芜湖市区道路径流重金属污染规律研究

论文摘要

城市化的高速发展使得道路面积迅速增加,形成了不同于自然地表的“城市第二自然格局”,对地表水文过程产生了深刻的影响。道路是城市汇水面的重要组成部分,也是城市受纳水体非点源污染的主要污染源之一,道路雨水径流污染问题日益引起人们的重视。道路表面尤其是交通活动频繁的城市道路表面,能够通过汽车尾气排放、轮胎和道路磨损以及油类渗漏等累积大量的重金属等有毒污染物质。由于城市道路的高度不透水性,这些污染物质在降雨期间会被道路雨水径流溶解、冲刷并通过城市排水管网迁移进入水体,对受纳水体的水质造成明显的破坏,并通过直接和间接途径危害人身体健康。本文选取芜湖市区主要道路为研究对象,对道路雨水径流中重金属和一些水质特性进行了研究,以期为城市非点源污染的治理和决策提供依据,具有一定的理论和现实意义。本文选取芜湖市区某公司（工业区）、火车站（交通区）、步行街（商业区）、南瑞新城（居民区）、安师大南校区（文教区）为研究对象,初步分析了道路雨水径流中的pH、SS、COD、P和重金属（Zn、Pb、Cd、Cu、Cr、Ni、Mn、V）等水质特性,重点对雨水径流中重金属的出流规律,事件平均浓度（EMC）以及初期效应进行了研究,并对道路径流重金属污染提出治理建议,主要结论如下:（1）火车站七次降雨事件中pH平均值范围为7.35-7.52,径流水体成略碱性;SS的范围为21-2450mg/L,COD的范围为36-932mg/L,总磷和溶解磷的均低于《地表水环境质量标准》II类标准,总体而言,火车站道路径流中SS和COD污染严重,P无污染。（2）不同降雨强度下重金属的出流规律不同:平均雨强较小的降雨事件中,总重金属和颗粒态重金属出流规律相似,径流初期浓度较低,经短时间波动达到峰值,随后迅速降低并维持在一定水平;溶解态与其正好相反;平均雨强中等的降雨事件中,总重金属的出流规律为初期污染物浓度高,经一定波动达到峰值,随后迅速降低并处于较低水平,后期浓度基本无变化;平均雨强较大的降雨事件中,总量和颗粒态重金属出流相似,均是初期便达到最大值,然后迅速降低,小波动后浓度趋于稳定,部分金属有小幅上升的趋势,但仍处于较低水平;部分溶解态重金属出流规律与总量相似,其余元素表现出近似近似正态分布曲线的出流规律。（3）7场降雨事件中,Zn、Pb、Cd、Cu、Cr、Ni、Mn和V的EMC变化范围分别为0.26-1.17mg/L、0.06-0.36 mg/L、2.12-6.39 ug/L、0.052-0.469 mg/L、0.034-0.162 mg/L、14-59 ug/L、0.24-1.20 mg/L、24.1-99.5 ug/L,其中Pb和Cr污染严重。不同功能区重金属EMC分布大小顺序:Zn为:交通区>工业区>居民区>商业区>文教区,其余七种元素均为:交通区>工业区>居民区>文教区>商业区。（4）七次降雨事件初期效应的定性分析中,除2010-04-11和2010-05-21两次事件外,其余五次降雨事件径流初期总量和颗粒态重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Cr、Ni、Mn、V的m′（t）- V′（t）曲线均位于角分线的上方,存在较显著初期效应,且总重金属与颗粒态重金属的冲刷特性相同;2010-04-11、2010-05-16、2010-06-08和2010-07-02四次降雨事件溶解态重金属存在较显著的初期效应,2010-04-14次降雨所有溶解态元素不存在初期效应,2010-05-21和2010-09-10降雨事件部分溶解态重金属存在初期效应。（5）七场降雨事件初期效应定量分析中,总量、溶解态和颗粒态重金属的EF25平均值范围为1.17-1.67,所有降雨事件的EF25值均大于1。初期冲刷比值分析结果表明:拦截并处理径流初期的25%（体积分数）流量可去除整个事件中所排放的36%-42%（质量分数）的总重金属污染负荷。总重金属初期效应显著水平顺序为:Zn>Cu>Pb =Ni=Mn>Cd >V >Cr;溶解态重金属初期效应显著水平顺序为:Mn>Cu>Zn>Ni>Cr>Pb>Cd>V;颗粒态重金属初期效应显著水平顺序为:Zn>Cu=Ni >Pb>Cd=V>Mn>Cr。（6）重金属初期冲刷比值与降雨特征相关分析表明,降雨量对径流总重金属和溶解态重金属污染负荷初期效应影响较显著,其他降雨特征影响较小;降雨量、前晴天数和平均雨强对颗粒态重金属污染负荷初期效应影响较显著。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 国外研究进展
• 1.2.2 国内研究进展
• 1.3 本论文研究内容与技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第二章 研究区概况和研究方法
• 2.1 研究区概况
• 2.1.1 自然概况
• 2.1.2 社会经济概况
• 2.1.3 气候和环境
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 样点布设
• 2.2.2 采样方法
• 2.2.3 样品分析处理方法
• 第三章 道路径流水质特性及重金属出流规律
• 3.1 降雨特征
• 3.2 道路径流水质特性研究
• 3.2.1 不同降雨事件道路径流水质特性
• 3.2.2 典型降雨事件不同功能区水质特性
• 3.2.3 不同功能区径流水体重金属分布
• 3.3 重金属出流规律
• 3.3.1 不同降雨强度下重金属出流规律
• 3.3.2 不同功能区重金属出流特性比较
• 3.4 道路径流主要污染指标相关性
• 第四章 道路径流水质指标事件平均浓度、初期效应及污染防治建议
• 4.1 道路径流事件平均浓度
• 4.1.1 事件平均浓度（EMC）定义
• 4.1.2 不同降雨事件径流重金属事件平均浓度
• 4.1.3 不同降雨事件径流其他水质事件平均浓度
• 4.1.4 不同功能区径流水质事件平均浓度
• 4.2 道路径流重金属初期效应研究
• 4.2.1 初期效应定义
• 4.2.2 初期效应判定方法
• 4.2.3 初期效应定性分析
• 4.2.4 初期效应定量分析
• 4.2.5 初期效应的显著程度
• 4.2.6 初期效应的影响因素
• 4.3 道路径流重金属污染控制建议
• 4.3.1 加强城市环境管理
• 4.3.2 合理设计和建造排水系统
• 4.3.3 优化道路排水系统
• 4.3.4 建造合理的湿地系统
• 第五章 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附:本人硕士阶段发表论文和科研项目