邯郸市区不同下垫面降雨径流水质变化特征研究

郭凤震，郭 婧，刘庆华，霍毅鑫

（1.河北省邯郸水文水资源勘测局，河北 邯郸056001；2.河北大学 化学与环境科学学院，河北 保定071002；3.邯郸市水资源综合管理办公室，河北 邯郸057750）

邯郸市人均占有水资源量176m3，仅占全国人均水平的8%，地表水资源总开发利用率达80%以上，水资源的匮乏严重制约了邯郸市工农业生产、经济社会发展和自然生态环境保护。邯郸市属于温带大陆性季风型气候，多年年平均降水量为548.9mm，由于时空分布不均，全年降雨量70%以上集中在6—9月，其中又主要集中在7月下旬至8月上旬。为了有效利用城区雨洪资源，2007年开始进行了邯郸市城区雨洪资源研究。

由于城区降雨径流携带大量的悬浮颗粒物、营养盐、重金属、有机污染物和其他污染物质［1］，作为非点源污染源对水环境具有较大影响，为了掌握城区雨洪水质特征并对其进行有效控制与治理，对城区降雨径流水质进行了专题研究。

1 研究方法

1.1 研究区域

研究区域选择邯郸市主城区中华大街南部及两侧，分生活区、道路、公园绿地和城区雨水汇流处，生活区为水电学院生活区，道路为中华大街水电学院门前和学院路中段，公园绿地为邯山广场，城区雨水汇流处选沁河。

1.2 取样

1.2.1 取样地点

（1）生活区。屋面是城区不透水区域的主要组成部分，在城市面污染源污染中扮演着重要角色，它是承接大气干湿沉降的的主要载体［2］，由于屋面材料本身也存在污染物质，使得屋面雨水径流存在污染。邯郸城区屋面多为混凝土平面结构，为此选用2号楼为监测对象，用采样器在雨水管底部采集样品。

（2）城区道路。道路表面尤其是交通活动频繁的城市道路表面，能够通过汽车尾气排放、轮胎和路面磨损及油脂的渗漏等积累大量的悬浮颗粒、营养盐、重金属和多环芳烃等污染物质［3］。由于城区道路的高度不透水性，这些污染物质在降雨期间被道路表面产生的雨水径流溶解、冲刷并通过城市雨水管网排入水体，对受纳水体造成污染。邯郸市中华大街是邯郸市主要街道和样板路，选中华南大街水电学院门前作为城区主干道监测点，学院路中段作为住宅区道路监测点。用采样器在路边雨水口处采集样品。

（3）公园绿地。随着城市三年大变样，邯郸市城区绿化面积和绿化率逐年提高，有力地改善了城区环境。公园绿地也是城区主要透水区，降雨产生径流相对较小、较慢，但由于绿地在养护过程中施肥、喷药，加上长期吸附、蓄积空气中灰尘和其他废物，随着雨水径流生成的大量污染物将会随之进入水环境，对接纳水域产生污染和影响。选择广场南侧绿地旁汇水口为采样监测点。

（4）沁河。邯郸城区内一条河流，水源为西污水处理厂的中水和上游少量来水，降雨时两岸有大量雨水汇入。

1.2.2 取样时间、频次

房屋降雨径流采样时间为2009年6月19日、7月12日、7月25日。道路降雨径流和雨水汇流区沁河采样时间为7月12日、7月25日。公园绿地降雨径流采样时间为7月12日。

降雨产生径流开始取样，每隔10min取样一次，至径流停止。沁河在降雨初期、涨水初期、洪峰、落水期分别采集水样。每个水样分别检测，检测指标为COD、SS、NH3、TN 4项。

1.3 监测方法

分析方法依据《水和废水监测分析方法》。

2 降雨径流污染物变化

2.1 屋面降雨径流

对3次降雨径流进行检测，共取样21个，屋面降雨径流中COD、SS、TN、TP含量变化见图1～4。

由图1～4中可以看出屋面降雨径流初期的污染最明显，水质比较混浊，随着降雨时间的延长，污染物浓度逐渐下降并趋于稳定。

图1 屋面降雨径流COD含量变化

图2 屋面降雨径流SS含量变化

图3 屋面降雨径流TN含量变化

图4 屋面降雨径流TP含量变化

降雨初期COD 在70～100mg/L，SS 在50～90mg/L，TN 在5～10mg/L范围内，TP接近0.4mg/L，属于GB3838—2002《地表水环境质量标准》劣Ⅴ类水，经过30min冲刷后，降雨径流水质变好。降雨后期（50min）COD低于20mg/L，SS低于10mg/L，TN在1mg/L左右，TP稳定在0.15mg/L以下，接近地表水Ⅲ类水标准，不会再对接纳水体产生污染。

2.2 道路降雨径流

城区主干道中华大街和生活区街道学院路降雨径流中COD、SS、TN、TP含量变化情况见图5～8。

图5 道路降雨径流COD含量变化

图6 道路降雨径流SS含量变化

图7 道路降雨径流TN含量变化

图8 道路降雨径流TP含量变化

从图5～8可以看出，道路降雨径流水质与车辆、行人的过往密度和路面污染程度有关，水质的波动性比较大，在降雨初期污染最严重。交通干道比住宅区内道路的路面径流污染程度高。交通干道初期径流雨水COD最高接近1000mg/L，SS超过1000mg/L，TN为25mg/L，TP达0.5mg/L；而住宅区内道路COD最高在400mg/L，SS不足500mg/L，TN为13.8mg/L，TP低于0.4mg/L。

路面径流雨水水质随着降雨历时增加而改变，路面初期径流的COD、SS、TN和TP较高，降雨强度越大，冲刷越彻底，径流水质越差；降雨径流历时20min后水质趋于稳定。降雨后期交通干道COD稳定在200mg/L左右，SS在300mg/L左右，TN在10mg/L以下，TP不足0.15mg/L；住宅区路面COD在50mg/L以下，SS低于150mg/L，TN低于5mg/L，TP小于0.15mg/L。住宅区路面径流污染低于交通干道的路面径流。

2.3 公园绿地降雨径流

邯山广场绿地降雨径流主要污染物随时间变化情况见图9，10。

图9 绿地降雨径流COD、SS含量变化

图10 绿地降雨径流TN、TP含量变化

由图9，10可看出，绿地降雨径流前期水质较差，COD、SS含量在500mg/L以上，TN超过15mg/L，TP接近4mg/L，远超地表水环境质量Ⅴ类水标准和GB5084—2005 《农田灌溉水质标准》，随着径流时间的延长水质逐渐变好，受降雨强度的影响，水质会出现波动。

2.4 雨水汇水区沁河

雨水汇流区沁河降雨过程中水质变化情况见表1。

表1 沁河降雨过程中水质监测结果统计 单位：mg/L

由表1可以看出，涨水初期由于降雨径流初期的污染物含量较高，河水水质较差，洪峰时COD含量最高，落水期水质变好。

3 城区雨水资源利用

城区雨水资源利用包括直接利用和间接利用。

直接利用就是根据不同的水质，采用独立的雨水收集、处理、利用物化处理系统，即选用快速过滤法、快速混凝沉淀法或快速生物吸附法等接触过滤加消毒的工艺处理过程，使雨水水质达到《生活杂用水水质标准》要求，然后直接用于城市清洁、绿化、路面喷洒、水体景观。

间接利用就是利用雨水回灌补充地下水资源，提高地下水水位，改善生态环境。城区通过建设低草坪花坛、铺设渗水路面、开挖浅沟渠道等途径，加大雨水渗透量，有效补充、涵养地下水。

4 结语

（1）城区雨水径流主要污染物为有机物和悬浮物，初期雨水径流污染最为严重，随降雨历时的延长，污染物浓度逐渐下降并趋于稳定。

（2）屋面经过一段时间冲洗后，降雨径流水质变好，降雨后期水质接近Ⅲ类水标准，可以直接用于日常用水，不会对汇入水体产生污染。

（3）城区路面降雨径流水质波动较大，与车辆、行人的过往密度和路面污染程度有关，住宅区路面径流污染低于交通干道的路面径流。

（4）公园绿地降雨径流水质受降雨强度影响较大。

（5）不同城区下垫面雨水径流污染物含量差异明显，城区主干道路大于住宅区道路大于公园绿地大于屋顶。

（6）城区雨水汇水河流受来水影响，涨水初期污染物含量较高，洪峰过后，水质变好。

［1］黄金良，杜鹏飞，欧志丹，等.澳门城市暴雨径流污染特征研究［A］.中国给水排水论文集［C］.2006－09－10，62－67.

［2］李贺，张秋菊，李田.屋面径流污染物的初流类型与水质特征研究［J］.中国给水排水，2009，25（9）：90－93.

［3］甘华阳，卓慕宁，李定强，等.广州城市道路雨水径流的水质特征［J］.生态环境，2006，15（5）：969－973.

［4］董欣，杜鹏飞，李志一，等.城市降雨屋面、路面径流水文水质特征研究［J］.环境科学，2008，29（3）：607－612.