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随着经济和人口的快速增长,我国城市水资源短缺日益严重。雨水资源利用对于缓解城市水资源短缺具有重要作用。与其它下垫面的雨水径流相比,屋面雨水径流的水质较好,便于收集利用,具有更广阔的应用前景。但是,屋面径流水质变化较大,影响因素较多,如果利用不当,可能对环境健康造成不利影响。 屋面材质、降雨强度、雨前干旱时间和屋面与污染源的距离被认为是影响屋面径流水质的主要因素。现有研究集中在屋面雨水中各污染物的浓度、径流水质变化趋势和受屋面材质、降雨强度和雨前干旱时间的影响等方面。虽然有研究意识到大气湿沉降是影响屋面径流水质的重要因素之一,但尚未深入探讨大气湿沉降对屋面径流水质的影响程度和规律。 本文旨在探索大气湿沉降对屋面径流污染负荷的影响规律,为更好的利用屋面雨水提供科学依据。研究以深圳大学城水泥砂浆材质的屋面为例,测定了2011年14场降雨的雨前大气环境质量、大气降水水质和屋面径流水质,并对研究期间屋面累积及屋面材质状况进行了采样分析;基于实测数据,开展了大气湿沉降组分特征及来源分析、屋面径流水质特征及影响因素分析、以及湿沉降对屋面径流污染负荷的贡献及原因分析。在此基础上,探讨了考虑湿沉降影响的屋面雨水利用与管理。结果表明: (1)研究区域的大气降水酸化严重,有64.3%的场次降水的pH低于5.6;湿沉降组分中,TOC含量最高,其次为NO3-;阳离子中Ca2+含量最高;有机酸中甲酸含量最高。大气湿沉降中组分的来源主要可以分为三类:第一类主要是人为源,组分有TOC、SO42-、NO3-、F-、NH4+、乙二酸、甲酸和乙酸等;第二类主要是天然源,组分有Na+、K+、Mg2+和Cl-等;第三类主要是扬尘,如Ca2+。 (2)研究区域的屋面径流水质偏碱性,pH均值为7.2,有92.8%的降雨场次的pH高于7.0。从组分构成看,屋面径流中含量最高的组分是Ca2+,其次为SO42-,TOC居于第三位,有机酸中乙二酸的含量最高。大气降水冲刷屋面形成径流的过程中水质发生了显著变化,其中不仅有屋面累积、屋面材质的影响,还包括大气湿沉降对屋面径流水质的影响。 (3)湿沉降对屋面径流的组分负荷贡献存在三种关系:①湿沉降负荷明显高于屋面径流负荷:NH4+,乙酸,甲酸和乙二酸,说明屋面径流中的污染物负荷来源于湿沉降,同时湿沉降中该部分组分在冲刷过程中与屋面累积物及屋面材质发生反应,使这些组分在屋面径流中的负荷明显减少;②湿沉降负荷占屋面径流负荷少部分:Na+、K+、Mg2+、Ca2+和SO42-,湿沉降只是屋面径流的污染负荷的部分来源,屋面径流负荷还受其它因素影响比较大;⑨湿沉降负荷与屋面径流负荷相当:TOC、F-、NO3-和Cl-,屋面径流中的污染负荷量级与湿沉降中污染负荷量级相当,虽然屋面径流污染负荷也受其它因素影响,但影响不大。 (4)研究发现深圳雨前大气环境质量对湿沉降的可溶性组分有显著影响。这是因为可溶性组分主要以气溶胶或与大气颗粒物结合的形式存在于大气中,非雨期不易沉降,降雨时经雨水冲刷后进入大气降水,因而雨前大气环境质量与湿沉降组分浓度有不同程度的相关性。在与深圳具有类似大气环境条件的地区,有可能存在类似的湿沉降对屋面径流水质影响的规律。考虑到湿沉降与屋面径流污染负荷关系的复杂性,而且对一些组分(如NH4+、乙酸、甲酸、乙二酸、TOC、F-和NO3-等),湿沉降是屋面径流污染负荷的主要来源,因而在研究城市屋面雨水利用时应考虑湿沉降对径流水质的影响,并在屋面雨水径流水质模型中考虑湿沉降的影响。 本研究证实湿沉降会明显影响屋面径流水质,初步揭示了大气湿沉降中的不同组分与屋面径流的污染负荷可能存在的三种关系,并分析了其潜在机理,研究结果为合理安全的利用屋面雨水资源提供了科学依据。