1浙江大学建筑设计研究院有限公司杭州3100282同济大学环境科学与工程学院上海200092
摘要：选取一座膜屋面建筑作为研究对象，对其屋面径流现场监测的基础上，分析膜屋面雨水水质特性及污染物相关性，研究发现膜屋面径流污染物相对其它屋面水质较；膜屋面雨水污染物之间存在相关性。
关键词：膜屋面径流EMC污染物分布污染物相关性
0.引言
城市雨水主要有屋面、道路和绿地三种汇流介质，屋面作为城市中不透水区域的一个重要组成部分，在城市中所占的面积很大，如上海市城区屋面面积占整个不透水区的75%以上[1]。在不同下垫面产生的雨水径流的水质差别很大，相比较而言，只有屋面雨水水质较好、径流量大便于收集利用，屋面径流不失为水资源开发利用的一个方向。目前，我国对城区屋面雨水径流水质的研究偏重于混凝土、瓦屋面和沥青屋面，对其他材料和类型的屋面的雨水径流污染特性及径流出流规律研究较少，因此本研究选择上海一处采用PTFE膜材料作为屋面的大型体育馆，对其屋面雨水径流进行长期的采样监测，调查膜屋面径流的水量水质特征。
1.监测降雨事件主要特征
共监测获得16场降雨事件的有效数据，其降雨特征见表1。
由表1可知，降雨量变化范围为1.1mm～24.5mm，平均降雨强度变化范围是0.007mm/min～0.736mm/min，前期晴天数的变化范围为2.1h～207h。在所监测16场降雨事件中，5、6和7三场降雨事件雨量较小（≤2.0mm）；1和3等8场降雨事件雨量中等（＞2.0mm且≤8.0mm），其余6场降雨事件雨量较大（＞8.0mm），涵盖了大雨、中雨和小雨，具有较好的代表性和典型性，为研究的可靠性提供了前提条件。
2.膜屋面雨水污染物EMC分析
由于影响水量水质的降雨特征、区域特征等因素的不确定性导致了不同区域同一降雨事件或同一区域不同降雨事件中，屋面径流污染物浓度差别很大，且随降雨过程不同污染物浓度变化的差异很大，因此，NURP（NationwideUrbanRunoffProgram）[2]建议对污染物浓度的描述采用事件平均浓度（EMC，EventMeanConcentration），以对污染程度进行评估。事件平均浓度数学表达式为：
式中：M整个径流期间污染物总量（mg）；
V整个径流期间总径流量（L）；
C（t）径流期间随时间变化的污染物浓度（mg/L）；
Q（t）径流期间随时间变化的径流流速（L/s）；
表2列出了本次研究监测降雨事件膜屋面径流主要污染物的事件平均浓度。表3为膜屋面径流污染物事件平均浓度的统计值。
由表2知，不同降雨事件下，污染物的EMC值存在较大差异，同一种污染物在不同降雨条件下，其值也有不同。从表3可以看出，在16场降雨事件中污染物EMC的最大值和最小值之间差异显著，其中SS和COD尤为明显，极差分别达到133.7mg/L、67.7mg/L。TN、NH3-N和NO3-N的EMC平均值分别为：4.61mg/L、2.05mg/L和1.56mg/L，NH3-N和NO3-N含量占了TN含量的78.3%，表明TN主要以可溶性氮形式存在。这与该地区其他学者研究成果类似：王和意对2003年～2006年天然降雨的NH3-N进行6次监测，发现天然降雨中NH3-N平均浓度高达1.12mg/L[3]；张修峰[4]也通过监测上海地区1998～2003年天然降雨的TN含量后，发现上海降雨中TN平均值为4.74mg/L且主要成分为溶解性的硝态氮和氨氮。由此可见，大气湿沉降对膜屋面雨水径流中含氮营养盐污染物贡献较大。表4中还可以发现，同其他地区屋面雨水径流水质相比，该地区膜屋面雨水径流的污染比较轻，pH的EMC值基本在《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）（以下简称《标准》）可许范围（6～9）；TP的EMC均值满足《标准》II类标准阈值（TP≤0.10mg/L）；COD的EMC均值在《标准》IV类标准阈值（≤30mg/L）左右；只有TN和NH3-N的EMC均值超过《标准》IV类标准阈值（TN≤2.0mg/L、NH3-N≤2.0mg/L）。
注：**，p＜0.01；*，p＜0.05
4结论
（1）膜屋面径流污染物水质较好，pH的EMC值基本在《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）可许范围（6～9），TP的EMC均值满足《标准》II类标准阈值（TP≤0.10mg/L）；COD的EMC均值在《标准》IV类标准阈值（≤30mg/L）左右，TN、NH3-N和NO3-N的EMC平均值分别为：4.61mg/L、2.05mg/L和1.56mg/L，只有TN和NH3-N的EMC均值超过《标准》IV类标准阈值（TN≤2.0mg/L、NH3-N≤2.0mg/L）。
（2）膜屋面雨水污染物之间存在相关性，其中SS与COD、NH3-N的相关性较弱，但与TP的相关性在0.05显著性水平上较明显；TN、COD和NO3-N间相关性较高，表明TN、COD和NO3-N在径流中变化趋势和存在形态相近。
参考文献：
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[2]USEPA.Resultsofthenationwideurbanrunoffprogram.USEPA，WashingtonDC：1983
[3]王和意．上海城市降雨径流污染过程及管理措施研究：[硕士学位论文].上海：华东师范大学，2005
[4]张修峰.上海地区大气氮沉降及其对湿地水环境的影响.应用生态学报，2006，17（6）：1099～1102
[5]J.Forster.Variabilityofroofrunoffquality.WaterSciTechnol，1999，39（5）：137～144
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[9]王彪.上海城区屋面径流污染特征及模型研究：[博士学位论文].上海：同济大学，2009
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