广州城市道路雨水径流的水质特征

/(μS·cm-1) /(mg·L-1) /(mg·L-1) /(mg·L-1) /(mg·L-1) /(mg·L-1) /(mg·L-1) /(mg·L-1) /(mg·L-1) /(mg·L-1) /(mg·L-1) /(mg·L-1) /(μg·L-1) /(μg·L-1) /(μg·L-1) /(μg·L-1)
道路表面尤其是交通活动频繁的城市道路表 面，能够通过汽车尾气排放、轮胎和路面磨损以及 油脂的渗漏等累积大量的悬浮颗粒、营养盐、重金 属和多环芳烃（PAHs）等污染物质[1]。由于城市道 路的高度不透水性，这些污染物质在降雨期间会被 道路表面产生的雨水径流溶解、冲刷并通过城市排 水管网迁移进入水体，对受纳水体的水质造成明显 的破坏[2]，并影响水生生态[3]。 作为非点源污染的一个主要组成部分，以往道 路雨水径流一直作为城市地表径流的一部分加以 研究，近年来因其污染强度大、对受纳水体的影响 严重而逐渐发展成为一门相对独立的研究领域[4]。 国外一些发达国家对道路径流已经开展了 30 多年 的研究，进行了广泛的径流水质特征调查[5-9]，为评 价道路雨水径流对环境的影响[10]，径流中污染物累 积、排放和迁移过程的模拟 [11]，污染负荷估算 [12] 以及控制措施的设计和实施 [13,14] 提供了必要的数 据和指导。我国对道路雨水径流的研究相对开展较 少，目前仅有对北方为数不多的研究报道[15-18]。以 广州为代表的华南作为我国经济发展最快的地区， 近年来城市道路里程和机动车数量显著增加，城市 道路雨水径流污染也随之加剧，然而由于道路雨水 径流污染受到本地的气候，周围环境以及道路维护 和使用状况等多种因素的影响，其它地方获得的资 料和认识很难应用于本地[19,20]。为此，在广州城区 道路某路段，对路面降雨径流水质进行了监测，旨
瞬时样品水质参数的统计特征
Table 2 Statistical characteristics for tested grab samples
参数 样品量/个 最小值 最大值 中间值 平均值 标准差 pH 57 6.26 7.58 7.17 7.16 0.23 Cond. O&G CODCr BOD5 TOC SS TN TP OP NO3-N Cu Zn Pb Cd Ni Cr
生态环境 2006, 15(5): 969-973 Ecology and Environment
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广州城市道路雨水径流的水质特征
甘华阳
1, 2, 3
，卓慕宁
2
*
，李定强 ，周永章
2
3
1. 中国科学院广州地球化学研究所， 广东 广州 510640； 2. 广东省生态环境与土壤研究所//广东省农业环境综合治理重点实验室， 广东 广州 510650； 3. 中山大学地球环境与地球资源研究中心，广东 广州 510275
基金项目：广东省科技计划重大专项（2004A30404004） ；广东省自然科学基金项目（05103595） ；国家自然科学基金重点项目（40331009） 作者简介：甘华阳（1979－） ，男，博士研究生，主要从事水环境的研究。Tel：+86-20-87025191；E-mail: ghuayang@126.com *通讯作者，Email: mnzhuo@soil.gd.cn 收稿日期：2006-09-12
1) 未检出, 列出值为检测限
甘华阳等：广州城市道路雨水径流的水质特征
表3 监测事件的次径流平均测定值
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Table 3 EMCs for monitored events
监测 事件 pH Cond. O&G CODCr BOD5 TOC SS TN TP OP NO3-N Cu Zn Pb Cd Ni Cr
摘要：城市道路雨水径流中富含交通活动所产生的大量石油类、悬浮固体和重金属等污染物，能够对受纳水体的水质造成明 显的破坏并影响水生生态。 对广州市内道路某路段发生的七场路面雨水径流进行了降雨量、 径流量的同步监测和径流样品的 水质分析，结果表明，广州城市道路雨水径流中营养盐的含量较低，但 COD 值较高，且可生化性差，石油类和重金属的含 量也较高。其中石油类、COD、悬浮固体和重金属 Pb 的污染水平虽然与国内其他城市的研究结果在同一范围，但都高于国 外发达国家的研究结果，反映出我国在道路路面环境维护和管理上与国外的差距。对照我国地表水环境质量标准，广州城市 道路雨水径流中的石油类、COD、悬浮固体和 Pb 等指标都大大超过 III 类标准，表明道路径流若不经处理直接排放进入地 表水体，可能对受纳水体主要是珠江的水质造成严重影响。 关键词：城市道路；雨水径流；水质；广州 中图分类号：X143 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2006）05-0969-05
在弄清广州城市道路雨水径流的水质特征，为研究 与治理路面径流污染提供基础数据。
1 材料与方法
研究地点 选择广州城区道路某路段排水口作为采样监 测点。该道路为高架路，沥青路面，单向三车道， 路面雨水径流经道路两侧的落水管排入地面雨水 管接口，对应汇水面积约 120 m2，日均交通量约 22 000 辆·d-1，其中大型车占 36％。周围用地类型 主要为居住区和交通用地，东南部为自然山林地。 1.2 取样与监测 在降雨-径流发生期间，在落水管地面排水口 安装 60°三角堰，用便携式自动采样器（配超声波 流量计）监测路面径流流量变化，并采集瞬时径 流水样，采样间隔 5～30 min，视降雨历时和径流 流量而定。同时用雨量计记录降雨特征并收集雨 水样品。 1.3 水质测试 径流样品的保存和水质参数的测定均依照标准 方法进行[21]，测试的水质参数包括温度、pH、电导 率（Cond.） 、悬浮固体（SS） 、营养盐（TN、TP、 、重金属（Cu、Zn、Pb、Cd、Ni 和 OP 和 NO3-N） Cr） 、石油类（O＆G）以及五日生化需氧量（BOD5） 和化学需氧量（COD）等。其中温度、pH 和电导率 用便携式 pH/电导率测试仪（WTW，Multi 340i）测 定； SS 用 0.45 μm 滤膜过滤、 干燥秤重法测定； COD 1.1
M EMC = = V
∑ c(t )Q
i =0 i
n
i
∑Q
i =0
n
（2 ）
i
2.2
瞬时样品水质参数的统计特征 表 2 为监测期间采集的所有瞬时样品水质参
表2
式中，c(ti)为第 i 时段的污染物质量浓度（mg·L-1） ， ，n 为瞬时样品的数量。 Qi 为第 i 时段的径流量（L） 本文按“中间点”法（Charbeneau R J，1998）确定 某时段的径流量，即取某采样时间与其前后两次采 样时间之间的流量中间值之和作为与该样品对应 时间段的流量，用（2）式计算 EMC，结果见表 3。
/(μS·cm-1) /(mg·L-1) /(mg·L-1) /(mg·L-1) /(mg·L-1) /(mg·L-1) /(mg·L-1) /(mg·L-1) /(mg·L-1) /(mg·L-1) /(mg·L-1) /(mg·L-1) /(μg·L-1) /(μg·L-1) /(μg·L-1) /(μg·L-1) 57 227 1760 578 597 289 58 0.11) 37.3 9.2 12.0 9.59 54 109 1740 288 350 250.88 53 9.1 35.9 18.6 19.5 6.65 53 150.0 596.0 331.0 336.3 99.88 59 9.0 3408 246.3 394.5 519.66 54 4.52 29.82 9.64 11.74 6.27 54 0.11 1.63 0.44 0.45 0.27 52 0.011) 0.05 0.03 0.02 0.02 54 1.27 18.85 4.98 5.88 3.74 59 0.045 0.707 0.118 0.157 0.109 59 0.460 11.832 1.615 2.172 2.014 59 1.11) 1748.9 34.4 97.5 240.4 59 0.02 9.20 0.82 1.33 1.6 59 6.4 111.6 18.4 24.9 20.2 59 0.21) 161.3 22.5 33.8 34.9
2.1
数的统计信息。 从表 2 可以看出， 某些水质参数如 SS、Cond.、CODCr 和 Pb 等的变幅非常大，其中 SS 的变化可能与降雨 - 径流的特征如降雨强度和 径流量有很大的关系， 较高的降雨强度和较大的径 流量能够提供较大的动能或水量来运移较多的悬 浮固体， 或者对溶解离子产生稀释作用而导致电导 率剧烈下降，而 OP、TP、Cu 以及 pH 的变幅却很 小， 这可能与这些污染物在径流中的含量本来就很 低有关。 2.3 次径流平均浓度EMC 次径流平均浓度EMC（Event Mean Concentration）被定义为一场降雨径流事件期间释放的污染 物总量（M）与径流排放总量（V）之间的商，常 用于不同降雨径流事件之间污染水平的比较，其经 典的数学表达式为：
2 结果与讨论
水文学特征 表 1 为监测的七场降雨-径流事件的水文学参 数。其中降雨量为 2～10.5 mm，径流量通过流量过 程线积分得出，径流量和径流历时随降雨量和降雨 历时的变化而变化。但径流系数在 0.06～0.88 之间 变化，变幅很大，这可能与降雨特征如降雨量、降 雨历时以及雨前干燥期的长度等有关，一般总降雨 量小而历时较长的降雨，其径流系数较低；此外， 降雨期间路面的蒸发和车辆运行也可能影响径流 系数的变化。
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生态环境
第 15 卷第 5 期（2006 年 9 月）
用重铬酸钾氧化法， BOD5 用稀释接种法测定； TOC 用燃烧氧化-非分散红外吸收法、总有机碳分析仪 （日本岛津公司，TOC-VCPH）测定；TN 和 NO3-N 用紫外分光光度法测定，其中 TN 用过硫酸钾氧化； TP 和 OP 用钼锑抗分光光度法测定，其中 TP 用过 硫酸钾消解；Zn 和 Cu 用火焰原子吸收分光光度法 测 定 （ 北 京 北 京 瑞 利 分 析 仪 器 公 司 ， WFX-130 AAS） ； Pb 和 Cd 用石墨炉原子吸收分光光度法测定 （德国耶拿公司，AAS ZEEnit 60） ；Cr 和 Ni 用电感 偶 合 等 离 子发 射 光 谱 法测 定 （ 美 国利 曼 公 司 ， PS-1000AT ICP-AES） 。由于某些样品在测试之前进 行浓缩处理，重金属浓度可能低于仪器检测限。
表1 监测事件的水文学参数 Table 1 Hydrologic indices for monitored rainfall-runoff events 时间 （年月日） 20050925 20060226 20060313 20060322 20060406 20060423 20060424 径流 /L 468.7 216.3 38.1 733.1 357.8 119.9 16.6 径流 历时 /min 35 172 122 97 96 42 27 降雨 /mm 4.1 10.5 5.5 6.1 2.7 7.6 2 降雨 历时 /min 38 320 400 95 38 45 30 径流 系数 0.76 0.16 0.05 0.80 0.88 0.13 0.06 最大 雨强 /(mm·h-1) 19.8 9 4.5 8.4 9 13.2 8.4 雨前 干燥期 /h 13.7 23.0 150.4 10.5 146.6 181.6 21.2
M = EMC = V
∫
tr
0
c(t )q (t )dt
tr 0
∫
q (t )dt
பைடு நூலகம்
（1 ）
式中， M 为整个径流期间释放的污染物总量 （mg） ， V 为径流总量 （L ） ， c(t)为随时间变化的污染物质量 -1 ，q(t)为流速（L·s-1） ，t 为时间（s） 。 浓度（mg·L ） 由于实测的径流流速和污染物浓度总是离散 的数据，且污染物浓度的数据量远小于流量数据 量，常用下式计算 EMC：