合肥市住宅区雨水资源化利用分析

倪晶诚，张红亚

（安徽建筑大学环境与能源工程学院，安徽 合肥 230601）

0 前 言

近年来，随着社会经济的迅猛发展，国内城市化进程日益加快，亦得益于人类科学技术的不断创新。城市淡水资源日趋成为人类文明延续的发展瓶颈。在国家积极新型城镇化的背景下，国家对城市市政道路建设的投资力度势必加强，为了服务和容纳更多的居民成为“市民”，大量的人工构筑物必须建造。由于城市人口具有高度密集性，进而对城市淡水资源的需求量是十分巨大的。伴随国家城市化变革过程中，大量原来的疏松透水地表被不透水材料覆盖，相比原生态环境中不透水面积急剧增加，阻隔了雨水向城市地下土壤渗透，显著改变了地区的水文循环。所以，城市雨水资源的利用，可缓解国家新型城镇化进程中面临的城市淡水资源的日益短缺问题。

1 合肥地区雨水资源分析

合肥地处亚热带季风气候区，降雨丰沛，气候特点是四季分明。根据1971～2000年合肥市降雨资料统计，合肥地区年平均降雨量约995.3mm,年平均降雨日约为113.5日。6月、7月、8月的梅雨季节的降雨量达到436.6mm，占全年降雨量的43.9%；雨水资源量是指降雨产生的径流量，合肥市建设用地规划，到2020年，合肥市主城区年雨水资源量约为3.58×108m3。考虑弃流、蒸发等因素，若合肥市雨水利用率仅为10%的话，雨水资源量已十分可观。可见合肥市雨水资源十分丰富，但没有充分利用，造成水资源的浪费。

2 测试合肥市住宅区雨水水质以及污染物指标相关性分析

2.1 合肥市住宅区雨水水质分析

于2014年6月、7月、8月合肥市雨水丰沛期间，对合肥市住宅区雨水进行了收集，并以合肥市旭辉御府小区为采样收集点。对小区不同下垫面6场降雨径流水样中SS、COD、TN、TP水质指标进行了分析，比较了3种类型下垫面（住宅区内绿地、屋面、内部道路路面）降雨径流和自然降雨水样中污染物浓度分布的差异。

住宅区内不同类型的下垫面对同一种污染物的影响存在差异，但污染物随时间变化的规律存在相似，一般在降雨初期污染物浓度较高，由于冲刷效应[2]，同一污染物浓度都随降雨时间的延长而呈现下降趋势[3]。降雨径流形成前20min内污染物浓度较为显著，而90min后污染物浓度后趋于稳定。从SS、COD的平均浓度来看，小区内道路降雨径流中SS、COD、TP平均浓度明显高于其他两种下垫面相同时间内的平均浓度。这由于小区内道路相比绿地、屋面、小区居民的人为活动产生的影响要大得多，小区内居民和车辆的正常进出必然给小区内道路路面遗留大量污染物。从TP平均浓度的角度来看，相对小区内屋面和内部道路，小区绿地的降雨径流中TP的平均浓度较高，这可能与合肥市土壤含磷量较高有关[4]。从TN浓度变化的角度来看，这3种下垫面径流平均浓度变化没有存在显著差异。住宅区内绿地、屋面、内部道路路面降雨径流中污染浓度较高，均已高于比Ⅴ类地表水要求的限值[4]，这说明合肥区域内的大气湿沉降对降雨径流中TN影响较大[5]。其中小区绿地降雨径流中SS、COD、TN的平均浓度小于其它两种下垫面相同时间内的平均浓度，这表明绿地对污染物具有削减作用。

2.2 合肥市住宅区雨水污染物指标相关性分析

对合肥地区来说，经过进一步数据处理，得知降雨事件中住宅区屋面降雨径COD与SS在180min内相关性较高,R2为0.9389。而住宅区绿地降雨径COD与SS的相关性也较高,R2为0.9484。住宅区道路降雨径COD与SS在也较高,R2为0.9732。得知合肥地区住宅区不同下垫面降雨径流中COD与SS的相关性由高到低的次序为:住宅区道路、住宅区绿地、住宅区屋面。其中3种类型的下垫面雨水中COD与SS相关性都较高且差距很小。依次类推，比较不同类型下垫面中COD与TP其相关性由高到低的次序为:住宅区绿地、住宅区屋面、住宅区道路，R2分别为0.9032、0.8233、0.6933，其中不同下垫面的相关性程度差距较大。而SS与TP来说，其相关性由高到低的次序为：住宅区绿地、住宅区屋面、住宅区道路，R2分别为0.959、0.8213、0.5746；其中住宅区绿地的雨水中SS、COD、TP的相关性都较高，其因素可能与合肥市土壤含磷量较高、而雨水的初期冲刷致使TP与SS和COD相关性都较高有关。道路雨水的TP与SS和COD相关性相对来说都较差，这也从侧面反映了合肥市土壤含磷量较高的特性对雨水水质的影响[5]。

总体来说，去除雨水中SS可以同时减少COD、TP的含量，所以对雨水的初期雨水的弃流以及去除雨水中SS的沉降处理对住宅区雨水的利用十分重要。

3 合肥住宅区雨水对不同下垫面利用分析

3.1 合肥市住宅区屋面雨水利用分析

合肥市住宅区考虑雨水利用时，从水质、水量、后续处理要求等各方面总体考虑，应首选屋面雨水利用。屋面雨水利用也应该是合肥市推广住宅区雨水利用的主要方式。屋面雨水相对来说较为洁净，处理方式实现亦较为简单。目前，若直接对建造时间已较长的住宅区进行屋面雨水收集设施改造和增设雨水储存池，建设资金、用地等条件等因素都限制了该方案的实施，总体难度较大。所以，较为合理的方法是结合建筑物的新建或改扩建，建设屋面雨水利用设施。若新建小区杂用水需求量大的，鼓励开发单位建设地下调蓄设施[6]。

3.2 合肥市住宅区内道路雨水利用分析

住宅区内道路雨水利用收集主要是指对小区内道路路面进行透水性处理。下垫面的排水性能直接影响雨水渗透的最终效果。因此根据下垫面的具体情况，因地制宜地选择透水性铺装的适用范围。透水性能最好的垫层是砾石垫层，最差的是粘土。而合肥地区大部分为膨胀土，具有很强的固结性，不利于雨水的渗透，所以在局部小范围内可采用换土法解决。若下部粘土层范围很大，这时可考虑利用其上部透水垫层中的透水孔隙作为雨水的储存空间，也就是通过加大上部透水垫层厚度的方法来处理[7]。但对于合肥年降雨量达近1000mm的城市来说，单靠换土或加大透水垫层的储水厚度形成的储水量不能满足要求，这就需要建立专门的地下渗水池用于解决雨水储存问题[8]。

3.3 合肥市住宅区绿地雨水利用分析

绿地雨水利用首要考虑雨水下渗，其主要考虑的是地区土壤入渗速率。土壤渗透系数过大时则入渗太快，雨水在到达地下水区位之前没有足够的停留时间得到净化。当渗透系数过小时，在渗透区内会出现厌氧环境，不利于污染物的截留与转化[9]。同时也会造成植物的淹水时间过长，影响植物的生长以及绿地的景观效果。绿地滞蓄雨洪首要任务就是避免雨水流失，增加入渗。绿地下凹深度越大，蓄水效果愈明显；确定合理的下凹深度，控制浸水时间不超过植被耐淹时间，是合肥市雨水蓄渗利用的技术关键。

合肥的地质结构制约了雨水的渗透，其土壤渗透系数小，影响了雨水的渗透效率。因此，需根据不同的用地类型和具体的排水目标，因地制宜，研究确定相应的渗透设施的构造、设计参数、设计标准以及拟采用的强化入渗措施等。比如可以结合植草沟、低势草地来建设[10]。

4 结 论

利用现有的降雨记录资料，尽快完成对合肥市降雨特性参数的统计研究，以利后续实际应用中雨水存蓄池体积的计算；尽快开展对合肥市不同典型区域雨水汇流介质水质的调查研究，该项工作需要多年的持续积累，有必要尽快着手进行。

尽快开展对合肥市不同典型区域表土层土质、厚度和渗透能力的调查研究。在大规模推广雨水综合管理技术前，可以先在滨湖新区开展雨水滞留与屋面雨水利用的示范工程建设，摸索经验，制定适合合肥情况的技术规范。逐步建立完善以管理法规与技术指南为基础的合肥市的雨水综合管理体系[11]。

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[2]刘树坤.21世纪的中国水问题[A].全国城市水利学术讨论论文集[C].1998.

[3]周慧平,高超,孙波.巢湖流域土壤全磷含量的空间变异特征和影响因素[J].农业环境科学学报,2007(6).

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[6]王和意,刘敏,刘巧梅,等.城市暴雨径流初始冲刷效应和径流污染管理[J].水科学进展,2006(2).

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[11]金龙,等.我国城市雨水资源利用适用技术[[J].市政技术,2007(1).