（市政工程专业论文）北京城区东南部降雨与径流水质分析与评价.pdf

按簧 摘要 北京市悬水资源严重短缺地区，人均水资源年占有量不足3 0 0 m ，是全国人 均值的1 8 ，燃界人均值的l 3 0 。随餐城市化的发展嗣人民生活水平的提高， 承静供需矛器瓣益突窭。邋年来，可瑟窳资源量逐年减少，嚣仍蠢大藿暴雨径浚 出境而未加有效利用。城市化发展又使暴雨洪峰增加，加大了河道防洪负担。为 了缓解北京市水资源短缺和城市河道防洪设计流量不断增加的困难，重视雨水利 粥蒸有重要豹璇实意义。 从2 0 0 2 年6 月到2 0 0 3 年9 月，对j b 京城区东南部汛期天然降雨、屋顶径流、 人行道径流、机动车道径流、绿地径流等进乎亍了1 6 次取样化验，取样总数4 1 6 个。依照遗袋承环凌震鬃檬准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 确定承质蓝灞豢稼2 0 矮，经 分析初步发现：来自不同下激面的径流水质在降水某一时刻前后水质变化较大， 之前水质污染程度远远超过之后污染程发；城区屋面融水径漉受到棚当程度的污 染，城医道路路甏雨窳径流污染严重，路瑟径流污染秘含量瞬显藩予攫面帮绿缝 径流中的污染物含量，径流的污染物主要为有机污染物和悬浮物固体污染；在降 褥产流的过程，各污染物浓艘随着降雨产滚历程虽然变化有起伏，缎变化总豹趋 势楚降雨初期污染魏的浓度麓，随着降雨历时的延长，浓度逐渐下降；后期除个 别指标外能达到地表水i 类水体标准。 荚键词雨窳瘸精；蔼永经流；径流污染；窳度 北京工监大学工学硕圭学位论兜 a b s tr a o t b e i j i n gi sf a c i n gt h es e r i o u sp r o b l e mo fw a t e rs c a r c i t y t h eq u a n t i t yo fw a t e r r e s o u r c e sp e r c a p i t aa n dy e a ri sl e s st h a n3 0 0 m 3 。t 融sa m o u n t s t o1 8o ft h en a t i o n a l a v e r a g ea n d1 3 0o f t h ei n t e r n a t i o n a la v e r a g e w i t ht h ed e v e l o p m e n to fu r b a n i z a t i o n a n dt h ei m p r o v e m e n to ft h ep e o p l e sl i v i n gs t a n d a r d ，t h ec o n t r a d i c t i o na g a i n s tw a t e r s u p p l ya n d w a t e rd e m a n di sb e c o m i n gm o r ea n dm o r es e r i o u s b e s i d e sw a t e r s h o r t a g e ， b e i j i n gi s a l s os e r i o u s l ya f f e c t e db yl o c a lf l o o d s 。i nr e c e n t y e a r s ，a v a i l a b l ew a t e r r e s o u r c ec a p a c i t yr e d u c e s y e a r a n d y e a r , b u ts t i l lt h es t o r mw a t e r i nl a r g ea m o u n th a v e n o tb e e ne f f e c t i v e l yc o n t r o l l e da n dr e a s o n a b l yu s e d t h ed e v e l o p m e n to fu r b a n i z a t i o n i n c r e a s e dt h es t o r mf l o o dp e a k ，b u r d e n e dt h ef l o o dp r o t e c t i o np r e s s u r e 。i no r d e rt o a l l e v i a t ew a t e rr e s o u r c e ss h o r t a g ea n d 协r e d u c ef l o o d i n g a n dt o 器v em o r ea t t e n t i o n o nt h er a i n w a t e ru s eh a sg r e a ta n d p r a c t i c a lm e a n i n g i nt h ep r e s e n ts t u d y , t h ep r e c i p i t a t i o na t b e i j i n gc i t yw a ss t u d i e dd u r i n gt h e p e r i o df r o mj u n e2 0 0 2t os e p t e m b e r2 0 0 3 4 t 6s a m p l e sw e r ec o l l e c t e da tb e i j i n g u n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g yw h i c h i sa nu r b a na r e ai nt h es eo ft h ec i t yw i t hn om a j o r i n d u s t r i a la c t i v i t i e sa n dm i n i m u mt r a m cd e n s i t y s i x t e e nt i m e so fc h e m i c a lt e s t sw e r e c o n d u c t e df o rt h en a t u r a lp r e c i p i t a t i o n ，r u n o f ff r o mh o u s er o o f s ，r u n o f ff r o mt r a f f i c r o a d s ，a n d r u n o f ff r o m g r e e n b e l t se t c a c c o r d i n g t ot h ee n v i r o n m e n t a l q u a l i t y s t a n d a r d sf o rs u r f a c ew a t e r ( g b 3 8 3 8 * 2 0 0 2 ) ，2 0i t e m so fw a t e rq u a l i t yi n d e x e sw e r e m e a s u r e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ew a t e rq u a l i t yi nr u n o f ff r o md i f f e r e n ts o i l s u r f a c e sc h a n g e sl i t t e rd u r i n gi n i t i a lr a i n i n gp e r i o d ，t h e nt h ew a t e rp o l l u t e de x t e n t b e f o r e 远m u c hh e a v i e rt h a nt h a ta f t e r s t r o mw a t e rr u n o 疆c o l l e c t e df r o mr o o f so f b e i j i n gc i t yz o n eh a sb e e np o l l u t e dt oar a t h e rs e v e r ed e g r e e r o a ds u r f a c er u n o f f i s p o l l u t e ds e r i o u s l y p o l l u t a n t s c o n c e n t r a t i o n si nr o a ds u r f a c er u n o 仃a r es i g n i f i c a n t l y h i g h e rt h a nt h o s ei nr o o fa n dl a w nl 飞l n o i f m a j o rp o l l u t a n t s o fr u n o f fa r eo r g a n i c s u b s t a n c ea n ds u s p e n ds o l i d s ，a l t h o u g ht h ec o n c e n t r a t i o no f t h ep o l l u t a n t sc h a n g e d a l o n gw i t ht h es u r f a c er u n o f fp r o c e s s ，t h ev a r i e t yt e n d e n c yo f c o n c e n t r a t i o no ft h e p o l l u t a n t si sh i g h e r i nt h ei n i t i a ls t a g eo f r u n o f f a st 1 1 0p r e c i p i t a t i o nt i m eg ol a s tw i t h t i m eb y ，m ec o n c e n t r a t i o no ft h ep o l l u t a n t sd r o pg r a d u a l l y 啦c o n c e n t r a t i o n so f p o l l u t a n t sa tf i n a ls t a g e s ，e x c e p to r g a n i cp o l l u t a n t s ，b e l o n g t ot h eg r o u pi i ia c c o r d i n g t ot h ee n v i r o n m e n t a lq u a i i t vs t a n d a r d sf o rs u r f a c ew a t e r ( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) k e y w o r d s r a i n w a t e ru t i l i z a t i o n ，s t o r mw a t e rr u n o f f , r t m o f f p o l l u t i o n ，w a t e rq u a l i t y 狂 独创性声明 本人声鹗掰星交的论文起我个人在鼯师指导下进行的研究工住及取褥的研 究成果。尽我所知，除了文审特剐加戬标注和致谢的魄方外，论文申不包含其住 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或熊它教育机构 的学位或证书黼锼用过的材糖。与我一尉工悖的同志对本研究所傲豹任何贡献均 融在论文中俸了爨确的说弼并表示了落意。 签名：| 塞噬! 基麓麓：亟趔! 垩 关予论文使用授权的说明 零太完全了解j 家王敛大学毒关缳磐、馒霞学位谂文戆裁定，瑟：学校寿毅 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以浆用影印、缩印或其他复制平段保存论文。 ( 傈密戆论文在解密爱墩遵守魏燕定) 签名： ! 塑煎煎导师签名：f i n ：也幽型 第l 掌缝论 掌蔓目! ! ! ! 皇! ! 燃! ! ! ! ! ! ! e e e i 鲁! 皇! ! ! ! ! ! ! 懋燃蔓* 自! 自省i i i i m l i f i l li i 目! ! ! ! ! ! ! ! s 煳嬲! ! ! ! ! ! ! g ! 酬 第1 章绪论 1 1 课题的背景和意义 我蓬是一个窳资源繁靛静莺家，全嚣6 0 0 多痉大中城市中，蠢4 0 0 多窿袋承。 据预测，到2 l 世纪中叶，我国的贫水状况将达到高峰。因此，如何最大限度地 节流、开源，融越来越受到豳内有关人士的关注。在这些思路中，人们普遍注意 豹楚污东国耀，却忽略了承资源兹舅一个重要缀成部分，那就是雨窳资源。雨承 网用不仅是水资源开源、节流的一条有效途径，而且对生态环境的改善、水污染 的控制等方面都具有重大意义【l 】。 瘩是生命之源，是人类赣鞋生存静蘩本条律，楚社会经济发鼹瓣命稼，由予 水资源在时空分配上的不均匀，加之人类对水资源的不合理开发利用和严重浪 赞，以及社会发展工业化稷发豹提高对水源污染的加黧，使得用水劳蘑越来越突 滤。送入2 l 璇纪，我们蕊漆洪涝灾害、于单缺永、承环境恶证三大阔题，承已 缀成为全世界各国人民关j 空的焦点，人撩社会遇到了前所未有的水问题的挑战。 雨水是地球上一切可更新水资源的源泉，其总量达51 0 万亿m 3 ，我国降雨总量 舞5 万亿m 3 ，雨承资源帮鬏、牧集、穰糟不仅辩解浃瞄前水资源愆缺闻题兵森 战略意义，也将成为2 1 世纪干旱、半干帑地区水利深度发展的必然趋势。科学 会理地开发、收集、利用蕊墩资源将戏必解决2 l 世纪水超题的重聚途径，我们 必须充分认识铡拜发、收集、希j 用雨永爨源的重要l 琏、必要性_ 稻紧遮往日。 雨水作为自然界水循环的阶段性产物，其水质优良，是城市中十分宝贵的水 资源。通过会域豹援划和设计，采取相应憋工程设施，将城区薅水热以充分利用， 怒解决城市水资源短缺的熏簧手段。雨水剩雳可在一寇程度上缓解城市水资源的 供需矛盾，而髓还可有效地减少城市地酾水径流量，延滞汇流时间，减轻雨水排 除没蓬的压力，减少防洪投资帮洪灾损失。裁水利用怒城市治隶方豺由“羁# 蓄结 合，以泄为主”向“排蓄鳍含，戬蓄为童”转变的重溪体现。 城区雨水利用就是通过工程技术措施收集、储存弗利用雨水，同时通过雨水 麴渗透、露灌、耠充建下承及逸瑟零源，维持著改善城索黪承捱环系统。 城市雨水利用是一个大肖可为的领域，是一项多弱标的综合憔技术。它可敬 北京工业太学工学硕士学位论文 产生以下综合效益：节约用水：提高排水系统的可靠性；改善水循环：改善城市 寒虿凌；缓艇藏枣逡嚣滋簿；其有经济容生态意义。嚣痤弱戆皴寒爵势鸯骧下 几大类：分敝住宅的雨水收集利用中水系统；建筑猕或小区集中式雨水收集利用 中水系统；分散式雨水渗透系统；集中式雨水渗透系统；屋顶花园雨水利用系统； 生态专区蘩零综合霉l 鬟系统疆i 褒花蠢、孛隶、渗遴、家景) 等。 北京市是水资源严熬短缺地区，人均水资源年占有量不足3 0 0m 3 ，是世界人 均值的1 3 0 ，远远低予国际公认的人均l0 0 0m 3 的下限。水资源紧缺和水琊境 恶诧已或笼麓约蓄都享圭衾、经济发麓窥嚣凌震塞浚饕瓣重要瑟豢。 自8 0 年代以来，随着国民经济的发展、人口的增加和生活水平的提高，用 水量逐年增加。虽然对工业、农业、生活等多用水部门采取了节水措施，遏制了 蔫东戆壤彀。然瑟运筠多年寒，l t 索露采资漂癸辫早餐莛臣旗壤窳生态环麓为 代价而得到的。这主要殿映了出境水嫩由7 0 年代的1 8 0m 3 ，减至2 0 0 0 2 0 0 1 年的7 8r n 3 ；永定河常年干涸；与1 9 8 0 年相比，到2 0 0 1 年地下水已累计趣采 5 l 亿m 3 。瀵郝反映t ：i l 察枣隶资滚紧张懿嚣嚣翻。 根据北京市政府和水利部联合制定的 2 1 世纪初期首都水资源可持续利用 规划对缺水情况的预测，到2 0 0 5 年，遇平水年时将缺水7 9 4 亿m 3 ，遇干举年 对静映永1 2 8 0 亿m 3 ；戮2 0 1 0 年，遽警隶年辩将簸承1 6 。1 5 亿m 3 ，逶手单零对 将缺水1 9 4 4 亿m 3 。2 1 馓纪初期首都将继续面临严麓缺水的态势。 与此同时，由于北糸地区降雨量年内和年际间分布不均，其中年内8 0 以 上集中在嘏麓，年际阕鬟大年份降雨豢楚最小年徐豹5 倍竣上，赫形成径流流失； 并且随着城市化进程的加快，不透水瀚积大幅度增加，导致相同降水条件下，径 流系数增大，洪峰提翦，泼量增大，承资源无效流失增加。另外，由于现有城市 来系综合整治后行洪能力已基本定墅，扩容空闻奢戳，掳i 要求城酝雨洪径流不麓 无限制地增加。因此，雨洪也对城市排水和防洪构成巨大压力。 我国政府承诺要把2 0 0 8 年奥运会办戏奥运史上景出色的一鼹奥运会和绿饿 奥运会，楚够的永资源帮楚好的永环境是2 0 0 8 年嶷运会的基本黉求，也是雷都 现代化建设的应有之义。 求生态怒生态系统的霪要组成部分，是绿色类遮鲍一个重要方露。j e 京水涤 源不足，生活用东、生产用水和生态耀水都缺，僚对2 0 0 8 年奥运会来说，鬣缺 的是生态环境用水。而生态环境用水的最经济合理的来源是再生水和雨洪水。 第1 章绪论 北京是个严重缺水的城市，雨水是宝贵的资源，白自流失是对资源的浪费。 为了缓解首都水资源危机，减轻城市排水和河道行洪压力，保证首都防洪安全， 重视充分利用雨水具有重要的现实意义。 1 2 国内外研究现状及进展 1 2 1 国外概况 在对雨水资源广泛开发利用的过程中，城市雨水资源逐渐得到了人们的重 视。国际研究的共识是：雨水利用将成为解决2 l 世纪水资源的重要途径1 4 1 。 从2 0 世纪7 0 年代起，经济发达国家从保护水环境及充分利用水资源的角度 出发，开始研究适合治理雨水污染及回用的处理工艺( 如在雨水调节池后设简单 的沉淀及砂滤装置) 及相关的管理模型( 如：s w m m 暴雨雨水管理模型；s t o r m 储存处理与漫流模型；b a t t e l l e 径流管理模型等) 。 2 0 世纪8 0 年代初期，世界各国悄然掀起了雨水利用的高潮。美国、前苏联、 突尼斯、巴基斯坦、印度、澳大利亚等国都对雨水利用十分重视，对雨水的集水 面进行了研究【5 】。墨西哥利用天然不透水的岩石表层为集水面；美国利用化学材 料处理集水面以增加集水效率；索马里在集水面上铺设塑料薄膜、沥青纸、金属 板等，集水效果很好1 6 。 德国是欧洲主张广泛进行雨水利用的国家之一，自1 9 8 9 年制定了屋面雨水利 用设旌标准以来，德国城市雨水利用技术以进入标准化、产业化阶段，并逐步向 集成化、综合化方向发展。许多公司已开发出具有收集、过滤、储存、提升、渗 透、控制、检测等功能的成套设备和系列定型产品，并已建成较多的雨水利用工 程。柏林等一些城市还将城市雨水利用和城市环境、城市生态建设等结合起来进 行设计，已建成或正在建设各具体色的生态小区雨水利用设施。 由于下垫面条件的不同，来自不同面积上的降水径流水质有较大的差异，如 来自屋顶等面积上的降水径流除初期受到轻度污染外，后期径流一般水质良好； 而来自机动车道等面积上的降水径流，则由于机动车辆的磨损而含有大量的金 属、橡胶和燃油等污染物质。因此，德国一般将来自不同面积上的降水径流分别 收集，对来自屋顶等的径流，稍加处理或不经处理即直接用于冲洗厕所、灌溉绿 藏康王韭太掌工学醺士掌位论义 地绒构造水景观等；对来自机幼车道等面积上的径流，则鼗处理达标厨方可排放。 一般采用沉淀厝缀氧化沟处溅，再渗入地下的方式。这样，一方面减轻了污水处 壤鹪压力，又遂过稠蘑辩誊东减少了大量静囊寒承供应v l 。 在德国，雨水径流主要用于构造城市水景观和人工水面、灌溉绿地、补给地 下水、冲洗厕所和洗衣及改落生态环境等。 德嚣不健在大嚣积商篷弹发医其育藏熬的雨承翻蘧缓术，在或褒模麓藩琵，l 、 区建设中也体现了雨水利用的观念。其雨水利用的理念为：屋顶的雨水首先通过 雨漏管进入楼寓周围绿地，缀避天然土壤渗入地下，若雨水大于土壤的入渗能力， 巅避入小医懿入渗沟或洼趣；邋鼹及停车甥的雨东径滚蠹接进入，l 、嚣的天渗沟或 洼地。入渗沟或漶地根据绿她的耐淹水平设计，标准内降水径流可全部入渗，遇 超标准降承，则遇过溢流系统摊入市政污水管道。 霜本对舔承稍雳研究也穰多【飘。阜在1 9 8 0 年霹本建设省就开戆箍行藤东跫 留渗透计划。利用公园、绿地、庭院、停车场、道路和戆筑物等场所，设置渗透 井、营、池和渗透性覆盖等收集雨水的设施，将收集的瓣水用于消防、洗事、冲 溅掰，也可戳经谶处理后供嚣氐饮焉。嚣藤b 翔有秘嗣褥承设施酶建筑物一百多 鹰、屋顶集水面秘二十多万平方米，如东京的一座相扑馆每天一百多立方米冲洗 用水大部分来自遐顼收集的辩水。在建筑物上收集雨水多采用沉淀靼过滤的方 法。 雨量充沛的泰国，也将羼丽雨水作为自来水的补充。以色列是一个千旱缺雨 少淡承的国家，熄 f j 在雨水秘淡水乖i 矮上擞做出了不、l 的戏裁。 雨水利雳已经成为国际上謦遍重视的课题。随着耐水利用技术迅速的发展， 研究雨水利用的学术活动也日趋频繁，并予8 0 年代初成立了国际雨水集流系统 协会( i r e s a ) ，鸯鬟强国际惑零蒯爆研究的学术交凌。 t s v e i n nt h o r o l f s s o n 9 1 提出幂霄城市的自然环境( 盆地、濒泊、湿避等) 吸纳雨水径流，减小径流峰值以及污染物含艇。m o r t e ng r u m ，r h a n s a a l d e r i n k 1 0 1 毳 究帮秀发了城密径滚污染模逛。p a t r i c k l b r e z o n i k , t e r e s a h s t a d e l m a n n 1 q 对 流域的暴雨径流慧、负荷以及污染物浓度之间的关系进行了分析研究，并建立了 城讨了暴雨负荷朔污染物浓度的预测模型。z h a n gh a i p i n g ，k i y o s h iy a m a d a1 1 2 应用 基予貔理豹分毒戏模型模数黪瓣孛菲点源滋染貔受芬，必城区骚零经浚与污染物 产生的全面过程提供了合理的解释。i k t s a n i s t 3 】提蹴了雨水中育潦污染物平 第1 嚣绪论 均浓度的估算方法。a r mt o m a n o v i c ，c e d om a k s i m o v i c 1 4 】通过对沥脊集水区域降 搿的试验研究，发现径流量蜂值总是在降雨强度峰值的之后几秒内出现，并建立 了悬浮霞傣洚捌静数学穰羹。 m o l l yk al e e c a s t e r ，e ta 1 1 5 】对城市雨水的不同取样设计进行了评价。a n a d e l e t i ci l6 】对城市表面径流的初期径流负荷作了研究，指出排水系统末端的初期 径流效应不太霹琵是进入舞 承系统静污浆耱初赣径滚造成静，造成这； 孛现象的舔 因可能是排水系统内污染物的转化和迁移，初期径流j 负荷不能根搦系列的气 候、降雨和径流特征，或者回归曲线来计算获褥，初期径流很复杂。 a s a x e n a ，e ta 1 u t i 辩黼格拉( 印瘦l 部一城市) 的降雨酶耽学成分遗行了 测定和研究，井分析了阴、阳离子的主器来源。g u ts u m i r a ns a t s a n g i ，e ta 1 【1 8 l 对半干旱农村地区的雨水成分进行了监测，分拆认为地薅对离子浓发鹣贡献比较 大，僵久为活动和海盐毽紊也不容慈褪。p u j a k h a r e ，e ta 1 1 1 霹对窜魔j e 部屠住区 的雨水进行了化学分析，分析显示主要离子浓度在冬攀比季风气假时期高，c a 、 m g 、s 0 4 、n 0 3 帮n i - h 来源予土壤和生物溪动，n a 、k 秘c l 可能来源于通常燃 烧的封 放物，聪c u 、z n 、f e 和n i 可鼹与工业活动和滂扫过程有关。gp ih u ， e ta 1 2 0 l 对新加坡的雨水进行了化学分析，主要离子浓度随月份变化，当地的气 象条件在很大稷度上影响了化学成分，霹水中的污染物来源于当媳豹工业和交 通。i d r e e sea i - m o m a n i ，e ta 1 酬对工啦隧附近的降水的化学成分进行了分轿， 主要离子浓度( e l 一，s 0 2 - 4 ，n o 一，i t ，n a + ，k + ，c a 2 + ，m 9 2 + 和n h “) 随降雨量而降 低，湿沉积中离子的主要来源是驸近工厂的搀教物。s e m r ag t u n c e l ，s e v g iu n 9 6 r 强2 对雨东中未簧瞬、阳离子的浓度进行了监铡，由予空气中碱性主壤颗粒的浓 度非常高，当地的雨水不呈酸性。m z u n c k e l ，e ta l ， 2 3 1 对乌拉圭北部降雨的化 学成分及其影响嚣素迸彳亍了鹾究，分拆褥蹬医太主要污染源：随地( 壤、灰尘 餐) 、农业( 静裔、化肥等) 、海洋空气和大规模生物体燃烧( 森林大火等) 。d m i g l i a v a c c a ，e t a l 2 4 1 对巴麟南部大气降水的化学成分进行了研究，并作了因素 分辑，礁定了穗子豹主要源。m g , n a , c 1 秘如与壤和海簸有关，n 澎+ ，露，s o ， 和n o 一与当魄入为活动京荧( 煤的燃烧、农业啦及，土物体的燃烧) ，h + 和f 一与 煤火力发电站的影响有关，n i ，z n ，c u ，m n ，a i 和f e 来源于当地人为活动和土壤。 b a r n a b e n g a b e ，e ta l 。i 2 封对青热州城市纯区域的瓣求径滚遴行取样，蓝溅葶疆 分祈了雨水中参环芳香族碳氯化合物的浓度和来源。j b b e l d e n ，c s h o f e l t ，m 北京工业大举工学硕士学位论文 j l y d y1 2 6 】利用固相萃取和气相色谱分析法( g c - n p d ) 对城市雨水中1 2 种农药 残分进行了蕊嚣分棼亍。 b e n j a m i no b r a t t e b o ，d e r e kb b o o t h 2 7 1 对停车场可透水路面的长期效果作 了研究，结果表明，可避水路面没有大的磨损现浆，雨水下渗，几乎没有表掰径 滚，渗透避戆瑟拳中键、锌豹浓度魄沥青路嚣焉承径滚中嚣唆鬟强，东群孛没有 发现铅和柴油机燃料。 c a r i n af 蕴r m 2 8 1 对雨水处理柱中不同天然滤料对重会属的搬除效果作了研 究，在碴羧钙砉、瀑石_ j 辫淀媒懿不嗣缀会孛，裁窳力条释窝去狳率方瑟焉言，疆 酸钙岩和沸石的混合物熙最有用的组含。h i e k ea o o s t e r o m ，e ta 1 2 9 1 对雨水软 化方法微滤、超滤作了研究，并提出何时采用微滤、超滤或反渗透、离子交换虚 薅戒零孩舞秘篦较。 a f e w k e s 3 0 1 通过现场试验获得数据，校正和改进了雨水收集容积大小模 型，并利用这一模型生成了一系列有必集水面积、销水量、降雨爨、系统效率靼 绩存套穰之润关系戆设诗蘧线。 1 2 2 网内的现状翰进展 在我国，雨水收集和利用已有较长历史，如北京古建筑晕导水路面铺装设计 和山西等北方地区传统民居里集水屋顶的设计等，都闪耀着华魇民族的智慧之 光，围时也说暖了焉本利震戆重要瞧。 中国城市雨水利用越步较晚，目前主要在缺水地区有一些小烈、局部的非标 准性应用。比较典型的有甘肃的“1 2 1 ”工程、陕西的“甘露”工襁、山西的“1 2 3 ” 工程、宁疑瓣“窖窑工疆”、内蒙吉子举半干旱由黩区、溺l 太行由嚣、由客戆 长岛县、大遗的獐子岛和浙江省舟山市蒴芦岛等雨水集蓄利用工襁。朱强认为 引1 ， 雨水集蓄利用是半干早朔旺湿润区旱作农业可持续发展的综合途径。许多城市丽 漆着拳量羹缄承震鍪袋承兹滔题，籀爨菱奏效遮镬溺、管鼗溺本资源已西始受戮 普遍关注。部分大中城市( 北京、上海、杭州等) 已精手监测降雨及其径流的水嫩 和水质变化规律，逐步积累供雨水回用及治理污染所需的基础数据。 z h u k u n ，z h a n gl i n u s ，e ta t 。 3 2 1 瓣牵鬓l 熬予攀半予孚荑舞燕建嚣熬不瓣 集雨系统收榘的雨水水威进行了研究，分析显示：雨水经过自然沉淀后水质明鼹 第1 苹绪论 提高，屋面集雨系统收集的雨水，有机物含量低，通常满足世界卫生组织的饮用 水标准，而收集于土地和道路的雨水，由于有机成分高，水质差。 部分学者对以城市雨水为水源的中水回用途径、绿色生态小区的雨水利用和 中水回用、居住小区雨水湿地净化及回用、城市雨水的物化处理技术、城市路面 径流水质与排污规律等作了研究，为雨水利用和研究及治理面源污染提供了一些 基础性资料。 由于缺水形势严峻，北京的步伐较快。2 0 0 1 年国务院批准了包括雨洪利用 规划内容的”2 1 世纪初期首都水资源可持续利用规划”。北京建筑工程学院和北京 城市节水办公室从1 9 9 8 年开始立项研究，并于2 0 0 1 年4 月通过鉴定，开始在城 区以示范工程来推广应用：北京市水利局和德国埃森大学的示范小区雨水利用合 作项目也于2 0 0 0 年开始启动；北京市政设计院开始立项编制雨水利用设计指南； 北京市政府6 6 号令( 2 0 0 0 年1 2 月1 日) 中也明确要求丌展市区的雨水利用工程 3 3 q 集雨节灌工程已经在北京山区如房山区、昌平区、密云县、平谷县等得到成 功应用，有效地改善山区水资源状况，推动了地区经济的发展。北京城市雨水利 用已进入示范与实践阶段。 车武【3 4 l 【3 5 【3 6 】【3 7 】 3 8 】f 3 9 】【4 0 】等对雨水利用与城市环境、北京城区屋面雨水污染 及利用研究、对城市雨水地下回灌的分析、屋面雨水土壤层渗透净化研究、生态 住宅小区雨水利用与水景观系统案例分析、北京城区面源污染特征及其控制对 策、北京城区雨水径流水质及其主要影响因素等作了分析和研究。一般认为屋面 雨水径流水质较好。但由于城市环境因素和屋面材料的影响，北京市城区屋面雨 水径流也受到相当程度的污染，主要污染物为c o d ，s s 。汪慧贞【4 l 】【4 l 】【4 3 】【州【4 5 】 等对城市雨水渗透、北京城区雨水入渗设旌的计算方法、城区雨水渗透设施计算 方法及关键系数、北京城区雨水径流的污染及控制、建筑小区雨水径流的土壤渗 透净化等作了论述和研究。李俊奇【4 6 l 【4 7 等对城市雨水利用与节约用水、城市 雨水利用方案设计与技术经济分析、城市雨水沉淀特性及其颗粒分布等作了研 究，取得了一些积极的成果。张思聪、惠士博【4 9 】f 5 0 l 【5 1 吲等对北京市雨水利用、 北京市公路路面径流水质、北京市城区雨洪滞蓄对地下水环境的影响、北京市小 区雨洪利用的降雨径流等作了分析和研究。城区雨水主要有屋面、路面、绿地三 种汇流介质。由于植物和土壤的吸收截纳作用，绿地汇集的雨水径流应比较好。 路面除受大气面源污染外，还受汽车排放物、城市废弃物以及路面材料的影响。 北京工业大学工学硕士学位论文 任树梅删【5 4 】等对利用下凹式绿地增加雨水蓄渗效果的分析与计算、京郊坡地秸 秆覆盖雨水高效利用技术进行了研究。 但由于种种原因，北京市的雨水利用到现在还只停滞在试验阶段，雨洪的控 制和利用情况还有待于发展。 总体看，我国雨水利用技术的应用主要存在以下几个方面的不足：( 1 ) 缺乏 雨水利用意识，无论是管理部门、科研部门，还是公众，普遍存在着雨水利用意 义认识的不足，城镇雨水利用技术的研究和应用都很薄弱，在城市规划和建设过 程中缺乏统筹考虑。( 2 ) 缺少基础性研究，人们对雨水对环境、资源的影响研究 不足，对雨水利用技术的研究程度较低。( 3 ) 没有可行的技术与管理规范，缺乏 配套的法规、政策和管理体系。( 4 ) 雨水利用产业化程度低，相应的设备、专业 队伍欠缺。 1 3 课题的来源与主要研究内容 1 3 1 本课题的来源 北京是个严重缺水的城市，水资源紧缺和水环境恶化已成为制约首都社会、 经济、生态环境可持续发展的重要制约因素之一。北京是我国的首都，又是2 0 0 8 年奥运会的举办城市，因而对水资源和水环境提出了很高的要求。雨水是宝贵的 资源，白自流失是对资源的浪费。为了缓解首都水资源危机，减轻城市排水和河 道行洪压力，保证首都防洪安全，也为奥运提供足够的水资源和良好的水环境， 开展城市雨水利用意义重大。为此，中德合作进行“北京城区雨洪控制与利用技 术研究与示范”项目，为使雨水利用技术符合北京市的实际，且科学、合理，设 立“城区东南部降雨与径流水质规律研究”课题。 北京工业大学于2 0 0 2 年4 月与北京市水利科学研究所合作承担了“城区东 南部降雨与径流水质规律研究”课题，降雨与径流水质的监测分析是进行城市雨 水利用的一项基础性工作，对城市雨水利用工程有重要的指导作用。本课题的任 务是对城区东南部汛期的天然降雨及屋面、道路、绿地的降雨径流进行水质监测 和分析，积累供雨水利用及治理污染所需的基础数据，研究适合北京城区雨水利 用的理论和技术，为首都雨水利用规划的目标和任务提供方法和依据。 第1 章绪论 1 3 2 本课题的研究内容 本课题的任务是对城区东南部汛期的天然降雨及屋面、道路、绿地的降雨 径流进行水质监测和分析，主要研究内容有： ( 1 ) 探讨降雨初期水质变化、污染物浓度随降雨历时的变化规律。 ( 2 ) 探讨降雨强度和降雨量对径流水质的影响。 ( 3 ) 研究不同汇水面对径流水质的影响。 ( 4 ) 对径流雨水进行初步处理，寻求径流雨水的处理方案和工艺设计参数 ( 如混凝剂和最佳投药量) 。 兹衷工监太攀王学硕士学遣论文 # ! ! ! ! ! ! ! ! 缫, i i i il i l l l l l # = ! ! ! 自自e ! ! ! 嚣 第2 睾水质采样方案 2 0 0 2 2 0 0 3 年汛期，猩鹾大望路和d b 京工业大学西校区院内对天然降雨、屣 疆径滤、久行遥径滚、辊锈事遵轻浚、踩翘釜豪进孳亍了取襻纯验帮分褥。菠爨遵 表水环境质激标准，并参照北京带嫩利科学研究所提供的监测指标确定水膜检 测指标2 0 顾。 2 采样点布设 本实验设置了l 令爨谗蘑量诗霸9 4 - 求震取样点( 贯乡 还眷1 个鑫然群鬻采 样) 。鸯记蔼爨诗设在j k 索工韭大学零校区魄较开阔鹩绿遣中，符合气象部门囱 记雨量计设鼹地点的有关规定，距西校隧9 个水质取棒点直线距离在3 0 0 m 以内。 9 令本质取榉点取样遗点逸在j g 豪工监大学嚣校区以及莲丈望鼹，露隶取样纛酪 布点示意鬻搬馨2 1 。 北京工业大学东校麟安装的自记雨爨计为d s j 2 型虹吸式雨檄计，与水攒观 溺霹矮遂行。 阕2 - 1 雨水取样点的布点示意劂 f i g u r e 2 - 1l o c a t i o no f t h es a m p l i n gs i t e s 第2 章水质采样方案 屋面取样点选在建工学院楼，分沥青屋面、玻璃屋面和铺砌屋面三种有代表 性的情况，可代表城区内一般污染情况下的屋面状况；路面选在西大望路，分汽 车道、自行车道和人行道三种路面，可代表城区内交通流量较小情况下的道路污 染情况。另外，还在校门口、住宅区及校园绿地设了三个取样点，代表一般居民 小区及一般城区内校园、绿地的状况。 2 2 降雨径流取样系统的研制 取样采用自制的降雨径流取样系统，系统由室外取水瓶、输水管路、室内集 水瓶、空气缓冲瓶、阀门及真空泵等几部分组成，2 0 0 2 、2 0 0 3 两年共取水样4 1 6 个。 2 2 1 系统装置的基本原理 由真空泵通过空气缓冲瓶对室内各集水瓶抽真空，雨水则由放置在各取样点 的室外取水瓶通过输水管路流入室内集水瓶，同时开启集水瓶的通气阀和放水阀 即可将集水瓶的雨水放入待检瓶，以备各项水质参数的测定。 2 2 2 取样系统各部分的制作 2 2 2 1 室外取水瓶 每一取样点放置一个室外取水瓶，室外取水瓶由5 0 0m l 的塑料饮料瓶制成， 在塑料瓶盖上打孔，与内径6m m 的输水管路相连，注意连接处要严格密封，塑 料瓶底部打直径6r l l r l l 的进水孔6 个，呈梅花状排列，瓶内装入约半瓶直径6n l l e t 的砂粒，主要起固定瓶身、防止瓶身倾斜的作用，输水管插入砂粒直至瓶底，以 保证取到产流第一时刻的水样。 2 2 2 2 输水管路 输水管路采用直径6m r l l 的塑料管，铺设通过道路的输水管路要加套钢管， 架设来自屋顶的输水管路时要注意尽量避免死弯，以保证输水通畅。另外，各取 样点要使用不同颜色的输水管路，以便于检查维护。 2 2 2 3 室内集水瓶 乾京工韭犬学= 学碗士学位论冀= 对应每一取样点有一个室内集水瓶，依次排列倒置架设在取样台后面檄上。 室痰集东簸采鼹25 0 0m l 翡薮璃囊疆蘧，在葜蓑秘安鬟教隶管路窥进承警鼹， 放水管路描漱瓶口即可，以保证即时取样，而避水管路则应到达瓶底，以防使用 时出现淹没出流状态，牲倒口瓶的底部侧向瓶口安撩通气管路芹n 抽真空管路，遇 气管路与大气连逶，籀冀窆警蘸爨遵遮空气缓转簸与真空泵辣逡。集塞蔑懿备喾 路上分别安装放水阀、黼气阀及抽粪窝阀，以控制系统运行。 室内集农瓶装置示懑图见图2 2 。 图2 - 2 室内嶷水瓶装置示意隰 f 琢u r e 2 - 2s c h e m eo f i n d o o rc o l l e c t i o nb o 撼e 2 ，2 2 4 盥气缓冲瓶 戈提敲囊空泵的按冀察效果，在罄集水瓶帮黉空泵之霹安装鼹个50 0 0m l 憩空气缓羚瓤，勇势，誊鬃拳簸孛雨承过多，来不藏童敢隶瓣液躲臣孛，空气缓游 瓶也可起到黼时存储多余水样的作用。 2 。2 ，3 系统延对静测定 为了凇确定出取样时间，对各取样点的取样趟时进行了测定。汽车道、囊行 车遂、天行道延薅舞3 分3 0 爹，蔽门曩恣3 努1 9 秽，玻璃霆壤必l 努嚣移， 铺砌屋顶、沥青屋顶为4 5 秒，绿地为2 0 秒。各取样点的延时长黼主要由取样点 t 1 2 - 第2 章水质采样方案 的高程、管路的长短及铺设情况等因素决定。在实际取样时应将延时扣除以得到 准确的取样时间。 2 2 4 系统的应用效果 在实际取样过程中，通过使用该取样系统达到了如下效果： 2 2 4 1 统一各取样点的取样时间，并得到准确的取样时间 过去采用人工现场取样很难精确确定取样时间，使用该取样系统，打开放水 阀的时间减去该取样点的系统延时即可得到准确的取样时间，另外，还可以统一 各测点的取样时间，以便相互比较水质监测结果。 2 2 4 2 定出各取样点的产流时间 过去采用人工现场取样很难精确确定产流时间，使用该取样系统，水流流入 室内集水瓶的时间减去该取样点的系统延时即可得到准确的产流时间。 2 2 43 减轻人工取样的劳动量 过去采用人工现场取样，1 0 个取样点要1 0 个人分别到各取样点取样，尤其 遇到天黑风大的情况，现场取样工作非常辛苦，现在采用该系统只需一个人在实 验室取样台前开关阀门、替换装满水的待检瓶即可准确、及时、轻松地完成取样 工作，其他人员则可集中精力进行现场水质化验。 雨水水质监测取样系统的研制和应用解决了在雨水水质监测工作中长期令 人们头疼的取样问题，2 0 0 2 、2 0 0 3 两年，我们用研制成的该系统完成了各取样 点的雨水取样，共计取样4 1 6 个，系统工作正常，达到了预期的目的。 2 3 采样时间间隔与记录 2 3 1 天然降水 天然降水采样时间间隔为：o 一3 0 m i i l _ 6 0 m i n 一9 0 m i r r l 2 0 m i n 。 0m i n 开始为第一次采样，即o 一3 0r a i n 或以内的降水视为0r a i n 降水，采 满6 0 0m l 为止，记录采样开始时间和终了时间。3 0r a i n 丌始为第二次采样，即 3 0 m i n 一6 0 m i n 或以内的降水视为3 0 m i n 降水，采满6 0 0 m l 为止，记录采样开 始时间和终了时间，依此类推第三次、第四次采样时间。若o _ - 3 0 r a i n 以内所采 1 3 北京工业犬举工学硕士学位论文 水样米满6 0 0m l ，则第一次采样结柬时间为采满时i 列，记录采样开始时间和终 了嚣重阕。第二次采样时闽 堇瓣延迟至下个3 0 m i n 开始时闻，依1 鞋：类撵。 2 3 。2 径渡 经浚采榉瓣闯阕蕊爻：o 一5m i n l om i 鞋一1 5 礅i n 一2 0 戳i 吒5m 泌弼瞧建 - - 4 5m i n 一6 0 m i n 一9 0m i n 一1 2 0m i n 。 0 m i n 开媸为簧一次采撵，帮0 5 m i n 袋潋痰鹣薅承甏为0 m i n 簿承，聚满 6 0 0m l 为止，记录采样开始时间和终了时间。5m h l 7 1 ：始为第二次采样，即5m i n i om i n 或强内的降承褫为5 r a i n 降水，采满6 0 0m i ，为止，记录采样开始嚣于闽 和终了时间，依此类推第三次、第四次采样时间。若0 5m i n 以内所采水梯来 满6 0 0 m l ，则第一次采样结荣时间为采满时间，记录采样开始时间和终了时间。 第二次采样时间往爱延迟至下一个开烛时闻，婊此类撰。 若降雨为阵雨，则降雨间隙不计入降雨或产流时脚，在累计时间时应该将这 段眩瓣予以控蒎，毽裁要在餐注栏疆确 曩录狳露阁熬蕊开始瓣潺与终奈瓣藩。 2 。4 本睾小结 ( ) 取榉点毒浚：霆瑟敬祥熹选在建工学院楼，分溺毒屋覆、玻璃屋舔鞫 铺砌艨面三种有代表性的情况，可代袈城区内一般污染情况下的屋面状况：路面 选在瑙大望路，分汽举道、自行车道帮入彳亍道三静路蕊，可代寝城区内交通流藿 较小情况下的道路污染情况。另外，还在校门口、住宅区及校园绿地设了三个取 样点，代表一般居民小区及一般城区内校西、绿地的状况。 ( 2 ) 降巅经滚取样系统：取样采用自制的降露经滤取样系统，系统由室辨 取水瓶、输水篱路、赛内集水瓶、空气缓冲瓶、阀门及真空浆等几部分组成。 ( 3 ) 采撵薅惩瓣凝：天