强(见表4)。

　　Pitt和Field以城市道路km长度为单位，测得某城市路面径流中固体污染物量 为44 kg/(d·km)；另据西欧国家路面污染状况的资料［3］，公路交通造成的路面沉 积主要是灰尘、Pb、Zn、HC(碳氢化合物)，其日累计量见表5。

　　比较表4与表5中Pb、Zn的量，并近似地将SS与灰尘的量作一比较可见，本次调查道路路 面的污染物源强(日积累量)，当折算为对应小客车1×104 辆/d的可比值时，SS 值在表5的范围之内，Pb的含量却明显低于表5的值，其原因有待进一步调查。

　　3  结论

　　①某城市道路路面径流中的有机污染物及SS浓度不低于典型生活污水的污染物浓度， 重金属Pb及Zn的浓度低于污水综合排放标准的限值。
　　②某城市道路路面的污染强度(折算为小客车1×104 辆/d)为：CODCr＝66.9 kg/ (d·km)；BOD5＝11.2 kg/(d·km)；SS＝52.4 kg/(d·km)；Pb=18.5 g/(d·k m)。　　

　　参考文献：
　　［1］Wu J S,Allan C J,et al.Characterization and Pollutant Loading Estimation for Highway Runoff［J］.J.of Environ Eng,ASCE,1998,124(7):584-592 .
　　［2］中华人民共和国交通部.公路建设项目环境影响评价规范(试行)［S］.1996 .
　　［3］张希衡.水污染控制工程(修订版)［M］.北京：冶金工业出版社，1993.
　　［4］Deletic A B，Maksimovic C T.Evaluation of Water Quality Factors in Storm Runoff from Paved Areas［J］.J of Environ Eng,ASCE,1998，124(9 )：869-879.
　　［5］Sansalone J J，Buchberger S G.Partitioning and First Flush of Metals in Urbun Roadway Storm Water［J］.J of Environ Eng，ASCE，1997,123(2):13 4-143.
　　［6］Shalizi z，等.公路与环境手册［M］.天津：交通部水运环境保护科技情报网出版，1996.

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　　收稿日期：2000-09-20