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        城市屋面雨水徑流水質(zhì)特征分析*

        2021-03-15 07:32:42張富家溫永宏
        科技創(chuàng)新與應用 2021年10期
        關鍵詞:瓦屋濁度卷材

        林 鑫,王 賓*,張富家,溫永宏

        (1.銀川能源學院 土木建筑學院,寧夏 銀川750105;2.寧夏第二建筑有限公司,寧夏 銀川750021)

        水資源緊缺逐漸成為限制城市發(fā)展的關鍵因素之一,隨著城市化進程的加快,市區(qū)綠地空間越來越少。如何在有限的城市空間內(nèi),收集更多雨水進行二次使用越來越受到國內(nèi)學者的重視。崔慧萍[1]以大學校園雨水徑流補充景觀水系為研究對象,分析了利用低影響開發(fā)措施的雨水利用,并使用WASP 模型進行雨水水質(zhì)模擬,為校園雨水利用提供了借鑒。高將[2]通過水量平衡理論,對校園建筑的屋面雨水回用進行了計算分析,得出了中水及屋面雨水聯(lián)合利用的設計方法。蔡家珍[3]根據(jù)低影響開發(fā)理念對居住區(qū)不同形態(tài)的建筑物和不同布局的雨水回用系統(tǒng)進行整體設計,提出可雨水利用的不同營造方法,為居住區(qū)的雨水利用提供了指導。

        城市屋面雨水收集方法較為簡單,但由于不同的屋面類型在非降雨時間積累的雜質(zhì)差異較大,雨水徑流前期的水質(zhì)特征成為屋面雨水利用的關鍵[4]。因此研究不同類型不同地區(qū)屋面雨水徑流的水質(zhì)特點和污染物的變化規(guī)律,是實現(xiàn)雨水利用的前提。銀川市地處西北內(nèi)陸,位于黃河中上游,年平均降雨量200mm 左右,受氣候地形條件的影響,水資源匱乏。本文以銀川地區(qū)城市屋面為調(diào)查對象,分析瀝青卷材屋面、瓦屋面在雨水徑流不同時期的水質(zhì)特點,探究不同屋面雨水徑流水質(zhì)變化規(guī)律,為銀川地區(qū)雨水利用提供依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 采樣點選取

        研究區(qū)選擇在銀川能源學院王太校區(qū),位于永寧縣109 國道旁,西鄰寧夏古灌溉渠道“漢延渠”,東臨黃河??紤]到屋面類型的差異,選取瀝青卷材屋面的2 號樓、瓦屋面的6 號樓作為雨水的采樣點,每個建筑物采樣點設置4 處雨水收集點。

        1.2 樣品采集及水質(zhì)監(jiān)測方法

        雨水從雨落管的出口處利用500ml 聚乙烯瓶進行收集,采樣過程遵守《水質(zhì)采樣技術(shù)指導》(HJ 494-2009)的相關規(guī)定[5]。水質(zhì)監(jiān)測指標主要為懸浮物SS、化學需氧量COD、濁度、PH 值,水質(zhì)指標測定方案按照國家標準方法進行[6]。

        2 結(jié)果與分析

        選取2019 年6 月25 日(大雨)、2019 年8 月27 日(中雨)、2019 年10 月14 日(小雨)三個時段進行降雨的樣品采集??紤]到每次采樣過程中降雨強度的影響,降雨初期雨水水質(zhì)變化較快[7],樣品采集頻率為降雨30 分鐘內(nèi),每5 分鐘收集一次,降雨30-60 分鐘,每10 分鐘收集一次,降雨60-120 分鐘,每20 分鐘收集一次。

        表1

        圖1 瀝青卷材屋面徑流水質(zhì)變化趨勢圖

        2.1 不同屋面雨水徑流污染物分析

        分別對三次降雨的瀝青卷材屋面、瓦屋面徑流水質(zhì)進行采樣,并在實驗室內(nèi)進行監(jiān)測,每個樣品分別做三次監(jiān)測,取平均值。懸浮物SS、化學需氧量COD、濁度、pH值的最大值、最小值、均值如表1 所示。

        由于屋面材料的差異、降雨強度的影響,不同屋面雨水徑流水質(zhì)存在一定的差異。瀝青卷材屋面表面粗糙,孔隙較多,容易出現(xiàn)粉塵積累,相對于瓦屋面來看,瀝青卷材屋面的SS 最高達到430.24mg/L,而瓦屋面的SS 最大值為352.92mg/L,但隨著雨水徑流時間的增加,兩者的SS 都趨于穩(wěn)定,約為26.12-32.56mg/L 之間。懸浮物SS的變化導致濁度的變化,對比數(shù)據(jù)可以看出,瀝青卷材屋面的濁度最大為189.25NTU,瓦屋面的最大濁度為182.18NTU,隨著徑流時間的增加,不同屋面的濁度相差不大。由于瀝青卷材屋面自身材料的影響,降雨容易導致有機物的析出,故瀝青卷材屋面雨水COD 的含量比瓦屋面偏大。pH 值受屋面或雨水中可溶性鹽的影響,屋面外為降雨前積累的灰塵成分較為復雜,但通過數(shù)據(jù)對比來看,瀝青卷材屋面和瓦屋面的pH 值差異不大,均值在6.75-6.91 之間。分析三場降雨對雨水徑流水質(zhì)的影響可以得出,降雨強度對SS、濁度的變化差異較大,降雨強度對COD、pH 值的影響差異較小。

        2.2 不同屋面雨水徑流水質(zhì)變化規(guī)律

        不同屋面由于覆蓋材料的差異,導致雨水徑流水質(zhì)隨著徑流時間的延長出現(xiàn)一定的變化規(guī)律,不同地點、不同時間屋面雨水水質(zhì)指標分別用Sn、CODn、濁度n、pHn表示,n 表示三場降雨,n=1(6 月25 日降雨)、n=2(8 月27日降雨)、n=3(10 月14 日降雨)。

        (1)瀝青卷材屋面雨水徑流水質(zhì)變化規(guī)律

        三場降雨強度的不同,導致瀝青卷材屋面雨水徑流水質(zhì)隨著徑流時間的變化出現(xiàn)波動。SS、COD、濁度整體呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢,隨著徑流時間的延長,雨水水質(zhì)趨于穩(wěn)定。分析三次雨水徑流水質(zhì)SS 的變化規(guī)律,可以看出,隨著降雨強度的增加,SS 峰值越大,且峰值達到的時間越短,三次降雨SS 峰值達到的時間分別為10min、20min、25min,大約在60-100min 后,屋面雨水SS趨于穩(wěn)定。分析三次雨水徑流水質(zhì)COD 的變化規(guī)律,可以看出隨著不同強度的降雨對COD 影響不大,隨著徑流時間的延長,COD 均出現(xiàn)逐漸降低的趨勢,大約在60min后趨于穩(wěn)定。分析濁度的變化規(guī)律,可以看出,隨著降雨強度的增加,濁度峰值越大,且峰值達到的時間越短,三次降雨濁度峰值達到的時間分別為10min、15min、25min,大約在60-80min 后,屋面雨水濁度趨于穩(wěn)定。

        (2)瓦屋面雨水徑流水質(zhì)變化規(guī)律

        瓦屋面屬于剛性防水材料,材料質(zhì)地堅硬,瓦屋面雨水徑流水質(zhì)隨降雨強度的影響出現(xiàn)一定的差異??傮w來看,SS、濁度的變化趨勢基本相同,都隨著徑流時間的增加,各指標達到穩(wěn)定數(shù)值。SS 濁度的峰值也隨降雨強度的變化而變化,降雨強度越大,SS、濁度的峰值也越大,且峰值達到的時間越短。通過分析可知,SS 在30-50min 后趨于穩(wěn)定,濁度在60min 后趨于穩(wěn)定。COD 隨著徑流時間的增減逐漸降低,但降雨強度對COD 的影響不大,三次不同的降雨,COD 大約在40min 后趨于穩(wěn)定。

        圖2 瓦屋面徑流水質(zhì)變化趨勢圖

        2.3 不同屋面雨水利用分析

        通過對不同屋面雨水徑流污染物、不同屋面雨水徑流水質(zhì)變化規(guī)律分析可知,屋面材料、降雨強度的差異會導致雨水SS、COD、濁度出現(xiàn)一定的變化,PH 值受屋面材料、降雨強度影響大不。不同類型的屋面在降雨初期,受初期淋洗效應的影響,雨水污染較為嚴重,此部分雨水不可直接利用,需要處理后才能利用。但隨著徑流時間的延長,各指標逐漸趨于穩(wěn)定。對于瀝青卷材屋面,綜合分析SS、COD、濁度的變化趨勢,大約在100min 后,各指標趨于穩(wěn)定,SS 越為32mg/L 左右、COD 越為20mg/L 左右、濁度約為6NTU 左右。對于瓦屋面,綜合分析SS、COD、濁度的變化趨勢,大約在60min 后,各指標趨于穩(wěn)定,SS 越為30mg/L 左右、COD 越為17mg/L 左右、濁度約為6NTU 左右。此部分雨水已經(jīng)到農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準的部分要求[8]。

        3 結(jié)論

        (1)不同屋面防水材料、不同降雨強度對屋面雨水徑流初期水質(zhì)的影響較大,瓦屋面的雨水水質(zhì)優(yōu)于瀝青卷材屋面,在雨水利用過程中要優(yōu)先收集瓦屋面、鋼筋混凝土屋面等剛性材料屋面的雨水。強度越大的降雨,雨水徑流水質(zhì)趨于穩(wěn)定的時間越短,雨水污染輕,雨水的可利用程度大。降雨強度越小,雨水徑流水質(zhì)趨于穩(wěn)定的時間越長,雨水污染嚴重。

        (2)不同屋面雨水初期徑流水質(zhì)較差,可利用程度低。在實際使用過程中,建議根據(jù)本地區(qū)屋面污染物的特點,采取不同措施對初期徑流雨水進行凈化處理。徑流時間越長,雨水可收集存儲,直接進行灌溉。

        (3)不同地區(qū)、不同季節(jié)屋面污染物差異會導致雨水水質(zhì)的變化,建議各地區(qū)根據(jù)不同季節(jié)的特點,采取合理的措施進行屋面雨水的再次利用。

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