海绵城市径流雨水水质监测的关键问题(下)

随着海绵城市建设的推进，很多试点城市在建设期也同步开展了项目、片区等相关监测。监测可为海绵城市建设效果评估、排水系统实际运行情况反馈、后续项目设计与运行优化、信息化管控等提供数据支撑。合理且有效地监测是保障海绵城市建设效果评估和研究规范性的前提，水质监测方法不当会导致后期的检测工作无法得到准确的数据，国内雨水相关标准和规范体系正逐渐建立。

1、海绵城市水质监测采样方法

降雨的随机性和雨水排放的不确定性会造成径流雨水污染物浓度在降雨期间有很大变化，需要根据监测目的、污染物种类等确定采样方法。水质采样包括瞬时采样、混合采样等不同类型，既可以是人工采样，也可以是自动采样。

1.1 海绵城市水质监测采样类型

1.1.1 瞬时采样（Grab Samples）

瞬时采样是指在某一采样点随机采集的一个水样，可按某个时间间隔序列采集得到多个瞬时水样。单个瞬时水样仅表示相应时间点的雨水情况，不能代表场次径流的污染情况。可按照预先设定的不同时间间隔对径流、设施出流和溢流全过程进行瞬时水样采集，体现水质变化完整过程。在一些不透水面积较大或降雨较均衡的地区，初期冲刷效应比较明显，径流污染物浓度高，径流产生初始阶段采集的水样可有效帮助筛选污染物种类。混合采样需要一定的采样时间间隔以及混合过程。pH、温度、总余氯、总酚变化很快，也会随时间转化或降解，特别是挥发性有机化合物，如果用混合采样的方式，样品在合成过程暴露在空气中会蒸发产生损失。油类、总石油烃容易粘附在容器表面，必须尽量减少水样在容器之间的转移。混合采样会影响以上指标的检测结果，应选择瞬时采样的方法。

1.1.2 混合采样（Composite Samples）

混合采样分为等时混合采样和流量加权混合采样。等时混合采样按等时间间隔采集等体积水样，不考虑流量的变化，不适用于雨水采样。雨水径流混合采样选择流量加权混合采样方法。流量加权混合采样分为随流量或体积成比例采集两种方式 。

雨水径流、设施、合流管道等出水的流量和污染物浓度均是变化的，事件平均浓度（Event Mean Concentration，EMC）是评估径流污染情况的代表性指标。可选择各瞬时样浓度按流量或体积加权平均计算可获得事件平均浓度。也可以选择将整场降雨事件的混合样平均浓度作为事件平均浓度。两种方法相比，瞬时样获得的事件平均浓度更为，但是由于瞬时采样样本数量较多，实验室分析成本高，相比而言混合采样是一种更具效益的计算污染物浓度的方法。

1.2 海绵城市水质监测采样技术采样技术

分为人工采样和自动采样。人工采样适用于采集所有的污染物，有采样设备简单、灵活性强、成本较低等优点，适用于资金有限或者监测要求不高、监测数量少等情况。虽然人工采样采集成本较低，但是对人员的培训要求较高。人工采样不及时错过降雨初期浓度较高的径流，会导致样品污染物浓度偏低。

自动采样不需要操作人员在场，可以避免操作人员暴露在暴雨或交通危险等情况。自动采样器可以通过编程设计在指定的时间间隔收集多个样本。自动采样器可设置采集瞬时水样或混合水样。自动采样设备与在线监测仪联机使用可检测部分水质指标，测定物理指标温度、浊度，化学指标如pH、氧化还原电位、电导率、溶解氧、氨氮、高锰酸钾指数、总有机碳、总氮、总磷、5日生化需氧量等，特殊的水质指标可通过实验室分析。有研究指出部分指标不适合自动采样，建议人工采样。油和油脂在样品采集过程容易附着在管路上导致测量结果不，有机物、微生物、温度和pH等指标变化较快，自动采样影响检测结果。自动采样还存在一些缺点，如采样管中残留雨水造成交叉污染，电池耗尽或故障导致样本损坏无法获得有效数据，采样器堵塞造成测量结果不准确等。径流雨水人工采样和自动采样的优缺点见表2。

2、采样时间及频次确定

由于降雨的不确定性以及降雨强度随时间变化无规律，因此实际采样时往往根据监测目的和降雨情况灵活调整采样时间和频次，以真实有效反映“降雨-径流-水质”变化过程。监测污染物浓度变化过程选择瞬时采样，可以评估各场次降雨的初期冲刷情况，有效筛选污染物种类，计算场次径流污染负荷随降雨量、径流体积的累积值。对全过程水质监测采用混合采样的方法，相对于瞬时采样，混合采样更能表征整个降雨事件雨水排放的平均水平。

2.1 污染物浓度变化过程监测采样时间及频次确定

污染物浓度变化过程需按一定时间序列采集瞬时样，根据各监测点瞬时样水质检测数据结合流量，绘制各污染物指标“时间-降雨量-污染物浓度-流量”过程线，分析污染物浓度变化规律。考虑到初期冲刷效应，前30 min采集的样本浓度高于事件平均浓度且变化较快，建议根据出流量每5~15 min采样一次。随着降雨的进行出流浓度变化减小，视情况增加采样间隔，30 min~3 h内可每15 min采样一次。3 h后可根据出流情况每30 min或1 h或1.5 h采样一次，直至排放结束。污染物浓度变化过程监测样品数量较多，浓度相近的样品可舍去，以降低水质检测成本。

2.2全过程水质监测采样时间及频次确定

1992年EPA颁布的《NPDES雨水采样指导文件》（NPDES Storm Water Sampling Guidance Document）指出混合样品的每个等分试样收集间隔少为15 min，每个混合样品少是1 h内收集3个等分试样混合后得到的。综合考虑建议前3 h内每1 h应至少采集3个样品，样品间隔不少于15 min。当取样时间较长，后期污染物浓度一般较稳定，对合理评估排放污染物负荷的影响不大，可适当舍去后期样品，降低监测成本。采集总时长不应小于排放总时长的75%且不应小于3 h。

雨季水质监测，应选择小雨、中雨、大雨各一场，在降雨开始2 h内至少每15 min采集一个水样，可遵循“前密后疏”的原则采集水样 。合流制溢流排放口影响范围内的受纳水体，应该在雨前、雨中、雨后全过程监测，以便记录雨水排放对受纳水体水质的影响。建议降雨开始前至少采集2个背景水样，用作对比分析。降雨开始后各监测断面、各采样点每4 h采样一次，采集总时长不能少于48 h，直至水体水质恢复至雨前背景值水平。对不同监测对象的采样时间及频次、监测指标等汇总如表3所示。

3、结论

(1)评估雨水基础设施控制效果时，监测点位宜选择进水口、溢流口和多孔排水管出水口等，应保证进、出水口同时监测。评估项目控制效果时，监测点位选择项目接入市政管网或水体的检查井。评估片区控制效果时，选择片区内排水分区或子排水分区监测，应监测所在排水分区下游市政排水管渠交汇节点或排放口。有上游径流雨水汇入的子排水分区应同时监测上游入流点。受纳水体水质监测点位应在能够代表水环境的监测断面上，同一监测断面可选择多个监测点位。

(2)水质分析指标应根据监测对象、污染源类型筛选。结合我国近期水环境质量突出问题和目标，建议源头设施监测基本指标悬浮物，根据下垫面类型和污染物种类可增设化学需氧量、悬浮物、氨氮、总氮、总磷等指标。建议分流制雨水管网监测悬浮物、总磷、化学需氧量等指标。合流制溢流污水监测基本水质指标包括pH、溶解氧、悬浮物、5日生化需氧量、总氮、总磷，还应考虑水体水质目标增设粪大肠菌群、重金属等指标。受纳水体建议监测指标为pH、温度、溶解氧、电导率、浊度等基本指标，视情况增设化学需氧量、氨氮、粪大肠菌群等指标，可根据水质要求增设指标。

(3)水质采样方法应根据监测目的选择。分析雨水径流所含污染物种类或研究污染物浓度变化过程应选择瞬时采样，表征降雨全过程污染物排放特征选择混合采样。为避免人工混合和人为误差，混合样可通过自动采样器采集。自动采样器需定期维护，避免因探头堵塞等问题造成取样无效。监测pH、温度、总余氯、总酚、粪链球菌群、粪大肠菌群、氰化物、挥发性有机物等指标时，建议采用人工瞬时采样的方法。

(4)采样时间及频次可根据监测污染物浓度变化过程或全过程水质情况等不同监测目的及降雨进程确定，在降雨初期径流污染物浓度变化较大，随着降雨进行污染物浓度变化逐渐减小，应遵循“前密后疏”的原则采集水样。

特别说明，不同城市、流域的水环境质量要求和径流雨水的特征不同，雨水控制设施类型、作用和构造等差异也很大，对水质监测要求的目的和用途不同，监测指标和方法也各异，应结合监测区域实际情况选择水质监测指标。