摘要：

城市雨水收集利用系统(Rainwater Harvesting Systems)作为缓解城市水资源短缺和调控雨水径流重要措施之一,受到越来越广泛的关注.屋面作为城市雨水收集利用系统的主要汇水面,也是城市面源污染物的重要来源.本研究于2019年在北京林业大学林业楼楼顶搭建了五种材料(玻璃,TPO防水卷材,水泥板,油毡,沥青),四种坡向(东,南,西,北)和三种坡度(15°,30°,45°)共12个集水面积(垂直投影面积)为1 m×1 m的屋面,并于2021年搭建了7个1 m×1 m的瓦片屋面,分别采用0 mm,1 mm,2 mm,3 mm,4 mm,5 mm,6 mm初期弃流量收集屋面径流.通过对2019年和2021年雨季(7～10月)雨水和屋面径流取样水质检测,采用单因素方法分析法对比分析雨水和各不同条件下屋面径流的总悬浮物(Total Suspended Solid,TSS),铵态氮(NH_4~+-N),硝态氮(NO_3~--N),全氮(TN),全磷(TP),铁(DFe),锰(DMn),锌(DZn),铬(DCr),铜(DCu),镉(DCd),镍(DNi),铅(DPb)浓度,解析不同材料,坡向和坡度的屋面径流污染特征,并评估不同初期弃流量对收集的屋面雨水径流水质提升效果.主要研究结论如下:(1)沥青屋面径流中TN,DFe,DMn和DZn的平均浓度显著高于玻璃,TPO防水卷材,水泥板和油毡屋面(P0.05).不同坡向屋面径流中金属元素浓度有显著差异(P<0.05).朝南屋面径流中DFe(4.52μg·L~(-1))和DCr(12.31μg·L~(-1))平均浓度显著高于朝北和朝西屋面(P<0.05).朝南屋面经2 mm初期弃流后径流污染削减效果最好,可削减21.30～60.44%的污染负荷,污染负荷削减率分别为朝东,朝西和朝北屋面的1.14,1.06和1.28倍.(3)相较于15°和30°屋面,45°屋面径流中营养元素和金属元素平均浓度均为最高.弃去2 mm初期径流后,30°屋面的径流污染控制效果最好,可削减23.48～62.18%的污染负荷,分别为15°和45°屋面的1.16和1.21倍.(4)随初期弃流量增大(0～6mm),收集的雨水径流中污染物浓度呈逐渐降低的趋势,收集的雨水径流水质逐渐提升.1 mm,2 mm,3 mm,4 mm,5 mm,6 mm初期弃流量可分别削减瓦片屋面径流中污染负荷的10.02～17.64%,17.38～35.13%,27.49～67.80%,35.34～73.47%,44.59～77.45%和45.95～80.05%.经6 mm初期弃流后,收集的屋面雨水径流中NO_3~--N,TN,DMn,DZn和DNi浓度均低于雨水(n=12).综合以上研究结果发现:沥青屋面,朝南屋面和45°屋面雨水径流中污染物浓度最高.随初期弃流量增大(0～6mm),收集的雨水径流水质逐渐提升.研究不同材料,坡向,坡度和初期弃流量屋面的雨水径流水质特征,结果可为城市雨水收集利用系统屋面的选择设计和海绵城市的建设提供科学参考.

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