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摘要：以辽宁滨海公路路面径流为研究对象，分析了径流的水质特性和污染物流出规律，并从有效去除主要污染物的角度，考虑在排水系统中采用人工湿地处理技术。利用人工湿地ｋ－Ｃ*模型以及相关经验获得人工湿地的参数，其基本模式为人工湿地位于公路两侧，分别收集、处理公路两边路面径流污水，以１ｋｍ长路段为一个雨水收集单位，单侧湿地面积１９１．６ｍ２，平均水深０．５ｍ，湿地宽度８ｍ，长度２４ｍ。

 

　　关键词：路面径流；径流污染；人工湿地；污水净化；滨海公路

 

　　ＰａｔｔｅｒｎｏｆＷｅｔｌａｎｄｆｏｒＰｕｒｉｆｙｉｎｇＲｏａｄＲｕｎｏｆｆＰｏｌｌｕｔｉｏｎｏｆＣｏａｓｔａｌ

 

　　ＨｉｇｈｗａｙｉｎLiaoningProvince

 

　　ＺＨＡＯＹａｎ－ｂｏ１，２，ＹＡＮＷｅｎ－ｚｈｉ３，ＹＡＮＨｏｎｇ－ｗｅｉ１，２

 

　　（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＨｏｒｔｉｃｕｌｔｕｒｅ，ＳｈｅｎｙａｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０１６１，Ｃｈｉｎａ；

 

　　２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＮｏｒｔｈｅｒｎＬａｎｄｓｃａｐｅＰｌａｎｔｓａｎｄＲｅｇｉｏｎａｌＬａｎｄｓｃａｐｅ，ＥｄｕｃａｔｉｏｎａｌＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＬｉａｏｎｉｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０１６１，Ｃｈｉｎａ；

 

　　3.Housing,UrbanandRuralConstructionDepartmentofLiaoningProvince,Shenyang110001,China)

 

　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：TakingroadrunoffofcoastalhighwayinLiaoningasobject,characteristicsofwaterqualityandoutflowofpollutionwasanalyzedbytreatingartificialwetlandsinitsdrainagesystem.Parametersofartificialwetlandswereobtainedbyusingmodelofk-C*ofartificialwetlandsandrelevantexperiences.Thebasicpatternofwetlandwasthatartificialwetlandswerelocatedlaterallytotheroadandusedtocollectandtreatroadrunoffpollution.Wetlandareawas191.6m2atsingleside,withaveragewaterdepthof0.5m,widthof8mandlengthof24mwhen1kmastakenasaunitofrainwatercollection.

 

　　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｏａｄｒｕｎｏｆｆ；ｒｕｎｏｆｆｐｏｌｌｕｔｉｏｎ；ａｒｔｉｆｉｃｉａｌｗｅｔｌａｎｄ；ｓｅｗａｇｅｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｃｏａｓｔａｌｈｉｇｈｗａｙ

 

　　随着国内交通事业的发展，公路通车里程不断增加，频繁的交通活动使得路面径流污染越发严重。降落到公路路面上的雨水含有空气中的尘埃和大气中的微量杂质，形成径流后对路面进行冲洗，带走路面上由于车辆的通行而形成的大量重金属、碳氢化合物、橡胶和燃油等污染物质。同时，车辆运输时洒、冒、滴、漏的有害物质，在水淋洗作用下排入农田或受纳水体，造成生态环境质量的下降［１］。

 

　　以辽宁滨海公路为研究对象，分析公路路面径流污染特性，在排水系统中采用人工湿地处理技术。人工湿地不仅能净化路面径流，还能为湿地生物提供栖息场所，最大程度地恢复路域的生态功能。

 

　　１研究区概况

 

　　辽宁滨海公路是辽宁省“五点一线”战略规划中的“一线”，是拉动辽宁沿海经济带发展的交通枢纽，同时被誉为中国最长的沿海公路［２］。它西起葫芦岛的绥中县，东至丹东的东港市，连接沿海的６个地级市和７个县级市，全长１４４３ｋｍ［３］。

 

　　公路沿线海拔高度２～４８５ｍ，最低气温－２７．３℃，最高气温３７．４℃［４］；年均降水量６２３．４ｍｍ，从年降水量的空间分布上看，受海陆位置和地形的影响，年降水量呈东南向西北递减的分布模式；从四季降水量上看，夏季降水量最多，占全年的６５％以上［５］。

 

　　辽宁滨海公路一般路段采用二级公路标准，路基宽度以１０、１２、１５ｍ为主［３］。经初步调查，滨海公路沿线是耕地的长度为３０６ｋｍ，占全长的２６．６％（辽宁滨海公路除去盘锦湿地绕行路段和大连市内部分未建设路段，总长度按１１５３ｋｍ计）；全线跨越大小入海河流３０多条，为路面径流污水的主要受纳水体，路面雨水径流加剧了辽宁近岸海域的污染。

 

　　２材料与方法

 

　　２．１公路路面径流污染调查

 

　　于２０１２年６～８月对辽宁滨海公路全线路面径流进行取样监测。约每隔５０ｋｍ设１个取样点，共设样点２０个（图１）。由于辽宁滨海公路的路面排水采用分散漫流和集中截留两种形式，因此在路沿石内侧截留的雨水径流、边坡急流槽内或者排水边沟内获取样品。

 

　　样品采集的具体方法为：在形成径流的０～６０ｍｉｎ内，用聚乙烯瓶（１Ｌ）每隔１０ｍｉｎ采水样一次；取样的同时，由ＪＳ－２型虹吸式雨量计同步记录降雨特征。在实验室进行水质分析，指标有固体悬浮物（ＳＳ）、化学需氧量（ＣＯＤ）、五日生化需氧量（ＢＯＤ５）、总磷（ＴＰ）、总氮（ＴＮ）、铅（Ｐｂ）、锌（Ｚｎ）和石油类，其测定方法［６］如表１所示。

 

　　２．２人工湿地几何参数计算

 

　　湿地主要通过水生植物吸收、固定和转化水中的污染物质，从而净化水体。若要使水中的每一个污染物达标，所需湿地的面积就必须增加。湿地的面积应为各污染物达标所需的最大面积。基于人工湿地ｋ－Ｃ*模型［７］获得的计算公式如下：

 

　　Ａｓ＝■ｌｎ■（1）

 

　　式中，Ａｓ为湿地的表面积（ｈｍ２）；Ｑ为污水平均流量（ｍ３／ｄ））；ｋ为一级反应速率常数（ｍ／年）；Ｃｉ为进水浓度（ｍｇ／Ｌ）；Ｃe为出水浓度（ｍｇ／Ｌ）；Ｃ*为背景值（ｍｇ／Ｌ）。

 

　　假设径流污水全部由降落到路面上的雨水形成，那么其流量可用下式计算［８］：

 

　　Ｑ＝ｑΨＦ（2）

 

　　式中，Ｑ为雨水流量（Ｌ／ｓ）；ｑ为设计暴雨强度［Ｌ／（ｓ·ｈｍ２）］；Ψ为径流系数；Ｆ为汇水面积（ｈｍ２）。此次设计暴雨强度ｑ采用营口市暴雨强度公式进行计算［９］：

 

　　ｑ＝■（3）

 

　　式中，Ｐ为暴雨重现期，取１年；ｔ为设计降雨历时，主要为路面集水时间，经验值取１０ｍｉｎ。

 

　　３结果与分析

 

　　３．１辽宁滨海公路路面径流污染特性分析

 

　　３．１．１水质特性监测到最典型的降雨事件发生于７月９日的营口段（样点７），其降雨强度接近辽宁沿海夏季暴雨平均强度，实测水质变化过程数据列于表２。

 

　　由于辽宁沿海拥有大量的水产养殖区，部分海水水质应符合二类海水水质（《海水水质标准（ＧＢ３０９７－１９９７）》），因此排入二类海水海域的污水应执行《污水综合排放标准ＧＢ８９７８－１９９６》的Ⅰ级标准和《地表水环境质量标准（ＧＢ３８３８－２００２）》中的Ⅲ类标准（表３）。

 

　　将监测结果与水质标准进行对比，可以看出辽宁滨海公路路面径流雨水主要受ＳＳ和ＣＯＤ污染，而石油类、ＢＯＤ５、ＴＰ污染情况次之。ＢＯＤ５与ＣＯＤ比值为０．１２，可见径流的可生物降解性差，不适合用生物处理方法处理。此外，从全线多次的监测结果上看，路面径流污水中污染指标在不同地区以及不同监测时间的变化都很大，这与交通量、降雨前晴天天数、降雨状况、集雨路段长度等有关。

 

　　３．１．２污染指标出流规律根据表２数据绘制污染指标出流变化过程曲线，分析不同类型污染指标的出流规律。从图２可以看出，在形成径流2０ｍｉｎ时污染指标较高，随后污染指标呈逐渐降低趋势，说明路面径流初期带走污染物效应显著。可见，只要将初期雨水进行处理即可实现净化水体的目的。

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