在对南京机场高速公路令桥段2008年2月～2009年2月15场降雨事件初期路面径流进行自由沉降试验的基础上，考察了自由沉降过程中Cu、Zn、Cd、Pb 4种重金属的去除率随时间的变化特征。同时，重点分析了重金属去除与截留沉速和悬浮固体（SS）去除的关系，并探讨了降雨特征和径流pH值对重金属去除特性的影响。结果表明，沉降开始30min内Cu、Zn、Cd、Pb去除率增长迅速，30min去除率均占2h总去除率的60%以上。Pb的2h平均去除率最高，可达25.62%，Cu、Cd和Zn的2h平均去除率分别为21.20%、19.97%和19.10%。同一重金属的沉降去除率每提高10%，截留沉速范围及上限值减少5倍左右。截留沉速相同时，Pb的去除效果最好，Cd、Cu、Zn的去除效果相差不大。SS与Cu、Zn、Cd、Pb沉降去除率之间的相关性存在差异，Pb多数以颗粒态形式存在，因而SS与Pb沉降去除率相关系数最大，其相关系数为0. 8126（p=0.0002）；SS与Cd、Cu、Zn沉降去除率的相关系数分别为0. 6871、0.6804、0.7653。路面径流pH值对重金属去除特性的影响显著，与4种重金属沉降去除率均呈正相关，且与Zn、Cd、Pb的相关系数均大于0.5；Zn主要以溶解态形式存在，因而Zn沉降去除率受pH值影响最明显，两者在0.05水平上显著相关（p=0.029）。