青島市徑流雨水水質特性及雨水利用的研究高軍張相忠摘要：針對城市水資源的短缺，提出了雨水利用的必要性；通過對徑流雨水水質特性的研究，提出了合理利用雨水資源的途徑和落實措施。關鍵詞：雨水資源；徑流雨水；水質特性；利用途徑1.雨水利用的必要性雨水資源的利用，可緩解城市供水緊張狀況。我國是水資源嚴重短缺的國家，水資源的匱乏和水環境的嚴重污染，已成為制約我國經濟社會發展的重要因素，對我國的可持續發展構成了直接的威脅。目前，全國有300多個城市缺水，50多個城市嚴重供水不足，不得不超采地下水和跨流域、跨地區引水，每年造成直接經濟損失達數千億元。與此同時，城市雨水作為一種長期被忽視的經濟而寶貴的水資源，一直未得到很好地利用。青島作為一個嚴重的缺水型沿海城市，由于水資源的緊張，開源節流勢在必行。受溫帶季風氣候和海洋性氣候的影響，青島雨量充沛，市區面積1,102km2，年平均降水量為775.6毫米，年平均總降雨量為8.55億立方米，主要集中在7、8月份，也正是用水高峰時期。如果年降雨量的20%產生徑流，則年平均徑流量為1.71億立方米，日均46.8萬m3，這部分徑流雨水被收集利用將有效緩解水資源的短缺［1］。1.2雨水資源的利用，可避免城市洪澇災害。隨著城市化的快速發展，城市街道、住宅和大型建筑物使城市的不滲透水覆蓋的面積不斷增加，使得相同的降雨量，城市地區產生的徑流量也迅速增加。另一方面市區雨水管道不圖1城市發展前后雨水徑流的變化示意斷完善和延伸及天然河道的改變，使雨水流向排水管網更為迅速，洪峰增大和峰現時間提前，徑流過程線的形態與時間尺度都與城市發展以前顯著不同（如圖1圖1城市發展前后雨水徑流的變化示意將雨水資源化，利用雨水滲透技術涵養地下水、通過收集處理回用，可以減小雨水徑流負荷，減少雨水管道、泵站的設計流量等，從而不但減少了城市雨水管道和泵站的投資及運行費用，而且可避免暴雨時的洪澇災害。1.3雨水資源的利用，可從源頭上控制徑流雨水對水環境的污染。對徑流雨水水質特性的調查分析表明，初期徑流雨水直接排入水體后會對水體產生嚴重污染［3］。以青島為例，市區未經處理的徑流雨水污染負荷，按照國外一些經驗數據計算，每年大約排入青島海灣的COD約6,533t,TN約為3,400t,TP約為400t,這些污染物質如果一次性投入海灣，可以使約16,500km3的海水富營養化（TN0.3mg/l,TP：0.03mg/l）。對于水域狹小,擴散緩慢的青島海灣,徹底改變目前水質較差的狀況,任務是非常艱巨的；對雨水的水質特性進行調查并提出處理對策,是非常重要的。而雨水資源的利用,可從源頭上控制徑流雨水對青島海灣（包括浮山灣）環境的污染,確保2008年奧運會帆船比賽對浮山灣水質的要求。為了合理利用雨水,首先要求必須把握雨水的水質情況,從而根據不同的水質采用不同的處理方法、技術措施和利用途徑。目前,對城市雨水水質的研究,國內可借鑒的研究數據較少,因此有必要進行調查研究。徑流雨水水質特性的調查方法樣品采集主要通過對青島市區的四個代表性地點（住宅區內屋面、一般路面、交通干道路面、雨水干渠）的雨水進行實時監測,監測項目包括COD、SS、TN和TP。在青島市2002年5月?7月的幾次降雨過程中，對屋面（建工學院內甲樓）徑流雨水、道路（建工學院內外路面）徑流雨水進行了連續取樣、監測和分析。測定方法測定方法均按雨水和廢水水質監測分析方法進行。CODCr的測定采用標準法（加熱回流法）；SS的測定采用重量法；TP的測定采用鉬銻抗分光光度法（754分光光度計）。青島市區徑流雨水的水質特性3.1屋面徑流雨水的水質特性屋面徑流雨水取自青島建工學院院內甲樓屋面,其中污染物主要包括屋面的沉積物和屋面防水材料析出物,還有少量雨滴在降落過程中攜帶的空氣污染物等。從2002年5、6月三次典型的降雨過程的COD、SS、TP的變化曲線圖2、3、4中可以看出屋面徑流雨水初期的污染最明顯,水質比較混濁,隨著降雨時間的延長,污染物濃度逐

漸下降并趨于穩定。降雨初期COD接近100mg/l,SS在70?90mg/l范圍內，TP接近0.4mg/l,經過初期徑流后，雨水水質變好。降雨后期COD一般低于20mg/l,SS低于10mg/l,TP穩定在0.15mg/l左右，基本上滿足生活雜用水水質標準（見表1），收集初期徑流后的雨水，經過簡單處理后便可直接利用。?0204060801006040001±80日日26

月月55二圖12002年屋面徑流雨水COD的變化曲線0020406080100降雨歷時（min）圖2-2?0204060801006040001±80日日26

月月55二圖12002年屋面徑流雨水COD的變化曲線0020406080100降雨歷時（min）圖2-22002年屋面徑流雨水SS的變化曲線1±006D0C0020406080100降雨歷時（min）圖2-32002年屋面徑流雨水TP的變化曲線降雨歷時（min）圖2-42002年路面徑流雨水COD的變化曲線住宅區內道路1住宅區內道路2W—交通干道1交通干道2001008O4000OO0102030405060708090降雨歷時（min）圖2-52002年路面徑流雨水SS的變化曲線0.504Tp(0.3mg0.20.1臣住宅內道路1X住宅內道路2交通干道10020406080100降雨歷時（min）圖2-62002年路面徑流雨水TP的變化曲線生活雜用水水質標準（GJ25.1-1989）氨氮（N計）氨氮（N計）2010SSBOD5COD廁所便器沖洗、城市綠化101050洗車、掃除510503.2路面徑流雨水的污染特性路面徑流雨水分別取自建工學院住宅區內路面和學院外交通干道路面，其中污染物主要包括路面的沉積物及車輛的交通垃圾等。圖5、6、7分別為6、7月份一些降雨過程中COD、SS、TP的變化曲線圖。路面徑流雨水與車輛、行人的過往密度和路面污染程度有關，因此水質的波動性比較大，在降雨初期污染最嚴重。而來源于交通干道和住宅區內道路的路面徑流的污染程度又有所不同。對于交通干道，其初期徑流雨水COD最高可達1000mg/l，SS有時超過1000mg/l，TP最高可達0.5mg/l；而住宅區內道路，COD最高可達400mg/l左右，SS在500mg/l左右，TP在0.4mg/l左右。路面初期徑流的COD和SS一般較高。路面徑流雨水水質也隨著降雨歷時增加而改變，降雨強度越大，沖刷越徹底，水質經歷較短的降雨歷時就能趨于穩定。降雨后期一般交通干道COD穩定在200mg/l左右，SS在300mg/l左右，TP在0.15mg/l左右；而住宅區內路面，COD和SS一般低于100mg/l,TP在0.15mg/l左右。相對而言，住宅區內路面徑流污染要低于交通干道的路面徑流，而路面徑流雨水污染又明顯高于屋面徑流雨水，且水質比較復雜。雨水資源利用的途徑雨水的間接利用—回灌補充地下水[4]利用雨水補充地下水資源是最經濟最有效的方法，它不僅可以提高地下水水位，阻止或延緩地面下沉，還可以改善生態環境。為了有效補充、涵養地下水，綠地、道路應當建設低草坪、滲水地面，使用透水性能好的材料，可采取以下措施⑸：a）綠地滲透；b）路面滲透；c）淺溝與管渠滲透；d）滲透井（池）雨水的直接利用根據不同的水質，采用獨立的雨水收集、處理、利用物化處理系統，即選用快速過濾法快速混凝沉淀法或快速生物吸附法等接觸過濾加消毒的工藝處理過程，即可達到《生活雜用水水質標準》的要求。主要用于城市清潔、綠化、路面噴灑、水體景觀等。使用最多的雨水徑流是水質相對較好且易于收集的屋面雨水。雨水利用工程經濟分析及落實措施5.1雨水利用工程經濟分析從基本建設投資費用分析：雨水利用工程建設投資約200元/ms。相比之下，小區收集和處理污水（中水回用）工程建設投資約2000元/m3，而城市大型污水處理廠設施建設投資約2500元/m3。從運行管理和小區用水費用支出分析：收集和處理雨水的運行費用為0.1元/m3；收集和處理污水（中水利用）的運行費用約為0.6元/m3；城市大型污水處理廠運行費用約1.0元/m3；使用自來水費用（含污水處理費）約2.6元/m3。從以上經濟分析與比較可以看出：雨水利用的經濟效益十分突出［6］。雨水利用工程措施、工程實例及配套政策雨水利用工程措施（1）城市綠地、花壇和園林雨水的集蓄。根據周邊降雨特點，確定綠地的高低、坡度和集水池的位置、大小與結構，以充分收集和貯存雨水，為就地利用雨水創造條件。根據經驗，建設下凹式綠地效果最好。即在建設綠地時，應設計好綠地周邊高程、綠地高程和集水池高程之間的關系，使周邊高程高于綠地高程。雨水口設在綠地上，集水池高程略高于綠地高程而低于周邊高程。這樣，降雨后雨水徑流進入綠地，經綠地滲蓄、補充土壤水分后，多余的雨水流入集水池。（2）城市道路、廣場、大型建筑物的屋頂和停車場雨水的集蓄。城市道路、廣場和停車場等是很好的雨水收集面，只要修建一些簡單的雨水收集和蓄存工程就可將雨后產生的徑流貯存，用于城市的清潔、綠地澆灌和水體景觀等。蓄水池的位置、容量要根據匯水面積、降雨量和用水方式并結合周邊環境進行設計和建造。（3）雨污分流，集中蓄水。在雨水排泄點結合地形、匯水面積、降雨量和防洪要求建造人工湖和蓄水池等，雨水經雨水管道直接排至人工湖或蓄水池。工程實例青島市浮山新區六小區規劃占地面積約40萬平方米，其中規劃綠地面積約10萬平方米，規劃區內有一現狀農用水庫，最低水位為46.5米，溢流水位為50.0米。為了合理有效利用小區的雨水資源，在設計中采取了以下措施：（1）低綠地入滲回補地下水系統。即：根據小區的地形特點，結合景觀環境要求，設計低高程綠地草坪，并劃分為6個低綠地草坪匯水區域，使低綠地草坪接納其上的降雨雨水，并將附近的屋頂、路面等不透水面積上的雨水徑流沿雨水管道分別導入6個低綠地匯水區域，使日降雨量近100毫米的次降雨全部入滲。該部分徑流雨水滯蓄于綠地，可替代綠地灌溉用水。以青島市自來水銷售價1.6元/立方米計，則每年每畝綠地、草坪節省水費為144元，10萬平方米綠地每年可節約澆灌水費21.7萬元。并且減輕了排水管道的防洪負擔，補給超采地下水的環境效益非常明顯。(2)利用人工湖滯蓄汛期雨水，增加水體面積。結合環境景觀設計和防洪設計，在水庫(改造為人工湖)的南側入水口處設一雨水沉砂池和高速過濾裝置，將雨水進行必要的處理。并將人工湖的溢流水位由原來的50.0米提高到53.0米。浮山北麓雨水經處理后，流入人工湖內，當水位上升至53.0米時，多余的雨水沿溢洪道流入雨水管道系統。通過實施該設計使湖面面積由原來的3000平方米增加到現在的8000平方米，增加存貯雨水約23000立方米，除可用于灌溉綠地等外，還改善了城市景觀和生態環境并具有一定的防洪功能。工程實施后，該小區獨具特色的綠化景觀與環境，特別是集雨水利用、防洪和景觀于一體的環湖公園受到社會各界的贊譽，實現了經濟、社會、環境效益三者的統一。5.2.3雨水利用的配套政策為了有效利用雨水資源，必須(1)盡快出臺我國城市雨水利用的相關政策、法規；(2)補充和完善水法中的雨水利用實施細則；(3)調整水價，實現水資源市場化；(4)因地制宜地制定各地區的雨水利用技術規范和標準；(5)通過各種渠道加強雨水利用的宣傳教育；(6)保證雨水利用的資金投入；(7)加強雨水利用的科學研究；(8)在一些城市率先建成一批示范工程，從而對全國城市雨水利用起帶動作用。結論日益嚴重的水資源短缺和雨水的污染問題已受到人們的重視。雨水資源的合理利用，對緩解水資源的供需矛盾，保護和改善生態環境，提高城市的經濟效益、社會效益和環境效益都有重要意義。通過調查徑流雨水的水質特性，對于雨水資源化的必要性及利用途徑等進行分析研究，得出以下結論：(1)雨水水質隨著降雨歷時增加變化較大，降雨后期污染減輕并趨于穩定。屋面徑流雨水初期COD最高可達100mg/l,SS在70?90mg/l范圍內，TP接近0.4mg/l,經過初期徑流后，水質明顯變好，后期COD一般低于20mg/l,SS低于10mg/l,TP穩定在0.15mg/l左右。路面徑流雨水初期污染嚴重，COD和SS可高達1000mg/l以上，高于屋面徑流，而且受過往行人和車輛的影響，交通干道徑流雨水的污染要高于住宅區內路面。屋面徑流雨水的水質接近「生活雜用水水質標準」，簡易處理后可用于綠化等雜用水。既可以補充水源，又可以減輕雨水徑流所造成的污染。雨水利用在成本上較城市污水處理