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象，分析了徑流的水質特性和污染物流出規律，并從有效去除主要污染物的角度，考慮在排水系統中采用人工濕地處理技術。利用人工濕地ｋ－Ｃ*模型以及相關經驗獲得人工濕地的參數，其基本模式為人工濕地位于公路兩側，分別收集、處理公路兩邊路面徑流污水，以１ ｋｍ長路段為一個雨水收集單位，單側濕地面積１９１．６ ｍ２，平均水深０．５ ｍ，濕地寬度８ ｍ，長度２４ ｍ。

關鍵詞：路面徑流；徑流污染；人工濕地；污水凈化；濱海公路

中圖分類號：Ｘ５２２文獻標識碼：Ａ文章編號：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

隨著國內交通事業的發展，公路通車里程不斷增加，頻繁的交通活動使得路面徑流污染越發嚴重。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，形成徑流后對路面進行沖洗，帶走路面上由于車輛的通行而形成的大量重金屬、碳氫化合物、橡膠和燃油等污染物質。同時，車輛運輸時灑、冒、滴、漏的有害物質，在水淋洗作用下排入農田或受納水體，造成生態環境質量的下降［１］。

以遼寧濱海公路為研究對象，分析公路路面徑流污染特性，在排水系統中采用人工濕地處理技術。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所，最大程度地恢復路域的生態功能。

１研究區概況

遼寧濱海公路是遼寧省“五點一線”戰略規劃中的“一線”，是拉動遼寧沿海經濟帶發展的交通樞紐，同時被譽為中國最長的沿海公路［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個地級市和７個縣級市，全長１ ４４３ ｋｍ［３］。

公路沿線海拔高度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公路標準，路基寬度以 １０、１２、１５ ｍ為主［３］。經初步調查，濱海公路沿線是耕地的長度為３０６ ｋｍ，占全長的２６．６％（遼寧濱海公路除去盤錦濕地繞行路段和大連市內部分未建設路段，總長度按１ １５３ ｋｍ計）；全線跨越大小入海河流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查

于２０１２年６～８月對遼寧濱海公路全線路面徑流進行取樣監測。約每隔５０ ｋｍ設１個取樣點，共設樣點２０個（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，因此在路沿石內側截留的雨水徑流、邊坡急流槽內或者排水邊溝內獲取樣品。

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

２．２人工濕地幾何參數計算

濕地主要通過水生植物吸收、固定和轉化水中的污染物質，從而凈化水體。若要使水中的每一個污染物達標，所需濕地的面積就必須增加。濕地的面積應為各污染物達標所需的最大面積。基于人工濕地ｋ－Ｃ*模型［７］獲得的計算公式如下：

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為一級反應速率常數（ｍ／年）；Ｃｉ為進水濃度（ｍｇ／Ｌ）；Ｃe為出水濃度（ｍｇ／Ｌ）；Ｃ*為背景值（ｍｇ／Ｌ）。

假設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算［８］：

Ｑ＝ｑΨＦ（2）

式中，Ｑ為雨水流量（Ｌ／ｓ）；ｑ為設計暴雨強度［Ｌ／（ｓ·ｈｍ２）］；Ψ為徑流系數；Ｆ為匯水面積（ｈｍ２）。此次設計暴雨強度ｑ采用營口市暴雨強度公式進行計算［９］：

ｑ＝■ （3）

式中，Ｐ為暴雨重現期，取１年；ｔ為設計降雨歷時，主要為路面集水時間，經驗值取１０ ｍｉｎ。

３結果與分析

３．１遼寧濱海公路路面徑流污染特性分析

３．１．１水質特性監測到最典型的降雨事件發生于７月９日的營口段（樣點７），其降雨強度接近遼寧沿海夏季暴雨平均強度，實測水質變化過程數據列于表２。

由于遼寧沿海擁有大量的水產養殖區，部分海水水質應符合二類海水水質（《海水水質標準（ＧＢ ３０９７－１９９７）》），因此排入二類海水海域的污水應執行《污水綜合排放標準ＧＢ ８９７８－１９９６》的Ⅰ級標準和《地表水環境質量標準（ＧＢ ３８３８－２００２）》中的Ⅲ類標準（表３）。

將監測結果與水質標準進行對比，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、ＢＯＤ５、ＴＰ污染情況次之。ＢＯＤ５與ＣＯＤ比值為０．１２，可見徑流的可生物降解性差，不適合用生物處理方法處理。此外，從全線多次的監測結果上看，路面徑流污水中污染指標在不同地區以及不同監測時間的變化都很大，這與交通量、降雨前晴天天數、降雨狀況、集雨路段長度等有關。

３．１．２污染指標出流規律根據表２數據繪制污染指標出流變化過程曲線，分析不同類型污染指標的出流規律。從圖２可以看出，在形成徑流2０ ｍｉｎ時污染指標較高，隨后污染指標呈逐漸降低趨勢，說明路面徑流初期帶走污染物效應顯著。可見，只要將初期雨水進行處理即可實現凈化水體的目的。

３．２人工濕地模式

３．２．１濕地類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，可充分利用內部填料、植物根系及其表面生長的生物膜的生物、物理、化學等各類作用的協同作用，其優點是污染負荷和水力負荷承受能力強，不產生異味，處理效果受氣候的影響小［１０］，缺點是構造較復雜、投資高、運行管理要求較高。而表面流人工濕地是污水在濕地的土壤表層流動，水中有機物的去除是由植物水下莖稈上的生物膜來完成，而懸浮顆粒物則依靠植物根、莖的截流作用而捕集。其最主要的優點是能夠有效去除固體懸浮物，此外還有投資低、運行成本低、管理維護簡單等優點，缺點是處理負荷小，夏季可能會孳生蚊蠅，產生異味［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較輕，公路遠離聚居敏感點，不必擔心蚊蠅的孳生，公路里程較長管理維護不便，濱海地區地下水位較高，適合建設與濱海濕地最為接近的表面流人工濕地。

３．２．２幾何參數設計人工濕地位于公路兩側，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計算， 則單側路面匯水面積Ｆ＝０．６ ｈｍ２，再由公式③可得到營口市最大暴雨強度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。

以凈化徑流主要污染物固體懸浮物為例，初期雨水（前３０ ｍｉｎ）徑流固體懸浮物平均濃度為２２８ ｍｇ／Ｌ，按照相關標準，固體懸浮物的出水濃度應達到７０ ｍｇ／Ｌ。根據公式①求得濕地的表面積Ａｓ為１９１．６ ｍ２，

以上計算過程相關參數列于表４。

人工濕地水深一般不超過０．６ ｍ，設計中取平均水深ｈ＝０．５ ｍ；為有效去除ＳＳ，目前普遍認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*模型的基本模式見圖３。

３．２．３植物的選擇人工濕地宜與道路綠化相結合，就地吸附、降解路面雨水污染物，減少道路交通對環境的危害［１２］。濕地植物的選擇在滿足凈化能力的同時，應以本地植物為主。因此在設計中優先選擇蘆葦、香蒲、菖蒲、鳳眼蓮、美人蕉等；此外，也可根據公路各段落的自然條件模擬當地濕地和水域沿岸淺水區的群落類型進行種植，形成挺水、浮水、沉水植物錯落有致的人工濕地系統（表５）。

４結論與討論

從遼寧濱海公路路面徑流的水質特性與管理維護方面考慮，表面流人工濕地是有效且相對合理的選擇；從污染物流出規律上考慮，只要凈化初期（３０ ｍｉｎ）徑流內的污染物，即可實現凈化水體的目的，在此基礎上，利用人工濕地ｋ－Ｃ*模型計算出所需濕地的面積，并依據相關經驗獲得遼寧濱海公路人工濕地相關參數，其基本模式為人工濕地位于公路兩側，分別收集、處理路面兩邊徑流污水，以１ ｋｍ長路段為一個雨水收集單位，單側濕地面積１９１．６ ｍ２，平均水深０．５ ｍ，濕地寬度８ ｍ，長度２４ ｍ。

由于無動力要求，本模式不設置雨水調節池，所收集雨水僅依靠重力，直接進入人工濕地系統。由于不同土壤滲濾介質對ＳＳ的去除效果無顯著差別［１３］，一般可選用自然土壤加礫石、粗沙或灰渣為基質。為保證進出水通暢，床底設置１％坡度。

由于遼寧濱海公路跨越不同地理區域，沿線各地區采用的濕地模式應結合當地實際情況進行調整。除徑流雨水中主要污染物質有所不同以外，重點是由于降水量的不同而引起的徑流污水流量的變化。在遵循上述設計思路的前提下，結合道路周邊用地情況，通過調整單個濕地之間的距離（相當于調整路面雨水的收集面積）來調整濕地面積。

參考文獻：

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

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

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

［４］ 劉偉玲，朱京海，胡遠滿，等．遼寧濱海公路建設對沿線生態系統的影響［Ｊ］．環境保護科學，２００８，３４（３）：８２－８５．

［５］ 郭軍，任國玉，李明財．近４７年環渤海地區不同級別降水事件變化［Ｊ］．地理研究，２０１０，２９（１２）：２２７１－２２８０．

［６］ ＧＢ ３８３８—２００２，地表水環境質量標準［Ｓ］．

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

［８］ ＧＢ ５００１４—２００６，室外排水設計規范［Ｓ］．

［９］ 劉穎，趙秋陽，周榮劍．營口市城市暴雨強度公式研究與應用［Ｊ］．沈陽大學學報，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二級出水的處理效果［Ｊ］．湖北農業科學，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用［Ｊ］．黑龍江交通科技，２０１１（１０）：３１－３２．

［１２］ 姚忠勇，殷利華，萬敏．武漢黃土公路綠化景觀生態對策初探［Ｊ］．湖北農業科學，２０１２，５１（１）：９０－９３．

［１３］ 聶發輝，向速林，閔露艷，等．不同滲濾介質系統處理雨水徑流模擬試驗研究［Ｊ］．湖北農業科學，２０１２，５１（２３）：５３１８－５３２３．

由于遼寧沿海擁有大量的水產養殖區，部分海水水質應符合二類海水水質（《海水水質標準（ＧＢ ３０９７－１９９７）》），因此排入二類海水海域的污水應執行《污水綜合排放標準ＧＢ ８９７８－１９９６》的Ⅰ級標準和《地表水環境質量標準（ＧＢ ３８３８－２００２）》中的Ⅲ類標準（表３）。

將監測結果與水質標準進行對比，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、ＢＯＤ５、ＴＰ污染情況次之。ＢＯＤ５與ＣＯＤ比值為０．１２，可見徑流的可生物降解性差，不適合用生物處理方法處理。此外，從全線多次的監測結果上看，路面徑流污水中污染指標在不同地區以及不同監測時間的變化都很大，這與交通量、降雨前晴天天數、降雨狀況、集雨路段長度等有關。

３．１．２污染指標出流規律根據表２數據繪制污染指標出流變化過程曲線，分析不同類型污染指標的出流規律。從圖２可以看出，在形成徑流2０ ｍｉｎ時污染指標較高，隨后污染指標呈逐漸降低趨勢，說明路面徑流初期帶走污染物效應顯著。可見，只要將初期雨水進行處理即可實現凈化水體的目的。

３．２人工濕地模式

３．２．１濕地類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，可充分利用內部填料、植物根系及其表面生長的生物膜的生物、物理、化學等各類作用的協同作用，其優點是污染負荷和水力負荷承受能力強，不產生異味，處理效果受氣候的影響小［１０］，缺點是構造較復雜、投資高、運行管理要求較高。而表面流人工濕地是污水在濕地的土壤表層流動，水中有機物的去除是由植物水下莖稈上的生物膜來完成，而懸浮顆粒物則依靠植物根、莖的截流作用而捕集。其最主要的優點是能夠有效去除固體懸浮物，此外還有投資低、運行成本低、管理維護簡單等優點，缺點是處理負荷小，夏季可能會孳生蚊蠅，產生異味［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較輕，公路遠離聚居敏感點，不必擔心蚊蠅的孳生，公路里程較長管理維護不便，濱海地區地下水位較高，適合建設與濱海濕地最為接近的表面流人工濕地。

３．２．２幾何參數設計人工濕地位于公路兩側，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計算， 則單側路面匯水面積Ｆ＝０．６ ｈｍ２，再由公式③可得到營口市最大暴雨強度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。

以凈化徑流主要污染物固體懸浮物為例，初期雨水（前３０ ｍｉｎ）徑流固體懸浮物平均濃度為２２８ ｍｇ／Ｌ，按照相關標準，固體懸浮物的出水濃度應達到７０ ｍｇ／Ｌ。根據公式①求得濕地的表面積Ａｓ為１９１．６ ｍ２，

以上計算過程相關參數列于表４。

人工濕地水深一般不超過０．６ ｍ，設計中取平均水深ｈ＝０．５ ｍ；為有效去除ＳＳ，目前普遍認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*模型的基本模式見圖３。

３．２．３植物的選擇人工濕地宜與道路綠化相結合，就地吸附、降解路面雨水污染物，減少道路交通對環境的危害［１２］。濕地植物的選擇在滿足凈化能力的同時，應以本地植物為主。因此在設計中優先選擇蘆葦、香蒲、菖蒲、鳳眼蓮、美人蕉等；此外，也可根據公路各段落的自然條件模擬當地濕地和水域沿岸淺水區的群落類型進行種植，形成挺水、浮水、沉水植物錯落有致的人工濕地系統（表５）。

４結論與討論

從遼寧濱海公路路面徑流的水質特性與管理維護方面考慮，表面流人工濕地是有效且相對合理的選擇；從污染物流出規律上考慮，只要凈化初期（３０ ｍｉｎ）徑流內的污染物，即可實現凈化水體的目的，在此基礎上，利用人工濕地ｋ－Ｃ*模型計算出所需濕地的面積，并依據相關經驗獲得遼寧濱海公路人工濕地相關參數，其基本模式為人工濕地位于公路兩側，分別收集、處理路面兩邊徑流污水，以１ ｋｍ長路段為一個雨水收集單位，單側濕地面積１９１．６ ｍ２，平均水深０．５ ｍ，濕地寬度８ ｍ，長度２４ ｍ。

由于無動力要求，本模式不設置雨水調節池，所收集雨水僅依靠重力，直接進入人工濕地系統。由于不同土壤滲濾介質對ＳＳ的去除效果無顯著差別［１３］，一般可選用自然土壤加礫石、粗沙或灰渣為基質。為保證進出水通暢，床底設置１％坡度。

由于遼寧濱海公路跨越不同地理區域，沿線各地區采用的濕地模式應結合當地實際情況進行調整。除徑流雨水中主要污染物質有所不同以外，重點是由于降水量的不同而引起的徑流污水流量的變化。在遵循上述設計思路的前提下，結合道路周邊用地情況，通過調整單個濕地之間的距離（相當于調整路面雨水的收集面積）來調整濕地面積。

參考文獻：

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

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［８］ ＧＢ ５００１４—２００６，室外排水設計規范［Ｓ］．

［９］ 劉穎，趙秋陽，周榮劍．營口市城市暴雨強度公式研究與應用［Ｊ］．沈陽大學學報，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二級出水的處理效果［Ｊ］．湖北農業科學，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用［Ｊ］．黑龍江交通科技，２０１１（１０）：３１－３２．

［１２］ 姚忠勇，殷利華，萬敏．武漢黃土公路綠化景觀生態對策初探［Ｊ］．湖北農業科學，２０１２，５１（１）：９０－９３．

［１３］ 聶發輝，向速林，閔露艷，等．不同滲濾介質系統處理雨水徑流模擬試驗研究［Ｊ］．湖北農業科學，２０１２，５１（２３）：５３１８－５３２３．

由于遼寧沿海擁有大量的水產養殖區，部分海水水質應符合二類海水水質（《海水水質標準（ＧＢ ３０９７－１９９７）》），因此排入二類海水海域的污水應執行《污水綜合排放標準ＧＢ ８９７８－１９９６》的Ⅰ級標準和《地表水環境質量標準（ＧＢ ３８３８－２００２）》中的Ⅲ類標準（表３）。

將監測結果與水質標準進行對比，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、ＢＯＤ５、ＴＰ污染情況次之。ＢＯＤ５與ＣＯＤ比值為０．１２，可見徑流的可生物降解性差，不適合用生物處理方法處理。此外，從全線多次的監測結果上看，路面徑流污水中污染指標在不同地區以及不同監測時間的變化都很大，這與交通量、降雨前晴天天數、降雨狀況、集雨路段長度等有關。

３．１．２污染指標出流規律根據表２數據繪制污染指標出流變化過程曲線，分析不同類型污染指標的出流規律。從圖２可以看出，在形成徑流2０ ｍｉｎ時污染指標較高，隨后污染指標呈逐漸降低趨勢，說明路面徑流初期帶走污染物效應顯著。可見，只要將初期雨水進行處理即可實現凈化水體的目的。

３．２人工濕地模式

３．２．１濕地類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，可充分利用內部填料、植物根系及其表面生長的生物膜的生物、物理、化學等各類作用的協同作用，其優點是污染負荷和水力負荷承受能力強，不產生異味，處理效果受氣候的影響小［１０］，缺點是構造較復雜、投資高、運行管理要求較高。而表面流人工濕地是污水在濕地的土壤表層流動，水中有機物的去除是由植物水下莖稈上的生物膜來完成，而懸浮顆粒物則依靠植物根、莖的截流作用而捕集。其最主要的優點是能夠有效去除固體懸浮物，此外還有投資低、運行成本低、管理維護簡單等優點，缺點是處理負荷小，夏季可能會孳生蚊蠅，產生異味［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較輕，公路遠離聚居敏感點，不必擔心蚊蠅的孳生，公路里程較長管理維護不便，濱海地區地下水位較高，適合建設與濱海濕地最為接近的表面流人工濕地。

３．２．２幾何參數設計人工濕地位于公路兩側，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計算， 則單側路面匯水面積Ｆ＝０．６ ｈｍ２，再由公式③可得到營口市最大暴雨強度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。

以凈化徑流主要污染物固體懸浮物為例，初期雨水（前３０ ｍｉｎ）徑流固體懸浮物平均濃度為２２８ ｍｇ／Ｌ，按照相關標準，固體懸浮物的出水濃度應達到７０ ｍｇ／Ｌ。根據公式①求得濕地的表面積Ａｓ為１９１．６ ｍ２，

以上計算過程相關參數列于表４。

人工濕地水深一般不超過０．６ ｍ，設計中取平均水深ｈ＝０．５ ｍ；為有效去除ＳＳ，目前普遍認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*模型的基本模式見圖３。

３．２．３植物的選擇人工濕地宜與道路綠化相結合，就地吸附、降解路面雨水污染物，減少道路交通對環境的危害［１２］。濕地植物的選擇在滿足凈化能力的同時，應以本地植物為主。因此在設計中優先選擇蘆葦、香蒲、菖蒲、鳳眼蓮、美人蕉等；此外，也可根據公路各段落的自然條件模擬當地濕地和水域沿岸淺水區的群落類型進行種植，形成挺水、浮水、沉水植物錯落有致的人工濕地系統（表５）。

４結論與討論

從遼寧濱海公路路面徑流的水質特性與管理維護方面考慮，表面流人工濕地是有效且相對合理的選擇；從污染物流出規律上考慮，只要凈化初期（３０ ｍｉｎ）徑流內的污染物，即可實現凈化水體的目的，在此基礎上，利用人工濕地ｋ－Ｃ*模型計算出所需濕地的面積，并依據相關經驗獲得遼寧濱海公路人工濕地相關參數，其基本模式為人工濕地位于公路兩側，分別收集、處理路面兩邊徑流污水，以１ ｋｍ長路段為一個雨水收集單位，單側濕地面積１９１．６ ｍ２，平均水深０．５ ｍ，濕地寬度８ ｍ，長度２４ ｍ。

由于無動力要求，本模式不設置雨水調節池，所收集雨水僅依靠重力，直接進入人工濕地系統。由于不同土壤滲濾介質對ＳＳ的去除效果無顯著差別［１３］，一般可選用自然土壤加礫石、粗沙或灰渣為基質。為保證進出水通暢，床底設置１％坡度。

由于遼寧濱海公路跨越不同地理區域，沿線各地區采用的濕地模式應結合當地實際情況進行調整。除徑流雨水中主要污染物質有所不同以外，重點是由于降水量的不同而引起的徑流污水流量的變化。在遵循上述設計思路的前提下，結合道路周邊用地情況，通過調整單個濕地之間的距離（相當于調整路面雨水的收集面積）來調整濕地面積。

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