干旱地區(qū)公路徑流污染防治措施

董利鵬，王芳芳，王曉玲

（1.寧夏公路勘察設(shè)計院有限責(zé)任公司，寧夏 銀川 750001；2.寧夏交通投資集團有限公司，寧夏 銀川 750011；3.吉林建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，吉林 長春 130118）

0 引 言

近年來，國內(nèi)的公路建設(shè)取得了快速的發(fā)展，公路通車?yán)锍滩粩嘣鲩L。隨著人們生活水平的提高以及環(huán)保意識的提升，公路徑流污染對周邊環(huán)境的影響等問題逐漸進入公眾視野，已引起了國內(nèi)外人士的廣泛關(guān)注。

位于西北內(nèi)陸腹地的寧夏回族自治區(qū)東、西、北三面分別被毛烏素沙漠、烏蘭布和沙漠和騰格里沙漠環(huán)繞，具備典型的大陸性氣候特征，是我國生態(tài)環(huán)境最為脆弱的省區(qū)之一，除南部山區(qū)外，多數(shù)區(qū)域年降水量均在300 mm 以下，生態(tài)環(huán)境敏感復(fù)雜，水生態(tài)極易遭到破壞。引黃灌區(qū)屬中溫帶干旱區(qū)，干旱少雨，公路路面長時間積累的沉積物等徑流污染相對于多雨地區(qū)對環(huán)境的影響更為顯著，對本就脆弱的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來更大沖擊。

本文從路面徑流污染物的來源與種類，徑流污染物特征及其理化性質(zhì)，工程技術(shù)措施及其主要機理等方面對干旱地區(qū)公路徑流污染防治措施進行分析和研究，旨在為今后的研究和應(yīng)用提供參考。

1 污染物來源及種類

有研究者對公路路面降雨形成的徑流中污染物的濃度進行觀測，并與雨水本身污染物濃度進行對比，結(jié)果表明，前者的污染物濃度遠高于后者，即徑流中污染物主要來自于路面，在降雨的沖刷作用下，晴天時路面形成的沉積物混合在雨水中，并隨之流出路面。因此，調(diào)查清楚路面沉積物的主要污染物種類及含量對研究徑流污染的成因和種類至關(guān)重要。

國內(nèi)外大量文獻表明，公路路面徑流污染物主要成分由以下幾部分構(gòu)成。

（1） 懸浮物（SS），較大粒徑的懸浮物顆粒一般通過道路機械清掃可以去除，構(gòu)成徑流污染物的主要為微小粒徑顆粒，主要形成原因為機動車輛輪胎磨損后脫落的固體顆粒、瀝青混凝土等公路修筑材料磨損后形成的固體顆粒、灑落的貨運物品碾壓后形成的微小顆粒、雪天時道路拋灑的除冰融雪劑以及自然的大氣降塵等；

（2） 有機污染物，油類和脂類是構(gòu)成有機污染物的主要成分，也是引起徑流中COD、BOD 等指標(biāo)超標(biāo)的主要原因，主要來自于機動車輛的燃油及潤滑劑的滲漏，其中還包括部分毒性有機物如多環(huán)芳烴(PAHs)和汽油烴(PHC)，對環(huán)境的影響較大，甚至存在二次污染的風(fēng)險；

（3） 重金屬，如Pb、Cr、Cu、Ni、Cd、Fe等，主要來源為燃油機動車輛尾氣的排放、燃油及潤滑劑的滲漏、輪胎的磨損以及雪天時道路拋灑的除冰融雪劑。

2 徑流污染物特征及其理化性質(zhì)

國內(nèi)外的研究者對不同氣候、不同路況的徑流污染物分析測定，并進行多因素的比較后發(fā)現(xiàn)，徑流污染物一般具有以下特征和性質(zhì)。

（1） 公路路面雨水徑流中的主要污染物是SS、有機污染物、重金屬等，遠高于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的IV 類標(biāo)準(zhǔn)，與《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》相比，SS、有機污染物及重金屬類物質(zhì)濃度均超出限值，部分資料顯示，其污染物濃度甚至高于典型的生活污水濃度。

因此，公路徑流污染有必要進行處理。但公路工程為線型工程，路面徑流較為分散，多為沿線排放，不會形成點源污染集中排放，因此，不會對環(huán)境造成較大的污染沖擊。

（2） 初期雨水（降雨的前15～30 min） 的徑流污染占的比重較大，隨著降雨時間的增加，雨水中的污染物逐漸降低。唐榮等研究了污染物累積與遷移模型及排污規(guī)律。降雨強度影響沖刷沉積物的效率，降雨強度與沖刷能力成正相關(guān)關(guān)系；降雨能夠?qū)ξ廴疚锂a(chǎn)生稀釋作用，降雨量越大則污染物濃度越低。晴天連續(xù)累積時間越長，則路面沉積的污染物量越大，德國學(xué)者Krein 等分析了徑流污染物的累積規(guī)律，污染物的累積量與連續(xù)晴天累計時間存在一定的對應(yīng)關(guān)系，Zn、Pb、PAHs 等重金屬呈典型的對數(shù)關(guān)系，Cu 呈典型的指數(shù)關(guān)系。

綜上所述在干旱少雨的寧夏地區(qū)，連續(xù)晴天時間較長，路面上積累的沉積物較多，而降雨量少又會使徑流中的污染物濃度較高，因此，對寧夏干旱地區(qū)公路徑流污染防治措施的研究是非常必要的。

（3） 路面雨水徑流的可生化性較差。BOD5與CODcr的差值，可近似表示水體中難生物降解有機物的含量，一般研究認(rèn)為BOD5/CODcr＞0.3 的污水適宜采用生物方法處理，＜0.3 采用生化處理較為困難，＜0.25 則被認(rèn)為不宜采用生化處理。

研究認(rèn)為路面雨水中BOD5/CODcr約在0.1～0.17 之間，且路面雨水中含有影響微生物活性的毒性物質(zhì)。采用以微生物處理為主的傳統(tǒng)工藝對污染物的削減效果并不明顯。

3 工程技術(shù)措施及其主要機理

3.1 植被措施

植被措施是水土保持最為有效的措施之一，同時也是截留降水、增加雨水下滲、削減徑流污染最有效、最常用的措施之一，植被措施主要原理是利用公路沿線邊坡外低洼處的植物及植物生長的表層土層來截流、過濾、吸附沉淀、降解公路徑流中的攜帶的各類污染物。

其中，對SS、重金屬、油類等污染物的去除效果較好，其應(yīng)用不受地質(zhì)條件、地理環(huán)境的限制，造價低廉、施工工藝簡單，因此應(yīng)用廣泛。

國內(nèi)一些地區(qū)將植被措施與海綿城市相結(jié)合，通過植草溝、下沉式綠地等海綿植被措施，來實現(xiàn)公路雨水的吸水、凈水、儲水、用水、排水等過程，在治理徑流污染的同時增大了水資源的利用。同時植被在公路兩側(cè)形成的綠帶又能夠美化環(huán)境，緩解司乘人員的視覺疲勞，減少交通事故。

因此，針對寧夏氣候地理特點，因地制宜的選擇植物進行優(yōu)化配置，是一種簡單高效、經(jīng)濟合理的公路徑流污染控制方法。

3.2 穩(wěn)定塘

穩(wěn)定塘又稱氧化塘或生物塘，是經(jīng)過人工適當(dāng)修整或修建的設(shè)圍堤和防滲層的污水池塘，寧夏地區(qū)氣候干旱，蒸發(fā)量大，部分路段排水困難，在工程實際中應(yīng)用較多的為蒸發(fā)池，蒸發(fā)池經(jīng)適當(dāng)改造后形成穩(wěn)定塘，既作為雨洪滯留設(shè)施又可發(fā)揮污染物的去除作用，劉珊等研究了氧化塘對雨水中污染物的處理效果及其影響因素，表明水力停留時間（HRT） 控制在14 d 以上，出水污染物濃度中COD的去除率可達73%，石油類物質(zhì)去除率為80%，再增加水力停留時間出水污染物濃度去除率幾乎不再變化。蒸發(fā)池適當(dāng)改造后的穩(wěn)定塘可作為處理公路徑流污染的措施之一，適用于寧夏干旱地區(qū)排水困難的地段。

3.3 人工濕地生態(tài)系統(tǒng)

人工濕地生態(tài)系統(tǒng)主要由植物、濕地床和透水性基質(zhì)等組成，通過濕地植物、動物、微生物組成的生態(tài)系統(tǒng)，發(fā)揮多重作用，從而去除水中的污染物，在國外人工濕地廣泛地應(yīng)用于路面徑流的污染控制，是去除COD、SS、氮、磷、重金屬等公路徑路污染物的一種綠色治理措施，與此同時人工濕地占地面積大，在作為線性工程的公路中應(yīng)用征地問題比較突出，且寧夏干旱地區(qū)全年降雨量較少，人工濕地運行費用較高，不經(jīng)濟且對管理人員的管理水平要求較高，因此僅在公路城市過境段或者服務(wù)區(qū)推薦采用。

人工濕地生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)用于徑流污染防治時，與傳統(tǒng)的生活污水處理不同，在設(shè)計和建造時應(yīng)考慮雨水流量的瞬時性和雨水水質(zhì)的不均勻性，并采取前置庫等技術(shù)以均衡水量和水質(zhì)。同時，根據(jù)《人工濕地凈化技術(shù)指南》，寧夏氣候分區(qū)為寒冷地區(qū)，植物的選取需參照指南要求并結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r選取。

3.4 組合控制措施

由于公路為線性工程，沿線地形地貌、土地資源等不盡相同，各類公路徑流污染防治措施應(yīng)用范圍、適用場景也不盡一致，因此，工程實際中可采取多種工藝措施組合適用，充分發(fā)揮各防治措施的優(yōu)點，可有效的實現(xiàn)公路徑流污染控制的目的。如植被截留控制+氧化塘處理的系統(tǒng)，可實現(xiàn)大顆粒污染物的截留與溶解性污染物的深度凈化；植被截留控制+人工濕地處理的系統(tǒng)，截留大顆粒污染物既能降低污染物的含量，又能減少后續(xù)人工濕地的填料堵塞問題等。因此，在工程設(shè)計中需結(jié)合項目實際綜合考慮多種措施組合的可能。

4 結(jié) 語

國內(nèi)外對公路徑流污染己經(jīng)進行了大量的試驗研究，但由于區(qū)域性、氣候差異等因素，針對寧夏干旱區(qū)的研究還較少、污染物的種類和累計規(guī)律資料缺乏，系統(tǒng)的防治公路徑流污染理論尚未形成，工程實際應(yīng)用較少。

在努力建設(shè)黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展先行區(qū)的發(fā)展思路下，適當(dāng)超前開展公路徑流污染防治措施的基礎(chǔ)研究是非常必要的，應(yīng)根據(jù)區(qū)域氣候的特殊性，提出切實可行的防治措施。隨著國家對生態(tài)保護的逐漸重視，路面徑流污染的危害性和嚴(yán)重性將會越來越突出，研究公路徑流污染控制措施將成為道路工作者及環(huán)境保護工作者未來共同的一項重要任務(wù)。