成都市區道路沖洗水徑流污染特征研究

關鍵詞：道路沖洗水；徑流；污染特征；成都市

前言

隨著中國城鎮化不斷推進，城市經濟的繁榮和人口的增長使得道路交通快速發展，同時也帶來了城市面源污染。機動車尾氣、餐飲油煙和土壤源揚塵中的大量顆粒物、重金屬、營養物質和油脂等污染物在路面上積累，又在地表徑流作用下遷移至水環境中，導致水體水質惡化（重金屬污染、富營養化）、水環境生態破壞等一系列問題。因此對道路徑流污染開展研究具有重要意義。

以往研究大部分集中在降雨徑流上，對道路沖洗水徑流的研究不足。城市道路沖洗水具有間隙性排水、水質組分復雜、分布不均等特點，且與降雨徑流存在一定的相似性，會將一部分地表污染物通過城市管網帶人地表水體中。為了解道路沖洗水的污染特征，文章以成都市主城區為研究區域，通過對不同功能區道路沖洗水進行采樣分析，探討不同功能區道路沖洗水的污染特征，并利用相關性分析和主成分分析等統計分析方法研究其污染源，為成都市道路沖洗水徑流污染的控制提供科學依據。

1研究區概況

成都市地處四川盆地西部、青藏高原東緣，地勢由西北向東南傾斜，以深丘和山地為主，屬亞熱帶季風氣候，具有春早、夏熱、秋涼、冬暖的氣候特點。年平均溫度為15.5℃～18.2℃，年總降水量為829.4～1784.3mm。

2材料與方法

2.1采樣點布設

此次研究范圍為成都市主城區，城市道路可分為特級、一級、二級和三級道路。特級道路為城市主干道，臨街業態多為交通區；一級為城市主干道及次干道，臨街業態較為復雜；二級道路多為次干路及支路，臨街業態主要為生活區、商業區和餐飲區。根據《環境衛生設施設置標準》（CJJ27-2012），道路可分為商業型、生活型和交通型路段。為了探究除機動車以外的人類活動對道路沖洗水水質的影響，此次采樣還選取了餐飲型路段，考慮到以上道路類型的主要特點并結合現場踏勘情況，采樣點具體信息見表1。

2.2樣品采集

2022年3月-8月在采樣道路兩側采集沖洗水樣品。每間隔30m在雨水蓖處采集（雨水井間隔約為30m），于30m、60m、90m共6個雨水蓖處分別采集樣品組成1個混合樣品。采樣結束后，將樣品帶回實驗室后于4℃保存并在24h內完成檢測。此研究使用自來水沖洗道路，道路沖洗水水質應符合《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）。

此研究主要水質分析指標為pH、COD、SS、TN、TP、NH3-N、動植物油類和Pb等，分析方法按照國家水質分析標準方法或《水和廢水監測分析方法（第四版）》進行測定。

2.3數據分析

2.3.1相關性分析

相關性分析是研究和分析不同隨機變量之間相關關系的一種統計方法。根據研究區道路沖洗水水質數據特點，采用Spearman相關性分析。

2.3.2主成分分析

主成分分析運用降維的思想將原始變量變換為一組各維度線性無關且包含大部分信息的綜合變量，可避免變量反映的信息相互重疊。主成分能夠可以反映主要的污染信息，從而分析出污染來源。

3結果與討論

3.1不同功能區道路沖洗水污染特征分析

成都市道路沖洗水COD、TN基本超過地表水V類水質（gt;93.5%），TP超過地表水V類水質的頻次為72.7%，NH3-N和Pb超過地表水III類水質的頻次分別為60.6%和28.6%。交通型、生活型、餐飲型和商業型四種功能區道路沖洗水污染物濃度的中位值較為接近，經Kruskal-Wallis差異性檢驗不同功能區道路沖洗水COD、SS、TN、TP和NH3-N的顯著性均大于0.05，即四種功能區道路沖洗水差異性不顯著。

如圖1和圖2所示，交通型道路沖洗水中COD和Pb等污染物較重，這是因為COD主要來源于大氣沉降、交通工具燃料的泄露和餐飲活動等產生的有機物，Pb主要來源于交通工具燃料泄露，輪胎、路面的磨損以及機動車尾氣等，因此車流量較大的交通型道路沖洗水中COD和Pb含量較高；生活型道路沖洗水中NH3-N和動植物油等污染物較高，餐飲型道路沖洗水中的SS、TP、TN和動植物油等污染物較高，商業型道路沖洗水中SS、TN、NH3-N、Pb等污染較為嚴重，這是因為TP、TN、NH3-N主要來源于大氣沉降、土壤和餐飲廢水等，TN還來源于機動車尾氣。

COD、SS的波動范圍表現為餐飲型gt;商業型gt;生活型gt;交通型，而TN、TP和NH3-N的波動范圍表現為商業型gt;餐飲型gt;生活型gt;交通型，這是由于餐飲型和商業型道路受除機動車以外的人類活動干擾較大。此研究中COD、SS、TN、TP等污染物濃度低于張光岳等人于2008年成都市降雨徑流污染物研究中報告的濃度，而COD、SS、TN、TP、Pb等與王以堯等人于2018年成都市降雨徑流污染物研究報告的濃度相差不大。

3.2道路沖洗水徑流污染物相關性分析

城市道路沖洗水徑流污染指標眾多，污染源復雜，加大了源解析和污染控制的難度。為了更好地分析道路沖洗水的污染源，對8種污染指標進行相關性分析，結果如表2所示。COD、SS、TN、TP和NH3-N之間呈顯著相關關系，相關系數范圍為0.46～0.78，表明這5種污染物可能具有相似的來源途徑。而Pb與其他污染物的相關性都不顯著，說明Pb可能有其他的污染來源。

3.3不同功能區道路沖洗水主成分分析

采用Origin2021對道路沖洗水徑流水質數據進行主成分分析。KMO檢驗統計量為0.668；Bartlett球形度檢驗值為0.000，表明變量間存在相互關系，不相互獨立，滿足主成分分析的要求。8種污染物所代表的全部信息可用2個主成分表示，特征值分別為4.091、1.264，即代表5.355個變量，累計貢獻率為66.941%。

主成分分析結果如表3和圖3所示，第一主成分解釋了51.150%的總方差貢獻值，表明第一主成分對道路沖洗水水質的影響最大。COD、TN、TP、SS和NH3-N等在第一主成分上具有較高的載荷，其中，除了pH和Pb，其他污染物的載荷值為正值，表明第一主成分值越大，這些污染物的污染程度越高，且主要來源于大氣沉降、餐飲活動和機動車尾氣等。第二主成分的貢獻率為15.801%，Pb、SS等具有較高的載荷且為正相關，表明主要來源于機動車。

從圖3中可以看出，交通型道路沖洗水樣品主要與Pb矢量同方向，餐飲型和商業型道路沖洗水樣品主要與COD、TN、TP的矢量具有相同的方向，而生活型道路沖洗水樣品與所有的矢量方向相反。這些結果表明，交通型和生活型道路沖洗水徑流污染程度較輕，且交通型道路沖洗水中包含了最高濃度的Pb。餐飲型和商業型道路沖洗水徑流污染程度較重，其中包含了較高濃度的COD、TN、TP。因此，在道路沖洗水污染控制過程中，需要重點關注餐飲型和商業型的污染狀況。

4結論

成都市交通型、生活型、餐飲型和商業型四種不同功能區道路沖洗水污染物濃度的中位值較為接近，通過差異性檢驗顯示四種不同功能區道路沖洗水中的COD、SS、TN、TP和NH3 -N未有顯著差異性，表明污染源相似。相關性分析也證明了這一點，它們主要來源于大氣沉降、餐飲活動等。但是Pb與COD、SS、TN、TP、NH3-N等污染物的相關性都不顯著，表明Pb主要來源于機動車。主成分分析結果表明交通型和生活型道路沖洗水總體污染程度較輕，但交通型道路沖洗水中Pb污染較重。餐飲型和商業型道路沖洗水總體污染程度較重，主要受除機動車以外的人類活動干擾較大。因此需要加強環衛清掃保潔工作的管理，開展對道路徑流污染控制系統的研究，以減輕道路徑流污染對成都市水環境的影響。