蔣　康， 劉克非

(1.湖南省交通科學(xué)研究院， 湖南 長沙　410015；　2.中南林業(yè)科技大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院， 湖南 長沙　410004)

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長株潭地區(qū)路面徑流污染特征調(diào)查與研究

蔣康1， 劉克非2

(1.湖南省交通科學(xué)研究院， 湖南 長沙410015；2.中南林業(yè)科技大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院， 湖南 長沙410004)

[摘要]為了掌握長株潭地區(qū)路面徑流污染特征，對該地區(qū)典型道路路面徑流與沉積物進行了取樣分析與測試。結(jié)果表明，路面徑流中最主要的污染物為固體懸浮物，其次是化學(xué)需氧量(COD)；懸浮固體與其它污染物存在較好的相互依存關(guān)系，控制路面徑流中的懸浮固體對控制其污染具有重要意義；路面沉積物的顆粒粒徑主要集中在0.075～0.15 mm之間，其次為<0.075 mm，粒徑為1 mm以上的顆粒所占的比例很小，沉積物中COD含量主要集中在粒徑小于0.15 mm的顆粒。

[關(guān)鍵詞]環(huán)境工程； 路面徑流； 長株潭地區(qū)； 路面沉積物； 污染

0前言

隨著大量道路建成投入運營，道路設(shè)施不可避免地要跨越河流水體，甚至一些重要的水資源保護區(qū)域。已有的測試結(jié)果表明[1，2]，道路路面徑流具有較高污染強度，多項監(jiān)測指標均超過了《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)一級標準要求。另外，城市路面僅占城市匯水面積的20%左右，但其徑流對受納水體中固體懸浮物濃度(SS)和總碳氫化合物的貢獻率分別達到了50%和30%。一條交通量達到30 000 pcu/d的高速公路，其產(chǎn)生的徑流可以直接破壞周邊水體的功能[3-5]。因此，水資源保護問題是道路營運過程中值得關(guān)注的重要環(huán)境問題之一。

實際上，路面污染物隨路面徑流排放，其數(shù)量并不直接與交通頻率有關(guān)，而與地理特征、大氣污染狀況、降雨量、降雨強度、降雨歷時、晴天累計天數(shù)、路面清掃情況等因素有關(guān)[6]。為準確評定長株潭地區(qū)路面徑流污染特征，本文對長株潭地區(qū)典型道路路面徑流與沉積物進行了取樣分析與調(diào)查，在明確其路面徑流/沉積污染物組成的基礎(chǔ)上，分析其排放規(guī)律，研究成果可為后期研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1樣品的采集與分析

選取京珠高速公路長沙繞城(G0401)南段K45+000處、芙蓉南路(昭山段)K6+300處和K8+700處、長潭西線的學(xué)士收費站作為調(diào)查對象，具體位置如圖1所示。

圖1　路面徑流取樣位置圖Figure 1　Road runoff sampling locations

路面徑流樣品采集方法：自徑流起前30 min內(nèi)，每隔5 min采集1個樣；30～60 min，每 15 min采集1個樣。與此同時，使用MDZH4T1601型記錄式雨量計監(jiān)測降雨量。樣品采集后，貼上標簽，編好號碼，同時記錄采樣地點、日期、采樣起止時間和雨量等。

路面沉積物樣品采集方法：選取距路面邊緣15 cm左右處的1 m2固定面積內(nèi)進行沉積物采樣，每個樣品凈重約 500～700 g。樣品采集后密封于保鮮袋，貼上標簽、編號，帶回實驗室進行分析。

根據(jù)長沙地區(qū)的降雨特點，分別于2014年5月14日、7月11日和9月23日進行了多組路面徑流采樣，降雨事件的基本特征見表1。

表1 降雨事件的基本特征Table1 Basicfeayuresofrainoffevent降雨編號事件日期/(年-月-日)降雨量/mm降雨歷時/min雨前干燥期/d降雨類型12014-05-1417.3745中雨22014-07-1119.2842中雨32014-09-2323.51138大雨

2測定項目與分析方法

2.1路面徑流水質(zhì)測定指標與分析方法

除pH值現(xiàn)場測定外，其他指標均在實驗室內(nèi)測定，具體測試指標及標準方法見表2。

表2 路面徑流水質(zhì)樣品測定指標與方法Table2 Measurementindexesandmethodsofroadrunoffwatersamples測定指標測定方法執(zhí)行標準pH值玻璃電極法GB6920-86固體懸浮物濃度(SS)重量法(105℃烘干不可濾殘渣)GB11901-89化學(xué)需氧量(CODcr)重鉻酸鉀法GB11914-89五日生化需氧量(BOD5)壓力傳感器法GB7488-87氨氮(NH3-N)納氏試劑光度法測定GB7479-87石油類紅外分光光度法GB/T16488-1996

2.2路面沉積物測定指標與分析方法

主要測定沉積物的顆粒級配和COD含量，具體實驗方法為： ①顆粒級配。將去除了尺寸較大的石塊、樹葉等雜物的路面沉積物樣品于105 ℃溫度下恒溫烘干48 h后，用孔徑分別為 0.075、 0.15、 0.30、 0.60、 1、 2 mm的標準土壤篩篩分并稱重，計算其顆粒級配。 ②COD含量。取一定量顆粒樣品溶于蒸餾水中，采用重鉻酸鉀法分析其COD含量并換算得到單位質(zhì)量顆粒所含的COD量。

3路面徑流污染特征分析

路面徑流污染物瞬間濃度值測定結(jié)果見表3，路面徑流污染隨時間變化的排放規(guī)律如圖2所示(因篇幅有限，僅給出芙蓉南路昭山段K6+300處測定結(jié)果)，路面徑流污染物的相關(guān)性分析結(jié)果見表4。

路面徑流污染測試結(jié)果表明： ①在降雨形成徑流的1 h內(nèi)，污染物瞬時排放濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)分布如下：pH：7.13～8.61；SS：77.1～4 472.5 mg/L；CODcr ：25.0～231.0 mg/L；BOD5：2.3～45.0 mg/L；NH3-N：1.06～23.80 mg/L；石油類：0.05～7.16 mg/L。參照《污水綜合排放標準》(GB 8978-1996)的一級標準，除了pH值之外，其余指標均有不同程度的超標，其中SS最大超標倍數(shù)達到63倍，出現(xiàn)在芙蓉南路，考慮到芙蓉南路常年有工程車輛運輸渣土、建材等的影響，不具有普遍性。在監(jiān)測的另外兩條高速公路徑流中SS(1 115 mg/L)最大超標倍數(shù)達到15倍；CODcr的最大超標倍數(shù)為1.3倍，出現(xiàn)在繞城高速；BOD5的最大超標倍數(shù)為0.5倍，出現(xiàn)在長潭西線；NH3-N的最大超標倍數(shù)為0.58倍，出現(xiàn)在長潭西線；石油類的最大超標倍數(shù)為0.43倍，出現(xiàn)在芙蓉南路。由此可知路面徑流中SS是最主要的污染物，CODcr其次。 ②在徑流形成初期，SS普遍存在較高的濃度值，且在徑流形成的前30 min內(nèi)下降較為迅速，之后趨于穩(wěn)定。其他污染物也在徑流初期濃度較高，但其濃度下降的趨勢在前30 min內(nèi)均有反復(fù)，并在45 min左右趨于穩(wěn)定，表現(xiàn)出較為明顯的初期沖刷現(xiàn)象。 ③污染物排放相關(guān)性測定結(jié)果表明，各種污染物之間的相關(guān)性均處于顯著性水平R=0.1以上。其中，SS與其它污染物均具有較好的相關(guān)性，表明徑流中的污染物質(zhì)大部分源于固體顆粒物析出，懸浮固體與其它污染物存在較好的相互依存關(guān)系。因此，控制路面徑流中的懸浮固體對控制其污染具有重要意義。

表3 路面徑流污染物瞬間濃度值范圍Table3Instantaneousconcentrationrangeofroadrunoffpollutants(mg·L-1)采樣點降雨時間SSCODcrBOD5NH3-N石油類濃度值EMC濃度值EMC濃度值EMC濃度值EMC濃度值EMC芙蓉南路2014-05-14256.8～3341.41056.457.1～157.193.32.6～19.76.82.09～7.893.550.74～2.371.112014-07-11234.8～2864.1782.351.1～131.1100.27.5～12.89.93.14～8.815.501.27～2.591.652014-09-23251.4～4472.51379.447.8～166.683.43.2～18.17.33.04～6.283.621.66～7.163.00長沙繞城2014-05-1490.9～742.9223.749.0～231.085.93.9～45.014.8 3.23～9.514.140.81～4.001.852014-07-1177.1～401.2147.368.0～123.173.63.5～9.5 6.21.12～4.462.680.47～4.292.152014-09-2397.2～856.2269.329.9～173.171.12.3～16.87.22.25～11.715.561.16～6.962.93長潭西線2014-05-1477.2～786.2271.135.5～137.273.22.8～32.58.13.01～15.806.270.54～1.990.972014-07-1197.2～776.2250.625.0～186.077.55.4～13.48.61.06～10.303.910.05～1.270.512014-09-23101.1～1115.0338.646.0～195.092.24.2～23.411.54.21～23.809.771.36～5.862.49地表水Ⅲ類標準100(灌)2041.00.05污水排放一級標準70 10030155 注:EMC為污染物平均濃度;地表水Ⅲ類標準:GB3838-2002;污水排放一級標準:GB8978-1996。

圖2　芙蓉南路路面徑流污染隨時間變化的排放規(guī)律　　　(昭山段K6+300)Figure 2　Emission law of road runoff pollution with time on 　　　furong south road(Zhaoshan Segment K6+300)

表4 各污染物排放相關(guān)性測定結(jié)果Figure4 Correlationtestresultsofpollutantemissions采樣點污染物相關(guān)系數(shù)RSSCODcrBOD5NH3-N石油類芙蓉南路SS1.00CODcr0.721.00BOD50.780.871.00NH3-N0.560.810.831.00石油類0.790.430.550.301.00長沙繞城SS1.00CODcr0.871.00BOD50.650.791.00NH3-N0.900.700.441.00石油類0.820.690.350.831.00長潭西線SS1.00CODcr0.941.00BOD50.830.861.00NH3-N0.900.830.891.00石油類0.730.620.720.891.00

4路面沉積物污染特征分析

路面沉積物顆粒級配測定結(jié)果見表5(以長潭西線為例)，對應(yīng)的COD含量測定結(jié)果見表6。

表5 長潭西高速沉積物不同顆粒級配的重量百分比Table5 Weightpercentageofdifferentparticlesizedistri-butioninsedimentsonchangtanxiexpressway篩目粒徑范圍/mm平均值/%-200<0.07518.58-100+2000.075～0.1538.81-60+1000.15～0.308.26-30+600.30～0.614.99-18+300.6～1.010.69-10+181.0～2.05.09+10>2.01.58

表6 路面沉積物不同粒徑顆粒的COD含量Table6 CODcontentofdifferentparticlesizeofpavementsediments(mg·g-1)粒徑范圍/mm平均值<0.07566.00.075～0.1515.70.15～0.305.70.30～0.69.60.6～1.05.81.0～2.01.0>2.00.5

由表可知：高速公路路面沉積物的顆粒粒徑主要集中在0.075～0.15 mm之間，其次為<0.075 mm，粒徑為1 mm以上的顆粒所占的比例很小，路面沉積物以小粒徑顆粒為主。本測試結(jié)果與周賽軍[7]對湘潭市北二環(huán)城市道路路面沉積物測定結(jié)果相似，但較大粒徑的顆粒物所占比例偏小。進一步地，由于路面沉積物顆粒粒徑分布是決定單位質(zhì)量顆粒COD含量的主要因素，顆粒級配結(jié)果直接決定了沉積物中COD含量主要集中在粒徑小于0.15 mm的顆粒，較小顆粒(≤0.15 mm)的COD含量大于較大顆粒(>0.15 mm)的COD含量。

5結(jié)語

本文對長株潭地區(qū)3條道路不同時期3次降雨事件形成的路面徑流進行了采樣監(jiān)測與分析，獲取了路面徑流中最主要的污染物為SS，其次是COD；從相關(guān)性分析中得出在路面徑流中懸浮固體與其它污染物存在較好的相互依存關(guān)系，控制路面徑流中的懸浮固體對控制其污染具有重要意義；路面沉積物的顆粒粒徑主要集中在0.075～0.15 mm之間，其次為<0.075 mm，粒徑為1 mm以上的顆粒所占的比例很小，沉積物中COD含量主要集中在粒徑小于0.15 mm的顆粒，較小顆粒(≤0.15 mm)的COD含量大于較大顆粒(>0.15 mm)的COD含量。

作為基金項目的階段性研究成果，本文研究成果為分析路面徑流的沖刷效應(yīng)、徑流污染的可生化性、固體顆粒物的沉降特性等提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，后期研究成果將陸續(xù)成文發(fā)表。

致謝： 感謝湖南省長湘高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司在路面調(diào)研與測試分析中給予的協(xié)作與配合。

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Investigation and Study on the Characteristics of Pavement Runoff Pollution in Changsha-zhuzhou-xiangtan Area

JIANG Kang1， LIU Kefei2

(1.Hunan Communications Research Institute， Changsha， Hunan 410015， China；2.College of Civil Engineering and Mechanics， Central South University of Forestry & Technology， Changsha， Hunan 410004， China)

[Abstract]In order to master the characteristics of pavement runoff pollution in Changsha-zhuzhou-xiangtan area，the pavement runoff and sediment of typical road in this area have been analyzed and tested.The results show that the suspended solids are the main pollutant in pavement runoff，followed by chemical oxygen demand.There is a interdependence between SS and other contaminants，controlling the suspended solids in the road runoff is of great significance to control the pollution.The particle size of road sediment is mainly concentrated between 0.075 mm to 0.15 mm，next for less than 0.075 mm，the proportion with which the particle size 1 mm above is very small，the contents of COD in sediments were mainly concentrated in the particle size of less than 0.15 mm.

[Key words]environmental engineering； pavement runoff； Changsha-zhuzhou-xiangtan area； pavement sediment； pollution

[中圖分類號]X 734

[文獻標識碼]A

[文章編號]1674—0610(2016)02—0217—04

[作者簡介]蔣康(1982—)，男，湖南永州人，工學(xué)碩士，主要從事公路工程環(huán)境保護、水土保持方面的研究。

[基金項目]湖南省教育廳科學(xué)研究項目(15B253)；湖南省交通科技項目(201318、201343)

[收稿日期]2015—10—08