高校校园绿地对降水径流污染削减研究

杜 鹏，张红亚，朱曙光（安徽建筑大学 环境与能源工程学院，安徽合肥 230601）



高校校园绿地对降水径流污染削减研究

杜 鹏，张红亚，朱曙光
（安徽建筑大学 环境与能源工程学院，安徽合肥 230601）

摘要：以安徽建筑大学南校区为例，研究合肥市校园绿地对自然降水水质净化以及自然降水对校内人工湖水质的影响。SS、COD、TN、TP等污染物指标数据显示：校园绿地对于污染物指标去除率分别为：47%、50%、16%、51%；其中在降水径流产生20min内去除效率最高，在120min后污染物指标含量变化趋于稳定。降雨前后校园人工湖的水质数据结果显示：降水后湖中SS、COD、TP浓度变大，TN浓度变化不大，由此可知，初期降水的污染物是造成水体非点源污染重要因素。

关键词：合肥；校园绿地；降水径流；污染物指标；去除率

0　引　言

高校校园拥有数量众多的教学楼、宿舍楼、办公楼和纵横交错的校园道路，能够便捷地收集、利用众多屋面雨水和道路雨水。同时，校园绿化面积比例高，绿化率可达40%以上。降水通过设置合理的下凹式绿地，能够有效补充地下水源。当校园中有景观水体时，景观水体可以收集储存雨水，对校园环境兼有降温、增湿和优化的作用。校园水体和绿化的合理组合，可以让雨水经过植草沟来净化水质，并汇流进入校园水体，成为良性雨水收储模式［1］。本文选取了绿化率高且有校内湖泊的高校校园作为研究对象，来探讨绿地对降水径流污染的削减作用。

2　材料与方法

2.1研究区域概况

合肥市位于中纬度地区，地处湿润带和过渡带，多年平均降水量970mm，降水量季节变化大，夏季（6-8月）降水量最多，占全年41.3%；春季（3-5月）次之，占全年28.1%。年降水量以7月份最多，平均为176.9mm，12月份最少，平均为30.7mm。

研究区域选择安徽建筑大学南校区，位于合肥市经济技术开发区，占地面积近千亩，校园内包括绿色屋顶、路面、绿地、湖泊等典型下垫面条件，其中绿地面积约占校园面积的40%。校园内的人工湖名为易海，湖泊南北走向，全长约450m，占地面积约为校园总面积的1/10。校园排水体制采用雨污分流，易海主要承担校内排洪蓄水的功能，水质受降水径流的影响较大。基于季节性气候对降水的决定作用，本研究选在研究区降雨最频繁的7-8月份，进行雨水采样和分析。

2.2采样方法和采样点选择

2.2.1绿地径流水质采样

4次采样时间为：2015年的7月14日、7月26日、8月5日和8月10日。降雨量、降雨强度、最大30min降雨强度、综合降雨指数等因素的研究表明，与降雨强度、最大30min降雨强度相关性最高的是坡度为20%的草坪［2］。因此，选择易海西侧坡度约20%的测点E为绿地对自然降水净化研究地点（见图1）。

在合肥市不同下垫面降水径流特征研究中，谢继锋等［3］验证了下垫面的降水径流存在初期冲刷效应，其中污染物主要出现在初期径流雨水。本研究拟定降雨事件发生后绿地产生降雨径流的时间为0min，然后分别在5min、10min、15min、20min、40min、60min、90min、120min取样研究［4］。自然降雨用聚乙烯材料容器静置收集，绿地径流用250mL聚乙烯瓶采集，采集方法满足《水质采样技术标准》［5］要求。

2.2.2易海水质采样

为分析降水径流对于易海水质的影响，在降雨前后分别用250mL聚乙烯瓶采集水样进行检测。采样点选择4个点，分别为易海东侧的C测点、西侧的A测点、南侧的D测点、北侧的B测点（见图1）。4次采样时间为2015年的7 月14日、7月26日、8月5日和8月10日，A、B、C、D测点各取雨前和雨后2组水样。

图1　研究区域采样点分布示意图

2.3样品分析

降雨水样采集完毕及时送至实验室4℃下低温保存，实验检测指标包括悬浮物（SS）、化学需氧量（COD）、总氮（TN）、总磷（TP），以上水样分析在48h内测定完毕［6］。分析方法如下表1所示。

表1　水质分析方法

2.4水质评价标准

本研究中绿地、道路降水径流和自然降雨中污染物水质评价标准，依据地表水环境质量标准GB3838-2002。校园内人工湖系景观水体，需满足Ⅴ类水水质标准：COD（mg/L）≤40，TN （mg/L）≤2.0，TP（mg/L）≤0.4。

3　结果与分析

3.1绿地降水径流水质分析

图2（a）表明，7月14日降水的SS初始浓度最大，为106.1mg/L；8月5日的SS初始浓度最小，为87.0mg/L。对比4场降雨中SS浓度变化曲线发现，在降水径流产生的0～20min内SS浓度降低率达到40%。随着时间的推移，SS浓度变化率明显降低，在60min后变化缓慢，当达到90min后，SS浓度基本保持稳定，SS浓度降低率达到50%。

图2（b）表明，7月14日降雨水质的COD初始浓度最大，为81mg/L；8月10日降雨水质的COD初始浓度最小，为65mg/L。4次降雨事件COD浓度变化趋势相近，前20min浓度变化较大，60min后浓度基本保持在35mg/L左右，绿地对COD的去除率达到40%，符合Ⅴ类水质的要求。

图2（c）表明，4场绿地降雨径流中的TN初始浓度差异较明显，在40min内浓度显著下降，在60min～120min 内趋于平稳。7月14日雨水TN浓度数值最高，且在 120min内TN浓度变化值最大。绿地对TN的去除率为20%，最终排入易海的浓度为4.2mg/L，不符合Ⅴ类水质的要求。

图2（d）表明，4场降雨的统计数据中TP初始浓度差异明显，最高为0.81mg/L，最低为0.61mg/L。在降水径流产生20min内TP浓度下降明显，去除率为40%。在40min～90min内下降明显减缓，90min后趋于平稳，符合Ⅴ类水质的要求

图2　绿地降水径流时间与污染物浓度变化图（a）SS浓度；（b）COD浓度；（c）TN浓度；（d）TP浓度

3.2降水前后湖水水质分析

在7-8月的4场降雨前后，分别对易海A、B、C、D4个采样点的水质进行取样分析，分析结果见图3。

图3　降雨前后易海水质浓度变化图（a）SS浓度；（b）COD浓度；（c）TN浓度；（d）TP浓度

图3表明，4次降雨前后各采样点污染物浓度有不同程度变化。雨前SS平均浓度45.4mg/L，雨后为53.9mg/L；雨前COD平均浓度30.1mg/L，雨后为37.8mg/L；SS和COD降雨前浓度均明显小于降雨后，说明降水径流流入各采样点会带入下垫面部分杂质导致SS和COD浓度变大。测点C的SS和COD浓度变化尤其明显，由于测点C旁边为校园道路，降水径流含有大量道路聚集的污染成分，而流经区域没有成片绿地，无法形成绿地对于污染物的削减作用，导致污染成分直接进入易海。对于TN来说，降雨前后测得的数值变化不大，雨前平均浓度5.49mg/L，雨后5.51mg/L，均不符合Ⅴ类地表水标准，说明易海作为封闭的人工湖，在缺乏水质交换的条件下，合肥地区降水淋洗大气中的NH4+-N是TN含量较高的主要原因［11］。对于TP来说，降雨前后浓度变化不大，雨前平均浓度0.43mg/L，雨后0.41mg/L，表明校园绿地降水径流TP的平均浓度较高，可能与合肥市土壤含磷量较高以及雨水冲刷有关［12］。

4　结论

对安徽建筑大学南校区绿地降水径流和易海水质研究，结论如下：

1）自然降水经过绿地的渗透过滤，降水中SS、COD、TN、TP的去除趋势相似，在径流产生20min时去除率变化明显，分别达到38%、37%、13.5%和41%，在径流产生60min后曲线变化幅度变缓，120min后趋于稳定，去除率分别为47%、50%、16.3%、51%。可见，绿地对于自然降雨中的SS、COD和TP的去除率较为明显，对于TN的去除率不高。

2）研究区域初期雨水水质较差，各项水质指标均不符合地表水Ⅴ类水质的标准。降雨后易海中SS、COD浓度较雨前显著增加，SS浓度增加8.5mg/L，COD增加7.7mg/L；TN浓度降雨后较雨前有少量增加，为0.2mg/L；TP的浓度变化不大。数据表明，降水中的污染物是受纳水体非点源污染的重要来源。

参考文献

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［4］郑璐. 镇江市降雨径流污染特征研究［D］. 江苏：江苏科技大学， 2012.

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A Study on Campus Green Space and Rainfall Runoff Reduction

DU Peng，ZHANG Hongya，ZHU Shuguang
（College of Environment and Energy Engineering， Anhui Jianzhu University， Hefei 230601， China）

Abstract：Taking South Campus of Anhui Jianzhu University as an example， this paper intends to explore purification that the campus green space in Hefei City has on natural rainfall water quality and the influence of natural precipitationonthe campus artificial lake water quality. SS， COD， TN and TP were analyzed and compared， and it can be shown thatthe removal rate of pollutant indexes in green space were: 47%， 50%， 16%， 51%；and the highest removal effciency was rainfall-runoff producing within 20 minuteso: changes tend to be stable after 120 minutes. The campus artifcial lake water quality data before and after rainfall shows that the concentration of SS， COD， TP increased considerably but TN changed little. Therefore， pollutants in the early rain is the important factor which caused non-point source pollution of the water.

Keywords：Hefei City； campus green space； rainfall runoff； pollutant index； removal rate

基金项目：2014年安徽省高等教育振兴计划项目（2014zdjy093）

收稿日期：2015-10-23

DOI:10.11921/j.issn.2095-8382.20160214

中图分类号：X522

文献标识码：A

文章编号：2095-8382（2016）02-070-05