豫南某高校雨水水质污染情况研究

杨潇剑 李谩 陈环宇 刘蓓 马明扬

摘要：雨水作为一种自然资源，对其进行回收再利用，符合可持续发展的要求。当前大多数高校硬化程度高，各面层雨水径流量大，区域涵养水源能力差，致使丰富的雨水资源被白白浪费，同时校园人数众多，用水量巨大，可见这种矛盾势必要得到妥善的解决。因此为了能够更好的利用雨水资源，本文以豫南某高校为例，对其不同面层不同环境下雨水水质进行检测分析，以期为后续雨水回用装置技术的开发打下基础。

关键词：雨水;水质;污染;高校;豫南

中图分类号：X508 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）04-0-03

Abstract：Rainwater is recycled and reused which meets the requirements of sustainable developmentas a natural resource. At present， most colleges and universities have a high degree of hardening that make large surface runoff and poor rainwater conservation capacity， resulting in the waste of abundant rainwater resources. At the same time， the number of campuses is large and the consumption of water is huge， which shows this contradiction must be properly solved. Therefore， in order to make better use of rainwater resources， this paper takes a university in southern He'nan as an example to test and analyze the rainwater quality in different surface layers and environments， in order to lay a foundation for the development of rainwater reuse technology devices.

Key words：Rainwater;Water quality;Pollution; University;Southern Henan

目前，我国正处于城镇化建设的快速增长期，城镇面积和数量快速增加，不可避免地产生越来越多的硬质不透水面层（路面、屋顶等），由于排涝标准体系的滞后，城市下水管道难以承受各种突发天气状况的考验，致使地表径流增加，城市内涝灾害频发，给人民人身财产安全带来严重损害[1];另一方面原始的生态环境也不可避免的遭到严重破坏，表现为用以涵养水源的林地、草地、湿地和湖泊等大幅减少，致使80%的降水资源都被浪费掉了[2];同时许多地方雨污水并未进行妥善的分类处理，不仅对自然水体和地下水造成进一步的污染，而且会增加后期处理成本[3]。综上所述，当前城市所面临的内涝、降水资源浪费、二次污染等问题日益严重。

除了大规模城镇化建设需要面对这些问题以外，多数高校因基础设施众多致使整体硬化程度高并使得区域涵养水源能力降低、雨水径流增加，再加上现行的雨水排放系统使得大量降水资源无法得到很好的利用而被白白浪费掉[4];另一方面由于高校人口密集，用水量巨大，使得财政支出增加，所以雨水作为一种资源，如何更好的进行收集和再利用，这势必会得到广泛的关注。

为了更好的设计和运行雨水收集再利用装置，需要首先对区域内的降雨和雨水径流水质进行分析研究，以弄清楚不同环境不同面层以及不同时段下的水质情况。本文主要针对豫南某高校不同环境不同面层下雨水水质进行收集检测，再结合相关理念和技术，对雨污水进行吸收、储存和净化，从而有效提升整个校园在雨水资源利用上的能力，为打造生态、低碳、节约型校园提供实践经验。

1 研究方法

1.1 水样采集

考虑到可能会给降雨和径流带来的污染，本研究设置了6个水质取样点，包括一个自然降雨水样取样点。这6个水质取样点均选在河南省南部某高校校區内，分别为山地降水取样点（降水）、观光校车停车场取样点（降水）、餐厅外围取样点（降水）以及屋面雨水取样点（径流）、塑胶跑道取样点（径流）和斜坡坡面取样点（径流）。其中山地降水取样点位于学校理工楼和行政楼之间的山顶上，由于地势较高、受周围环境干扰较少，因此可作为自然降雨水样取样点;斜坡坡面取样点选在外国语楼附近的大下坡位置，可代表城区一般污染情况下的路面情况，且该位置雨水径流量较大;屋面雨水取样点选取图书馆西北角雨水立管，可代表一般污染情况下的屋面情况;观光校车停车场取样点选在学校机动观光车停车点，可代表机动车对降水的污染情况;塑胶跑道取样点位于校园塑胶跑道雨水流动存水洼中，可代表了塑胶场地对雨水径流的污染影响情况;餐厅外围取样点选自餐厅后厨油烟口位置，可代表餐饮行业排烟对降水水质的影响情况。其中山地降水取样点、停车场取样点和餐厅外围取样点收集降雨雨水，其他三个采样点收集面层雨水径流。

雨水径流的采集方法：每场降雨从形成径流开始，每隔十几分钟取一次样，每场雨取一个系列，能反映出整个降雨过程中雨水径流水质随历时的变化情况。根据雨量大小，径流采样时间间隔定为15min。0min 开始为第一次采样，即0～15min以内的径流视为0min降水，采满200mL为止，记录采样开始时间和终止时间。15min开始为第二次采样，即15～30min或以内的降水视为15min降水，采满200mL为止，记录采样开始时间和终了时间，以此类推第三、四次等的采样时间。若在15min内未采满200mL，则只采集这15min内的水样，下一个时间段则采集另一个水样。

对于降水水样收集，我们选用特制的不锈钢盆（深度25cm）作为简易取样装置，可以较为容易的收集自然降水，并避免了外部污染。为了准确反映自然降水水质，取样前要清洗收集盆，较大的开口便于在短时间内获取足够的雨水，本收集方式亦每隔15min取一次样，取样后立刻清洗并进行下一次收集，方式与径流收集类似。

1.2 水样分析检测方法

根据研究对象的情况，我们采用如下污染指标来分析和研究降水水质变化的情况。水质指标均采用国家标准水质分析方法进行检测，具体见下表：

1.3 水质评价标准

目前关于降雨及地表徑流水质的相关标准和回用要求比较少，经过对文献和标准搜集整理，我们确定了以下几个标准用以对雨水水质进行评价分析，其中建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范中对CODcr和SS的要求为范围值，相应达标水体可用于冷却系统补水、车辆冲洗和冲厕等不同场景。详情见下表所述：

2 不同面层雨水水质分析

根据上述水样采集和分析检测的方法，我们选择在一次典型降雨中对山地降水取样点、屋面雨水取样点、停车场取样点、塑胶跑道取样点、餐厅外围取样点和坡面取样点的六组水样依次进行检测分析，进而得出其变化规律。由于本次降雨量较大，三个地点的径流形成非常快，所以降雨与径流形成的时间差可以忽略不计。同时自然降水的污染来源，主要是空气中的粉尘、硫化物和氮氧化物等，这些物质在降水的过程中不断受到雨水的冲刷，所以各项指标基本呈现随降雨时间的增加而降低的趋势，水质情况一般较好，主要污染物浓度较低，所以也可作为雨水背景值。而其他特殊区域或不同面层的雨水则会受到各种各样的污染，导致相关指标增大，详情见下述分析。

2.1 雨水中CODcr变化分析

如上图所示，各雨水类型中CODcr的浓度都随着降雨历时的增加而降低，在降雨60min后，基本趋于平缓。这是因为在一场降雨中，降雨以及形成的地表径流分别淋洗了空气中和地表上的污染物，所以随着降雨的持续，CODcr浓度逐渐降低，并最终稳定在较低值。同时我们可以发现塑胶跑道、屋面径流和坡面径流这三种径流雨水CODcr的浓度要明显高于其他三种降水的CODcr浓度，可见雨水冲刷各面层可带走大量有机污染物。其中山地地区的自然降水CODcr浓度最低，起始浓度为55mg/L，可见雨水背景值比较低，而塑胶跑道的雨水径流CODcr浓度最高，起始浓度达到430mg/L，历时60min后逐步稳定在200mg/L左右，远高于相关标准，可见操场上使用的塑胶材料对雨水径流造成了很严重的污染，其污染物质在降雨的过程中还在不断释放和溶解，这一区域的降水需要经过适当的处理和降解才能被回收利用。而其他面层的降雨和径流经过一段时间的淋洗冲刷基本都稳定在15～40mg/L的范围内，其中山地自然降水为14.3mg/L，达到II类地表水中对CODcr的要求;餐厅外围和停车场降水以及屋面径流则都达到30mg/L以下，满足城市杂用水水质标准对CODcr这一指标的要求;坡面径流的CODcr则维持在45mg/L左右，究其原因可能是该地段人流量和车流量较大，所带来的有机污染物较多所致。

2.2 雨水中TP和NH3-N的变化分析

从图3和图4，我们可以看出所有水样的TP和NH3-N浓度都满足城市污水再生利用景观环境用水水质标准中的要求，并都随着降雨历时的延长先大幅度降低后趋于平稳，但各面层径流雨水（塑胶跑道、屋面径流、坡面径流）中的TP和NH3-N浓度要始终高于降雨雨水（山地降水、餐厅外围、停车场），其原因在于各面层的雨水径流的污染源较为广泛，所受到的污染程度也更严重。其中坡面径流的水质常常受到汽车尾气、轮胎磨损、燃油和轮滑油、铁锈以及路面磨损的影响，TP和NH3-N的污染较为严重，屋面径流和塑胶跑道则由于面层材料、尘土和鸟粪等原因也受到一定程度的污染，都只停留在地表水IV类指标的水平。而降雨雨水则主要是冲刷大气中的污染物，如汽车尾气、油烟和尘埃等，所受污染程度较小，60min后雨水中的TP和NH3-N浓度分别降到0.1mg/L和0.5mg/L以下。

2.3 雨水中SS变化分析

从上图可见，各面层径流雨水中初始悬浮物质（300～600mg/L）要远远高于降雨雨水（<100mg/L），这是由于不同面层在周围环境的作用下积累了大量不溶物质，例如尘土、植物组织和动物粪便等。同样随着降雨历时的延长，六组水样中的SS值越来越低、差距也逐渐缩小稳定在10～60mg/L的范围内，这说明长时间的降雨对各面层的不溶性污染物有较好的冲刷去除作用，其中山地天然降水的SS最低，90min后降至10.3mg/L，基本达到了城市污水再生利用景观环境用水水质标准和建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范中对回用雨水SS这一指标的要求，而塑胶操场、屋面径流和斜坡径流90min后则分别为60.5mg/L、59.8mg/L和43.7mg/L，餐厅和校车附近的径流SS次之，可见其大都未达标。

综上所述，我们将不同类型的降雨和径流历时90min后的水质参数进行汇总，再结合表2水质总体评价表后发现该高校区域自然降水的水质质量较好，其后段的雨水基本满足城市污水再生利用景观环境用水水质标准和建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范中的要求，积蓄起来可直接用于冲厕等生活卫生用途;而塑胶跑道上的径流雨水无论是可溶性还是不溶性的污染都最为严重，需要经过相应的处理才能排放和利用，不然会对周边环境造成危害;同时坡面和屋面的雨水径流以及停车场和餐厅外围的降雨，其污染程度相对较小，个别参数略有超标，理应进行适当的处理和净化后回收再利用。

3 结论和建议

（1）该校作为河南南部地方高校，区域雨水资源十分丰富，总体受污染程度不高，接下来对雨水回收再利用进行具体研究和操作时，应在该论文研究基础上充分考虑处理技术、当地气候、植被和地形地貌等多方面因素，这样才能将校园建设与雨水管控有机的结合起来。

（2）在分析检测的过程中，我们发现塑胶跑道等特殊区域产生的径流雨水受到了较为严重污染，远远超过国家相关标准，该问题还有待进一步的调查和研究。

（3）近年来，为了提高城市的排水防涝和雨水净化再利用的能力，我国将海绵城市建设理念作为城市建设的指导思想并加以实施[5]，因此大学校园在设计和建设时应积极推广和应用该理论技术。

参考文献

[1]于远燕.海绵城市理念在滨水空间的应用探讨[J].现代园艺，2016（2）：155-157.

[2]杨林霞.国内外海绵型城市建设比较研究[J].黄河科技大学学报，2015，17（05）：71-75.

[3]丁明静，魏枫.“海绵城市”理念下的绿色校园景观的低影响开发景观途径[J].东莞理工学院学报，2017，24（05）：69-72.

[4]陈舒芳，王雪峰.校园雨水水质分析及处理回用技术试验[J].净水技术，2017，36（07）：62-66.

[5]住房和城乡建设部.海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建[Z].2014.