胡夢(mèng)嬌，王先兵，張 斌，盧 潔，謝小莉

（臺(tái)州學(xué)院 建筑工程學(xué)院，浙江 臺(tái)州 318000）

校園不同下墊面雨水徑流水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析

胡夢(mèng)嬌，王先兵，張 斌，盧 潔，謝小莉

（臺(tái)州學(xué)院 建筑工程學(xué)院，浙江 臺(tái)州 318000）

通過對(duì)校園內(nèi)不同下墊面雨水徑流進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析，數(shù)據(jù)顯示初期雨水徑流污染物濃度較高，隨著降雨持續(xù)，其濃度下降并趨于平穩(wěn)。結(jié)果表明，校園屋面雨水徑流水質(zhì)較校園道路好，雨水徑流中pH、電導(dǎo)率、BOD5、溶解氧、總余氯、氨氮、TP、度及嗅和味等指標(biāo)均符合"城市雜用水標(biāo)準(zhǔn)"要求，而SS、TN、濁度等指標(biāo)含量較高，超過該標(biāo)準(zhǔn)要求。

雨水徑流；水質(zhì)監(jiān)測(cè)；水質(zhì)分析

0 引言

臺(tái)州是一個(gè)水資源短缺的城市，合理利用雨水不僅可以緩解城市水資源短缺的壓力，又能有效改善水環(huán)境。因此，實(shí)現(xiàn)城市雨水資源化利用是改善城市生態(tài)環(huán)境的有效措施［1］。雨水徑流水質(zhì)能否滿足使用要求，其水質(zhì)狀況直接影響雨水利用途徑和成本，因此雨水水質(zhì)控制是現(xiàn)代城市雨水利用的重要組成部分和主要特征。

近年來國(guó)內(nèi)外對(duì)城市雨水水質(zhì)均有研究，如，加拿大［2］通過分析雨水徑流帶來的污染物的量和機(jī)理，研究了對(duì)接納水體水生生物和公眾健康的影響；美國(guó)EPA［3-4］于1983年就提出城市暴雨徑流的主要污染評(píng)價(jià)指標(biāo)；德國(guó)學(xué)者［2］將屋面雨水徑流與路面雨水徑流水質(zhì)進(jìn)行了區(qū)分，以便針對(duì)不同的水質(zhì)進(jìn)行處理和利用。而我國(guó)學(xué)者也對(duì)此進(jìn)行了一系列的研究，如車伍等［5］對(duì)北京城區(qū)雨水徑流進(jìn)行了分析，趙劍強(qiáng)等［6］針對(duì)各大城市路面探討了影響城市道路路面徑流污染物濃度變化的因素及各污染物因子之間的相互關(guān)系。以上研究多著重分析城市綜合的徑流水質(zhì)或單一下墊面下的徑流水質(zhì)，而對(duì)不同下墊面下的徑流水質(zhì)及控制措施分析較少。本文主要對(duì)臺(tái)州學(xué)院椒江校區(qū)不同下墊面不同情況采樣點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比性分析，對(duì)校區(qū)屋面雨水及路面雨水徑流水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，提出了相應(yīng)的雨水徑流污染防治對(duì)策，為建設(shè)生態(tài)校園提供了可靠數(shù)據(jù)，以期為城市雨水利用提供基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)基本情況

1.1 主要檢測(cè)指標(biāo)及實(shí)驗(yàn)儀器

1.1.1 監(jiān)測(cè)指標(biāo)

檢測(cè)項(xiàng)目選擇以“城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”［7］（以下簡(jiǎn)稱“標(biāo)準(zhǔn)”）為依據(jù)，根據(jù)國(guó)內(nèi)研究情況，確定11項(xiàng)。

表1 水質(zhì)主要測(cè)試指標(biāo)Table 1 Main testing indicators of water quality

1.1.2主要試驗(yàn)儀器（見表2）

表2 雨水水質(zhì)測(cè)試指標(biāo)所用主要儀器及設(shè)備型號(hào)Table 2 The main instruments and equipment used in the water quality testing

1.2 監(jiān)測(cè)采樣口設(shè)置

以臺(tái)州學(xué)院椒江校區(qū)作為試驗(yàn)區(qū)，該校區(qū)位于臺(tái)州市椒江區(qū)市府大道，校區(qū)內(nèi)有人工湖、教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓、辦公樓及學(xué)生宿舍等。根據(jù)校區(qū)功能區(qū)的不同，在學(xué)校設(shè)置了4個(gè)雨水徑流水質(zhì)采樣點(diǎn)，分別為教學(xué)樓屋頂、行政樓外路面、宿舍樓屋頂和食堂外路面，另外在實(shí)驗(yàn)樓外面的草坪上設(shè)置一個(gè)自記雨量計(jì)，作為5號(hào)采樣口，進(jìn)行降雨量計(jì)量統(tǒng)計(jì)。采樣口的具體位置及編號(hào)見圖1。

圖1 雨水監(jiān)測(cè)口總體分布Fig.1 The overall distribution of rainfall monitoring port

1.3 椒江校區(qū)2010年7-9月降雨情況

臺(tái)州屬于中亞熱帶季風(fēng)區(qū)，四季分明，降水主要集中在6～9月份，多年平均降水量1632 mm。本次試驗(yàn)主要對(duì)椒江校區(qū)2010年7～9月進(jìn)行雨水觀測(cè)，三個(gè)月降雨量共2941 mm，超過年平均降水量。

1.4 采樣時(shí)間和采樣方法

在2010年7月～9月進(jìn)行雨水現(xiàn)場(chǎng)采樣，取三次典型代表數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分別設(shè)定7月23日、9月2日和9月15日采集的水樣為采樣A、采樣B和采樣C。采集時(shí)間為降水開始的1 min、5 min、10 min、15 min、20 min、30 min、45 min、60 min。

用聚乙烯塑料瓶在雨水流入下水管道口及路面水溝進(jìn)行采樣，在校園不同功能區(qū)共設(shè)定5個(gè)采樣點(diǎn)（具體雨水監(jiān)測(cè)口分布見圖1），每個(gè)采樣點(diǎn)每次采集1000～1200 mL的水樣。

2 雨水徑流水質(zhì)分析

由于降雨具有一定的隨機(jī)性，并不是每次在各個(gè)采樣口取得的雨水的水質(zhì)和水量都符合分析要求，因此在進(jìn)行雨水徑流水質(zhì)分析時(shí)，去除不符合要求的采樣口雨水，對(duì)符合要求的采樣口雨水進(jìn)行濁度、COD、BOD5、TN、TP、電導(dǎo)率、溶解氧、氨氮、pH、色度和總余氯等水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析。

采樣A中教學(xué)樓屋頂以及采樣C中的宿舍樓屋頂，由于水量收集不夠，不符合水質(zhì)分析要求，故無采樣A中1號(hào)采樣口和采樣C中3號(hào)采樣口的水質(zhì)分析相關(guān)數(shù)據(jù)。5號(hào)采樣口為虹吸式自記雨量計(jì)，采集到的天然降水水量很少，主要進(jìn)行降雨量計(jì)量統(tǒng)計(jì)，不進(jìn)行水質(zhì)分析。

2.1 徑流雨水濁度

徑流雨水濁度含量見圖2～圖4。

圖2 采樣A中各采樣點(diǎn)不同時(shí)間的濁度含量Fig.2 The turbidity levels of the sampling points at different times in Sample A

圖3 采樣B中各采樣點(diǎn)不同時(shí)間的濁度含量Fig.3 The turbidity levels of the sampling points at different times in Sample B

圖4 采樣C中各采樣點(diǎn)不同時(shí)間的濁度含量Fig.4 The turbidity levels of the sampling points at different times in Sample C

由圖2～圖4可知，三次采樣的雨水濁度幾乎全部超過標(biāo)準(zhǔn)值（10NTU），而且初期徑流濁度較高。其中4號(hào)采樣口濁度較高，最高時(shí)可達(dá)到361NTU，但隨著降雨歷時(shí)的延長(zhǎng)，濁度基本呈逐漸下降趨勢(shì)。2號(hào)口和3號(hào)口的雨水，屬于屋面徑流，濁度在2NTU～35NTU之間，較1號(hào)和4號(hào)口路面徑流雨水水質(zhì)好。這是由于屋面徑流的主要污染物包括屋面的沉積物和屋面防水材料的析出物，以及少量雨水降落過程中攜帶的空氣污染物等，而路面徑流的主要污染物為路面沉積物和少量雨水降落過程中攜帶的空氣污染物，與車輛、行人的過往密度和路面污染程度有關(guān)，因此水質(zhì)波動(dòng)較大，降雨初期污染較嚴(yán)重。而1號(hào)口與4號(hào)口相比，1號(hào)口位于行政樓門口，路面較寬，人流量不大；4號(hào)口則位于食堂與寢室中間，路面較窄，人流量較大，加上旁邊有較多商店，路面雜質(zhì)較多。因此，4號(hào)口雨水濁度較1號(hào)口大。

2.2 徑流雨水COD

徑流雨水COD含量見圖5～圖7。

圖5 采樣A中各采樣點(diǎn)不同時(shí)間的COD含量Fig.5 The COD content of the sampling points at different times in Sample A

圖6 采樣B中各采樣點(diǎn)不同時(shí)間的COD含量Fig.6 The COD content of the sampling points at different times in Sample B

圖7 采樣C中各采樣點(diǎn)不同時(shí)間的COD含量Fig.7 The COD content of the sampling points at different times in Sample C

由圖5～圖7可知，初期降雨的COD值波動(dòng)較大，總體的校園道路較城市道路路面小很多［6］。采樣C中4號(hào)口的COD值較高，初期在250mg/L左右，分析其原因主要是4號(hào)口為食堂地面，人流量大，加上旁邊有較多商店，路面雜質(zhì)較多。其余基本維持在80mg/L以下，隨著降雨的進(jìn)行，COD值基本在50mg/L以下。

2.3 徑流雨水BOD5

由于初期試驗(yàn)條件有限，采樣A未進(jìn)行BOD5水質(zhì)分析，采樣B和采樣C的徑流雨水BOD5含量見圖 8～圖 9。

圖8 采樣B中BOD5測(cè)試結(jié)果Fig.8 The BOD5content in Sample B

圖9 采樣C中BOD5測(cè)試結(jié)果Fig.9 The BOD5content in Sample C

由圖8～圖9可知，BOD5值基本維持在4.0 mg/L以下，且隨著降雨的進(jìn)行，其值呈下降的趨勢(shì)。屋面雨水徑流的BOD5值明顯比道路上面的BOD5值要小。由于食堂附近污染較行政樓大，4號(hào)口道路雨水徑流比2號(hào)口道路雨水徑流要大，但徑流雨水的BOD5值均沒有超過標(biāo)準(zhǔn)值4.0 mg/L。

2.4 徑流雨水總氮

徑流雨水總氮含量見圖10～圖12。

圖10 采樣A中各采樣點(diǎn)總氮含量Fig.10 The TN content of the sampling points in Sample A

圖11 采樣B中各采樣點(diǎn)總氮含量Fig.11 The TN content of the sampling points in Sample B

圖12 采樣C中各采樣點(diǎn)總氮含量Fig.12 The TN content of the sampling points in Sample C

由圖10～圖12可知，隨著降雨的進(jìn)行，各采樣點(diǎn)雨水TN值波動(dòng)較大，基本圍繞標(biāo)準(zhǔn)值（15mg/L）波動(dòng)，這是由于總氮濃度與空氣質(zhì)量、懸浮固體顆粒物等雜質(zhì)有關(guān)，而與路面材料、降雨強(qiáng)度等關(guān)系不大。而采樣A的TN值較低，均小于標(biāo)準(zhǔn)值，主要是因?yàn)椴蓸又跋逻^一場(chǎng)雨，空氣質(zhì)量較好，殘留粉塵、無機(jī)物等較少。

2.5 徑流雨水總磷

徑流雨水總磷含量見圖13～圖15。

圖13 采樣A中各采樣點(diǎn)總磷含量Fig.13 The TP content of the sampling points in Sample A

圖14 采樣B中各采樣點(diǎn)總磷含量Fig.14 The TP content of the sampling points in Sample B

圖15 采樣C中各采樣點(diǎn)總磷含量Fig.15 The TP content of the sampling points in Sample C

由圖13～圖15可知，TP的含量基本在0.2 mg/L左右。其中，4號(hào)口總磷含量較高，最高可達(dá)2.5 mg/L，但隨著降雨的進(jìn)行，總磷含量下降并趨于穩(wěn)定，基本維持在0.2 mg/L左右。一般情況下，天然水中的磷大都是以各種磷酸鹽的形式存在，除溶解態(tài)總磷以外還有顆粒態(tài)總磷，而4號(hào)口位于食堂門口的路面，難免會(huì)有食堂污水或者垃圾混入，富營(yíng)養(yǎng)化比較嚴(yán)重，總磷含量較高。

圖16 采樣C中SS過濾后的總磷含量Fig.16 The TP content of the sampling points after filtering SS in Sample C

此外，用0.45μm濾紙對(duì)采樣C的水樣進(jìn)行過濾，再進(jìn)行TP測(cè)定，分析結(jié)果見圖16。由圖16可知，由于雨水徑流中TP主要以顆粒態(tài)形式存在，經(jīng)過SS過濾后，TP含量明顯下降。因此，可通過對(duì)SS的去除，減少TP的濃度來提高雨水水質(zhì)，從而有助于減少管網(wǎng)的有機(jī)負(fù)荷，減輕污水處理廠的后續(xù)處理負(fù)荷。而在校區(qū)或城鎮(zhèn)可以建立植被綠化帶等對(duì)污染物進(jìn)行綜合凈化處理，可以較好地提高水質(zhì)，能使雨水達(dá)到城市污水排放或中水回用標(biāo)準(zhǔn)。

2.6 雨水徑流其他指標(biāo)

（1）雨水徑流電導(dǎo)率

水的電導(dǎo)率一般與其所含無機(jī)酸、堿、鹽的量有一定關(guān)系。由監(jiān)測(cè)分析結(jié)果可知，校園雨水徑流的電導(dǎo)率值基本在300 μs/cm以下，并隨著降雨的進(jìn)行，電導(dǎo)率值逐漸下降。而天然降水的電導(dǎo)率基本在20 μs/cm以下。

（2）雨水徑流溶解氧

監(jiān)測(cè)分析結(jié)果顯示，溶解氧含量均大于1 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)值，且數(shù)值分布在3～6 mg/L之間。徑流初期，溶解氧稍小，但隨著降雨的進(jìn)行，溶解氧逐漸增加。而道路雨水徑流溶解氧含量比屋面稍低，這表明污染物越多，溶解氧含量越低。

（3）徑流雨水氨氮

監(jiān)測(cè)分析結(jié)果顯示，各個(gè)采樣口雨水徑流氨氮含量都較低，這是因?yàn)殡S著降雨強(qiáng)度的增加，徑流對(duì)墊層的沖刷加劇，污染物濃度也隨之減少。

（4）徑流雨水 pH

采樣后立即測(cè)定pH值，結(jié)果顯示pH值處在6.5～8.5標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。其中，1號(hào)、4號(hào)雨水徑流為地面徑流，在徑流形成初期pH值較高，之后逐漸降低并趨向于穩(wěn)定。這是由于徑流形成初期，地面的堿性固體顆粒流入測(cè)試口，pH值偏高。但隨著地面被沖刷，pH值也逐漸趨于穩(wěn)定。而2號(hào)、3號(hào)雨水徑流為屋面徑流，pH值變化曲線較為平緩，一直維持在pH=7.8左右，這是由于屋面堿性固體沉積較穩(wěn)定，隨徑流的形成慢慢流入雨水口。

（5）徑流雨水色度

用0.45μm濾紙過濾后進(jìn)行色度測(cè)定，結(jié)果顯示，不同時(shí)間各采樣點(diǎn)的色度均低于“標(biāo)準(zhǔn)”。主要由于水中懸浮固體對(duì)色度的影響很大。

（6）徑流雨水總余氯

監(jiān)測(cè)分析結(jié)果顯示，各雨水口的徑流雨水總余氯含量均為0。

3 結(jié)論

（1）通過對(duì)椒江校區(qū)不同下墊面雨水徑流水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析，結(jié)果顯示雨水徑流各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)變化呈現(xiàn)了一定規(guī)律性?？傮w而言，初期雨水徑流污染物濃度比較高，隨著降雨持續(xù)，濃度下降并趨于平穩(wěn)，特別是降雨10 min后，水質(zhì)濃度較低且變化比較平穩(wěn)。根據(jù)資料及雨水監(jiān)測(cè)分析結(jié)果，可以選擇棄流量為2～3 mm或10 min雨水徑流，可以保證收集的雨水水質(zhì)以及后續(xù)雨水工藝的良好運(yùn)行。

（2）校園屋面雨水水質(zhì)較道路雨水水質(zhì)好，雨水徑流中pH、電導(dǎo)率、BOD5、溶解氧、總余氯、氨氮、TP、色度及嗅和味等指標(biāo)的濃度較低，均符合“標(biāo)準(zhǔn)”要求，而SS、TN、濁度等含量均高于“標(biāo)準(zhǔn)”。屋面雨水水質(zhì)較好且易于收集，可通過簡(jiǎn)單的處理進(jìn)行回收利用。

（3）雨水水質(zhì)除了與下墊面有關(guān)外，還與環(huán)境、空氣質(zhì)量、降雨量的大小等有關(guān)，可通過對(duì)懸浮顆粒的去除，減少污染物濃度來提高雨水水質(zhì)。

［1］郭永辰.綜合利用城市雨洪資源［J］.南水北調(diào)與水利科技，2004，2（6）：57.

［2］車伍，劉燕，李俊奇.國(guó)內(nèi)外城市雨水水質(zhì)及污染控制［J］.給水排水，2003，29（10）：28-41.

［3］RICHARD，MARIE.Integrated storm water management ［M］.Boca Raton:Lewis Publishers， 1993.

［4］THOMAS N D.Municipal storm water management ［M］.Boca Raton:Lewis Publishers， 1995.

［5］車伍，歐嵐，汪慧貞，等.北京城區(qū)雨水徑流水質(zhì)及其主要影響因素［J］.環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2002，3（1）：33-37.

［6］趙劍強(qiáng)，劉珊，劉英聆，等.城市路面徑流雨水水質(zhì)特性分析［J］.西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，19（增刊）：31-33.

［7］GB/T 18920-2002，城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)［S］．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002．

［8］胡愛兵，李子富，張書函，等.城市道路雨水水質(zhì)研究進(jìn)展［J］.給水排水，2010.36（3）.

Water Quality Monitoring and Analysis of Rainwater Runoff of the
Different Underlying Surfaces on Campus

HU Meng-jiao，WANG Xian-bing，ZHANG Bin，LU Jie，XIE Xiao-li
（School of Civil Engineering and Architecture,Taizhou University,Taizhou 318000,China）

Water quality monitoring and analysis of rainwater runoff of the different underlying surface on campus show that the main water quality indexes of rainwater runoff have a regular change.The results reveal that pollutant of urban runoff is in higher concentration,and the concentration decreases gradually with the rainfall continues,then becomes relatively stable.And the results indicate that the rain water quality of the school roof is better than that of the road.The concentration of pH,conductivity,BOD5,dissolved oxygen,total residual chlorine,ammonia,TP,color,smell and taste meet the"Urban Reused Water Standard",while the concentration of SS,TN,turbidity levels of rainwater runoff exceed the Standard.

rainwater runoff;water quality monitoring;water quality analysis

周小莉）

TG146.4

A

1672-3708（2012）03-0016-09

2011-10-20；

2012-05-29

胡夢(mèng)嬌（1986- ），女，浙江溫州人，碩士，助教，主要從事污水處理仿真與控制。