林 鑫，王 宾*，张富家，温永宏

（1.银川能源学院 土木建筑学院，宁夏 银川750105；2.宁夏第二建筑有限公司，宁夏 银川750021）

水资源紧缺逐渐成为限制城市发展的关键因素之一，随着城市化进程的加快，市区绿地空间越来越少。如何在有限的城市空间内，收集更多雨水进行二次使用越来越受到国内学者的重视。崔慧萍[1]以大学校园雨水径流补充景观水系为研究对象，分析了利用低影响开发措施的雨水利用，并使用WASP 模型进行雨水水质模拟，为校园雨水利用提供了借鉴。高将[2]通过水量平衡理论，对校园建筑的屋面雨水回用进行了计算分析，得出了中水及屋面雨水联合利用的设计方法。蔡家珍[3]根据低影响开发理念对居住区不同形态的建筑物和不同布局的雨水回用系统进行整体设计，提出可雨水利用的不同营造方法，为居住区的雨水利用提供了指导。

城市屋面雨水收集方法较为简单，但由于不同的屋面类型在非降雨时间积累的杂质差异较大，雨水径流前期的水质特征成为屋面雨水利用的关键[4]。因此研究不同类型不同地区屋面雨水径流的水质特点和污染物的变化规律，是实现雨水利用的前提。银川市地处西北内陆，位于黄河中上游，年平均降雨量200mm 左右，受气候地形条件的影响，水资源匮乏。本文以银川地区城市屋面为调查对象，分析沥青卷材屋面、瓦屋面在雨水径流不同时期的水质特点，探究不同屋面雨水径流水质变化规律，为银川地区雨水利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 采样点选取

研究区选择在银川能源学院王太校区，位于永宁县109 国道旁，西邻宁夏古灌溉渠道“汉延渠”，东临黄河。考虑到屋面类型的差异，选取沥青卷材屋面的2 号楼、瓦屋面的6 号楼作为雨水的采样点，每个建筑物采样点设置4 处雨水收集点。

1.2 样品采集及水质监测方法

雨水从雨落管的出口处利用500ml 聚乙烯瓶进行收集，采样过程遵守《水质采样技术指导》（HJ 494-2009）的相关规定[5]。水质监测指标主要为悬浮物SS、化学需氧量COD、浊度、PH 值，水质指标测定方案按照国家标准方法进行[6]。

2 结果与分析

选取2019 年6 月25 日（大雨）、2019 年8 月27 日（中雨）、2019 年10 月14 日（小雨）三个时段进行降雨的样品采集。考虑到每次采样过程中降雨强度的影响，降雨初期雨水水质变化较快[7]，样品采集频率为降雨30 分钟内，每5 分钟收集一次，降雨30-60 分钟，每10 分钟收集一次，降雨60-120 分钟，每20 分钟收集一次。

表1

图1 沥青卷材屋面径流水质变化趋势图

2.1 不同屋面雨水径流污染物分析

分别对三次降雨的沥青卷材屋面、瓦屋面径流水质进行采样，并在实验室内进行监测，每个样品分别做三次监测，取平均值。悬浮物SS、化学需氧量COD、浊度、pH值的最大值、最小值、均值如表1 所示。

由于屋面材料的差异、降雨强度的影响，不同屋面雨水径流水质存在一定的差异。沥青卷材屋面表面粗糙，孔隙较多，容易出现粉尘积累，相对于瓦屋面来看，沥青卷材屋面的SS 最高达到430.24mg/L，而瓦屋面的SS 最大值为352.92mg/L，但随着雨水径流时间的增加，两者的SS 都趋于稳定，约为26.12-32.56mg/L 之间。悬浮物SS的变化导致浊度的变化，对比数据可以看出，沥青卷材屋面的浊度最大为189.25NTU，瓦屋面的最大浊度为182.18NTU，随着径流时间的增加，不同屋面的浊度相差不大。由于沥青卷材屋面自身材料的影响，降雨容易导致有机物的析出，故沥青卷材屋面雨水COD 的含量比瓦屋面偏大。pH 值受屋面或雨水中可溶性盐的影响，屋面外为降雨前积累的灰尘成分较为复杂，但通过数据对比来看，沥青卷材屋面和瓦屋面的pH 值差异不大，均值在6.75-6.91 之间。分析三场降雨对雨水径流水质的影响可以得出，降雨强度对SS、浊度的变化差异较大，降雨强度对COD、pH 值的影响差异较小。

2.2 不同屋面雨水径流水质变化规律

不同屋面由于覆盖材料的差异，导致雨水径流水质随着径流时间的延长出现一定的变化规律，不同地点、不同时间屋面雨水水质指标分别用Sn、CODn、浊度n、pHn表示，n 表示三场降雨，n=1（6 月25 日降雨）、n=2（8 月27日降雨）、n=3（10 月14 日降雨）。

（1）沥青卷材屋面雨水径流水质变化规律

三场降雨强度的不同，导致沥青卷材屋面雨水径流水质随着径流时间的变化出现波动。SS、COD、浊度整体呈现先增加后减小的趋势，随着径流时间的延长，雨水水质趋于稳定。分析三次雨水径流水质SS 的变化规律，可以看出，随着降雨强度的增加，SS 峰值越大，且峰值达到的时间越短，三次降雨SS 峰值达到的时间分别为10min、20min、25min，大约在60-100min 后，屋面雨水SS趋于稳定。分析三次雨水径流水质COD 的变化规律，可以看出随着不同强度的降雨对COD 影响不大，随着径流时间的延长，COD 均出现逐渐降低的趋势，大约在60min后趋于稳定。分析浊度的变化规律，可以看出，随着降雨强度的增加，浊度峰值越大，且峰值达到的时间越短，三次降雨浊度峰值达到的时间分别为10min、15min、25min，大约在60-80min 后，屋面雨水浊度趋于稳定。

（2）瓦屋面雨水径流水质变化规律

瓦屋面属于刚性防水材料，材料质地坚硬，瓦屋面雨水径流水质随降雨强度的影响出现一定的差异。总体来看，SS、浊度的变化趋势基本相同，都随着径流时间的增加，各指标达到稳定数值。SS 浊度的峰值也随降雨强度的变化而变化，降雨强度越大，SS、浊度的峰值也越大，且峰值达到的时间越短。通过分析可知，SS 在30-50min 后趋于稳定，浊度在60min 后趋于稳定。COD 随着径流时间的增减逐渐降低，但降雨强度对COD 的影响不大，三次不同的降雨，COD 大约在40min 后趋于稳定。

图2 瓦屋面径流水质变化趋势图

2.3 不同屋面雨水利用分析

通过对不同屋面雨水径流污染物、不同屋面雨水径流水质变化规律分析可知，屋面材料、降雨强度的差异会导致雨水SS、COD、浊度出现一定的变化，PH 值受屋面材料、降雨强度影响大不。不同类型的屋面在降雨初期，受初期淋洗效应的影响，雨水污染较为严重，此部分雨水不可直接利用，需要处理后才能利用。但随着径流时间的延长，各指标逐渐趋于稳定。对于沥青卷材屋面，综合分析SS、COD、浊度的变化趋势，大约在100min 后，各指标趋于稳定，SS 越为32mg/L 左右、COD 越为20mg/L 左右、浊度约为6NTU 左右。对于瓦屋面，综合分析SS、COD、浊度的变化趋势，大约在60min 后，各指标趋于稳定，SS 越为30mg/L 左右、COD 越为17mg/L 左右、浊度约为6NTU 左右。此部分雨水已经到农田灌溉水质标准的部分要求[8]。

3 结论

（1）不同屋面防水材料、不同降雨强度对屋面雨水径流初期水质的影响较大，瓦屋面的雨水水质优于沥青卷材屋面，在雨水利用过程中要优先收集瓦屋面、钢筋混凝土屋面等刚性材料屋面的雨水。强度越大的降雨，雨水径流水质趋于稳定的时间越短，雨水污染轻，雨水的可利用程度大。降雨强度越小，雨水径流水质趋于稳定的时间越长，雨水污染严重。

（2）不同屋面雨水初期径流水质较差，可利用程度低。在实际使用过程中，建议根据本地区屋面污染物的特点，采取不同措施对初期径流雨水进行净化处理。径流时间越长，雨水可收集存储，直接进行灌溉。

（3）不同地区、不同季节屋面污染物差异会导致雨水水质的变化，建议各地区根据不同季节的特点，采取合理的措施进行屋面雨水的再次利用。