高校校園綠地對降水徑流污染削減研究

杜 鵬，張紅亞，朱曙光（安徽建筑大學(xué) 環(huán)境與能源工程學(xué)院，安徽合肥 230601）

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高校校園綠地對降水徑流污染削減研究

杜 鵬，張紅亞，朱曙光
（安徽建筑大學(xué) 環(huán)境與能源工程學(xué)院，安徽合肥 230601）

摘要：以安徽建筑大學(xué)南校區(qū)為例，研究合肥市校園綠地對自然降水水質(zhì)凈化以及自然降水對校內(nèi)人工湖水質(zhì)的影響。SS、COD、TN、TP等污染物指標(biāo)數(shù)據(jù)顯示：校園綠地對于污染物指標(biāo)去除率分別為：47%、50%、16%、51%；其中在降水徑流產(chǎn)生20min內(nèi)去除效率最高，在120min后污染物指標(biāo)含量變化趨于穩(wěn)定。降雨前后校園人工湖的水質(zhì)數(shù)據(jù)結(jié)果顯示：降水后湖中SS、COD、TP濃度變大，TN濃度變化不大，由此可知，初期降水的污染物是造成水體非點(diǎn)源污染重要因素。

關(guān)鍵詞：合肥；校園綠地；降水徑流；污染物指標(biāo)；去除率

0　引　言

高校校園擁有數(shù)量眾多的教學(xué)樓、宿舍樓、辦公樓和縱橫交錯的校園道路，能夠便捷地收集、利用眾多屋面雨水和道路雨水。同時，校園綠化面積比例高，綠化率可達(dá)40%以上。降水通過設(shè)置合理的下凹式綠地，能夠有效補(bǔ)充地下水源。當(dāng)校園中有景觀水體時，景觀水體可以收集儲存雨水，對校園環(huán)境兼有降溫、增濕和優(yōu)化的作用。校園水體和綠化的合理組合，可以讓雨水經(jīng)過植草溝來凈化水質(zhì)，并匯流進(jìn)入校園水體，成為良性雨水收儲模式［1］。本文選取了綠化率高且有校內(nèi)湖泊的高校校園作為研究對象，來探討綠地對降水徑流污染的削減作用。

2　材料與方法

2.1研究區(qū)域概況

合肥市位于中緯度地區(qū)，地處濕潤帶和過渡帶，多年平均降水量970mm，降水量季節(jié)變化大，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，平均為176.9mm，12月份最少，平均為30.7mm。

研究區(qū)域選擇安徽建筑大學(xué)南校區(qū)，位于合肥市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，占地面積近千畝，校園內(nèi)包括綠色屋頂、路面、綠地、湖泊等典型下墊面條件，其中綠地面積約占校園面積的40%。校園內(nèi)的人工湖名為易海，湖泊南北走向，全長約450m，占地面積約為校園總面積的1/10。校園排水體制采用雨污分流，易海主要承擔(dān)校內(nèi)排洪蓄水的功能，水質(zhì)受降水徑流的影響較大?；诩竟?jié)性氣候?qū)邓臎Q定作用，本研究選在研究區(qū)降雨最頻繁的7-8月份，進(jìn)行雨水采樣和分析。

2.2采樣方法和采樣點(diǎn)選擇

2.2.1綠地徑流水質(zhì)采樣

4次采樣時間為：2015年的7月14日、7月26日、8月5日和8月10日。降雨量、降雨強(qiáng)度、最大30min降雨強(qiáng)度、綜合降雨指數(shù)等因素的研究表明，與降雨強(qiáng)度、最大30min降雨強(qiáng)度相關(guān)性最高的是坡度為20%的草坪［2］。因此，選擇易海西側(cè)坡度約20%的測點(diǎn)E為綠地對自然降水凈化研究地點(diǎn)（見圖1）。

在合肥市不同下墊面降水徑流特征研究中，謝繼鋒等［3］驗(yàn)證了下墊面的降水徑流存在初期沖刷效應(yīng)，其中污染物主要出現(xiàn)在初期徑流雨水。本研究擬定降雨事件發(fā)生后綠地產(chǎn)生降雨徑流的時間為0min，然后分別在5min、10min、15min、20min、40min、60min、90min、120min取樣研究［4］。自然降雨用聚乙烯材料容器靜置收集，綠地徑流用250mL聚乙烯瓶采集，采集方法滿足《水質(zhì)采樣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》［5］要求。

2.2.2易海水質(zhì)采樣

為分析降水徑流對于易海水質(zhì)的影響，在降雨前后分別用250mL聚乙烯瓶采集水樣進(jìn)行檢測。采樣點(diǎn)選擇4個點(diǎn)，分別為易海東側(cè)的C測點(diǎn)、西側(cè)的A測點(diǎn)、南側(cè)的D測點(diǎn)、北側(cè)的B測點(diǎn)（見圖1）。4次采樣時間為2015年的7 月14日、7月26日、8月5日和8月10日，A、B、C、D測點(diǎn)各取雨前和雨后2組水樣。

圖1　研究區(qū)域采樣點(diǎn)分布示意圖

2.3樣品分析

降雨水樣采集完畢及時送至實(shí)驗(yàn)室4℃下低溫保存，實(shí)驗(yàn)檢測指標(biāo)包括懸浮物（SS）、化學(xué)需氧量（COD）、總氮（TN）、總磷（TP），以上水樣分析在48h內(nèi)測定完畢［6］。分析方法如下表1所示。

表1　水質(zhì)分析方法

2.4水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)

本研究中綠地、道路降水徑流和自然降雨中污染物水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838-2002。校園內(nèi)人工湖系景觀水體，需滿足Ⅴ類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)：COD（mg/L）≤40，TN （mg/L）≤2.0，TP（mg/L）≤0.4。

3　結(jié)果與分析

3.1綠地降水徑流水質(zhì)分析

圖2（a）表明，7月14日降水的SS初始濃度最大，為106.1mg/L；8月5日的SS初始濃度最小，為87.0mg/L。對比4場降雨中SS濃度變化曲線發(fā)現(xiàn)，在降水徑流產(chǎn)生的0～20min內(nèi)SS濃度降低率達(dá)到40%。隨著時間的推移，SS濃度變化率明顯降低，在60min后變化緩慢，當(dāng)達(dá)到90min后，SS濃度基本保持穩(wěn)定，SS濃度降低率達(dá)到50%。

圖2（b）表明，7月14日降雨水質(zhì)的COD初始濃度最大，為81mg/L；8月10日降雨水質(zhì)的COD初始濃度最小，為65mg/L。4次降雨事件COD濃度變化趨勢相近，前20min濃度變化較大，60min后濃度基本保持在35mg/L左右，綠地對COD的去除率達(dá)到40%，符合Ⅴ類水質(zhì)的要求。

圖2（c）表明，4場綠地降雨徑流中的TN初始濃度差異較明顯，在40min內(nèi)濃度顯著下降，在60min～120min 內(nèi)趨于平穩(wěn)。7月14日雨水TN濃度數(shù)值最高，且在 120min內(nèi)TN濃度變化值最大。綠地對TN的去除率為20%，最終排入易海的濃度為4.2mg/L，不符合Ⅴ類水質(zhì)的要求。

圖2（d）表明，4場降雨的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中TP初始濃度差異明顯，最高為0.81mg/L，最低為0.61mg/L。在降水徑流產(chǎn)生20min內(nèi)TP濃度下降明顯，去除率為40%。在40min～90min內(nèi)下降明顯減緩，90min后趨于平穩(wěn)，符合Ⅴ類水質(zhì)的要求

圖2　綠地降水徑流時間與污染物濃度變化圖（a）SS濃度；（b）COD濃度；（c）TN濃度；（d）TP濃度

3.2降水前后湖水水質(zhì)分析

在7-8月的4場降雨前后，分別對易海A、B、C、D4個采樣點(diǎn)的水質(zhì)進(jìn)行取樣分析，分析結(jié)果見圖3。

圖3　降雨前后易海水質(zhì)濃度變化圖（a）SS濃度；（b）COD濃度；（c）TN濃度；（d）TP濃度

圖3表明，4次降雨前后各采樣點(diǎn)污染物濃度有不同程度變化。雨前SS平均濃度45.4mg/L，雨后為53.9mg/L；雨前COD平均濃度30.1mg/L，雨后為37.8mg/L；SS和COD降雨前濃度均明顯小于降雨后，說明降水徑流流入各采樣點(diǎn)會帶入下墊面部分雜質(zhì)導(dǎo)致SS和COD濃度變大。測點(diǎn)C的SS和COD濃度變化尤其明顯，由于測點(diǎn)C旁邊為校園道路，降水徑流含有大量道路聚集的污染成分，而流經(jīng)區(qū)域沒有成片綠地，無法形成綠地對于污染物的削減作用，導(dǎo)致污染成分直接進(jìn)入易海。對于TN來說，降雨前后測得的數(shù)值變化不大，雨前平均濃度5.49mg/L，雨后5.51mg/L，均不符合Ⅴ類地表水標(biāo)準(zhǔn)，說明易海作為封閉的人工湖，在缺乏水質(zhì)交換的條件下，合肥地區(qū)降水淋洗大氣中的NH4+-N是TN含量較高的主要原因［11］。對于TP來說，降雨前后濃度變化不大，雨前平均濃度0.43mg/L，雨后0.41mg/L，表明校園綠地降水徑流TP的平均濃度較高，可能與合肥市土壤含磷量較高以及雨水沖刷有關(guān)［12］。

4　結(jié)論

對安徽建筑大學(xué)南校區(qū)綠地降水徑流和易海水質(zhì)研究，結(jié)論如下：

1）自然降水經(jīng)過綠地的滲透過濾，降水中SS、COD、TN、TP的去除趨勢相似，在徑流產(chǎn)生20min時去除率變化明顯，分別達(dá)到38%、37%、13.5%和41%，在徑流產(chǎn)生60min后曲線變化幅度變緩，120min后趨于穩(wěn)定，去除率分別為47%、50%、16.3%、51%?？梢?，綠地對于自然降雨中的SS、COD和TP的去除率較為明顯，對于TN的去除率不高。

2）研究區(qū)域初期雨水水質(zhì)較差，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均不符合地表水Ⅴ類水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。降雨后易海中SS、COD濃度較雨前顯著增加，SS濃度增加8.5mg/L，COD增加7.7mg/L；TN濃度降雨后較雨前有少量增加，為0.2mg/L；TP的濃度變化不大。數(shù)據(jù)表明，降水中的污染物是受納水體非點(diǎn)源污染的重要來源。

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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

基金項(xiàng)目：2014年安徽省高等教育振興計(jì)劃項(xiàng)目（2014zdjy093）

收稿日期：2015-10-23

DOI:10.11921/j.issn.2095-8382.20160214

中圖分類號：X522

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-8382（2016）02-070-05