停车场集雨洗车现场试验

张艳娟，徐向舟†，舒利明，刘璐

(1.大连理工大学水利工程学院，116024，辽宁大连;2.大连理工大学化工与环境生命学部，116024，辽宁大连)

随着我国城市化的进程，居民汽车保有量不断上升。据调查，我国民用汽车保有量已从2000 年的1 600 万辆，提升至2011 年末的1 亿6 000 万辆，位居世界第2 位［1］。机动车辆的增加带动了洗车行业的快速发展，洗车行业的用水、节水问题也因此成为公共生活用水管理的重要部分。将城市雨水利用与停车场建设相结合，既能节约有限的水资源、缓解城市化造成的城市雨洪问题，又能产生一定的经济收益，从而提高雨水利用投资者的积极性;然而，目前国内外的停车场生态建设中，多集中在透水路面的铺装、绿化植被的种植、排水设施的通畅等方面，关于雨水集蓄利用规划设计较少。日本、澳大利亚一些建筑物的雨水利用设施［2-3］均是以家庭为单位将收集到的雨水作为生活杂用水，包括洗车。德国Ludwigshafen 市［4］、我国北京市曾出现过专门使用集蓄雨水的洗车点［5］。如何将雨水集蓄利用技术与停车场的建设发展相结合，提高雨水利用的综合效益，是一个亟待解决的问题。

通过对洗车点的现场调查、试验，获得洗车用水的第一手数据资料，可以为加强洗车业的定额管理提供科学依据;但是商业洗车点主要面向经济经营，计量系统不健全、用水数据不完备，很难获得其年内或月内各项用水数据［6］。另外，与发达国家相比，我国城市雨水利用最大的难题之一是雨水水质较差［7-8］，因此，建立集雨洗车示范点，对雨水水质和用量进行深入细致分析，并探索雨水水质处理的方法，具有重要现实意义。

大连市是我国缺水严重的城市之一，人均水资源占有量仅为全国平均占有量的1/4，水资源短缺已经成为制约大连市经济和社会发展的一个重要因素。该市多年平均降水量606.2 mm，并且70%～80%集中在6—9 月，雨水利用有较大潜力，另一方面，近年来大连市的汽车保有量和洗车场一直在持续增加。截至2012 年，大连市机动车已达100 万辆。《大连市综合交通体系规划》中提出加大路外公共泊位供给、加快停车场建设，力争在2020 年，小汽车车均停车泊位由现状的0.48 个提高到0.7 个左右［9］。笔者旨在通过对示范区集雨洗车装置的研究和实践，探索一种适用于大连市，并可供我国其他北方城市借鉴的停车场集雨洗车方法。

1 集雨洗车装置设计结构和原理

试验在大连理工大学建设工程学部停车场进行。停车场总占地面积约2 000 m2，拥有停车位100个。该集雨洗车装置由屋面收集系统、水质处理装置、集雨桶和洗车设备组成，如图1 所示。屋面雨水通过落水管下落，通过初雨弃流和过滤后，收集到集雨桶7 中。降雨开始时，初始2 mm 降雨排入初雨弃流器1 中，其余雨水经U 型管净水器和过滤袋式净水器过滤后，进入集雨桶。集雨桶为2 个互相连通的塑料桶，每个容量2 m3，当集雨桶储满后，多余雨水可以通过溢流管11 排出。集雨桶有出口分别与洗车水泵12 和自来水连接。开启洗车水泵电源，便可用集雨桶内雨水冲洗车辆。当雨水降到一定水位时，可自动补充自来水，实现可持续供水。

另外，洗车场中设有洗手池，用于投洗抹布。洗手池所用水为自来水，集雨桶中雨水进入洗手池中，保证了雨水不与人体直接接触。U 型管净水器直接安装于落水管上(图1)，利用U 型管的结构特点，雨水携带泥沙进入装置后减速沉降，通过25 目的斜面筛网反渗过滤再进一步净化。每次降雨后，打开U型管下部的排污口，对筛网进行定期反冲洗，同时将管内淤积的泥沙一并排出。过滤袋式净水器放在集雨桶入口，采用孔径1 μm 的PE 过滤袋制成，一个雨季中对过滤袋进行2 ～3 次简单清洗。

2 现场试验研究方法

根据大连市的气温情况，2011 年该集雨洗车装置4 月15 日开始运行，11 月15 日结束，共运行7 个月。试验场地周围的降雨、蒸散发量采用试验场附近大连理工大学水环境研究所气象站的实时、自动监测数据。运行期间，观测对雨水利用现场雨水集蓄量、补充自来水量、用电量、洗车次数等。为及时记录雨水补充量和消耗量、水泵用电量，在集雨桶上安装水位计，显示桶内水位;在连接洗车水泵出水口和自来水进水口分别安装水表，以显示用水量和补充自来水量。安装电表显示水泵用电量。为了统计洗车数量分析洗车平均用水量，在设备旁边安放洗车登记牌，记录洗车次数。根据水泵前安装的水表和洗车次数，估算每次洗车的平均用水量。

对典型降雨场次过滤前后雨水的水质进行监测分析。在降雨过程中，对通过净水器前、后及集雨桶中的雨水取样;降雨后每隔一定时间对集雨桶中存储的雨水取样。对所取样品进行水质对比分析，定量评价各个装置的水质净化性能、集雨桶内水质随时间的变化情况。根据雨水污染情况、雨水利用工艺和雨水用途等对水质的要求，选择T、SS、COD、TP、TN、pH 这5 个指标进行检测分析，具体的检测方法和指标所包含的意义见表1。

表1 水质检测方法Tab.1 Methods to test water quality

3 结果与分析

3.1 可利用水量计算

次降雨可利用水量(mm)

式中:r 为径流系数，混凝土屋面取0.9;α 为季节折减系数，要考虑当地气候对雨水蒸散发的影响;H0为次降雨量，mm;h 为初期弃流量，一般为1 ～3 mm。

由2011 年的历次降雨量，可以统计出试验场当年逐月降雨量、可利用水量和实际收集水量，如图2所示。示范区2011 年的年降水量为822.7 mm，其中5—9 月降雨量达到了722.3 mm，占全年降水量的87.8%;年内可利用雨量为683.3 mm，本试验装置实际已收集水量为102.3 mm。已收集水量仅占年内可收集径流量的15.1%，说明在该试验场中，雨水利用量还有很大潜力，可以通过加大集雨桶的容积等方法来扩大雨量的利用率。

3.2 集雨量统计

试验场屋面集水面积228.7 m2。2011 年本试验装置实际已收集水量为102.3 mm，则实际收集雨水的体积为23.4 m3。6—9 月径流收集率较低，这与降雨量集中，降雨时间间隔较短有关。例如7 月25、26、30 日连续降雨达到171.9 mm，但由于天气阴沉，洗车用水量较少，装置可收集利用量较少。表2 显示了7 月下旬至9 月上旬间，次降雨量超过2 mm 或者洗车泵启用时，集雨桶中水量变化情况。

3.3 洗车用水定额分析

据统计，2011 年洗车用水量为46.0 m3，补充自来水量为22.6 m3，则雨水替换生活杂用水比例为50.9%。4 月15 日至7 月31 日间，洗车414 次，期间总用水量24.8 m3，没有循环用水，平均洗车用水量约为58 L/(辆·次)。李立群等［6，10］根据北京市西城区40 家洗车点的现场调查和分析，对没有循环用水的洗车点数据进行50%循环率的处理，估算出手工洗车(轿车)的取水定额23 L/(辆·次)。李涛等［11］对西安市323 个洗车点进行了调查，在不考虑循环用水的情况下，认为洗1 辆轿车平均用水量约为40 L，若用高压水枪方式洗1 辆轿车，则最少需水50 L。本研究是在完全排除生产经营活动的干扰、接近实验室条件下得到的结果。试验中不考虑洗车经营者生活用水，且仪器观测精确、数据完整，相当可靠。研究得出的结果与上述文献接近。由于该洗车点是面向学校内部教职工的免费自助洗车点，车主在洗车时可能用水比较宽松，而大连市内洗车点都是经营性质的，营业者为了经济效益都会自觉地尽可能节约用水;因此，在不考虑循环用水情况下，经营性质的商业洗车用水定额可取55 L/(辆·次)。

表2 次降雨量超过2 mm 或者洗车泵启用时集雨桶的雨水集蓄量Tab.2 Amount of rainwater collected by the water tank as the precipitation was more than 2 mm or the pumps were working

3.4 水质分析

3.4.1 净水器效果 通过净水器过滤前后的水质结果分析得知，过滤器对雨水的浊度T 和悬浮物浓度SS 改变较大，对COD、TP、TN、pH 等指标没有显著影响;因此，下文将分析、比较经净水装置过滤前后浊度和悬浮物的改变。

经过U 型管净水器和过滤袋式净化器过滤后，雨水水质有较大的改善。图3 和图4 显示经净水装置过滤前后雨水的悬浮物测定结果。如6 月23 日，初始浊度T 为45 FTU 的雨水，经U 型管净水器过滤后，减小为25 FTU;经过滤袋式净水器过滤后则减小到13 FTU;4 月17 日，初始悬浮物质量浓度250 mg/L 的雨水，经U 型管净水器过滤后，减小为90 mg/L，经过滤袋式净水器过滤后则减小到50 mg/L。二者比较，过滤袋式净水器较U 型管净化器的过滤效果更为显著。

图3 过滤前后浊度的变化Fig.3 Variation of the turbidity before and after filtration

图4 过滤前后悬浮物浓度的变化Fig.4 Variation of the suspended substance concentration before and after filtration

3.4.2 集雨桶内水质 为保持雨水水质，定期在集雨桶内按照0.1 ～0.6 mg/L 的质量浓度加入次氯酸钠消解液进行雨水消毒和水质维护。每次降雨当天，虽然经过过滤，桶中雨水仍含有一定的杂质;从降雨的第2 天开始，雨水经过沉淀，水中悬浮物明显减小，尤其是当加入氯酸钠消解液后，雨水中的COD 明显降低。图5 为集雨桶内COD 和悬浮物质量浓度随时间变化的关系曲线。以7 月20 日为例，当日降雨量5.7 mm。降雨后第2 天(7 月21 日)至7 月25 日再次降雨前这段时间内，桶中所存储雨水的COD 和悬浮物质量浓度很小，说明试验装置在使用过程中雨水水质保持良好。

4 结论

1)设计了一种雨水处理效果好、雨水不与人体直接接触、可持续供水、可定量观测的雨水集蓄利用系统，通过1 年的运行实践，效果良好。

2)不考虑循环用水时的洗车用水定额，免费自助洗车时实测值为58 L/(辆·次)，商业洗车时可取55 L/(辆·次)。

3)过滤器对雨水的浊度和悬浮物质量浓度改变较大，对COD、TP、TN 等没有显著影响，过滤袋式净水器较U 型管净水器的过滤效果更为显著。

图5 集雨桶内COD 和悬浮物随时间变化关系Fig.5 COD and suspended substance varying over time in the rainwater bucket

4)本试验场年内可收集径流量为683.3 mm，装置实际已收集水量102.3 mm;已收集水量仅占年内可收集径流量的15.1%，雨水利用量还有很大潜力。

项目的研究过程中得到邵龙潭教授的指导和帮助，杨筱恬、刘艳青、吕自荟等同学参加了项目的试验工作，特此致谢。