典型集雨蓄水设施(水柜)形式下水质试验研究

丁昆仑，孙文海，陆振中，黄汉伟(.中国水利水电科学研究院，北京 00048；.大化瑶族自治县水利局，广西 大化 530800)

由于雨水集蓄利用工程的特点，在收集雨水过程中往往将集流面上的泥砂、柴草及人畜废弃物等污染物带入蓄水设施中，收集的雨水极易受到污染。加之水在蓄水设施中储存较长时间，储存的水质容易产生物理化学变化，并滋生微生物，出现肉眼可见物和水生动植物，甚至出现水质浑浊，使水窖水质变差。对集雨工程中的水窖和水柜水质的调查结果表明，水中基本无有毒元素[1]，但水中COD、氨氮、细菌以及pH值等多项指标超标，集雨工程水质不容乐观[2]。雨水集蓄利用工程的水质指标也会随着一年当中的不同季节发生变化，在中国的西南地区水柜储水时间和是否加盖对水质都会产生影响[2]。另外，在集雨面相同的情况下，建在地上和地下的蓄水设施对水质也有影响[3]。目前，对于广泛利用集雨水柜开展雨水利用解决人畜饮水的西南山丘区，对不同形式的水柜在不同季节的水质变化情况的研究成果仍然较少。因此，通过现场试验观测了解不同形式集雨水柜条件下水质的季节变化，对雨水水质安全性评估以及采取适当的净化措施，保证农村居民饮水安全具有重要意义。本文结合“十二五”国家科技计划课题“西南山丘区村镇饮用水安全保障技术集成与示范(2012BAJ25B09)”研究内容，对西南山丘区典型集雨蓄水设施(水柜)条件下的不同季节水质变化开展了现场试验研究与分析，所提建议可为当地集雨蓄水设施建设及水质净化措施提供科学依据。

1 试验地点概况

现场水质检测研究选择在广西大化县春兴村开展。该村位于卡斯特大山区，由于特殊的地质条件，地表水和地下水缺乏，全村住户都采用建设单户蓄水设施(当地称为水柜)，利用雨水集蓄作为生活饮用水源。由于这些集雨蓄水设施的建设年代的不同，其形式也不尽相同，包括地埋、半地埋、有盖和无盖水柜都有使用。从建设材料上看，主要有早期建设的浆砌石水柜和近年来建设的钢筋混凝土水柜两种。集蓄的雨水来源主要是来自石质山坡在雨季汇集的雨水。单户水柜容积一般为60 m3，储存的雨水可满足干旱季节家庭的饮水需求。从现场调查情况分析，当地农户一般没有采取任何雨水水质净化措施。

2 试验方法

本试验采用在野外现场选定不同的水柜形式，定点定时采集水样并在实验室化验水质的方法进行。试验选择不同形式的水柜包括：①地上无盖水柜，②地上有盖水柜，③半地下有盖水柜，④地下有盖水柜，共4种形式。

现场采集水样时间分别是，①干旱季节(2013年4月)，②雨季中(2013年8月)，③雨季过后(2014年1月)，定点采集了水样。

对采集的水样及时进行实验室水质指标化验分析。水质分析指标包括：色度、浑浊度、臭和味、肉眼可见物、pH、铁、锰、氯化物、硫酸盐、溶解性固体、总硬度、耗氧量CODMn、氨氮、砷、镉、铬、铅、汞、氟化物、硝酸盐、亚硝酸盐、菌落总数、总大肠菌群、耐热大肠菌群、大肠埃希氏菌等20余项指标。

3 结果与分析

试验从2013年到2014年在不同季节分3次采集水样化验分析，表1给出了2013年4月的水质化验结果。

水质化验结果分析：

(1)根据历次的水质化验结果，对照饮用水水质标准[4]，上述水质指标中，容易超标的水质指标主要是浑浊度、耗氧量(CODMn)、菌落总数、总大肠菌群、耐热大肠菌群、肉眼可见物。说明水柜水容易受到微生物污染和有机污染。而其他指标包括，铁、锰、氯化物、硫酸盐、溶解性固体、总硬度、氨氮、砷、镉、铬、铅、汞、氟化物等在历次取样化验中均符合标准限制要求。表明当地处于深山区，没有工矿业，集流面及大气降尘污染较少，适于开展雨水集蓄利用工程。

(2)不同季节的水质变化。不同季节不同水柜形式下，容易超标的水质指标化验结果对比见表2。可以看出，在一年中的干旱季节(4月份)，整体上看水质指标最差，部分水质指标不符合要求。干旱季节(4月份)是一年中农户最缺水，也是水柜水量最少，窖水存放时间最长的时候，其水柜水质最差，上述指标超标比较明显。而在雨季(2013年8月)和雨季过后(2014年1月)，上述水质指标超标现象相对较轻。究其原因是在雨季(8月份)，水柜基本蓄满了当年的新鲜雨水，其水质比较好，水质指标大多符合标准限值。

表1 不同形式水柜蓄水水质化验结果Tab.1 Water quality results in different form water tanks

(3)不同形式水柜的蓄水水质对比。①干旱季节(4月份)的水质结果(表2)显示，地上无盖水柜水质的浑浊度、肉眼可见物、耗氧量、细菌总数、总大肠菌群、耐热大肠菌群指标均超标，且在所有4中水柜形式中最差；对于所有4中水柜形式下，其水质的微生物学指标(细菌总数、总大肠菌群、耐热大肠菌群)都不符合标准要求；对比地上有盖水柜和地下有盖水柜的水质指标可以看出，就微生物学指标而言，地上有盖水柜要略好于地下有盖水柜的水质。上述四种不同形式水柜的水质中，地上无盖水柜最差，地上有盖水柜最好；其原因可能是，与地下和半地下形式相比，地上有盖水柜最不容易受到来自地表水流等污染物进入水柜而造成窖水的污染。因此，就该地区而言，最好的水柜形式应为地上有盖形式。这一重要结果与传统上认为地下形式好于地上形式水窖的认识不同，具有重要的现实意义。②雨季(8月份)水质结果(表2)显示：整体水质好于干旱季节4月份的水质化验结果。地上无盖水柜的水质仍然为最差，超标指标为浑浊度和耗氧量；从微生物学指标来看，除了地下有盖水柜外，其他3种水柜形式的水质均符合标准要求。③雨季后(1月份)水质结果(表2)显示：整体水质状况处于干旱季节和雨季两者之间。浊度均满足要求，耗氧量只有地上无盖水柜超标，细菌总数指标均符合要求，总大肠菌群和耐热大肠菌群对于地上有盖水柜和半地下有盖水柜则超标。

4 结论与建议

综合上述结果与分析，可以得出以下几点初步结论：

(1)在本研究条件下，集雨水柜的水质污染主要是微生物污染和有机污染，其他化学污染和重金属污染指标等符合水质标准要求。本试验开展的地点在西南山丘区，尤其是广西卡斯特地貌的偏远山丘区具有典型的代表性。因此，就集雨水质而言适合开展雨水集蓄利用工程解决偏远山区农户人畜饮水问题。

(2)单户家庭水柜的水质在一年当中会发生变化，雨季水质最好，而非雨季末期的3-4月份，水质最差。这可能与水柜中水量减少和长期存放导致水质变差有关。因此，建议修建容积适当的家庭水柜，既保证干旱季节的用水量需求，又能在每年的降雨季节收集新的雨水更新水柜蓄水，对保障水柜水质比较有利。

(3)水柜建造的不同形式(地上无盖、地上有盖、半地下有盖水柜、地下有盖)对其蓄水水质有一定影响。地上无盖水柜的水质最差，地上有盖水柜的水质最好。因此，在实际应用中，用于人畜饮水的集雨水柜必须加盖(用于节水灌溉的水柜一般无盖，其水质一般不适于作为饮用水源)，就保持水质而言，建议建设地上有盖的水柜形式，没必要建成地下或半地下的形式，同时也减少了施工难度和费用。

(4)整体看来，未经任何处理的集雨集流水质不能达到饮用水卫生标准要求，需要采取适当的净化处理与消毒措施，以保障农户的饮水安全。

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[1] 董迎新. 雨水集蓄中有害元素的调查分析[J]. 甘肃水利水电技术，1992，(2)：57-59.

[2] 蓝俊康，蓝艳红. 集雨工程的水质研究进展[J]. 中国给水排水，2002，18(8):23-25.

[3] 谢 薇，秦克丽，丁昆仑，等. 不同集雨面及水窖形式下的窖水水质分析[J]. 灌溉排水学报，2011，30(1):11-14.

[4] GB 5749-2006, 生活饮用水卫生标准[S].