校園不同下墊面雨水徑流水質監測分析

胡夢嬌，王先兵，張 斌，盧 潔，謝小莉

（臺州學院 建筑工程學院，浙江 臺州 318000）

校園不同下墊面雨水徑流水質監測分析

胡夢嬌，王先兵，張 斌，盧 潔，謝小莉

（臺州學院 建筑工程學院，浙江 臺州 318000）

通過對校園內不同下墊面雨水徑流進行水質監測分析，數據顯示初期雨水徑流污染物濃度較高，隨著降雨持續，其濃度下降并趨于平穩。結果表明，校園屋面雨水徑流水質較校園道路好，雨水徑流中pH、電導率、BOD5、溶解氧、總余氯、氨氮、TP、度及嗅和味等指標均符合"城市雜用水標準"要求，而SS、TN、濁度等指標含量較高，超過該標準要求。

雨水徑流；水質監測；水質分析

0 引言

臺州是一個水資源短缺的城市，合理利用雨水不僅可以緩解城市水資源短缺的壓力，又能有效改善水環境。因此，實現城市雨水資源化利用是改善城市生態環境的有效措施［1］。雨水徑流水質能否滿足使用要求，其水質狀況直接影響雨水利用途徑和成本，因此雨水水質控制是現代城市雨水利用的重要組成部分和主要特征。

近年來國內外對城市雨水水質均有研究，如，加拿大［2］通過分析雨水徑流帶來的污染物的量和機理，研究了對接納水體水生生物和公眾健康的影響；美國EPA［3-4］于1983年就提出城市暴雨徑流的主要污染評價指標；德國學者［2］將屋面雨水徑流與路面雨水徑流水質進行了區分，以便針對不同的水質進行處理和利用。而我國學者也對此進行了一系列的研究，如車伍等［5］對北京城區雨水徑流進行了分析，趙劍強等［6］針對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系。以上研究多著重分析城市綜合的徑流水質或單一下墊面下的徑流水質，而對不同下墊面下的徑流水質及控制措施分析較少。本文主要對臺州學院椒江校區不同下墊面不同情況采樣點進行了對比性分析，對校區屋面雨水及路面雨水徑流水質進行監測分析，提出了相應的雨水徑流污染防治對策，為建設生態校園提供了可靠數據，以期為城市雨水利用提供基礎。

1 實驗基本情況

1.1 主要檢測指標及實驗儀器

1.1.1 監測指標

檢測項目選擇以“城市雜用水水質標準”［7］（以下簡稱“標準”）為依據，根據國內研究情況，確定11項。

表1 水質主要測試指標Table 1 Main testing indicators of water quality

1.1.2主要試驗儀器（見表2）

表2 雨水水質測試指標所用主要儀器及設備型號Table 2 The main instruments and equipment used in the water quality testing

1.2 監測采樣口設置

以臺州學院椒江校區作為試驗區，該校區位于臺州市椒江區市府大道，校區內有人工湖、教學樓、實驗樓、辦公樓及學生宿舍等。根據校區功能區的不同，在學校設置了4個雨水徑流水質采樣點，分別為教學樓屋頂、行政樓外路面、宿舍樓屋頂和食堂外路面，另外在實驗樓外面的草坪上設置一個自記雨量計，作為5號采樣口，進行降雨量計量統計。采樣口的具體位置及編號見圖1。

圖1 雨水監測口總體分布Fig.1 The overall distribution of rainfall monitoring port

1.3 椒江校區2010年7-9月降雨情況

臺州屬于中亞熱帶季風區，四季分明，降水主要集中在6～9月份，多年平均降水量1632 mm。本次試驗主要對椒江校區2010年7～9月進行雨水觀測，三個月降雨量共2941 mm，超過年平均降水量。

1.4 采樣時間和采樣方法

在2010年7月～9月進行雨水現場采樣，取三次典型代表數據進行分析，分別設定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行采樣，在校園不同功能區共設定5個采樣點（具體雨水監測口分布見圖1），每個采樣點每次采集1000～1200 mL的水樣。

2 雨水徑流水質分析

由于降雨具有一定的隨機性，并不是每次在各個采樣口取得的雨水的水質和水量都符合分析要求，因此在進行雨水徑流水質分析時，去除不符合要求的采樣口雨水，對符合要求的采樣口雨水進行濁度、COD、BOD5、TN、TP、電導率、溶解氧、氨氮、pH、色度和總余氯等水質指標進行分析。

采樣A中教學樓屋頂以及采樣C中的宿舍樓屋頂，由于水量收集不夠，不符合水質分析要求，故無采樣A中1號采樣口和采樣C中3號采樣口的水質分析相關數據。5號采樣口為虹吸式自記雨量計，采集到的天然降水水量很少，主要進行降雨量計量統計，不進行水質分析。

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中各采樣點不同時間的濁度含量Fig.2 The turbidity levels of the sampling points at different times in Sample A

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

圖4 采樣C中各采樣點不同時間的濁度含量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準值（10NTU），而且初期徑流濁度較高。其中4號采樣口濁度較高，最高時可達到361NTU，但隨著降雨歷時的延長，濁度基本呈逐漸下降趨勢。2號口和3號口的雨水，屬于屋面徑流，濁度在2NTU～35NTU之間，較1號和4號口路面徑流雨水水質好。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，因此水質波動較大，降雨初期污染較嚴重。而1號口與4號口相比，1號口位于行政樓門口，路面較寬，人流量不大；4號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，路面雜質較多。因此，4號口雨水濁度較1號口大。

2.2 徑流雨水COD

徑流雨水COD含量見圖5～圖7。

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

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

圖7 采樣C中各采樣點不同時間的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號口的COD值較高，初期在250mg/L左右，分析其原因主要是4號口為食堂地面，人流量大，加上旁邊有較多商店，路面雜質較多。其余基本維持在80mg/L以下，隨著降雨的進行，COD值基本在50mg/L以下。

2.3 徑流雨水BOD5

由于初期試驗條件有限，采樣A未進行BOD5水質分析，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測試結果Fig.8 The BOD5content in Sample B

圖9 采樣C中BOD5測試結果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，且隨著降雨的進行，其值呈下降的趨勢。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號口道路雨水徑流比2號口道路雨水徑流要大，但徑流雨水的BOD5值均沒有超過標準值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，隨著降雨的進行，各采樣點雨水TN值波動較大，基本圍繞標準值（15mg/L）波動，這是由于總氮濃度與空氣質量、懸浮固體顆粒物等雜質有關，而與路面材料、降雨強度等關系不大。而采樣A的TN值較低，均小于標準值，主要是因為采樣之前下過一場雨，空氣質量較好，殘留粉塵、無機物等較少。

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號口總磷含量較高，最高可達2.5 mg/L，但隨著降雨的進行，總磷含量下降并趨于穩定，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，除溶解態總磷以外還有顆粒態總磷，而4號口位于食堂門口的路面，難免會有食堂污水或者垃圾混入，富營養化比較嚴重，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濾紙對采樣C的水樣進行過濾，再進行TP測定，分析結果見圖16。由圖16可知，由于雨水徑流中TP主要以顆粒態形式存在，經過SS過濾后，TP含量明顯下降。因此，可通過對SS的去除，減少TP的濃度來提高雨水水質，從而有助于減少管網的有機負荷，減輕污水處理廠的后續處理負荷。而在校區或城鎮可以建立植被綠化帶等對污染物進行綜合凈化處理，可以較好地提高水質，能使雨水達到城市污水排放或中水回用標準。

2.6 雨水徑流其他指標

（1）雨水徑流電導率

水的電導率一般與其所含無機酸、堿、鹽的量有一定關系。由監測分析結果可知，校園雨水徑流的電導率值基本在300 μs/cm以下，并隨著降雨的進行，電導率值逐漸下降。而天然降水的電導率基本在20 μs/cm以下。

（2）雨水徑流溶解氧

監測分析結果顯示，溶解氧含量均大于1 mg/L的標準值，且數值分布在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

監測分析結果顯示，各個采樣口雨水徑流氨氮含量都較低，這是因為隨著降雨強度的增加，徑流對墊層的沖刷加劇，污染物濃度也隨之減少。

（4）徑流雨水 pH

采樣后立即測定pH值，結果顯示pH值處在6.5～8.5標準范圍內。其中，1號、4號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定。這是由于徑流形成初期，地面的堿性固體顆粒流入測試口，pH值偏高。但隨著地面被沖刷，pH值也逐漸趨于穩定。而2號、3號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濾紙過濾后進行色度測定，結果顯示，不同時間各采樣點的色度均低于“標準”。主要由于水中懸浮固體對色度的影響很大。

（6）徑流雨水總余氯

監測分析結果顯示，各雨水口的徑流雨水總余氯含量均為0。

3 結論

（1）通過對椒江校區不同下墊面雨水徑流水質監測分析，結果顯示雨水徑流各項水質指標變化呈現了一定規律性。總體而言，初期雨水徑流污染物濃度比較高，隨著降雨持續，濃度下降并趨于平穩，特別是降雨10 min后，水質濃度較低且變化比較平穩。根據資料及雨水監測分析結果，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以及后續雨水工藝的良好運行。

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

（3）雨水水質除了與下墊面有關外，還與環境、空氣質量、降雨量的大小等有關，可通過對懸浮顆粒的去除，減少污染物濃度來提高雨水水質。

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

［2］車伍，劉燕，李俊奇.國內外城市雨水水質及污染控制［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.北京城區雨水徑流水質及其主要影響因素［J］.環境污染治理技術與設備，2002，3（1）：33-37.

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

［7］GB/T 18920-2002，城市雜用水水質標準［S］．北京：中國標準出版社，2002．

［8］胡愛兵，李子富，張書函，等.城市道路雨水水質研究進展［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。