王宗海

(喀左縣水利局， 遼寧 朝陽 122300)

隨著城市化的迅速發(fā)展，我國城市的城區(qū)面積迅速擴張，城市的排水管道難以應(yīng)對極端降雨天氣的問題日漸突出[1]。針對這一問題，雨水的資源化利用是最為有效的途徑，不僅可以實現(xiàn)極端降雨背景下的城市內(nèi)澇，還可以促進地表水和地下水之間的轉(zhuǎn)換[2]。在利用雨水補充地下水方面，滲井可以實現(xiàn)地表雨水的直接入滲，具有快速、大量的特點，十分適合城市和農(nóng)村地區(qū)的雨水資源化利用，對預(yù)防城市內(nèi)澇，提高地下水位具有十分顯著的作用[3]。但是，在雨水入滲過程中，其中的污染物也會經(jīng)過土壤累積進地下水，并對地下水的水質(zhì)產(chǎn)生潛在的影響[4]。因此，展開滲水井雨水入滲對地下水水質(zhì)的影響研究具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

朝陽市位于我國遼寧省西部，東臨錦州市，南接葫蘆島市，西南臨河北承德市，東北與內(nèi)蒙古自治區(qū)的赤峰市相鄰，地理位置十分優(yōu)越。朝陽市屬于典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，雨熱同期，降水偏少，年降水量約為520mm。受氣候條件的影響，朝陽市夏季多短時強降雨，容易誘發(fā)城市內(nèi)澇，因此十分有利于使用滲井實現(xiàn)雨水的資源化利用。本次研究的滲井位于朝陽的尚志公園內(nèi)。該公園位于中山大街與和平街之間，占地面積6300m2。底面標高在286.4～288.5m之間，其土層較好且復(fù)雜多樣，具有良好的地下水賦存、運移條件。J4滲井位于公園標高最低的東南角，建成于2020年5月，由直徑為3.0m的鋼筋混凝土滲濾池和2根長6.0m的玻璃鋼管滲井組成。在鋼筋混凝土滲濾池中填充90%的粗砂、5%的沸石以及5%的海綿鐵[5]。為了研究滲井的雨水入滲對地下水的影響，在滲井西邊25和45m處設(shè)置2個觀測井[6]。其基本布局如圖1所示。

圖1 滲井和觀測井布置示意圖

該滲井主要收集公園東南部區(qū)域內(nèi)建筑的屋面、部分路面以及綠地和草坪產(chǎn)生的雨水徑流[7]。其中，屋面面積約550m2，路面面積大約1050m2，綠地面積約2890m2。由于公園內(nèi)的綠地有良好的蓄水作用，如果降雨量不大，一般不會產(chǎn)生雨水徑流。因此，如果不考慮綠地因素，滲井的匯流水量中來自屋面和路面的水量分別占1/3和2/3。在降雨過程中，屋面降雨通過預(yù)先鋪設(shè)的管道直接匯入滲井，路面降雨則通過地表匯流匯入滲井，經(jīng)過滲井的填料之后下滲到地下水中。如遇較大降雨，綠地草坪產(chǎn)生的雨水徑流則溢流到周邊道路和路面雨水一起匯入滲井。

1.2 數(shù)據(jù)采集

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 入流水質(zhì)試驗數(shù)據(jù)與分析

對研究期內(nèi)的13場次降雨的屋面和地面入流水質(zhì)指標進行測定分析，結(jié)果見表1。

表1 入流水質(zhì)測定結(jié)果 單位：mg/L

由表1可知，屋面進水中的COD、TN、NO3-N的濃度與路面進水相比偏高，NH3-N與TP的濃度則低于路面進水。但是總體而言，兩者的污染物濃度相差不大。究其原因，主要是研究區(qū)位于公園內(nèi)部，路面污染物較少受汽車尾氣、融雪劑等一般道路污染因素的影響，因此污染物的組成和含量與屋面雨水比較接近。另一方面，路面污染物會受到行人走動和周邊綠地的吸附和凈化等因素的影響，而屋面的污染物沉積后較少受到擾動[12]。此外，按照公園的布局，滲井匯流區(qū)的房屋主要集中于靠近周邊街道的外側(cè)，因此受到道路揚塵等因素的影響相對較多。上述多種因素的綜合，造成路面和屋面雨水的污染物含量存在一定的差異。

2.2 滲井對污染物的去除效果分析

在研究期內(nèi)一共有13次比較明顯的降雨，其中有4次降雨監(jiān)測到滲井的出水，因此利用這4次降雨過程中滲井的進水和出水水質(zhì)差異對滲井的污染物去除效果進行評價，結(jié)果見表2。

表2 滲井污染物去除效果計算結(jié)果 單位：mg/L

由于該滲井建成于2020年5月，雨水匯集管路和滲井填料中并沒有明顯的底泥沉積，因此底泥污染物對試驗結(jié)果的影響可以忽略不計。通過出水和入水污染物含量的對比，即可獲得滲井填料對污染物的去除效果。由計算結(jié)果可知，滲井對去除雨水中NO3-N的效果最好，去除COD的效果次之，對其他污染物的去除效果并不十分理想。究其原因，主要是滲井建成的時間較短，運行還存在不穩(wěn)定性。此外，雨水入滲之后還會在滲井的內(nèi)部發(fā)生淋溶現(xiàn)象。此外，從表中數(shù)據(jù)的時間序列對比來看，研究時段后期的污染物去除效果明顯增強，這說明隨著滲井的穩(wěn)定運行，未來還可以取得更好的污染物去除效果。

2.3 地下水水質(zhì)數(shù)據(jù)分析

在試驗的2020年5—9月期間，每月的1、11、21日進行觀測井的地下水水樣采集，并對水樣進行水質(zhì)指標的分析。

2.3.1TP含量分析

對滲井和觀測井地下水中的TP含量監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整理，獲得的TP含量變化曲線，如圖2所示。

圖2 TP含量變化曲線

由圖2可知，觀測井地下水中TP含量在5、6月的變化幅度相對較小，而在后3個月的變化比較劇烈。究其原因，主要是當?shù)氐?、8月為主汛期，降雨比較頻繁且雨量相對較大，雨水中攜帶的含磷污染物進入滲井后與海綿鐵反應(yīng)，達到去除部分磷污染物的作用，但是隨著雨水攜帶磷污染物的不斷增加，滲井填料的凈化作用有所減弱。從2個觀測井的對比來看，觀測井J5的濃度變化幅度明顯大于觀測井J6，說明滲井出水的TP可以隨地下徑流向觀測井J5遷移，造成該部位TP濃度的波動變化，而觀測井J6距離較遠，TP在擴散稀釋后對觀測井J6處的影響相對減小。

2.3.2COD含量分析

對滲井和觀測井地下水中的COD含量監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整理，獲得COD含量變化曲線，如圖3所示。

圖3 COD含量變化曲線

由圖3可知，2個觀測井中水樣的COD含量和變化特征基本一致，在多雨的7、8月和相對少雨的5、6月其濃度分布上也不存在顯著的差異性。這說明，滲井的雨水滲入不會對地下水中的COD含量產(chǎn)生顯著的影響。究其原因，滲井填料中的活化沸石和海綿鐵均具有較強的吸附性，因此能夠很好地去除入滲雨水中的COD[8]。

2.3.3N含量的分析

對滲井和觀測井地下水中的NH3-N、NO3-N以及TN的含量監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整理，分別獲得NH3-N、NO3-N以及TN含量變化曲線，如圖4—6所示。

圖4 NH3-N含量變化曲線

圖5 NO3-N含量變化曲線

由圖4可知，NH3-N的含量在5、6月觀測井J5監(jiān)測值略低于觀測井J6監(jiān)測值，在后3個月基本相當。究其原因，主要是NH3-N一般帶正電荷，而滲井中的填料大多為負電荷，因此可以產(chǎn)生較好的去除效果，因此雨水經(jīng)滲井滲入對地下水的NH3-N含量的影響極為有限。由圖5可知，NO3-N的含量在7、8月有較為明顯的上升。究其原因，主要是NO3-N一般帶負電荷，隨雨水進入滲井之后不易被填料吸收。另一方面，雨水中的部分NH3-N在細菌的硝化作用下也會生成部分NO3-N，上述2個方面因素的綜合作用，都會造成汛期NO3-N濃度的劇烈波動?？傊瑵B井的雨水滲入短期內(nèi)會對地下水的NO3-N含量產(chǎn)生顯著影響。由圖6可知，觀測井J5中TN的含量在汛期7月高于觀測井J6中TN的含量，此后逐漸下降到低于觀測井J6中TN的含量。究其原因，主要是研究區(qū)前期的降雨較少，TN污染物會在地面和屋面積累，在汛期到來之后會隨著雨水大量進入滲井，造成觀測井J5中TN的濃度偏高，之后隨著雨水的減少，其濃度會逐步降低并低于觀測井J6中TN的濃度。由此可見，雨水經(jīng)滲井處理后會對地下水中的TN含量造成一定的影響，但是經(jīng)過遷移擴散之后其影響較為有限。

3 結(jié)語

隨著海綿城市建設(shè)的逐步推進，城市雨水資源的有效利用日益受到學(xué)界的關(guān)注。本次研究利用地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)，就滲井雨水集中入滲對地下水水質(zhì)的影響展開研究，獲得滲井雨水下滲過程中的污染物變化規(guī)律，對北方缺水城市的滲井技術(shù)推廣、實現(xiàn)城市雨水資源化利用具有重要的支撐作用。當然，此次研究由于受到實際條件的限制，沒有能對水質(zhì)數(shù)據(jù)進行及時的跟蹤和采集，可能會對研究結(jié)果造成一定的影響，今后應(yīng)該應(yīng)用自動技術(shù)進行監(jiān)測，同時提高監(jiān)測時間跨度，提高研究結(jié)果的科學(xué)性和準確性。