基于雨型的南方城市道路雨水径流污染物分析

冯萃敏，米楠，王晓彤，蔡志文，邸文正

北京建筑大学城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室，北京 100044

基于雨型的南方城市道路雨水径流污染物分析

冯萃敏，米楠，王晓彤，蔡志文，邸文正

北京建筑大学城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室，北京 100044

以嘉兴市区主干道为研究区域，开展了该市两种典型降雨条件下，道路雨水径流中典型污染物初期冲刷效果、质量浓度变化规律、道路雨水径流水质污染指标相关性，污染物平均质量浓度（EMC）的研究。针对城市典型降雨，分析城市降雨径流污染过程的变化规律，对城市道路径流污染的控制和雨水资源有效利用具有重要意义。利用模式雨型对嘉兴市2010年至2013年间90场降雨进行归纳，总结出Ⅲ型和Ⅶ型为嘉兴市的常见雨型。从2013年降雨监测期间筛选出与该市发生频率最高的两种雨型相似的典型降雨进行分析，结果表明，（1）降雨雨型、降雨强度、降雨前期干燥时间均会对道路径流雨水中污染物浓度产生较大的影响，这也是Ⅶ型降雨比Ⅲ型降雨中道路雨水径流中污染物较高的原因。（2）以携带80%污染物所实际发生的径流量的多少来判断初期冲刷效应的强弱，则Ⅶ型降雨中TN、NH4+-N、SS、TP、COD的初期冲刷效应均强于Ⅲ型降雨。两场降雨中TP的初期冲刷效应均低于其他4种污染物。（3）道路雨水径流中TN、NH4+-N、COD与SS之间均存在良好的相关性。Ⅶ型降雨中TP与SS的相关系数为0.917，而在Ⅲ型降雨中TP与SS的相关系数仅为0.772，所以TP与SS的相关性受降雨条件影响较为明显。（4）Ⅲ型和Ⅶ型降雨中道路雨水径流中SS、COD、TP质量浓度分别为353.2、465.71、4.03 mg·L-1和548.41、335.96、1.18 mg·L-1均不同程度的高于地表水V类标准。Ⅲ型和Ⅶ型降雨中TN浓度为3.47和6.62 mg·L-1高于国家污水一级排放标准，因此SS、COD、TP是道路雨水径流中的主要污染物。

降雨雨型；道路雨水径流；污染物相关性；污染物浓度；初期冲刷效应

国外对城市地表径流污染的研究始于 20世纪70年代初，最早开展这一研究的机构是美国国家环境保护局。对包括路面、屋面等主要汇水下垫面的雨水径流水质进行了大量的研究，结果表明：与其他汇水下垫面相比，城市道路雨水径流水质污染情况最为严重，尤其是初期径流，引起了广泛关注（James，1994；Kang等，2006；Drapper等，2000；Mangna等，2005）。道路雨水径流中的污染物有SS、COD、重金属、N、P营养物、氯化物、油和脂、农药和PAHs（多环芳烃）等（Stotz等，1987）。也有研究指出SS是公路径流最主要的污染物，其主要来源为其主要来源是轮胎和筑路材料的磨损、大气沉降和与车辆运行有关的颗粒物（Drapper等，1999）。

随着城市化进程的推进，城市硬化道路面积迅速增大，一方面导致道路雨水径流流量增加，另一方面也使得上述含有大量油类物质、氮、磷、有机物和重金属成分的污染物更容易发生累积。降雨发生后，随着径流的形成，这些污染物溶解或悬浮于径流中，使雨水径流的流量、污染负荷都迅速增大。如果不经处理直接排入受纳水体，极易引发水体富营养化，导致水生生态系统遭到破坏(汪慧贞等，2002；车伍等，2007；赵剑强等，2001；刘洋，2006)。

雨水径流面源污染是指降雨产生的雨水径流冲刷城市下垫面，裹挟、溶解下垫面上的污染物，并将之输送转移至天然水体，使水体水质恶化的污染形式(Alm等，1990)。道路雨水径流来源相对复杂，主要包括大气沉降、车辆遗撒、尾气排放、轮胎磨损、生活垃圾、沉积物及析出物质等（Sansalone等，1997；李立青等，2006）。不同降雨雨型、降雨量、干期、降雨强度以及车流量都会对道路雨水径流中污染物浓度造成影响，而且诸多因素对径流水质的影响程度存在一定的争议（张千千等，2014）。因此以典型降雨为基础，研究道路雨水径流中污染物的特性对控制城市雨水径流污染与雨水资源化管理十分必要。

以嘉兴市城区主干道为研究区域，选取具有代表性的路段进行监测，研究了该市两种典型降雨条件下道路雨水径流中化学需氧量（COD）、悬浮颗粒物（SS）、总磷（TP）、总氮（TN）、氨氮（NH4+-N）的初期冲刷效应、道路雨水径流水质随降雨历时变化特征、各水质污染指标相关性和场次降雨径流中污染物平均质量浓度（EMC）。研究成果可为道路降雨径流污染物定量分析及制订有效的控制措施提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 研究区域概况

嘉兴市位于浙江省东北部，属于亚热带季风气候，市区河道综合交错，湖泊众多，城市依水而建，是典型的南方城市。分析其雨水径流面源污染情况，对整治南方城市的道路雨水径流面源污染情况具有重要的指导意义。

选择嘉兴市区中环南路与新气象路交叉处排水口作为采样监测点（图1）。嘉兴市雨水丰沛，多年平均降雨量为1186.8 mm。全年降雨多集中于4─10月，汛期降雨主要受梅雨和台风的影响，降雨量为708.5 mm，占全年降雨量的59.7%。其中，梅雨多发生在6、7月，多年平均梅雨天数为25 d，梅雨季节降水量为227 mm，占汛期降雨量的32%；台风则多发生在 8、9月平均每年过境台风数量为2～3个。冬雨季降雨量偏少，只有在个别年份有所增加。中环南路为单向3车道的沥青道路，新气象路为单向2车道的沥青道路，对应汇水面积约470 m2，每天机动车单向通行量约为18500辆。周围土地利用类型主要为居住小区、商业中心等。

图1 道路雨水径流水质监测地点Fig. 1 The monitoring site of road runoff

1.2 取样与测定方法

在降雨-径流发生期间，用聚乙烯瓶采集雨水样品。在降雨初期道路雨水径流中污染物浓度变化较快，采样间隔设置为5 min，之后采样时间间隔视降雨历时和路面径流流量而定，最大采样时间间隔为30 min。将采集好的水样送入实验室，保存在4 ℃的恒温箱中，并且保证24 h内测完。同时利用哈希翻斗式雨量计记录降雨特征（表1）。

表1 测定项目及方法Table 1 Determination of items and methods

1.3 降雨分析方法

目前，共有5种设计雨型被广泛使用，分别是芝加哥雨型、三角形雨型、Huff雨型、Pilgim和Cordery雨型和模式雨型（范泽华，2011；牟金磊，2011）。模式雨型的划分具有细致、定量的优势，同时能对大量降雨数据进行归类分析，具有较为准确的统计性。本研究采用模式雨型对该市降雨数据进行归类和划分（图2）。

图2 7种雨型模式示意图Fig. 2 Seven models of time distribution of rainfall

2 结果与讨论

2.1 典型降雨选取

（1）各雨型的出现频率

推算雨型的数据选自该市气象站2010─2012三年的降雨资料，对降雨资料的筛选原则如下：

第一，单场降雨前后均有两小时以上没有其他降雨发生，则该场降雨被视为一场独立降雨。

第二，沥青混凝土路面在降雨4.2～5.3 mm后才产生径流（潘安军等，2010），考虑到南方光照强、温度高等因素，对降雨量小于6 mm的降雨不进行研究。

根据模式雨型选择原则，筛选 2010─2012年的 90场降雨，进行各雨型发生场次和产生降雨量统计，结果如表2、3所示。

表2 2010─2012年嘉兴市降雨雨型统计Table 2 Statistical data of rainfall’s types from 2011 to 2012 in the city

表3 2010─2012年嘉兴市各雨型降雨产生的降雨量Table 3 Amount of rainfall produced by each rainfall pattern

根据各雨型降雨在嘉兴市出现频率的多少、产生降雨量的多少以及对城市管网造成的影响可以推断出，Ⅰ型降雨、Ⅴ型降雨在嘉兴地区出现的频率很小，且产生的降雨量很少，因此不是嘉兴地区的常见雨型。Ⅱ型降雨、Ⅳ型降雨和Ⅵ型降雨虽然出现的频率大于Ⅰ型降雨和Ⅴ型降雨，然而其产生的降雨量和对管网造成的影响均不大。因此将Ⅲ型和Ⅶ型降雨确定为嘉兴市的主要雨型。Ⅲ型降雨为雨峰在前中部的单峰型降雨，这种降雨雨型的特点是出现频率高，占降雨事件中的30%，降雨历时多在2 h以内，为短历时降雨，产生的降雨量较大，容易对排水管网造成短时压力；Ⅶ型降雨为雨峰在中部和后部的双峰型降雨，这种降雨雨型的特点是出现频率较高，占降雨事件中的20%，降雨历时多在12 h以上，为长历时降雨，产生的降雨量很大，容易对排水管网造成持续性的排水压力。

在 2013年降雨监测期间筛选出与该市发生频率最高的两种雨型相似的典型降雨进行分析研究，两场典型降雨的特征参数见表4，雨型对比见图3。

表4 典型降雨特征参数Table 4 Characteristic parameters of typical rainfall evens

图3 降雨雨型Fig. 3 The type of rainfall

如图3所示，5月15日的降雨属于短历时降雨，降雨雨型为Ⅲ型，即雨峰在中前部的单峰型降雨。降雨的雨峰出现在降雨开始后40 min左右。雨峰雨量为4.6 mm，占总雨量的45%，降雨强度为0.307 mm·min-1。10月6日的降雨属于较长历时降雨，降雨雨型为Ⅶ型，即双峰型降雨，降雨的雨峰分别出现在降雨开始后的第60分钟和第120分钟左右，雨峰雨量分别为18和10.5 mm，分别占总雨量的46%和27%。降雨强度分别为1和0.7 mm·min-1。

以上两场降雨属于较高概率事件，在该市汛期时较常出现，有较大的代表性。

2.2 道路雨水径流初期冲刷效应分析

由于初期冲刷效应会受到汇水面类型、汇水面周边环境及不同降雨径流场次等因素影响，因此，一直以来，国内外研究者对初期冲刷效应的判断仍然存在较大分歧。Gupta等将初期冲刷效应定义为一场降雨事件中，降雨初期形成的径流中污染物的浓度明显高于中后期径流的现象（Gupta等，1996）。Geiger则认为在一场次降雨-径流过程中，以某时刻累积径流量与径流总量的比值为横坐标，以相应时刻排出的污染物累积负荷与负荷总量的比值为纵坐标作图构成无量纲累积负荷分布曲线 M(V)，若该曲线位于坐标平面 45°对角线之上，即表明发生初期冲刷效应（Geiger等，1987）；若该曲线位于坐标平面 45°对角线之下，则表明不发生初期冲刷效应。但是Deletic提出若降雨初期20%的径流量携带的总污染负荷高于40%，则认为出现初期冲刷效应（Deletic，1998）。Bertrand-krajewski提出的初期冲刷效应标准更为苛刻，认为降雨初期30%的径流量至少携带 80%总污染负荷，且最大离散度>20%，才能认定为出现初期冲刷效应（Bertrand-krajewski等，1998）。通常用携带80%污染物所实际发生的径流量来判断，所需径流量越少，则表明发生的初期冲刷效应越强烈（Geiger等，1987）。

2.2.1 污染物初期冲刷现象

两场典型降雨中道路雨水径流携带 80%的污染负荷所需累积径流量占径流总量的百分比如表5。

表5 携带80%污染负荷所需径流量占径流总量比值Table 5 The ratio between required cumulative runoff volume that carries 80% pollutants loading and total runoff

道路雨水径流污染积累负荷随着降雨过程累积流量的变化如图4、5所示，利用Gupta和Geiger的地表径流污染物初始冲刷现象判别方法进行判别，两场降雨中5种污染物均出现初期冲刷现象。以Deletic、Bertrand-krajewski的地表径流污染物初始冲刷现象判别方法进行判别，两场降雨中5种污染物均没有出现初期冲刷现象。以上两种初期冲刷效应的判别方法较为绝对，宜采用携带80%污染物所实际发生的径流量的多少来判断初期冲刷效应的强弱。分析发现所监测的两场典型降雨中，Ⅶ型降雨中5种道路雨水径流中污染物初期冲刷效应均强于Ⅲ型降雨中对应污染物。Ⅲ型降雨中不同污染物之间初期冲刷效应强弱程度差异不大。Ⅶ型降雨中，携带 80%TP污染负荷所需径流量占径流总量比例为64%，远高于其他4种污染物的值。说明附着在道路表面的磷，在两种典型降雨中较其他4种污染物更难被冲刷进入道路雨水径流中，导致磷的初期冲刷效应弱于COD、SS、TN、NH4+-N 4种污染物。

2.2.2 污染物初期冲刷现象的原因

降雨对城市道路上的污染物具有冲刷、溶解和稀释的作用，污染物浓度的大小受到多种因素的影响，包括降雨量、降雨强度、降雨前干燥天数等，污染物浓度是各个影响因素的复杂函数（任玉芬等，2005；任玉芬等，2006）。研究发现，汇流区面积越小，干期长度越长，冲刷效应越强烈；而且相同降雨强度对不同污染物的影响各不相同(李春林等，2013；Lee等，2002)。

Ⅶ型降雨平均降雨强度为0.25 mm·min-1，降雨天干旱天数为7 d，Ⅲ型降雨平均降雨强度为0.10 mm·min-1，降雨天干旱天数为3 d。调查结果显示，更强的冲刷效应和道路表面更多的污染物累积，导致更加明显的初期冲刷现象。同一污染物指标在不同场次的降雨中表现出的初期冲刷效应各不相同，而在一场降雨之中不同污染指标发生的初期冲刷效应强度也不同。主要原因为①氮磷等污染物进入路面的方式及在道路表面的存在形态、附着方式差异性较大。②不同场次的降雨中降雨强度、历时、降雨量和降雨前干旱天数各不相同。③道路为开放式的区域。在不同场次的降雨中，同一汇水面积的监测点，道路雨水径流受过往车辆影响也不尽相同。

表6 50%累积径流量携带污染负荷占污染物总量比值Table 6 The ratio between required cumulative runoff volume that carries 50% pollutants loading and total runoff

2.2.3 初期径流控制参数选取建议

由表6可知Ⅲ型降雨中5种污染物初期冲刷现象并不明显。而Ⅶ型降雨中前50%道路雨水径流中携带污染负荷累积量随着累积道路雨水径流量增加而增大现象较为明显。前50%道路雨水径流累积中，Ⅶ型降雨过程中COD、SS、TN、TP、NH4+-N径流携带污染物累积量占污染物总量的比例随降雨径流累积量比例增加而增大的增长速率为1.69、1.64、1.57、1.34、1.64。后50%相对应数据为0.31、0.36、0.43、0.66、0.36。因此在采用初期弃流或者重点收集处理初期雨水径流时，其弃流或者收集径流时间应综合考虑降雨雨型等因素。对于嘉兴地区，为了对径流污染进行有效的控制，分离截取初期50%的径流雨水更为经济、高效。

图4 Ⅲ、Ⅶ型降雨无量纲累积污染负荷分数-径流体积分数曲线对比Fig. 4 The comparison between Ⅲ and Ⅶ rainfall’s relationships between dimensionless normalized cumulative pollutants and runoff volume

2.3 道路径流水质随降雨历时变化特征

图5 Ⅲ、Ⅶ型降雨无量纲累积污染负荷分数-径流体积分数曲线Fig. 5 Relationships between dimensionless normalized cumulative pollutants and runoff volume

图6 路面雨水径流污染物浓度随降雨强度的变化Fig. 6 The variation of pollutants concentration in road runoff with the condition of rainfall intensity

由图6可知，Ⅲ型降雨中COD、SS、TN、TP和NH4+-N的浓度的最大值均出现在道路雨水径流的初始阶段，分别达1142、670、6、5.5、1.7 mg·L-1，其中COD、TN、TP均超出V类地表水标准，NH4+-N超出IV类地表水标准。SS、COD、TP甚至超出国家污水三级排放标准。随后污染物浓度急剧下降，但是在降雨开始后 40～60 min时污染浓度开始回升，COD、SS、TN、TP和NH4+-N浓度的增长幅度分别为5.2%、9.5%、13.8%、70.6%、71.4%，其中以TP和NH4+-N的浓度波动尤为明显。通过对比Ⅲ型降雨的降雨强度，在降雨开始后第40～60 min时，最大降雨强度达到0.308 mm·min-1。雨峰对地表强烈的冲刷，使污染物被雨水冲刷带走，使降雨初期随降雨历时逐渐降低的污染物浓度出现明显回升。雨峰过后随着降雨历时的增加，污染物浓度逐渐下降但是下降趋势较为缓和。

Ⅶ型降雨中COD、SS、TN、TP和NH4+-N的浓度的最大值同样出现在雨水路面径流的初始阶段，分别达801、1240、18.8、3.53、3.2 mg·L-1，SS、COD、TP、NH4+-N均超出国家污水三级排放标准，TN超出V类地表水标准。降雨初期前45 min降雨量仅1.8 mm，不能形成径流。之后场次降雨雨峰出现，降雨强度达1.2 mm·min-1，径流形成同时污染物浓度达到最大值，在之后的35 min内急剧下降，后趋于平稳。在降雨开始后第120 min时出现了场次降雨的第二个雨峰，降雨强度达 0.7 mm·min-1，高于Ⅲ型雨峰降雨强度0.308 mm·min-1，但是路面雨水径流中污染物的浓度并未出现波动，说明降雨初期高强度降雨的冲刷已经使大部分污染物已经随路面雨水径流析出。通过对Ⅲ、Ⅶ型降雨道路径流典型污染物随降雨历时变化的分析可知，道路表面附着污染物量的本底值对降雨径流中污染物浓度影响十分明显。

2.4 道路径流污染物相关性分析

利用 SPSS21.0软件对路面雨水径流中污染物指标之间的Pearson相关性进行统计分析，得到其相关性结果见表7。

表7 路面雨水径流污染物相关性Table 7 The correlation among the road runoff water quality pollution indexes

如表7所示，Ⅲ、Ⅶ型降雨过程中，SS与COD、TN、NH4+-N 3个污染物指标均在0.01水平上存在显著相关性，由此可知，SS作为道路雨水径流中的主要污染物之一，明显影响着其他污染物的含量，故SS可作为道路雨水径流水质的主要控制指标。但是Ⅲ型降雨中TP与SS的相关性较差，而Ⅶ型降雨中TP与SS在0.01水平显著相关，说明雨水径流中TP的浓度受降雨雨型影响，而且相对于其他污染物指标更难冲刷进入路面雨水径流，此结论与初期冲刷效应分析部分结论相吻合。根据这一性质，在场地降雨强度较大的降雨中通过对道路进行有效的清扫，和对初期径流的截取、净化、排放可以有效的控制COD、TN、NH4+-N等污染物的总量。

2.5 道路径流雨水污染物质量浓度（EMC）

降雨特征、区域特征等影响因素的不确定性导致了在不同区域同一降雨事件或同一区域不同降雨事件中，污染物质量浓度差别很大；且由于降雨过程的不同导致了在同一场降雨中污染物质量浓度变化很大。因此，美国城市径流计划（NURP）建议对污染物质量浓度及其污染程度采用EMC进行评估。EMCs是以降雨事件总污染物负荷与总径流体积的比值来表征径流污染状况的（US EPA，1983）。其数学表达式为：

式中：M为整个径流期间冲刷的污染物总量，mg；V为径流总量，L；c（t）为随时间变化的污染物质量浓度，mg·L-1；q（t）为径流流速，L·s-1；t为时间，s。

受试验场地、实验设备等客观条件限制，本研究未能实际监测路面降雨径流流量，但在径流雨水样品采集和降雨数据记录过程中，记录了降雨开始和径流产生的时间，从而消除了路面径流和降雨之间的滞后性，此外研究目标为沥青公路，降雨期间其内渗量和蒸发量很少，可以忽略不计因此结果分析中扣除产流时间后，以降雨量权重代替路面径流量来计算桥面径流水质的EMC值。

由表8可知，Ⅶ型降雨量的前期干燥时间明和平均雨强显高于Ⅲ型降雨，因而污染物前期的累积和降雨对路面的冲刷强度相对较高，所以，Ⅶ型降雨路面雨水径流中污染物的浓度明显高于Ⅲ型降雨。两种嘉兴常见雨型的降雨道路雨水径流中COD的EMC值均高于地表水V类标准，分别是地表水V类标准的11.6倍、8.4倍。同时，Ⅲ、Ⅶ型降雨中的道路雨水径流物TN、TP的污染物含量均超过了地表水V类标准，其SS指标也都超过了污水一级排放标准。

表8 道路径流雨水典型污染物EMC值及排放标准Table 8 The typical pollutants’ EMC value of stormwater runoff andnational sewage discharge standard

3 结论分析

（1）降雨对路面累积污染物的初期冲刷效应与场次降雨的前期干燥时间、降雨量平均降雨强度成正比。在Ⅶ型降雨中，道路雨水径流中各污染物的初期冲刷效应均强于Ⅲ型降雨。在两种典型降雨中TP的初期冲刷效应均弱于其他4种污染物，说明相对于COD、TN、NH4+-N、SS，TP在路面的附着能力更强，不易被彻底冲刷。对于嘉兴地区，为了对径流污染进行有效的控制，分离截取初期50%的径流雨水更为经济、高效。

（2）Ⅲ型降雨由于降雨量和平均降雨强度较小，前期降雨对路面的冲刷作用有限，因此当雨峰到来时，道路雨水径流中污染物浓度升高。Ⅶ型降雨前期高强度降雨能够将路面污染物较为彻底的冲刷，因此虽然Ⅶ型降雨第二雨峰降雨强度高于Ⅲ型降雨雨峰，但道路雨水径流中污染物浓度并没有出现波动。所以应该充分考虑降雨雨型对道路雨水径流的污染物浓度的影响后，选择适当的量值截取或弃流道路雨水初期径流。

（3）SS与COD、TN、NH4+-N 3个污染物指标存在明显的相关性。根据这一性质，在场地降雨强度较大的降雨中通过对道路进行有效的清扫，和对初期径流的截取、净化、排放可以有效的控制COD、TN、NH4+-N等污染物的总量。而降雨强度较小冲刷效果不明显的降雨过程中，应综合考虑TP对受纳水体环境的影响后采取截取或弃流初期径流。

（4）EMC分析结果表明，除NH4+-N和SS外，道路雨水径流中的COD、TN、TP均不同程度的高于地表水V类标准。两种常见雨型降雨的路面雨水径流中SS的浓度分别达到5.0、7.8倍。道路雨水径流都是未经处理而集中排放，将会对周边水环境造成严重污染。

ALM A L. 1990. Nonpoint Sources of Pollution[J]. Environmental Science and Technology, 24(7): 967.

BERTRAND-KRAJEWSKI J L, CHEBBO G, SAGET A. 1998. Distribution of pollutant mass vs volume in stormwater discharges and the first flush phenomenon[J]. Water Research, 32(8): 2341-2356．

DELETIC A. 1998. The first flush load of urban surface runoff[J]. Water Research, 32(8): 2462-2470．

DRAPPER D, TOMLINSON R, WILLIAMS P.1999. Pollutant concentrations in road runoff southeast queensland case study[J]. Journal of Environment Engineering, 126(4): 313-320.

GEIGER W F. 1987. Flushing effects in combined sewer systems[A]．Proceedings of the 4th international conference on urban storm drainage[C]．Lausanne，Switzerland: 40-46．

GUPTA K，SAUL A J. 1996. Specific relationships for the first flush load in combined sewer flows[J].Water Research, 30(5):1244-1252.

JAMES W. 1994. Current practices in modeling the management of stormwater impacts[M]. Florida: Lewis Publishers: 989-992.

KANG J H, KAYHANIAN M, STENSTROM M K. 2006. Implications of a kinematic wave model for first flush treatment design[J]. Water Research, 40(20): 3820-3830.

LEE L H, BANG K W, KETCHUM L H, et al. 2002. First flush analysis of urban storm runoff[J].Science of the Total Environment, 293(1/3):163-175.

MANGNA I G, BERLONIA, BELLUCCIE, et al.2005. Evaluation of the pollutant content in road runoff first flush waters[J]. Water, Air＆Soil Pollution, 160(1-4): 213-228．

SANSALONE J J, BUCHBERGER S G. 1997. Partitioning and first flush of metals in urban road way storm water[J]. Journal of Environmental Engineering, 123(2) : 134-143.

STOTZ G. 1987. Investigations of the properties of the surface water runoff from federal highways in the FRG[J]. Science of the Total Environment, 59: 329-337.

US EPA. 1983.Results of the nationwide urban runoff program [R].Washington D C:U.S.Environmental Protection Agency.

车伍, 张炜, 李俊奇, 等. 2007. 城市雨水径流污染的初期弃流控制[J].中国给水排水, 23(6):1-5.

范泽华. 2011. 天津市降雨趋势分析及设计暴雨研究[D]. 天津: 天津大学: 3-4.

李春林, 刘淼, 胡远满, 等. 2013. 沈阳市降雨径流初期冲刷效应[J]. 生态学报, 33(18):5952-5961.

李立青, 尹澄清, 何庆慈, 等. 2006. 城市降水径流的污染来源与排放特征研究进展[J]. 水科学进展, 17(2): 288-294.

刘洋, 李俊奇, 车伍, 等.2008. 北京市城区雨水径流污染控制与节能减排[J]. 环境污染与防治, 30(9): 93-96.

牟金磊. 2011. 北京市设计暴雨雨型分析[D]. 兰州: 兰州交通大学: 14-19.

潘安军, 张书涵, 陈建刚, 等. 2010. 城市雨水综合利用技术研究与应用[M]. 北京: 中国水利水电出版社: 4.

任玉芬, 王效科, 韩冰, 等. 2005. 城市不同下垫面的降雨径流污染[J].生态学报, 25(12): 3225-3230.

任玉芬, 王效科, 欧阳志云, 等. 2006. 沥青油毡屋面降雨径流污染物浓度历时变化研究[J]. 环境科学学报, 26(4): 601-606.

任玉芬, 王效科, 欧阳志云, 等. 2013. 北京城市典型下垫面降雨径流污染初始冲刷效应分析[J]. 环境科学, 01: 373-378.

汪慧贞, 李宪法. 2002. 北京城区雨水径流的污染及控制[J], 城市环境与城市生态, 15(2): 16-18．

张千千, 李向全, 王效科, 等. 2014. 城市路面降雨径流污染特征及源解析的研究进展[J]. 生态环境学报, 23(2): 352-358.

赵剑强, 刘珊, 邱立萍, 等. 2001. 高速公路路面径流水质特性及排污规律[J]. 中国环境科学, 21(5): 445-448.

Analysis of Road Runoff Pollutants in Northern City Based on the Typical Rainfall

FENG Cuimin, MI Nan, WANG Xiaotong, CAI Zhiwen, DI Wenzheng
Beijing University of Civil Engineering and Architecture Key Laboratory of Urban Stormwater System and Water Environment, Ministry of Education, Beijing 100044, China

This research selected the jiaxing main lines as object areas to investigate the first flush effect of pollutants, the pollutant concentrations variation regulation, the index correlations among pollutants in stormwater runoff, and the pollutants average concentrations under the two kinds of typical rainfalls conditions. 90 rainfall events of jiaxing, from 2010 to 2013, were classified by model rainfall pattern, the results of which indicated that pattern Ⅲ and Ⅶ were the common rainfall pattern, and two rainfall events that were similar with the typical rainfall were chosen to further investigate during 2013. The research results demonstrated that the rainfall pattern, rainfall intensity, and the dry period before rainfall could have a strong effect on runoff pollutant concentrations, which was the reason that pattern Ⅶ had higher pollutant concentrations than pattern Ⅲ in stormwater runoff. The first flush effect of TN, NH4+-N, SS, TP, and COD were stronger in pattern Ⅶ than Ⅲ by judging the runoff volume that carried 80% pollutant. In addition, the first flush effect of TP was lower than other four pollutants in two rainfall events. TN, NH4+-N, COD, and SS had evident correlation in stormwater runoff. The correlation coefficient of TP and SS was 0.917 in pattern Ⅶ, but only 0.772 in pattern Ⅲ, which showed that the correlation between TP and SS was strongly affected by rainfall pattern. The concentrations of SS, COD, and TP in pattern Ⅲ were 353.2, 465.71, 4.03 mg·L-1respectively, and in pattern Ⅶ were 548.41, 335.96, 1.18 mg·L-1respectively. All of these concentrations were exceed the national surface water standard of V in different degrees. The concentrations of TN in pattern Ⅲ and Ⅶ were 3.47 and 6.62 mg·L-1respectively, which were exceed the primary national sewage discharge standard. Hence, SS, COD, and TP were the main pollutants in stormwater runoff.

the type of rainfall; road runoff; the correlation among pollution indexes; the mass concentrations of pollution; the first flush effect

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.03.008

X522

A

1674-5906（2015）03-0418-09

冯萃敏，米楠，王晓彤，蔡志文，邸文正. 基于雨型的南方城市道路雨水径流污染物分析[J]. 生态环境学报, 2015, 24(3): 418-426.

FENG Cuimin, MI Nan, WANG Xiaotong, CAI Zhiwen, DI Wenzheng. Analysis of Road Runoff Pollutants in Northern City Based on the Typical Rainfall [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(3): 418-426.

国家水体污染控制与治理科技重大专项（2011ZX07301-004）

冯萃敏（1968年生），女（蒙古族），教授，硕士，研究方向为生态环境保护及雨洪控制。E-mail: fengcuimin@bucea.edu.cn

2014-12-26