典型集雨蓄水設施(水柜)形式下水質試驗研究

丁昆侖，孫文海，陸振中，黃漢偉(.中國水利水電科學研究院，北京 00048；.大化瑤族自治縣水利局，廣西 大化 530800)

由于雨水集蓄利用工程的特點，在收集雨水過程中往往將集流面上的泥砂、柴草及人畜廢棄物等污染物帶入蓄水設施中，收集的雨水極易受到污染。加之水在蓄水設施中儲存較長時間，儲存的水質容易產生物理化學變化，并滋生微生物，出現肉眼可見物和水生動植物，甚至出現水質渾濁，使水窖水質變差。對集雨工程中的水窖和水柜水質的調查結果表明，水中基本無有毒元素[1]，但水中COD、氨氮、細菌以及pH值等多項指標超標，集雨工程水質不容樂觀[2]。雨水集蓄利用工程的水質指標也會隨著一年當中的不同季節發生變化，在中國的西南地區水柜儲水時間和是否加蓋對水質都會產生影響[2]。另外，在集雨面相同的情況下，建在地上和地下的蓄水設施對水質也有影響[3]。目前，對于廣泛利用集雨水柜開展雨水利用解決人畜飲水的西南山丘區，對不同形式的水柜在不同季節的水質變化情況的研究成果仍然較少。因此，通過現場試驗觀測了解不同形式集雨水柜條件下水質的季節變化，對雨水水質安全性評估以及采取適當的凈化措施，保證農村居民飲水安全具有重要意義。本文結合“十二五”國家科技計劃課題“西南山丘區村鎮飲用水安全保障技術集成與示范(2012BAJ25B09)”研究內容，對西南山丘區典型集雨蓄水設施(水柜)條件下的不同季節水質變化開展了現場試驗研究與分析，所提建議可為當地集雨蓄水設施建設及水質凈化措施提供科學依據。

1 試驗地點概況

現場水質檢測研究選擇在廣西大化縣春興村開展。該村位于卡斯特大山區，由于特殊的地質條件，地表水和地下水缺乏，全村住戶都采用建設單戶蓄水設施(當地稱為水柜)，利用雨水集蓄作為生活飲用水源。由于這些集雨蓄水設施的建設年代的不同，其形式也不盡相同，包括地埋、半地埋、有蓋和無蓋水柜都有使用。從建設材料上看，主要有早期建設的漿砌石水柜和近年來建設的鋼筋混凝土水柜兩種。集蓄的雨水來源主要是來自石質山坡在雨季匯集的雨水。單戶水柜容積一般為60 m3，儲存的雨水可滿足干旱季節家庭的飲水需求。從現場調查情況分析，當地農戶一般沒有采取任何雨水水質凈化措施。

2 試驗方法

本試驗采用在野外現場選定不同的水柜形式，定點定時采集水樣并在實驗室化驗水質的方法進行。試驗選擇不同形式的水柜包括：①地上無蓋水柜，②地上有蓋水柜，③半地下有蓋水柜，④地下有蓋水柜，共4種形式。

現場采集水樣時間分別是，①干旱季節(2013年4月)，②雨季中(2013年8月)，③雨季過后(2014年1月)，定點采集了水樣。

對采集的水樣及時進行實驗室水質指標化驗分析。水質分析指標包括：色度、渾濁度、臭和味、肉眼可見物、pH、鐵、錳、氯化物、硫酸鹽、溶解性固體、總硬度、耗氧量CODMn、氨氮、砷、鎘、鉻、鉛、汞、氟化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽、菌落總數、總大腸菌群、耐熱大腸菌群、大腸埃希氏菌等20余項指標。

3 結果與分析

試驗從2013年到2014年在不同季節分3次采集水樣化驗分析，表1給出了2013年4月的水質化驗結果。

水質化驗結果分析：

(1)根據歷次的水質化驗結果，對照飲用水水質標準[4]，上述水質指標中，容易超標的水質指標主要是渾濁度、耗氧量(CODMn)、菌落總數、總大腸菌群、耐熱大腸菌群、肉眼可見物。說明水柜水容易受到微生物污染和有機污染。而其他指標包括，鐵、錳、氯化物、硫酸鹽、溶解性固體、總硬度、氨氮、砷、鎘、鉻、鉛、汞、氟化物等在歷次取樣化驗中均符合標準限制要求。表明當地處于深山區，沒有工礦業，集流面及大氣降塵污染較少，適于開展雨水集蓄利用工程。

(2)不同季節的水質變化。不同季節不同水柜形式下，容易超標的水質指標化驗結果對比見表2。可以看出，在一年中的干旱季節(4月份)，整體上看水質指標最差，部分水質指標不符合要求。干旱季節(4月份)是一年中農戶最缺水，也是水柜水量最少，窖水存放時間最長的時候，其水柜水質最差，上述指標超標比較明顯。而在雨季(2013年8月)和雨季過后(2014年1月)，上述水質指標超標現象相對較輕。究其原因是在雨季(8月份)，水柜基本蓄滿了當年的新鮮雨水，其水質比較好，水質指標大多符合標準限值。

表1 不同形式水柜蓄水水質化驗結果Tab.1 Water quality results in different form water tanks

(3)不同形式水柜的蓄水水質對比。①干旱季節(4月份)的水質結果(表2)顯示，地上無蓋水柜水質的渾濁度、肉眼可見物、耗氧量、細菌總數、總大腸菌群、耐熱大腸菌群指標均超標，且在所有4中水柜形式中最差；對于所有4中水柜形式下，其水質的微生物學指標(細菌總數、總大腸菌群、耐熱大腸菌群)都不符合標準要求；對比地上有蓋水柜和地下有蓋水柜的水質指標可以看出，就微生物學指標而言，地上有蓋水柜要略好于地下有蓋水柜的水質。上述四種不同形式水柜的水質中，地上無蓋水柜最差，地上有蓋水柜最好；其原因可能是，與地下和半地下形式相比，地上有蓋水柜最不容易受到來自地表水流等污染物進入水柜而造成窖水的污染。因此，就該地區而言，最好的水柜形式應為地上有蓋形式。這一重要結果與傳統上認為地下形式好于地上形式水窖的認識不同，具有重要的現實意義。②雨季(8月份)水質結果(表2)顯示：整體水質好于干旱季節4月份的水質化驗結果。地上無蓋水柜的水質仍然為最差，超標指標為渾濁度和耗氧量；從微生物學指標來看，除了地下有蓋水柜外，其他3種水柜形式的水質均符合標準要求。③雨季后(1月份)水質結果(表2)顯示：整體水質狀況處于干旱季節和雨季兩者之間。濁度均滿足要求，耗氧量只有地上無蓋水柜超標，細菌總數指標均符合要求，總大腸菌群和耐熱大腸菌群對于地上有蓋水柜和半地下有蓋水柜則超標。

4 結論與建議

綜合上述結果與分析，可以得出以下幾點初步結論：

(1)在本研究條件下，集雨水柜的水質污染主要是微生物污染和有機污染，其他化學污染和重金屬污染指標等符合水質標準要求。本試驗開展的地點在西南山丘區，尤其是廣西卡斯特地貌的偏遠山丘區具有典型的代表性。因此，就集雨水質而言適合開展雨水集蓄利用工程解決偏遠山區農戶人畜飲水問題。

(2)單戶家庭水柜的水質在一年當中會發生變化，雨季水質最好，而非雨季末期的3-4月份，水質最差。這可能與水柜中水量減少和長期存放導致水質變差有關。因此，建議修建容積適當的家庭水柜，既保證干旱季節的用水量需求，又能在每年的降雨季節收集新的雨水更新水柜蓄水，對保障水柜水質比較有利。

(3)水柜建造的不同形式(地上無蓋、地上有蓋、半地下有蓋水柜、地下有蓋)對其蓄水水質有一定影響。地上無蓋水柜的水質最差，地上有蓋水柜的水質最好。因此，在實際應用中，用于人畜飲水的集雨水柜必須加蓋(用于節水灌溉的水柜一般無蓋，其水質一般不適于作為飲用水源)，就保持水質而言，建議建設地上有蓋的水柜形式，沒必要建成地下或半地下的形式，同時也減少了施工難度和費用。

(4)整體看來，未經任何處理的集雨集流水質不能達到飲用水衛生標準要求，需要采取適當的凈化處理與消毒措施，以保障農戶的飲水安全。

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[1] 董迎新. 雨水集蓄中有害元素的調查分析[J]. 甘肅水利水電技術，1992，(2)：57-59.

[2] 藍俊康，藍艷紅. 集雨工程的水質研究進展[J]. 中國給水排水，2002，18(8):23-25.

[3] 謝 薇，秦克麗，丁昆侖，等. 不同集雨面及水窖形式下的窖水水質分析[J]. 灌溉排水學報，2011，30(1):11-14.

[4] GB 5749-2006, 生活飲用水衛生標準[S].