遼寧濱海公路路面徑流污水濕地凈化模式

趙彥博+閻文志+閆紅偉+

摘要：以遼寧濱海公路路面徑流為研究對(duì)象，分析了徑流的水質(zhì)特性和污染物流出規(guī)律，并從有效去除主要污染物的角度，考慮在排水系統(tǒng)中采用人工濕地處理技術(shù)。利用人工濕地ｋ－Ｃ*模型以及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)獲得人工濕地的參數(shù)，其基本模式為人工濕地位于公路兩側(cè)，分別收集、處理公路兩邊路面徑流污水，以１ ｋｍ長(zhǎng)路段為一個(gè)雨水收集單位，單側(cè)濕地面積１９１．６ ｍ２，平均水深０．５ ｍ，濕地寬度８ ｍ，長(zhǎng)度２４ ｍ。

關(guān)鍵詞：路面徑流；徑流污染；人工濕地；污水凈化；濱海公路

中圖分類(lèi)號(hào)：Ｘ５２２文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ文章編號(hào)：0439－８114（２０14）09－2036-04

Ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ Ｗｅｔｌａｎｄ ｆｏｒ Ｐｕｒｉｆｙｉｎｇ Ｒｏａｄ Ｒｕｎｏｆｆ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏａｓｔａｌ

Ｈｉｇｈｗａｙ ｉｎ Liaoning Province

ＺＨＡＯ Ｙａｎ－ｂｏ１，２，ＹＡＮ Ｗｅｎ－ｚｈｉ３，ＹＡＮ Ｈｏｎｇ－ｗｅｉ１，２

（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｈｏｒｔｉｃｕｌｔｕｒｅ， Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０１６１， Ｃｈｉｎａ；

２．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｎｏｒｔｈｅｒｎ Ｌａｎｄｓｃａｐｅ Ｐｌａｎｔｓ ａｎｄ Ｒｅｇｉｏｎａｌ Ｌａｎｄｓｃａｐｅ，Ｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０１６１，Ｃｈｉｎａ；

3. Housing, Urban and Rural Construction Department of Liaoning Province, Shenyang 110001, China)

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Taking road runoff of coastal highway in Liaoning as object, characteristics of water quality and outflow of pollution was analyzed by treating artificial wetlands in its drainage system. Parameters of artificial wetlands were obtained by using model of k-C* of artificial wetlands and relevant experiences. The basic pattern of wetland was that artificial wetlands were located laterally to the road and used to collect and treat road runoff pollution. Wetland area was 191.6 m2 at single side, with average water depth of 0.5 m, width of 8 m and length of 24 m when 1 km as taken as a unit of rainwater collection.

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｒｏａｄ ｒｕｎｏｆｆ； ｒｕｎｏｆｆ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ； ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｗｅｔｌａｎｄ； ｓｅｗａｇｅ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ； ｃｏａｓｔａｌ ｈｉｇｈｗａｙ

隨著國(guó)內(nèi)交通事業(yè)的發(fā)展，公路通車(chē)?yán)锍滩粩嘣黾?，頻繁的交通活動(dòng)使得路面徑流污染越發(fā)嚴(yán)重。降落到公路路面上的雨水含有空氣中的塵埃和大氣中的微量雜質(zhì)，形成徑流后對(duì)路面進(jìn)行沖洗，帶走路面上由于車(chē)輛的通行而形成的大量重金屬、碳?xì)浠衔?、橡膠和燃油等污染物質(zhì)。同時(shí)，車(chē)輛運(yùn)輸時(shí)灑、冒、滴、漏的有害物質(zhì)，在水淋洗作用下排入農(nóng)田或受納水體，造成生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的下降［１］。

以遼寧濱海公路為研究對(duì)象，分析公路路面徑流污染特性，在排水系統(tǒng)中采用人工濕地處理技術(shù)。人工濕地不僅能凈化路面徑流，還能為濕地生物提供棲息場(chǎng)所，最大程度地恢復(fù)路域的生態(tài)功能。

１研究區(qū)概況

遼寧濱海公路是遼寧省“五點(diǎn)一線(xiàn)”戰(zhàn)略規(guī)劃中的“一線(xiàn)”，是拉動(dòng)遼寧沿海經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展的交通樞紐，同時(shí)被譽(yù)為中國(guó)最長(zhǎng)的沿海公路［２］。它西起葫蘆島的綏中縣，東至丹東的東港市，連接沿海的６個(gè)地級(jí)市和７個(gè)縣級(jí)市，全長(zhǎng)１ ４４３ ｋｍ［３］。

公路沿線(xiàn)海拔高度２～４８５ ｍ，最低氣溫－２７．３ ℃，最高氣溫３７．４ ℃［４］；年均降水量６２３．４ ｍｍ，從年降水量的空間分布上看，受海陸位置和地形的影響，年降水量呈東南向西北遞減的分布模式；從四季降水量上看，夏季降水量最多，占全年的６５％以上［５］。

遼寧濱海公路一般路段采用二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，路基寬度以 １０、１２、１５ ｍ為主［３］。經(jīng)初步調(diào)查，濱海公路沿線(xiàn)是耕地的長(zhǎng)度為３０６ ｋｍ，占全長(zhǎng)的２６．６％（遼寧濱海公路除去盤(pán)錦濕地繞行路段和大連市內(nèi)部分未建設(shè)路段，總長(zhǎng)度按１ １５３ ｋｍ計(jì)）；全線(xiàn)跨越大小入海河流３０多條，為路面徑流污水的主要受納水體，路面雨水徑流加劇了遼寧近岸海域的污染。

２材料與方法

２．１公路路面徑流污染調(diào)查

于２０１２年６～８月對(duì)遼寧濱海公路全線(xiàn)路面徑流進(jìn)行取樣監(jiān)測(cè)。約每隔５０ ｋｍ設(shè)１個(gè)取樣點(diǎn)，共設(shè)樣點(diǎn)２０個(gè)（圖１）。由于遼寧濱海公路的路面排水采用分散漫流和集中截留兩種形式，因此在路沿石內(nèi)側(cè)截留的雨水徑流、邊坡急流槽內(nèi)或者排水邊溝內(nèi)獲取樣品。

樣品采集的具體方法為：在形成徑流的０～６０ ｍｉｎ內(nèi)，用聚乙烯瓶（１ Ｌ）每隔１０ ｍｉｎ采水樣一次；取樣的同時(shí)，由ＪＳ－２型虹吸式雨量計(jì)同步記錄降雨特征。在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行水質(zhì)分析，指標(biāo)有固體懸浮物（ＳＳ）、化學(xué)需氧量（ＣＯＤ）、五日生化需氧量（ＢＯＤ５）、總磷（ＴＰ）、總氮（ＴＮ）、鉛（Ｐｂ）、鋅（Ｚｎ）和石油類(lèi)，其測(cè)定方法［６］如表１所示。

２．２人工濕地幾何參數(shù)計(jì)算

濕地主要通過(guò)水生植物吸收、固定和轉(zhuǎn)化水中的污染物質(zhì)，從而凈化水體。若要使水中的每一個(gè)污染物達(dá)標(biāo)，所需濕地的面積就必須增加。濕地的面積應(yīng)為各污染物達(dá)標(biāo)所需的最大面積?；谌斯竦兀耄?模型［７］獲得的計(jì)算公式如下：

Ａｓ＝■ｌｎ■（1）

式中，Ａｓ為濕地的表面積（ｈｍ２）；Ｑ為污水平均流量（ｍ３／ｄ））；ｋ為一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)（ｍ／年）；Ｃｉ為進(jìn)水濃度（ｍｇ／Ｌ）；Ｃe為出水濃度（ｍｇ／Ｌ）；Ｃ*為背景值（ｍｇ／Ｌ）。

假設(shè)徑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計(jì)算［８］：

Ｑ＝ｑΨＦ（2）

式中，Ｑ為雨水流量（Ｌ／ｓ）；ｑ為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度［Ｌ／（ｓ·ｈｍ２）］；Ψ為徑流系數(shù)；Ｆ為匯水面積（ｈｍ２）。此次設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度ｑ采用營(yíng)口市暴雨強(qiáng)度公式進(jìn)行計(jì)算［９］：

ｑ＝■ （3）

式中，Ｐ為暴雨重現(xiàn)期，?。蹦?；ｔ為設(shè)計(jì)降雨歷時(shí)，主要為路面集水時(shí)間，經(jīng)驗(yàn)值?。保?ｍｉｎ。

３結(jié)果與分析

３．１遼寧濱海公路路面徑流污染特性分析

３．１．１水質(zhì)特性監(jiān)測(cè)到最典型的降雨事件發(fā)生于７月９日的營(yíng)口段（樣點(diǎn)７），其降雨強(qiáng)度接近遼寧沿海夏季暴雨平均強(qiáng)度，實(shí)測(cè)水質(zhì)變化過(guò)程數(shù)據(jù)列于表２。

由于遼寧沿海擁有大量的水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)，部分海水水質(zhì)應(yīng)符合二類(lèi)海水水質(zhì)（《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（ＧＢ ３０９７－１９９７）》），因此排入二類(lèi)海水海域的污水應(yīng)執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)ＧＢ ８９７８－１９９６》的Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（ＧＢ ３８３８－２００２）》中的Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)（表３）。

將監(jiān)測(cè)結(jié)果與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，可以看出遼寧濱海公路路面徑流雨水主要受ＳＳ和ＣＯＤ污染，而石油類(lèi)、ＢＯＤ５、ＴＰ污染情況次之。ＢＯＤ５與ＣＯＤ比值為０．１２，可見(jiàn)徑流的可生物降解性差，不適合用生物處理方法處理。此外，從全線(xiàn)多次的監(jiān)測(cè)結(jié)果上看，路面徑流污水中污染指標(biāo)在不同地區(qū)以及不同監(jiān)測(cè)時(shí)間的變化都很大，這與交通量、降雨前晴天天數(shù)、降雨?duì)顩r、集雨路段長(zhǎng)度等有關(guān)。

３．１．２污染指標(biāo)出流規(guī)律根據(jù)表２數(shù)據(jù)繪制污染指標(biāo)出流變化過(guò)程曲線(xiàn)，分析不同類(lèi)型污染指標(biāo)的出流規(guī)律。從圖２可以看出，在形成徑流2０ ｍｉｎ時(shí)污染指標(biāo)較高，隨后污染指標(biāo)呈逐漸降低趨勢(shì)，說(shuō)明路面徑流初期帶走污染物效應(yīng)顯著?？梢?jiàn)，只要將初期雨水進(jìn)行處理即可實(shí)現(xiàn)凈化水體的目的。

３．２人工濕地模式

３．２．１濕地類(lèi)型選擇按照布水方式的不同，人工濕地可以分為表面流人工濕地和潛流人工濕地（包括水平潛流和垂直潛流）兩種。潛流人工濕地是污水在濕地的地表以下流動(dòng)，可充分利用內(nèi)部填料、植物根系及其表面生長(zhǎng)的生物膜的生物、物理、化學(xué)等各類(lèi)作用的協(xié)同作用，其優(yōu)點(diǎn)是污染負(fù)荷和水力負(fù)荷承受能力強(qiáng)，不產(chǎn)生異味，處理效果受氣候的影響?。郏保埃?，缺點(diǎn)是構(gòu)造較復(fù)雜、投資高、運(yùn)行管理要求較高。而表面流人工濕地是污水在濕地的土壤表層流動(dòng)，水中有機(jī)物的去除是由植物水下莖稈上的生物膜來(lái)完成，而懸浮顆粒物則依靠植物根、莖的截流作用而捕集。其最主要的優(yōu)點(diǎn)是能夠有效去除固體懸浮物，此外還有投資低、運(yùn)行成本低、管理維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是處理負(fù)荷小，夏季可能會(huì)孳生蚊蠅，產(chǎn)生異味［１１］。

鑒于遼寧濱海公路路面徑流污染最主要的污染物為固體懸浮物，且總體污染狀況相對(duì)較輕，公路遠(yuǎn)離聚居敏感點(diǎn)，不必?fù)?dān)心蚊蠅的孳生，公路里程較長(zhǎng)管理維護(hù)不便，濱海地區(qū)地下水位較高，適合建設(shè)與濱海濕地最為接近的表面流人工濕地。

３．２．２幾何參數(shù)設(shè)計(jì)人工濕地位于公路兩側(cè)，分別收集、處理路面兩邊徑流污水。以１ ｋｍ路段為例，路面寬度按１２ ｍ計(jì)算， 則單側(cè)路面匯水面積Ｆ＝０．６ ｈｍ２，再由公式③可得到營(yíng)口市最大暴雨強(qiáng)度ｑ＝２００ Ｌ／（ｓ·ｈｍ２），代入公式②即可求得路面徑流污水的平均流量Ｑ＝３８８．８ ｍ３／ｄ。

以?xún)艋瘡搅髦饕廴疚锕腆w懸浮物為例，初期雨水（前３０ ｍｉｎ）徑流固體懸浮物平均濃度為２２８ ｍｇ／Ｌ，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，固體懸浮物的出水濃度應(yīng)達(dá)到７０ ｍｇ／Ｌ。根據(jù)公式①求得濕地的表面積Ａｓ為１９１．６ ｍ２，

以上計(jì)算過(guò)程相關(guān)參數(shù)列于表４。

人工濕地水深一般不超過(guò)０．６ ｍ，設(shè)計(jì)中取平均水深ｈ＝０．５ ｍ；為有效去除ＳＳ，目前普遍認(rèn)為表面流濕地水流速度一般低于１００ ｍ／ｄ；令濕地寬度為Ｗ，長(zhǎng)度為Ｌ，則Ｑ／（Ｗｈ）≤１００ ｍ／ｄ，可得Ｗ≥７．８ ｍ；令Ｗ＝８ ｍ，則Ｌ＝２４ ｍ。ｋ－Ｃ*模型的基本模式見(jiàn)圖３。

３．２．３植物的選擇人工濕地宜與道路綠化相結(jié)合，就地吸附、降解路面雨水污染物，減少道路交通對(duì)環(huán)境的危害［１２］。濕地植物的選擇在滿(mǎn)足凈化能力的同時(shí)，應(yīng)以本地植物為主。因此在設(shè)計(jì)中優(yōu)先選擇蘆葦、香蒲、菖蒲、鳳眼蓮、美人蕉等；此外，也可根據(jù)公路各段落的自然條件模擬當(dāng)?shù)貪竦睾退蜓匕稖\水區(qū)的群落類(lèi)型進(jìn)行種植，形成挺水、浮水、沉水植物錯(cuò)落有致的人工濕地系統(tǒng)（表５）。

４結(jié)論與討論

從遼寧濱海公路路面徑流的水質(zhì)特性與管理維護(hù)方面考慮，表面流人工濕地是有效且相對(duì)合理的選擇；從污染物流出規(guī)律上考慮，只要凈化初期（３０ ｍｉｎ）徑流內(nèi)的污染物，即可實(shí)現(xiàn)凈化水體的目的，在此基礎(chǔ)上，利用人工濕地ｋ－Ｃ*模型計(jì)算出所需濕地的面積，并依據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)獲得遼寧濱海公路人工濕地相關(guān)參數(shù)，其基本模式為人工濕地位于公路兩側(cè)，分別收集、處理路面兩邊徑流污水，以１ ｋｍ長(zhǎng)路段為一個(gè)雨水收集單位，單側(cè)濕地面積１９１．６ ｍ２，平均水深０．５ ｍ，濕地寬度８ ｍ，長(zhǎng)度２４ ｍ。

由于無(wú)動(dòng)力要求，本模式不設(shè)置雨水調(diào)節(jié)池，所收集雨水僅依靠重力，直接進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)。由于不同土壤滲濾介質(zhì)對(duì)ＳＳ的去除效果無(wú)顯著差別［１３］，一般可選用自然土壤加礫石、粗沙或灰渣為基質(zhì)。為保證進(jìn)出水通暢，床底設(shè)置１％坡度。

由于遼寧濱海公路跨越不同地理區(qū)域，沿線(xiàn)各地區(qū)采用的濕地模式應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。除徑流雨水中主要污染物質(zhì)有所不同以外，重點(diǎn)是由于降水量的不同而引起的徑流污水流量的變化。在遵循上述設(shè)計(jì)思路的前提下，結(jié)合道路周邊用地情況，通過(guò)調(diào)整單個(gè)濕地之間的距離（相當(dāng)于調(diào)整路面雨水的收集面積）來(lái)調(diào)整濕地面積。

參考文獻(xiàn)：

［１］ 林才奎，周曉航，夏振軍．公路生態(tài)工程學(xué)［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２０１１．

［２］ 肖安．中國(guó)最長(zhǎng)沿海公路“遼寧濱海大道”正式通車(chē)［Ｊ］．筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，２００９（１１）：２．

［３］ 柏巖瑛．濱海公路的延伸意義［Ｎ］．遼寧日?qǐng)?bào)，２００６－０３－２７（３）．

［４］ 劉偉玲，朱京海，胡遠(yuǎn)滿(mǎn)，等．遼寧濱海公路建設(shè)對(duì)沿線(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的影響［Ｊ］．環(huán)境保護(hù)科學(xué)，２００８，３４（３）：８２－８５．

［５］ 郭軍，任國(guó)玉，李明財(cái)．近４７年環(huán)渤海地區(qū)不同級(jí)別降水事件變化［Ｊ］．地理研究，２０１０，２９（１２）：２２７１－２２８０．

［６］ ＧＢ ３８３８—２００２，地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［Ｓ］．

［７］ 盧正宇，李華，孔亞平，等．廣州繞城高速公路（九江—小塘段）橋面徑流生態(tài)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)［Ｊ］．公路，２００８（４）：１９１－１９６．

［８］ ＧＢ ５００１４—２００６，室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范［Ｓ］．

［９］ 劉穎，趙秋陽(yáng)，周榮劍．營(yíng)口市城市暴雨強(qiáng)度公式研究與應(yīng)用［Ｊ］．沈陽(yáng)大學(xué)學(xué)報(bào)，２００６，１８（４）：９２－９５．

［１０］ 王昊，陳建偉，何緒文．潛流濕地去除污水處理廠(chǎng)二級(jí)出水的處理效果［Ｊ］．湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，２０１３，５２（６）：１２７７－１２７９．

［１１］ 戴清．表面流人工濕地在崇啟高速地表徑流處理中的應(yīng)用［Ｊ］．黑龍江交通科技，２０１１（１０）：３１－３２．

［１２］ 姚忠勇，殷利華，萬(wàn)敏．武漢黃土公路綠化景觀(guān)生態(tài)對(duì)策初探［Ｊ］．湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，２０１２，５１（１）：９０－９３．

［１３］ 聶發(fā)輝，向速林，閔露艷，等．不同滲濾介質(zhì)系統(tǒng)處理雨水徑流模擬試驗(yàn)研究［Ｊ］．湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，２０１２，５１（２３）：５３１８－５３２３．

由于遼寧沿海擁有大量的水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)，部分海水水質(zhì)應(yīng)符合二類(lèi)海水水質(zhì)（《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（ＧＢ ３０９７－１９９７）》），因此排入二類(lèi)海水海域的污水應(yīng)執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)ＧＢ ８９７８－１９９６》的Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（ＧＢ ３８３８－２００２）》中的Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)（表３）。

將監(jiān)測(cè)結(jié)果與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，可以看出遼寧濱海公路路面徑流雨水主要受ＳＳ和ＣＯＤ污染，而石油類(lèi)、ＢＯＤ５、ＴＰ污染情況次之。ＢＯＤ５與ＣＯＤ比值為０．１２，可見(jiàn)徑流的可生物降解性差，不適合用生物處理方法處理。此外，從全線(xiàn)多次的監(jiān)測(cè)結(jié)果上看，路面徑流污水中污染指標(biāo)在不同地區(qū)以及不同監(jiān)測(cè)時(shí)間的變化都很大，這與交通量、降雨前晴天天數(shù)、降雨?duì)顩r、集雨路段長(zhǎng)度等有關(guān)。

３．１．２污染指標(biāo)出流規(guī)律根據(jù)表２數(shù)據(jù)繪制污染指標(biāo)出流變化過(guò)程曲線(xiàn)，分析不同類(lèi)型污染指標(biāo)的出流規(guī)律。從圖２可以看出，在形成徑流2０ ｍｉｎ時(shí)污染指標(biāo)較高，隨后污染指標(biāo)呈逐漸降低趨勢(shì)，說(shuō)明路面徑流初期帶走污染物效應(yīng)顯著?？梢?jiàn)，只要將初期雨水進(jìn)行處理即可實(shí)現(xiàn)凈化水體的目的。

３．２人工濕地模式

３．２．１濕地類(lèi)型選擇按照布水方式的不同，人工濕地可以分為表面流人工濕地和潛流人工濕地（包括水平潛流和垂直潛流）兩種。潛流人工濕地是污水在濕地的地表以下流動(dòng)，可充分利用內(nèi)部填料、植物根系及其表面生長(zhǎng)的生物膜的生物、物理、化學(xué)等各類(lèi)作用的協(xié)同作用，其優(yōu)點(diǎn)是污染負(fù)荷和水力負(fù)荷承受能力強(qiáng)，不產(chǎn)生異味，處理效果受氣候的影響?。郏保埃?，缺點(diǎn)是構(gòu)造較復(fù)雜、投資高、運(yùn)行管理要求較高。而表面流人工濕地是污水在濕地的土壤表層流動(dòng)，水中有機(jī)物的去除是由植物水下莖稈上的生物膜來(lái)完成，而懸浮顆粒物則依靠植物根、莖的截流作用而捕集。其最主要的優(yōu)點(diǎn)是能夠有效去除固體懸浮物，此外還有投資低、運(yùn)行成本低、管理維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是處理負(fù)荷小，夏季可能會(huì)孳生蚊蠅，產(chǎn)生異味［１１］。

鑒于遼寧濱海公路路面徑流污染最主要的污染物為固體懸浮物，且總體污染狀況相對(duì)較輕，公路遠(yuǎn)離聚居敏感點(diǎn)，不必?fù)?dān)心蚊蠅的孳生，公路里程較長(zhǎng)管理維護(hù)不便，濱海地區(qū)地下水位較高，適合建設(shè)與濱海濕地最為接近的表面流人工濕地。

３．２．２幾何參數(shù)設(shè)計(jì)人工濕地位于公路兩側(cè)，分別收集、處理路面兩邊徑流污水。以１ ｋｍ路段為例，路面寬度按１２ ｍ計(jì)算， 則單側(cè)路面匯水面積Ｆ＝０．６ ｈｍ２，再由公式③可得到營(yíng)口市最大暴雨強(qiáng)度ｑ＝２００ Ｌ／（ｓ·ｈｍ２），代入公式②即可求得路面徑流污水的平均流量Ｑ＝３８８．８ ｍ３／ｄ。

以?xún)艋瘡搅髦饕廴疚锕腆w懸浮物為例，初期雨水（前３０ ｍｉｎ）徑流固體懸浮物平均濃度為２２８ ｍｇ／Ｌ，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，固體懸浮物的出水濃度應(yīng)達(dá)到７０ ｍｇ／Ｌ。根據(jù)公式①求得濕地的表面積Ａｓ為１９１．６ ｍ２，

以上計(jì)算過(guò)程相關(guān)參數(shù)列于表４。

人工濕地水深一般不超過(guò)０．６ ｍ，設(shè)計(jì)中取平均水深ｈ＝０．５ ｍ；為有效去除ＳＳ，目前普遍認(rèn)為表面流濕地水流速度一般低于１００ ｍ／ｄ；令濕地寬度為Ｗ，長(zhǎng)度為Ｌ，則Ｑ／（Ｗｈ）≤１００ ｍ／ｄ，可得Ｗ≥７．８ ｍ；令Ｗ＝８ ｍ，則Ｌ＝２４ ｍ。ｋ－Ｃ*模型的基本模式見(jiàn)圖３。

３．２．３植物的選擇人工濕地宜與道路綠化相結(jié)合，就地吸附、降解路面雨水污染物，減少道路交通對(duì)環(huán)境的危害［１２］。濕地植物的選擇在滿(mǎn)足凈化能力的同時(shí)，應(yīng)以本地植物為主。因此在設(shè)計(jì)中優(yōu)先選擇蘆葦、香蒲、菖蒲、鳳眼蓮、美人蕉等；此外，也可根據(jù)公路各段落的自然條件模擬當(dāng)?shù)貪竦睾退蜓匕稖\水區(qū)的群落類(lèi)型進(jìn)行種植，形成挺水、浮水、沉水植物錯(cuò)落有致的人工濕地系統(tǒng)（表５）。

４結(jié)論與討論

從遼寧濱海公路路面徑流的水質(zhì)特性與管理維護(hù)方面考慮，表面流人工濕地是有效且相對(duì)合理的選擇；從污染物流出規(guī)律上考慮，只要凈化初期（３０ ｍｉｎ）徑流內(nèi)的污染物，即可實(shí)現(xiàn)凈化水體的目的，在此基礎(chǔ)上，利用人工濕地ｋ－Ｃ*模型計(jì)算出所需濕地的面積，并依據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)獲得遼寧濱海公路人工濕地相關(guān)參數(shù)，其基本模式為人工濕地位于公路兩側(cè)，分別收集、處理路面兩邊徑流污水，以１ ｋｍ長(zhǎng)路段為一個(gè)雨水收集單位，單側(cè)濕地面積１９１．６ ｍ２，平均水深０．５ ｍ，濕地寬度８ ｍ，長(zhǎng)度２４ ｍ。

由于無(wú)動(dòng)力要求，本模式不設(shè)置雨水調(diào)節(jié)池，所收集雨水僅依靠重力，直接進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)。由于不同土壤滲濾介質(zhì)對(duì)ＳＳ的去除效果無(wú)顯著差別［１３］，一般可選用自然土壤加礫石、粗沙或灰渣為基質(zhì)。為保證進(jìn)出水通暢，床底設(shè)置１％坡度。

由于遼寧濱海公路跨越不同地理區(qū)域，沿線(xiàn)各地區(qū)采用的濕地模式應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。除徑流雨水中主要污染物質(zhì)有所不同以外，重點(diǎn)是由于降水量的不同而引起的徑流污水流量的變化。在遵循上述設(shè)計(jì)思路的前提下，結(jié)合道路周邊用地情況，通過(guò)調(diào)整單個(gè)濕地之間的距離（相當(dāng)于調(diào)整路面雨水的收集面積）來(lái)調(diào)整濕地面積。

參考文獻(xiàn)：

［１］ 林才奎，周曉航，夏振軍．公路生態(tài)工程學(xué)［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２０１１．

［２］ 肖安．中國(guó)最長(zhǎng)沿海公路“遼寧濱海大道”正式通車(chē)［Ｊ］．筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，２００９（１１）：２．

［３］ 柏巖瑛．濱海公路的延伸意義［Ｎ］．遼寧日?qǐng)?bào)，２００６－０３－２７（３）．

［４］ 劉偉玲，朱京海，胡遠(yuǎn)滿(mǎn)，等．遼寧濱海公路建設(shè)對(duì)沿線(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的影響［Ｊ］．環(huán)境保護(hù)科學(xué)，２００８，３４（３）：８２－８５．

［５］ 郭軍，任國(guó)玉，李明財(cái)．近４７年環(huán)渤海地區(qū)不同級(jí)別降水事件變化［Ｊ］．地理研究，２０１０，２９（１２）：２２７１－２２８０．

［６］ ＧＢ ３８３８—２００２，地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［Ｓ］．

［７］ 盧正宇，李華，孔亞平，等．廣州繞城高速公路（九江—小塘段）橋面徑流生態(tài)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)［Ｊ］．公路，２００８（４）：１９１－１９６．

［８］ ＧＢ ５００１４—２００６，室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范［Ｓ］．

［９］ 劉穎，趙秋陽(yáng)，周榮劍．營(yíng)口市城市暴雨強(qiáng)度公式研究與應(yīng)用［Ｊ］．沈陽(yáng)大學(xué)學(xué)報(bào)，２００６，１８（４）：９２－９５．

［１０］ 王昊，陳建偉，何緒文．潛流濕地去除污水處理廠(chǎng)二級(jí)出水的處理效果［Ｊ］．湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，２０１３，５２（６）：１２７７－１２７９．

［１１］ 戴清．表面流人工濕地在崇啟高速地表徑流處理中的應(yīng)用［Ｊ］．黑龍江交通科技，２０１１（１０）：３１－３２．

［１２］ 姚忠勇，殷利華，萬(wàn)敏．武漢黃土公路綠化景觀(guān)生態(tài)對(duì)策初探［Ｊ］．湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，２０１２，５１（１）：９０－９３．

［１３］ 聶發(fā)輝，向速林，閔露艷，等．不同滲濾介質(zhì)系統(tǒng)處理雨水徑流模擬試驗(yàn)研究［Ｊ］．湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，２０１２，５１（２３）：５３１８－５３２３．

由于遼寧沿海擁有大量的水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)，部分海水水質(zhì)應(yīng)符合二類(lèi)海水水質(zhì)（《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（ＧＢ ３０９７－１９９７）》），因此排入二類(lèi)海水海域的污水應(yīng)執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)ＧＢ ８９７８－１９９６》的Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（ＧＢ ３８３８－２００２）》中的Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)（表３）。

將監(jiān)測(cè)結(jié)果與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，可以看出遼寧濱海公路路面徑流雨水主要受ＳＳ和ＣＯＤ污染，而石油類(lèi)、ＢＯＤ５、ＴＰ污染情況次之。ＢＯＤ５與ＣＯＤ比值為０．１２，可見(jiàn)徑流的可生物降解性差，不適合用生物處理方法處理。此外，從全線(xiàn)多次的監(jiān)測(cè)結(jié)果上看，路面徑流污水中污染指標(biāo)在不同地區(qū)以及不同監(jiān)測(cè)時(shí)間的變化都很大，這與交通量、降雨前晴天天數(shù)、降雨?duì)顩r、集雨路段長(zhǎng)度等有關(guān)。

３．１．２污染指標(biāo)出流規(guī)律根據(jù)表２數(shù)據(jù)繪制污染指標(biāo)出流變化過(guò)程曲線(xiàn)，分析不同類(lèi)型污染指標(biāo)的出流規(guī)律。從圖２可以看出，在形成徑流2０ ｍｉｎ時(shí)污染指標(biāo)較高，隨后污染指標(biāo)呈逐漸降低趨勢(shì)，說(shuō)明路面徑流初期帶走污染物效應(yīng)顯著。可見(jiàn)，只要將初期雨水進(jìn)行處理即可實(shí)現(xiàn)凈化水體的目的。

３．２人工濕地模式

３．２．１濕地類(lèi)型選擇按照布水方式的不同，人工濕地可以分為表面流人工濕地和潛流人工濕地（包括水平潛流和垂直潛流）兩種。潛流人工濕地是污水在濕地的地表以下流動(dòng)，可充分利用內(nèi)部填料、植物根系及其表面生長(zhǎng)的生物膜的生物、物理、化學(xué)等各類(lèi)作用的協(xié)同作用，其優(yōu)點(diǎn)是污染負(fù)荷和水力負(fù)荷承受能力強(qiáng)，不產(chǎn)生異味，處理效果受氣候的影響?。郏保埃?，缺點(diǎn)是構(gòu)造較復(fù)雜、投資高、運(yùn)行管理要求較高。而表面流人工濕地是污水在濕地的土壤表層流動(dòng)，水中有機(jī)物的去除是由植物水下莖稈上的生物膜來(lái)完成，而懸浮顆粒物則依靠植物根、莖的截流作用而捕集。其最主要的優(yōu)點(diǎn)是能夠有效去除固體懸浮物，此外還有投資低、運(yùn)行成本低、管理維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是處理負(fù)荷小，夏季可能會(huì)孳生蚊蠅，產(chǎn)生異味［１１］。

鑒于遼寧濱海公路路面徑流污染最主要的污染物為固體懸浮物，且總體污染狀況相對(duì)較輕，公路遠(yuǎn)離聚居敏感點(diǎn)，不必?fù)?dān)心蚊蠅的孳生，公路里程較長(zhǎng)管理維護(hù)不便，濱海地區(qū)地下水位較高，適合建設(shè)與濱海濕地最為接近的表面流人工濕地。

３．２．２幾何參數(shù)設(shè)計(jì)人工濕地位于公路兩側(cè)，分別收集、處理路面兩邊徑流污水。以１ ｋｍ路段為例，路面寬度按１２ ｍ計(jì)算， 則單側(cè)路面匯水面積Ｆ＝０．６ ｈｍ２，再由公式③可得到營(yíng)口市最大暴雨強(qiáng)度ｑ＝２００ Ｌ／（ｓ·ｈｍ２），代入公式②即可求得路面徑流污水的平均流量Ｑ＝３８８．８ ｍ３／ｄ。

以?xún)艋瘡搅髦饕廴疚锕腆w懸浮物為例，初期雨水（前３０ ｍｉｎ）徑流固體懸浮物平均濃度為２２８ ｍｇ／Ｌ，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，固體懸浮物的出水濃度應(yīng)達(dá)到７０ ｍｇ／Ｌ。根據(jù)公式①求得濕地的表面積Ａｓ為１９１．６ ｍ２，

以上計(jì)算過(guò)程相關(guān)參數(shù)列于表４。

人工濕地水深一般不超過(guò)０．６ ｍ，設(shè)計(jì)中取平均水深ｈ＝０．５ ｍ；為有效去除ＳＳ，目前普遍認(rèn)為表面流濕地水流速度一般低于１００ ｍ／ｄ；令濕地寬度為Ｗ，長(zhǎng)度為Ｌ，則Ｑ／（Ｗｈ）≤１００ ｍ／ｄ，可得Ｗ≥７．８ ｍ；令Ｗ＝８ ｍ，則Ｌ＝２４ ｍ。ｋ－Ｃ*模型的基本模式見(jiàn)圖３。

３．２．３植物的選擇人工濕地宜與道路綠化相結(jié)合，就地吸附、降解路面雨水污染物，減少道路交通對(duì)環(huán)境的危害［１２］。濕地植物的選擇在滿(mǎn)足凈化能力的同時(shí)，應(yīng)以本地植物為主。因此在設(shè)計(jì)中優(yōu)先選擇蘆葦、香蒲、菖蒲、鳳眼蓮、美人蕉等；此外，也可根據(jù)公路各段落的自然條件模擬當(dāng)?shù)貪竦睾退蜓匕稖\水區(qū)的群落類(lèi)型進(jìn)行種植，形成挺水、浮水、沉水植物錯(cuò)落有致的人工濕地系統(tǒng)（表５）。

４結(jié)論與討論

從遼寧濱海公路路面徑流的水質(zhì)特性與管理維護(hù)方面考慮，表面流人工濕地是有效且相對(duì)合理的選擇；從污染物流出規(guī)律上考慮，只要凈化初期（３０ ｍｉｎ）徑流內(nèi)的污染物，即可實(shí)現(xiàn)凈化水體的目的，在此基礎(chǔ)上，利用人工濕地ｋ－Ｃ*模型計(jì)算出所需濕地的面積，并依據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)獲得遼寧濱海公路人工濕地相關(guān)參數(shù)，其基本模式為人工濕地位于公路兩側(cè)，分別收集、處理路面兩邊徑流污水，以１ ｋｍ長(zhǎng)路段為一個(gè)雨水收集單位，單側(cè)濕地面積１９１．６ ｍ２，平均水深０．５ ｍ，濕地寬度８ ｍ，長(zhǎng)度２４ ｍ。

由于無(wú)動(dòng)力要求，本模式不設(shè)置雨水調(diào)節(jié)池，所收集雨水僅依靠重力，直接進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)。由于不同土壤滲濾介質(zhì)對(duì)ＳＳ的去除效果無(wú)顯著差別［１３］，一般可選用自然土壤加礫石、粗沙或灰渣為基質(zhì)。為保證進(jìn)出水通暢，床底設(shè)置１％坡度。

由于遼寧濱海公路跨越不同地理區(qū)域，沿線(xiàn)各地區(qū)采用的濕地模式應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。除徑流雨水中主要污染物質(zhì)有所不同以外，重點(diǎn)是由于降水量的不同而引起的徑流污水流量的變化。在遵循上述設(shè)計(jì)思路的前提下，結(jié)合道路周邊用地情況，通過(guò)調(diào)整單個(gè)濕地之間的距離（相當(dāng)于調(diào)整路面雨水的收集面積）來(lái)調(diào)整濕地面積。

參考文獻(xiàn)：

［１］ 林才奎，周曉航，夏振軍．公路生態(tài)工程學(xué)［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２０１１．

［２］ 肖安．中國(guó)最長(zhǎng)沿海公路“遼寧濱海大道”正式通車(chē)［Ｊ］．筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，２００９（１１）：２．

［３］ 柏巖瑛．濱海公路的延伸意義［Ｎ］．遼寧日?qǐng)?bào)，２００６－０３－２７（３）．

［４］ 劉偉玲，朱京海，胡遠(yuǎn)滿(mǎn)，等．遼寧濱海公路建設(shè)對(duì)沿線(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的影響［Ｊ］．環(huán)境保護(hù)科學(xué)，２００８，３４（３）：８２－８５．

［５］ 郭軍，任國(guó)玉，李明財(cái)．近４７年環(huán)渤海地區(qū)不同級(jí)別降水事件變化［Ｊ］．地理研究，２０１０，２９（１２）：２２７１－２２８０．

［６］ ＧＢ ３８３８—２００２，地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［Ｓ］．

［７］ 盧正宇，李華，孔亞平，等．廣州繞城高速公路（九江—小塘段）橋面徑流生態(tài)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)［Ｊ］．公路，２００８（４）：１９１－１９６．

［８］ ＧＢ ５００１４—２００６，室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范［Ｓ］．

［９］ 劉穎，趙秋陽(yáng)，周榮劍．營(yíng)口市城市暴雨強(qiáng)度公式研究與應(yīng)用［Ｊ］．沈陽(yáng)大學(xué)學(xué)報(bào)，２００６，１８（４）：９２－９５．

［１０］ 王昊，陳建偉，何緒文．潛流濕地去除污水處理廠(chǎng)二級(jí)出水的處理效果［Ｊ］．湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，２０１３，５２（６）：１２７７－１２７９．

［１１］ 戴清．表面流人工濕地在崇啟高速地表徑流處理中的應(yīng)用［Ｊ］．黑龍江交通科技，２０１１（１０）：３１－３２．

［１２］ 姚忠勇，殷利華，萬(wàn)敏．武漢黃土公路綠化景觀(guān)生態(tài)對(duì)策初探［Ｊ］．湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，２０１２，５１（１）：９０－９３．

［１３］ 聶發(fā)輝，向速林，閔露艷，等．不同滲濾介質(zhì)系統(tǒng)處理雨水徑流模擬試驗(yàn)研究［Ｊ］．湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，２０１２，５１（２３）：５３１８－５３２３．