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摘要 对福州市大学城商业区、文教区、居民区道路降雨径流的水质指标监测显示，福州市道路雨水水质的pH接近中性，NH3-N、TP、COD最大值分别超出国家地表水环境质量Ⅴ类标准限值的6、11、20倍，SS最大值超出城镇污水排放三级标准限值9倍。污染物浓度排序为：商业区>居民区>文教区，并且随着降雨时间增加呈递减趋势。因此，提出使用两级过滤处理装置对道路雨水进行就地收集、处理和储存，并就地利用，能够控制道路初期雨水污染，缓解城市内涝，节约雨水资源，具有一定的经济、社会和环境效益。
[关键词] 道路初期雨水；水质特征；雨水利用
中图分类号：U41文献标识码： A
城市化大幅增加了道路的建设，导致不透水面的面积急剧增加，增大了雨水径流系数，导致城市内涝时常发生。同时频繁的交通活动使大量的悬浮颗粒物、有机物等污染物在路面积累，发生降雨时，这些污染物会随雨水直接或间接地水体，常导致受纳水体水质恶化[1]和水生生态破坏[2]。点源污染被有效控制后，面源污染成为城市水质恶化的主要原因之一。
研究表明道路降雨径流量约为25%，却产生了40%～80%的污染物[3]。因此，道路成为城市面源污染的关键源区。国外一些发达国家对道路径流已经开展了30多年的研究，通过对径流水质特征广泛调查，模拟径流中污染物累积、排放和迁移过程[4]，估算污染负荷[5]，为道路雨水径流的研究和控制提供了数据和指导。近年来，我国也在北京、上海、西安等城市开展了路面径流水质的监测分析。但由于检测地点的单一性和污染物的局限性，无法全面地反映降雨径流的污染特征。受城市的气候、周围环境、道路使用和维护状况的影响，使得其他地区所获的资料和认识很难应用于本地。与国内其他城市相比，福州市水资源相对较丰富，但是城市时有发生内涝问题，同时福州市内河常因道路雨水径流受到严重的污染，对福州市道路雨水进行水质特征分析并提出控制利用方案，不仅能够有效初期雨水污染，同时还能缓解城市内涝，节约雨水资源，具有重要的实际意义和应用前景。
本文拟对福州市具有典型代表性区域(商业区、文教区、居民区)的道路雨水分别进行实地采样监测，分析福州市道路雨水水质特征与其变化规律，提出道路雨水利用的方式与措施，为解决福州市城市内涝和道路雨水污染控制与利用提供理论帮助。
1 实验方法
1.1 采样点布置
各采样点位置如下：（1）商业区采样点位于福州市博士后商业街中间路段排水口作为；（2）文教区采样点位于福州大学总雨水排放口；（3）居住区采样点位于福大生活一区雨水汇流井作为。所有采样点的路面雨水径流均排入市政管网。采样点的分布见图1。
图1 水样采集点分布图
1.2 水样采集
水样的采集从形成路面雨水径流开始，在雨水口处收集第1个水样，然后在降雨的第5，10，15，20，25，30，40，50，60 min时分别采样。同时，用SM-1型雨（雪）量计同步记录降雨量。
1.3 水质分析方法
实验过程中各项水质指标的检测方法如下：pH，酸度计；浊度，浊度仪；SS，重量法；CODCr，重铬酸钾法；氨氮，纳氏试剂光度法；TP，钼酸抗分光光度法。
2 结果与讨论
2.1 路面径流的水文特征
试验研究共观测了5场大雨，其中有效观测数据3组，每次降雨的水文参数特征见表1。
表1 每次降雨的水文参数
2.2 路面径流的水质分析
各类污染物随降雨历时的变化情况见图2。
a 径流pH随降雨历时变化过程
b 径流SS随降雨历时变化过程
c 径流氨氮随降雨历时变化过程
e 径流CODCr随降雨历时变化过程
d 径流TP随降雨历时变化过程
f 径流浊度随降雨历时变化过程
图2 径流中各类污染物随降雨历时的变化情况
由表1和图2可以看出，随着降雨历时的延长，污染物浓度明显下降并趋于平稳。同时，3号类型初期径流水质指标值大于1号和2号类型，主要原因是该类型的雨前干燥期远大于其他类型的雨前干燥期，这说明雨前干燥期是影响污染物积累的一个重要因素。1、3号类型是降雨量大、降雨历时较短的暴雨类型，从其污染物曲线可以看出，经过暴雨的冲刷，路面径流水质指标值显著下降。
由图2可以得到营养盐及有机污染物综合指标按功能区的不同，其平均浓度大小的排列顺序为：商业区>居住区>文教区。商业区指标明显高于其他两个分区可能与其人口流动较大、车流量大等因素有关，文教区和居住区的差别不大，可能是由于雨水采集点的距离较近，人员分布以学生为主，车流量小，污染较轻。
观察图2a可以看出，pH变幅很小，接近中性，这是由于同一个地点所有污染物的酸碱程度在总体上是大致不变的；商业区初期雨水pH偏酸性，可能因为商业区车流量大，汽车尾气中含有的SO2和氮氧化物使雨水呈现酸性。从图2b~f中我们可以看出，福州市道路径流初期雨水水质较差，CODCr、SS、氨氮、TP、浊度分别为47-820 mg/L、40-452 mg/L、1.6-12.2 mg/L、0.25-4.5 mg/L、15-142 NTU。其中，氨氮、TP、CODCr的最大值分别超出地表水环境质量标准Ⅴ类标准值的6、11、20倍；SS的最大值超出《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）中最高允许排放浓度三级标准（50 mg/L）的9倍，且60 min的SS值大部分仍未达到排放标准的三级标准，这说明短时的暴雨并不能对路面固体污染物形成较好的冲刷效果。
综上，福州市道路雨水径流污染物浓度较高，其初期雨水水质指标值甚至超过城市生活污水，如果不予以控制，不仅会对受纳水体产生很大污染，增加城市污水处理负荷，而且可能造成内涝，将不利于城市道路雨水的利用。
3 福州市道路雨水利用分析
3.1 福州市降雨概况
福州市属亚热带海洋性季风气候，温暖湿润，雨量充沛。全年无霜期326天，年平均气温19.6 ℃，年降雨量900～2100 mm。
3.2 道路情况及利用的有利条件
截止到2012年福州市道路总面积907万m2，人均道路面积为6.1 m2。
道路作为不渗透汇水面，对于城市雨水利用的收集也起到了重要的作用。利用城市道路硬化路面收集雨水的优点如下：
（1）当前我国各地城市修建的主要道路都相当宽阔，收集效益高；
（2）城市道路路面在修建时，按照有关标准通常都已经设置了适当的散水坡度与导水渠道，满足建立雨水收集系统的需要；
（3）雨水收集系統需要与城市雨水管道配套使用，而我国城市雨水管道系统一般是沿着城市道路而铺设的。
4 道路初期雨水推荐的处理装置
通过对福州市道路初期雨水的污染物情况分析，以及福州市雨水利用的现状分析，提出了对于含有较多污染物的初期雨水的处理方法，即通过道路两侧雨水口将初期雨水收集后经过两级过滤装置的处理，处理后的水直接通过雨水井排放或储存在雨水储存装置，储存的雨水可就地留作他用（如道路浇洒、绿地用水等）。净化初期雨水并有效利用，可以达到控制道路雨水污染、减轻城市内涝的目的。图3为初期雨水的处理装置图。
图3 道路初期雨水处理装置图
5 结论
（1）福州市道路径流雨水污染物浓度较大，CODCr、SS、氨氮、TP、浊度分别为47-820 mg/L、40-452 mg/L、1.6-12.2 mg/L、0.25-4.5 mg/L、15-142 NTU。道路初期雨水污染物浓度远大于城市生活污水，已成为一种重要的面源污染源，需要加以控制。各降雨径流的水质指标值随降雨历时的变化幅度不同，其平均浓度的排列顺序为：商业区>居住区>文教区。同时，随着降雨时间的延长，污染程度逐渐降低并趋于稳定。
（2）福州市雨水资源丰富，道路面积总量大，因此福州市具备道路雨水资源利用的条件。本文建议可以对福州道路雨水加以利用，这样可以控制道路初期雨水污染，合理利用雨水资源，减轻城市内涝。
（3）针对福州市道路初期雨水水质情况，建议可通过道路两侧雨水口收集后通过两级过滤装置处理，使初期雨水得到净化，并就地利用于道路浇洒、绿地用水等。
参考文献：
[1] 赵磊, 杨逢乐, 王俊松, 等. 合流制排水系统降雨径流污染物的特性及来源[J]. 环境科学学报, 2008(08):1561-1570.
[2] Yan J, Zhang Y, Zhang J, et al. The method of urban rain-flood utilization based on environmental protection[J]. Energy Procedia, 2011,5:403-407.
[3] Kayhanian M, Stransky C, Bay S, et al. Toxicity of urban highway runoff with respect to storm duration[J]. Science of The Total Environment, 2008,389(2–3):386-406.
[4] H K L, M K, D Z K. Modeling of highway stormwater runoff[J]. Science of the Total Environment, 2005,1-18(1-3):1-18.
[5] Helmreich B, Hilliges R, Schriewer A, et al. Runoff pollutants of a highly trafficked urban road – Correlation analysis and seasonal influences[J]. Chemosphere, 2010,80(9):991-997.
基金项目：福州大学第十七期本科生训练计划项目（17057）；
作者简介：孙晓玉，女，1992年10月生，福州大学土木工程学院2011级给水排水工程本科生
[关键词] 道路初期雨水；水质特征；雨水利用
中图分类号：U41文献标识码： A
城市化大幅增加了道路的建设，导致不透水面的面积急剧增加，增大了雨水径流系数，导致城市内涝时常发生。同时频繁的交通活动使大量的悬浮颗粒物、有机物等污染物在路面积累，发生降雨时，这些污染物会随雨水直接或间接地水体，常导致受纳水体水质恶化[1]和水生生态破坏[2]。点源污染被有效控制后，面源污染成为城市水质恶化的主要原因之一。
研究表明道路降雨径流量约为25%，却产生了40%～80%的污染物[3]。因此，道路成为城市面源污染的关键源区。国外一些发达国家对道路径流已经开展了30多年的研究，通过对径流水质特征广泛调查，模拟径流中污染物累积、排放和迁移过程[4]，估算污染负荷[5]，为道路雨水径流的研究和控制提供了数据和指导。近年来，我国也在北京、上海、西安等城市开展了路面径流水质的监测分析。但由于检测地点的单一性和污染物的局限性，无法全面地反映降雨径流的污染特征。受城市的气候、周围环境、道路使用和维护状况的影响，使得其他地区所获的资料和认识很难应用于本地。与国内其他城市相比，福州市水资源相对较丰富，但是城市时有发生内涝问题，同时福州市内河常因道路雨水径流受到严重的污染，对福州市道路雨水进行水质特征分析并提出控制利用方案，不仅能够有效初期雨水污染，同时还能缓解城市内涝，节约雨水资源，具有重要的实际意义和应用前景。
本文拟对福州市具有典型代表性区域(商业区、文教区、居民区)的道路雨水分别进行实地采样监测，分析福州市道路雨水水质特征与其变化规律，提出道路雨水利用的方式与措施，为解决福州市城市内涝和道路雨水污染控制与利用提供理论帮助。
1 实验方法
1.1 采样点布置
各采样点位置如下：（1）商业区采样点位于福州市博士后商业街中间路段排水口作为；（2）文教区采样点位于福州大学总雨水排放口；（3）居住区采样点位于福大生活一区雨水汇流井作为。所有采样点的路面雨水径流均排入市政管网。采样点的分布见图1。
图1 水样采集点分布图
1.2 水样采集
水样的采集从形成路面雨水径流开始，在雨水口处收集第1个水样，然后在降雨的第5，10，15，20，25，30，40，50，60 min时分别采样。同时，用SM-1型雨（雪）量计同步记录降雨量。
1.3 水质分析方法
实验过程中各项水质指标的检测方法如下：pH，酸度计；浊度，浊度仪；SS，重量法；CODCr，重铬酸钾法；氨氮，纳氏试剂光度法；TP，钼酸抗分光光度法。
2 结果与讨论
2.1 路面径流的水文特征
试验研究共观测了5场大雨，其中有效观测数据3组，每次降雨的水文参数特征见表1。
表1 每次降雨的水文参数
2.2 路面径流的水质分析
各类污染物随降雨历时的变化情况见图2。
a 径流pH随降雨历时变化过程
b 径流SS随降雨历时变化过程
c 径流氨氮随降雨历时变化过程
e 径流CODCr随降雨历时变化过程
d 径流TP随降雨历时变化过程
f 径流浊度随降雨历时变化过程
图2 径流中各类污染物随降雨历时的变化情况
由表1和图2可以看出，随着降雨历时的延长，污染物浓度明显下降并趋于平稳。同时，3号类型初期径流水质指标值大于1号和2号类型，主要原因是该类型的雨前干燥期远大于其他类型的雨前干燥期，这说明雨前干燥期是影响污染物积累的一个重要因素。1、3号类型是降雨量大、降雨历时较短的暴雨类型，从其污染物曲线可以看出，经过暴雨的冲刷，路面径流水质指标值显著下降。
由图2可以得到营养盐及有机污染物综合指标按功能区的不同，其平均浓度大小的排列顺序为：商业区>居住区>文教区。商业区指标明显高于其他两个分区可能与其人口流动较大、车流量大等因素有关，文教区和居住区的差别不大，可能是由于雨水采集点的距离较近，人员分布以学生为主，车流量小，污染较轻。
观察图2a可以看出，pH变幅很小，接近中性，这是由于同一个地点所有污染物的酸碱程度在总体上是大致不变的；商业区初期雨水pH偏酸性，可能因为商业区车流量大，汽车尾气中含有的SO2和氮氧化物使雨水呈现酸性。从图2b~f中我们可以看出，福州市道路径流初期雨水水质较差，CODCr、SS、氨氮、TP、浊度分别为47-820 mg/L、40-452 mg/L、1.6-12.2 mg/L、0.25-4.5 mg/L、15-142 NTU。其中，氨氮、TP、CODCr的最大值分别超出地表水环境质量标准Ⅴ类标准值的6、11、20倍；SS的最大值超出《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）中最高允许排放浓度三级标准（50 mg/L）的9倍，且60 min的SS值大部分仍未达到排放标准的三级标准，这说明短时的暴雨并不能对路面固体污染物形成较好的冲刷效果。
综上，福州市道路雨水径流污染物浓度较高，其初期雨水水质指标值甚至超过城市生活污水，如果不予以控制，不仅会对受纳水体产生很大污染，增加城市污水处理负荷，而且可能造成内涝，将不利于城市道路雨水的利用。
3 福州市道路雨水利用分析
3.1 福州市降雨概况
福州市属亚热带海洋性季风气候，温暖湿润，雨量充沛。全年无霜期326天，年平均气温19.6 ℃，年降雨量900～2100 mm。
3.2 道路情况及利用的有利条件
截止到2012年福州市道路总面积907万m2，人均道路面积为6.1 m2。
道路作为不渗透汇水面，对于城市雨水利用的收集也起到了重要的作用。利用城市道路硬化路面收集雨水的优点如下：
（1）当前我国各地城市修建的主要道路都相当宽阔，收集效益高；
（2）城市道路路面在修建时，按照有关标准通常都已经设置了适当的散水坡度与导水渠道，满足建立雨水收集系统的需要；
（3）雨水收集系統需要与城市雨水管道配套使用，而我国城市雨水管道系统一般是沿着城市道路而铺设的。
4 道路初期雨水推荐的处理装置
通过对福州市道路初期雨水的污染物情况分析，以及福州市雨水利用的现状分析，提出了对于含有较多污染物的初期雨水的处理方法，即通过道路两侧雨水口将初期雨水收集后经过两级过滤装置的处理，处理后的水直接通过雨水井排放或储存在雨水储存装置，储存的雨水可就地留作他用（如道路浇洒、绿地用水等）。净化初期雨水并有效利用，可以达到控制道路雨水污染、减轻城市内涝的目的。图3为初期雨水的处理装置图。
图3 道路初期雨水处理装置图
5 结论
（1）福州市道路径流雨水污染物浓度较大，CODCr、SS、氨氮、TP、浊度分别为47-820 mg/L、40-452 mg/L、1.6-12.2 mg/L、0.25-4.5 mg/L、15-142 NTU。道路初期雨水污染物浓度远大于城市生活污水，已成为一种重要的面源污染源，需要加以控制。各降雨径流的水质指标值随降雨历时的变化幅度不同，其平均浓度的排列顺序为：商业区>居住区>文教区。同时，随着降雨时间的延长，污染程度逐渐降低并趋于稳定。
（2）福州市雨水资源丰富，道路面积总量大，因此福州市具备道路雨水资源利用的条件。本文建议可以对福州道路雨水加以利用，这样可以控制道路初期雨水污染，合理利用雨水资源，减轻城市内涝。
（3）针对福州市道路初期雨水水质情况，建议可通过道路两侧雨水口收集后通过两级过滤装置处理，使初期雨水得到净化，并就地利用于道路浇洒、绿地用水等。
参考文献：
[1] 赵磊, 杨逢乐, 王俊松, 等. 合流制排水系统降雨径流污染物的特性及来源[J]. 环境科学学报, 2008(08):1561-1570.
[2] Yan J, Zhang Y, Zhang J, et al. The method of urban rain-flood utilization based on environmental protection[J]. Energy Procedia, 2011,5:403-407.
[3] Kayhanian M, Stransky C, Bay S, et al. Toxicity of urban highway runoff with respect to storm duration[J]. Science of The Total Environment, 2008,389(2–3):386-406.
[4] H K L, M K, D Z K. Modeling of highway stormwater runoff[J]. Science of the Total Environment, 2005,1-18(1-3):1-18.
[5] Helmreich B, Hilliges R, Schriewer A, et al. Runoff pollutants of a highly trafficked urban road – Correlation analysis and seasonal influences[J]. Chemosphere, 2010,80(9):991-997.
基金项目：福州大学第十七期本科生训练计划项目（17057）；
作者简介：孙晓玉，女，1992年10月生，福州大学土木工程学院2011级给水排水工程本科生