随着城市化进程的加速，水环境污染问题已成为国内外学者讨论的热点问题。城市非点源污染成为制约城市可持续发展的重要组成部分，城市建设中不透水面的迅速增加，从而加速了雨水地表径流的产生过程。降雨发生时，经由大气沉降、工业区排放的粉尘和有害气体、道路交通造成的扬尘和汽车尾气等方式累积的地表污染物通过降雨径流等传输途径在地表迁移，从而给城市水环境带来负面效应。本论文以乌鲁木齐市为例，选取了3种不同等级的道路路面雨水径流中的Pb、Cu、Zn、Cd4种元素进行了取样监测，探讨了路面径流中重金属元素的浓度变化、平均质量浓度的空间变化及重金属元素间的关系。结果表明：3个采样点重金属浓度均在5-15分钟时达到高峰，随着降雨和径流的延续，浓度也逐渐降低。3个采样点中Zn、Cu、Pb的质量浓度较高，而Cd的浓度最小。其中城市交通密集区路面径流重金属浓度最高，支路路面重金属的含量相对较低。乌鲁木齐市路面径流中重金属污染水平高于其它城市，反映出乌鲁木齐市在道路路面环境维护和管理上与其它城市的差距。通过分析乌鲁木齐市不同不透水面降雨径流径流中Pb、Cu、Zn、Cd和Ni5种重金属污染物特征，结果表明不同不透水面初期冲刷现象都比较明显，在径流的初始阶段，重金属元素的浓度随着降雨量和径流的变化会出现峰值，然后持续下降，在采样的结束阶段，重金属元素的浓度增加或趋于平衡。降雨量、平均降雨强度、降雨历时及晴天累积数对不透水面重金属元素浓度变化有一定的影响；对比国家地表水环境质量，不透水面中重金属元素Pb、Cu、Zn都有不同程度的超标，3种不同不透水面中，道路的重金属污染是最高的，停车场次之。乌鲁木齐市降雨径流中重金属元素之间相关性明显，这与重金属污染物具有同源性有一定的关系。通过人工实验方式，得出了重金属污染与城市化进程中频繁的交通活动以及不透水面地表污染物的沉积有很大的关系。鉴于分析研究结果，对于城市非点源污染的控制的管理给出了提高城市交通清洁率、控制雨水径流系数、使用低污染性的防水材料、加强环保意识的对策建议，以期为城市地表雨水径流污染物的控制和改善城市水环境方面提供一定的帮助。