合肥市住宅區(qū)雨水資源化利用分析

倪晶誠，張紅亞

（安徽建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院，安徽 合肥 230601）

0 前 言

近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，國內(nèi)城市化進(jìn)程日益加快，亦得益于人類科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新。城市淡水資源日趨成為人類文明延續(xù)的發(fā)展瓶頸。在國家積極新型城鎮(zhèn)化的背景下，國家對城市市政道路建設(shè)的投資力度勢必加強(qiáng)，為了服務(wù)和容納更多的居民成為“市民”，大量的人工構(gòu)筑物必須建造。由于城市人口具有高度密集性，進(jìn)而對城市淡水資源的需求量是十分巨大的。伴隨國家城市化變革過程中，大量原來的疏松透水地表被不透水材料覆蓋，相比原生態(tài)環(huán)境中不透水面積急劇增加，阻隔了雨水向城市地下土壤滲透，顯著改變了地區(qū)的水文循環(huán)。所以，城市雨水資源的利用，可緩解國家新型城鎮(zhèn)化進(jìn)程中面臨的城市淡水資源的日益短缺問題。

1 合肥地區(qū)雨水資源分析

合肥地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，降雨豐沛，氣候特點(diǎn)是四季分明。根據(jù)1971～2000年合肥市降雨資料統(tǒng)計(jì)，合肥地區(qū)年平均降雨量約995.3mm,年平均降雨日約為113.5日。6月、7月、8月的梅雨季節(jié)的降雨量達(dá)到436.6mm，占全年降雨量的43.9%；雨水資源量是指降雨產(chǎn)生的徑流量，合肥市建設(shè)用地規(guī)劃，到2020年，合肥市主城區(qū)年雨水資源量約為3.58×108m3。考慮棄流、蒸發(fā)等因素，若合肥市雨水利用率僅為10%的話，雨水資源量已十分可觀。可見合肥市雨水資源十分豐富，但沒有充分利用，造成水資源的浪費(fèi)。

2 測試合肥市住宅區(qū)雨水水質(zhì)以及污染物指標(biāo)相關(guān)性分析

2.1 合肥市住宅區(qū)雨水水質(zhì)分析

于2014年6月、7月、8月合肥市雨水豐沛期間，對合肥市住宅區(qū)雨水進(jìn)行了收集，并以合肥市旭輝御府小區(qū)為采樣收集點(diǎn)。對小區(qū)不同下墊面6場降雨徑流水樣中SS、COD、TN、TP水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了分析，比較了3種類型下墊面（住宅區(qū)內(nèi)綠地、屋面、內(nèi)部道路路面）降雨徑流和自然降雨水樣中污染物濃度分布的差異。

住宅區(qū)內(nèi)不同類型的下墊面對同一種污染物的影響存在差異，但污染物隨時(shí)間變化的規(guī)律存在相似，一般在降雨初期污染物濃度較高，由于沖刷效應(yīng)[2]，同一污染物濃度都隨降雨時(shí)間的延長而呈現(xiàn)下降趨勢[3]。降雨徑流形成前20min內(nèi)污染物濃度較為顯著，而90min后污染物濃度后趨于穩(wěn)定。從SS、COD的平均濃度來看，小區(qū)內(nèi)道路降雨徑流中SS、COD、TP平均濃度明顯高于其他兩種下墊面相同時(shí)間內(nèi)的平均濃度。這由于小區(qū)內(nèi)道路相比綠地、屋面、小區(qū)居民的人為活動(dòng)產(chǎn)生的影響要大得多，小區(qū)內(nèi)居民和車輛的正常進(jìn)出必然給小區(qū)內(nèi)道路路面遺留大量污染物。從TP平均濃度的角度來看，相對小區(qū)內(nèi)屋面和內(nèi)部道路，小區(qū)綠地的降雨徑流中TP的平均濃度較高，這可能與合肥市土壤含磷量較高有關(guān)[4]。從TN濃度變化的角度來看，這3種下墊面徑流平均濃度變化沒有存在顯著差異。住宅區(qū)內(nèi)綠地、屋面、內(nèi)部道路路面降雨徑流中污染濃度較高，均已高于比Ⅴ類地表水要求的限值[4]，這說明合肥區(qū)域內(nèi)的大氣濕沉降對降雨徑流中TN影響較大[5]。其中小區(qū)綠地降雨徑流中SS、COD、TN的平均濃度小于其它兩種下墊面相同時(shí)間內(nèi)的平均濃度，這表明綠地對污染物具有削減作用。

2.2 合肥市住宅區(qū)雨水污染物指標(biāo)相關(guān)性分析

對合肥地區(qū)來說，經(jīng)過進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理，得知降雨事件中住宅區(qū)屋面降雨徑COD與SS在180min內(nèi)相關(guān)性較高,R2為0.9389。而住宅區(qū)綠地降雨徑COD與SS的相關(guān)性也較高,R2為0.9484。住宅區(qū)道路降雨徑COD與SS在也較高,R2為0.9732。得知合肥地區(qū)住宅區(qū)不同下墊面降雨徑流中COD與SS的相關(guān)性由高到低的次序?yàn)?住宅區(qū)道路、住宅區(qū)綠地、住宅區(qū)屋面。其中3種類型的下墊面雨水中COD與SS相關(guān)性都較高且差距很小。依次類推，比較不同類型下墊面中COD與TP其相關(guān)性由高到低的次序?yàn)?住宅區(qū)綠地、住宅區(qū)屋面、住宅區(qū)道路，R2分別為0.9032、0.8233、0.6933，其中不同下墊面的相關(guān)性程度差距較大。而SS與TP來說，其相關(guān)性由高到低的次序?yàn)椋鹤≌瑓^(qū)綠地、住宅區(qū)屋面、住宅區(qū)道路，R2分別為0.959、0.8213、0.5746；其中住宅區(qū)綠地的雨水中SS、COD、TP的相關(guān)性都較高，其因素可能與合肥市土壤含磷量較高、而雨水的初期沖刷致使TP與SS和COD相關(guān)性都較高有關(guān)。道路雨水的TP與SS和COD相關(guān)性相對來說都較差，這也從側(cè)面反映了合肥市土壤含磷量較高的特性對雨水水質(zhì)的影響[5]。

總體來說，去除雨水中SS可以同時(shí)減少COD、TP的含量，所以對雨水的初期雨水的棄流以及去除雨水中SS的沉降處理對住宅區(qū)雨水的利用十分重要。

3 合肥住宅區(qū)雨水對不同下墊面利用分析

3.1 合肥市住宅區(qū)屋面雨水利用分析

合肥市住宅區(qū)考慮雨水利用時(shí)，從水質(zhì)、水量、后續(xù)處理要求等各方面總體考慮，應(yīng)首選屋面雨水利用。屋面雨水利用也應(yīng)該是合肥市推廣住宅區(qū)雨水利用的主要方式。屋面雨水相對來說較為潔凈，處理方式實(shí)現(xiàn)亦較為簡單。目前，若直接對建造時(shí)間已較長的住宅區(qū)進(jìn)行屋面雨水收集設(shè)施改造和增設(shè)雨水儲存池，建設(shè)資金、用地等條件等因素都限制了該方案的實(shí)施，總體難度較大。所以，較為合理的方法是結(jié)合建筑物的新建或改擴(kuò)建，建設(shè)屋面雨水利用設(shè)施。若新建小區(qū)雜用水需求量大的，鼓勵(lì)開發(fā)單位建設(shè)地下調(diào)蓄設(shè)施[6]。

3.2 合肥市住宅區(qū)內(nèi)道路雨水利用分析

住宅區(qū)內(nèi)道路雨水利用收集主要是指對小區(qū)內(nèi)道路路面進(jìn)行透水性處理。下墊面的排水性能直接影響雨水滲透的最終效果。因此根據(jù)下墊面的具體情況，因地制宜地選擇透水性鋪裝的適用范圍。透水性能最好的墊層是礫石墊層，最差的是粘土。而合肥地區(qū)大部分為膨脹土，具有很強(qiáng)的固結(jié)性，不利于雨水的滲透，所以在局部小范圍內(nèi)可采用換土法解決。若下部粘土層范圍很大，這時(shí)可考慮利用其上部透水墊層中的透水孔隙作為雨水的儲存空間，也就是通過加大上部透水墊層厚度的方法來處理[7]。但對于合肥年降雨量達(dá)近1000mm的城市來說，單靠換土或加大透水墊層的儲水厚度形成的儲水量不能滿足要求，這就需要建立專門的地下滲水池用于解決雨水儲存問題[8]。

3.3 合肥市住宅區(qū)綠地雨水利用分析

綠地雨水利用首要考慮雨水下滲，其主要考慮的是地區(qū)土壤入滲速率。土壤滲透系數(shù)過大時(shí)則入滲太快，雨水在到達(dá)地下水區(qū)位之前沒有足夠的停留時(shí)間得到凈化。當(dāng)滲透系數(shù)過小時(shí)，在滲透區(qū)內(nèi)會出現(xiàn)厭氧環(huán)境，不利于污染物的截留與轉(zhuǎn)化[9]。同時(shí)也會造成植物的淹水時(shí)間過長，影響植物的生長以及綠地的景觀效果。綠地滯蓄雨洪首要任務(wù)就是避免雨水流失，增加入滲。綠地下凹深度越大，蓄水效果愈明顯；確定合理的下凹深度，控制浸水時(shí)間不超過植被耐淹時(shí)間，是合肥市雨水蓄滲利用的技術(shù)關(guān)鍵。

合肥的地質(zhì)結(jié)構(gòu)制約了雨水的滲透，其土壤滲透系數(shù)小，影響了雨水的滲透效率。因此，需根據(jù)不同的用地類型和具體的排水目標(biāo)，因地制宜，研究確定相應(yīng)的滲透設(shè)施的構(gòu)造、設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及擬采用的強(qiáng)化入滲措施等。比如可以結(jié)合植草溝、低勢草地來建設(shè)[10]。

4 結(jié) 論

利用現(xiàn)有的降雨記錄資料，盡快完成對合肥市降雨特性參數(shù)的統(tǒng)計(jì)研究，以利后續(xù)實(shí)際應(yīng)用中雨水存蓄池體積的計(jì)算；盡快開展對合肥市不同典型區(qū)域雨水匯流介質(zhì)水質(zhì)的調(diào)查研究，該項(xiàng)工作需要多年的持續(xù)積累，有必要盡快著手進(jìn)行。

盡快開展對合肥市不同典型區(qū)域表土層土質(zhì)、厚度和滲透能力的調(diào)查研究。在大規(guī)模推廣雨水綜合管理技術(shù)前，可以先在濱湖新區(qū)開展雨水滯留與屋面雨水利用的示范工程建設(shè)，摸索經(jīng)驗(yàn)，制定適合合肥情況的技術(shù)規(guī)范。逐步建立完善以管理法規(guī)與技術(shù)指南為基礎(chǔ)的合肥市的雨水綜合管理體系[11]。

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[4]GB3838-2002,地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].

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[6]王和意,劉敏,劉巧梅,等.城市暴雨徑流初始沖刷效應(yīng)和徑流污染管理[J].水科學(xué)進(jìn)展,2006(2).

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[10]李俊奇,汪慧貞,車武.城市小區(qū)雨水滲透方案設(shè)計(jì)[J].水資源保護(hù),2004(3).

[11]金龍,等.我國城市雨水資源利用適用技術(shù)[[J].市政技術(shù),2007(1).