天津市不同功能区道路雨水径流水质监测分析

中图分类号：TU984文献标识码： A

1 前言

随着城市的发展，水资源需求与短缺的矛盾不断增长。雨水作为一种可供利用的非常规水资源，对缓解水危机具有十分重要的意义。我国雨水资源丰富，年降水量可达6 190亿m3，但由于没有健全的暴雨汇集和调蓄设施，易造成暴雨时的洪涝灾害和旱季的严重缺水。随着城市化的高速发展，建筑物密集和路面硬化程度的不断加剧，使不透水地表面积不断扩大，雨水资源流失量急剧增加。

天然降雨对大气污染物产生淋溶作用，受到了一定污染。而城市不透水面积的不断增加以及其面层上污染物的积累，使得天然雨水降至不透水面层后形成降雨冲刷和径流输移，雨水污染严重。城市路面是不透水面的一个重要组成部分，本文以天津市不同功能区（文教区、居住区和商业区）的道路雨水为研究对象，对其径流雨水水质进行监测分析，以期掌握道路雨水水质特点及变化规律，探索其收集利用的可行性，为雨水资源化利用提供技术支持。

2 研究方法

2.1 采样点的选择

按照不能功能区的划分，试验共选择了三个不同性质下垫面的采样点，如图1所示：A点为天津城市建设学院（文教区）；B点为侯台花园（居住区）；C点为人人乐超市（商业区）。所有采样点均为道路两侧的雨水口。所选不同功能区采样点的环境特征见表1。

表1不同功能区采样点的环境特征

功能区 汇水面积/m2 路面清扫状况 车流量/辆/h 人流量/人/h

文教区 220 一天一次，无洒水车 20 600

居住区 340 一天两次，无洒水车 1800 80

商业区 300 一天两次，有洒水车 1200 120

注：表中车流量、人流量均为降雨期间的统计平均值。

2.2 取样方法

降雨径流采样点设于道路雨水口（见图2），降雨产流开始即用2.5L聚乙烯瓶采集径流水样，取样时间分别为0min、5min、10min、15min、20min、30min、40min、60min、80min、100min、120min、停雨时刻，同时用水盆收集降雨过程中天然雨水的混合水样，并且用虹吸式雨量计（见图3）记录降雨量，对于有特殊要求的检测指标（如阴离子表面活性剂）单独取样。样品在规定的24h保存时间内，按照国家环境监测标准方法进行污染指标的测试。

2.3 监测指标及检测方法

水样包括pH、色度、浊度、CODCr、BOD5、TN、TP、氨氮、阴离子表面活性剂和重金属(Fe3+、Mn2+、Cu2+、Zn2+、Pb和Cd)等15项指标，检测方法见表2。

表2 检测方法

监测指标 检测方法

pH 玻璃电极法(GB 6920―86)

色度 铂钴比色法

浊度 ――

ss 重量法（GB 11901-89）

CODCr 重铬酸钾法(GB 11914―89)

BOD5 稀释法(HJ 505―2009)

TN 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法

（GB 11894-89）

TP 过硫酸钾消解钼酸铵分光光度法

（GB 11893-89）

氨氮 纳氏试剂分光光度法（HJ 535-2009）

阴离子表面活性剂 亚甲蓝分光光度法（GB 7494-37）

金属离子 火焰原子吸收法

3 监测结果与分析

3.1 降雨特征

通过雨量计监测及气象资料查询，2011年4～9月的气候情况见表3。

表3 天津2011年4-9月气候情况

月份 4月 5月 6月 7月 8月 9月

平均温度/℃ 14 20 27 27 26 21

最高温度/℃ 22 30 35 34 34 29

最低温度/℃ 2 12 19 21 21 12

降雨量/毫米 36 32 51 118 97 72

降水天数/日 6 5 8 14 11 6

最大平均降雨强度/mm・h-1 11 7 10 25 30 35

平均风力/级 2～4 3～4 3～4 微风 3～4 2～4

由上表可以看出：天津市，7月份气温较高，风力较低，降雨频繁，降雨量最大，平均降雨强度也较高。

试验过程中在不同月份，根据降雨情况，分别进行水样采集，及检测分析，取样过程中的采样频率和气候特征见表4。

表4 采样频率和降雨特征

日期 降雨前晴天数/d 降雨时间 日降雨量/mm 最大降雨强度/mm・h-1 取样

时间 取样频率

2011.5.8 3 13:00开始，

15：40停止 26.5 20 13:30～15:40 间隔10min

2011.6.11 0 17:10开始，

17:30停止 16 8 17:10～16:10 间隔5min

2011.7.1 0 7:35开始，8:30停止；9:40开始，11:10停止 22.5 56 9:50～11:10 间隔5min

3.2 不同功能区道路雨水径流水质特征

经过雨水采样及水质监测，取得天然雨水及3个不同功能区采样点共计13组暴雨径流水质数据。经过整理，各个采样点的径流污染物浓度变化范围详见表5。

表5 不同功能区道路径流雨水的水质特征

指标 天然雨水 文教区 居住区 商业区 地表水

Ⅴ类标准 杂用水

（城市绿化）

pH 6.89～7.23 6.87～7.27 7.22～7.86 7.05～7.61 6～9 ――

色度/度 96.7～161 362.7～1094.4 4185.5～9566 1723～4062 ―― 30

浊度/ NTU 21.3～50 30～229 601～2368 190～562 ―― 10

SS/ mg・L-1 ―― 2.5～370 350～1668 214～606 ―― 10

CODCr/ mg・L-1 29.1～35 52～239 267.7～574.2 174.6～419 40 ――

BOD5/ mg・L-1 1.57～2.41 7.34～10.2 30.43～51.3 16.68～22.9 10 ――

TN/ mg・L-1 3.141～10.8 3.739～4.21 2.488～19.326 3.857～17.326 2.0 ――

氨氮/ mg・L-1 ―― 1.73～7.02 1.58～5.91 0.62～6.77 2.0 ――

TP/ mg・L-1 0.10～0.28 0.28～1.61 2.98～6.37 0.79～3.02 0.4 ――

续表

阴离子表面活性剂/ mg・L-1 ―― 2.36～11.76 6～139.4 5.47～22.57 0.3 ――

Fe/ mg・L-1 ―― ―― ―― ―― ―― 0.4

Mn/ mg・L-1 0 0～0.024 0～0.033 0～0.058 ―― 0.1

Cu/ mg・L-1 0 0.004～0.024 0.001～0.029 0.006～0.058 1.0

Pb/ mg・L-1 ―― ―― ―― ―― 0.1 ――

Cd/ mg・L-1 ―― ―― ―― ―― 0.01 ――

由上表可以看出，监测区域天然雨水仅色度、浊度和TN超出地表水Ⅴ类标准或杂用水（城市绿化）标准，这主要是由监测区域大气中颗粒物和含氮气体所造成；监测区域不同功能区的道路雨水径流水质均很差，检测指标中除pH以外均严重超出地表水Ⅴ类标准或杂用水（城市绿化）标准，同时，三个功能区的道路雨水径流污染由轻自重依次是文教区、商业区、居住区；道路雨水径流初期雨水污染最为严重，混浊、呈黑色，其中混杂了大量的污染物，如泥砂、碎垃圾和有机物等。

3.3 道路雨水径流水质影响因素分析

影响道路雨水径流水质的因素很多也很复杂。综合起来有降雨量、降雨历时、降雨强度、两场降雨之间的时间间隔、气温、日照强度、车辆、人流量、路面清扫状况等因素。总的来说，道路雨水径流水质主要取决于路面污染状况，路面的各种污染物是最直接的污染原因。

（1）降雨历时的影响

以2011.5.8检测的文教区道路雨水径流CODCr、TN、TP浓度随降雨历时的变化为例，由图4可以看出随着降雨历时的延长，CODCr、TN、TP浓度会不断降低。

（2）降雨强度和降雨量的影响

以2011.5.8监测的文教区道路雨水径流CODCr浓度随降雨强度和降雨量的变化为例，由图5可以看出在降雨初期，降雨强度越大，污染物浓度降低的变化程度越大。随着降雨历时的不断增加，当达到一定降雨量的情况下，污染物的浓度趋于稳定。

（3）路面状况的影响

以2011.5.8检测的不同功能区道路雨水径流CODCr浓度随降雨历时的变化为例，由图6可以看出不同功能区道路雨水径流的污染程度不同，居住区道路雨水径流污染最严重。综合表5，分析可知，与另外两个功能区道路雨水径流中CODCr浓度相比，居住区道路雨水径流污染最为严重，这主要是受其路面车流辆、路面污染物的沉积所致，该区域路面车流量较大，无水洗车清扫，且路边废水倾倒、垃圾堆积情况严重。

（4）季节、气温及降雨前晴天数的影响

以居住区不同时期的三场降雨为例，由图7可以看出随着降雨时间的不同，同一道路的雨水径流污染程度不同，雨季前期的道路径流污染最为严重。结合表5，分析可知，由于降雨情况（两场降雨之间的时间间隔、降雨前晴天数、气温、日照强度等）不同，同一路面在不同时间段的路面雨水径流污染程度不同。

4 结论

通过对天津市不同功能区道路雨水径流的综合分析，可以得出以下结论：

⑴不同功能区的道路雨水径流水质监测指标中除pH以外，均超出地表水Ⅴ类标准或杂用水（城市绿化）标准。三个功能区的道路雨水径流污染程度依次是文教区＜商业区＜居住区。

⑵道路雨水径流水质主要取决于路面污染状况；降雨情况（两场降雨之间的时间间隔、降雨前晴天数、气温、日照强度等）不同，同一路面在不同时期的道路雨水径流污染程度不同，雨季前期道路雨水径流污染最为严重，时间间隔越长，降雨前晴天数越多，气温越高，日照强度越大，道路雨水径流污染越严重。