干旱地区公路径流污染防治措施

董利鹏，王芳芳，王晓玲

（1.宁夏公路勘察设计院有限责任公司，宁夏 银川 750001；2.宁夏交通投资集团有限公司，宁夏 银川 750011；3.吉林建筑大学市政与环境工程学院，吉林 长春 130118）

0 引 言

近年来，国内的公路建设取得了快速的发展，公路通车里程不断增长。随着人们生活水平的提高以及环保意识的提升，公路径流污染对周边环境的影响等问题逐渐进入公众视野，已引起了国内外人士的广泛关注。

位于西北内陆腹地的宁夏回族自治区东、西、北三面分别被毛乌素沙漠、乌兰布和沙漠和腾格里沙漠环绕，具备典型的大陆性气候特征，是我国生态环境最为脆弱的省区之一，除南部山区外，多数区域年降水量均在300 mm 以下，生态环境敏感复杂，水生态极易遭到破坏。引黄灌区属中温带干旱区，干旱少雨，公路路面长时间积累的沉积物等径流污染相对于多雨地区对环境的影响更为显著，对本就脆弱的生态系统稳定性带来更大冲击。

本文从路面径流污染物的来源与种类，径流污染物特征及其理化性质，工程技术措施及其主要机理等方面对干旱地区公路径流污染防治措施进行分析和研究，旨在为今后的研究和应用提供参考。

1 污染物来源及种类

有研究者对公路路面降雨形成的径流中污染物的浓度进行观测，并与雨水本身污染物浓度进行对比，结果表明，前者的污染物浓度远高于后者，即径流中污染物主要来自于路面，在降雨的冲刷作用下，晴天时路面形成的沉积物混合在雨水中，并随之流出路面。因此，调查清楚路面沉积物的主要污染物种类及含量对研究径流污染的成因和种类至关重要。

国内外大量文献表明，公路路面径流污染物主要成分由以下几部分构成。

（1） 悬浮物（SS），较大粒径的悬浮物颗粒一般通过道路机械清扫可以去除，构成径流污染物的主要为微小粒径颗粒，主要形成原因为机动车辆轮胎磨损后脱落的固体颗粒、沥青混凝土等公路修筑材料磨损后形成的固体颗粒、洒落的货运物品碾压后形成的微小颗粒、雪天时道路抛洒的除冰融雪剂以及自然的大气降尘等；

（2） 有机污染物，油类和脂类是构成有机污染物的主要成分，也是引起径流中COD、BOD 等指标超标的主要原因，主要来自于机动车辆的燃油及润滑剂的渗漏，其中还包括部分毒性有机物如多环芳烃(PAHs)和汽油烃(PHC)，对环境的影响较大，甚至存在二次污染的风险；

（3） 重金属，如Pb、Cr、Cu、Ni、Cd、Fe等，主要来源为燃油机动车辆尾气的排放、燃油及润滑剂的渗漏、轮胎的磨损以及雪天时道路抛洒的除冰融雪剂。

2 径流污染物特征及其理化性质

国内外的研究者对不同气候、不同路况的径流污染物分析测定，并进行多因素的比较后发现，径流污染物一般具有以下特征和性质。

（1） 公路路面雨水径流中的主要污染物是SS、有机污染物、重金属等，远高于地表水环境质量标准中的IV 类标准，与《污水综合排放标准》相比，SS、有机污染物及重金属类物质浓度均超出限值，部分资料显示，其污染物浓度甚至高于典型的生活污水浓度。

因此，公路径流污染有必要进行处理。但公路工程为线型工程，路面径流较为分散，多为沿线排放，不会形成点源污染集中排放，因此，不会对环境造成较大的污染冲击。

（2） 初期雨水（降雨的前15～30 min） 的径流污染占的比重较大，随着降雨时间的增加，雨水中的污染物逐渐降低。唐荣等研究了污染物累积与迁移模型及排污规律。降雨强度影响冲刷沉积物的效率，降雨强度与冲刷能力成正相关关系；降雨能够对污染物产生稀释作用，降雨量越大则污染物浓度越低。晴天连续累积时间越长，则路面沉积的污染物量越大，德国学者Krein 等分析了径流污染物的累积规律，污染物的累积量与连续晴天累计时间存在一定的对应关系，Zn、Pb、PAHs 等重金属呈典型的对数关系，Cu 呈典型的指数关系。

综上所述在干旱少雨的宁夏地区，连续晴天时间较长，路面上积累的沉积物较多，而降雨量少又会使径流中的污染物浓度较高，因此，对宁夏干旱地区公路径流污染防治措施的研究是非常必要的。

（3） 路面雨水径流的可生化性较差。BOD5与CODcr的差值，可近似表示水体中难生物降解有机物的含量，一般研究认为BOD5/CODcr＞0.3 的污水适宜采用生物方法处理，＜0.3 采用生化处理较为困难，＜0.25 则被认为不宜采用生化处理。

研究认为路面雨水中BOD5/CODcr约在0.1～0.17 之间，且路面雨水中含有影响微生物活性的毒性物质。采用以微生物处理为主的传统工艺对污染物的削减效果并不明显。

3 工程技术措施及其主要机理

3.1 植被措施

植被措施是水土保持最为有效的措施之一，同时也是截留降水、增加雨水下渗、削减径流污染最有效、最常用的措施之一，植被措施主要原理是利用公路沿线边坡外低洼处的植物及植物生长的表层土层来截流、过滤、吸附沉淀、降解公路径流中的携带的各类污染物。

其中，对SS、重金属、油类等污染物的去除效果较好，其应用不受地质条件、地理环境的限制，造价低廉、施工工艺简单，因此应用广泛。

国内一些地区将植被措施与海绵城市相结合，通过植草沟、下沉式绿地等海绵植被措施，来实现公路雨水的吸水、净水、储水、用水、排水等过程，在治理径流污染的同时增大了水资源的利用。同时植被在公路两侧形成的绿带又能够美化环境，缓解司乘人员的视觉疲劳，减少交通事故。

因此，针对宁夏气候地理特点，因地制宜的选择植物进行优化配置，是一种简单高效、经济合理的公路径流污染控制方法。

3.2 稳定塘

稳定塘又称氧化塘或生物塘，是经过人工适当修整或修建的设围堤和防渗层的污水池塘，宁夏地区气候干旱，蒸发量大，部分路段排水困难，在工程实际中应用较多的为蒸发池，蒸发池经适当改造后形成稳定塘，既作为雨洪滞留设施又可发挥污染物的去除作用，刘珊等研究了氧化塘对雨水中污染物的处理效果及其影响因素，表明水力停留时间（HRT） 控制在14 d 以上，出水污染物浓度中COD的去除率可达73%，石油类物质去除率为80%，再增加水力停留时间出水污染物浓度去除率几乎不再变化。蒸发池适当改造后的稳定塘可作为处理公路径流污染的措施之一，适用于宁夏干旱地区排水困难的地段。

3.3 人工湿地生态系统

人工湿地生态系统主要由植物、湿地床和透水性基质等组成，通过湿地植物、动物、微生物组成的生态系统，发挥多重作用，从而去除水中的污染物，在国外人工湿地广泛地应用于路面径流的污染控制，是去除COD、SS、氮、磷、重金属等公路径路污染物的一种绿色治理措施，与此同时人工湿地占地面积大，在作为线性工程的公路中应用征地问题比较突出，且宁夏干旱地区全年降雨量较少，人工湿地运行费用较高，不经济且对管理人员的管理水平要求较高，因此仅在公路城市过境段或者服务区推荐采用。

人工湿地生态系统应用于径流污染防治时，与传统的生活污水处理不同，在设计和建造时应考虑雨水流量的瞬时性和雨水水质的不均匀性，并采取前置库等技术以均衡水量和水质。同时，根据《人工湿地净化技术指南》，宁夏气候分区为寒冷地区，植物的选取需参照指南要求并结合当地情况选取。

3.4 组合控制措施

由于公路为线性工程，沿线地形地貌、土地资源等不尽相同，各类公路径流污染防治措施应用范围、适用场景也不尽一致，因此，工程实际中可采取多种工艺措施组合适用，充分发挥各防治措施的优点，可有效的实现公路径流污染控制的目的。如植被截留控制+氧化塘处理的系统，可实现大颗粒污染物的截留与溶解性污染物的深度净化；植被截留控制+人工湿地处理的系统，截留大颗粒污染物既能降低污染物的含量，又能减少后续人工湿地的填料堵塞问题等。因此，在工程设计中需结合项目实际综合考虑多种措施组合的可能。

4 结 语

国内外对公路径流污染己经进行了大量的试验研究，但由于区域性、气候差异等因素，针对宁夏干旱区的研究还较少、污染物的种类和累计规律资料缺乏，系统的防治公路径流污染理论尚未形成，工程实际应用较少。

在努力建设黄河流域生态保护和高质量发展先行区的发展思路下，适当超前开展公路径流污染防治措施的基础研究是非常必要的，应根据区域气候的特殊性，提出切实可行的防治措施。随着国家对生态保护的逐渐重视，路面径流污染的危害性和严重性将会越来越突出，研究公路径流污染控制措施将成为道路工作者及环境保护工作者未来共同的一项重要任务。