城市屋面雨水徑流水質(zhì)特征分析*

林 鑫，王 賓*，張富家，溫永宏

（1.銀川能源學(xué)院 土木建筑學(xué)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(guān)鍵因素之一，隨著城市化進(jìn)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(jìn)行二次使用越來越受到國內(nèi)學(xué)者的重視。崔慧萍[1]以大學(xué)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(jìn)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(jìn)行了計算分析，得出了中水及屋面雨水聯(lián)合利用的設(shè)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(jìn)行整體設(shè)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(dǎo)。

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(guān)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(xué)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(shè)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(jìn)行收集，采樣過程遵守《水質(zhì)采樣技術(shù)指導(dǎo)》（HJ 494-2009）的相關(guān)規(guī)定[5]。水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)主要為懸浮物SS、化學(xué)需氧量COD、濁度、PH 值，水質(zhì)指標(biāo)測定方案按照國家標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)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(jìn)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(jìn)行采樣，并在實驗室內(nèi)進(jìn)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(xué)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(dá)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(dǎo)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(dǎo)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(fù)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(dǎo)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(biāo)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(dǎo)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(dá)到的時間越短，三次降雨SS 峰值達(dá)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(dá)到的時間越短，三次降雨濁度峰值達(dá)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(biāo)達(dá)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(dá)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(dǎo)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(yīng)的影響，雨水污染較為嚴(yán)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(biāo)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(biāo)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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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(yán)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(jìn)行凈化處理。徑流時間越長，雨水可收集存儲，直接進(jìn)行灌溉。

（3）不同地區(qū)、不同季節(jié)屋面污染物差異會導(dǎo)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(jìn)行屋面雨水的再次利用。