探討利用市區淺層地下水噴灑道路

論文類型	基礎研究	發表日期	2002-10-01
來源	《中國給水排水》2002年第10期
作者	田寧寧,王凱軍,吳穎,孟光輝,汪宏玲
關鍵詞	淺層地下水道路抑塵水資源利用
摘要	在北京市嚴重缺水且需水量劇增的情況下，提出了利用淺層地下水噴灑道路、抑制揚塵的設想，并對其水量、水質及抑塵效果進行了研究，結果表明該措施具有突出的環境、經濟及社會效益。

田寧寧¹，王凱軍¹，吳穎¹，孟光輝²，汪宏玲²
( 1.北京市環境保護科學研究院，北京100037；2.北京市城市節約用水辦公室，北京?100083)

　　摘　要：在北京市嚴重缺水且需水量劇增的情況下，提出了利用淺層地下水噴灑道路、抑制揚塵的設想，并對其水量、水質及抑塵效果進行了研究，結果表明該措施具有突出的環境、經濟及社會效益。
　　關鍵詞：淺層地下水；道路抑塵；水資源利用?
　　中圖分類號：TU991.11
　　文獻標識碼：C
　　文章編號 ：1000-4602(2002)10-0078-03

　　北京市淺層地下水因受到輕微污染而不再適合飲用，但是在未經處理的情況下其水質完全能夠滿足低質用水的要求，可以代替部分清潔水用于生活雜用、綠化、道路抑塵等。在北京市嚴重缺水且需水量劇增的情況下，研究開發淺層地下水的綜合利用是非常必要的。

1　淺層地下水資源狀況

1.1　水量
　　淺層地下水的儲存量即埋深為30m以內的地下水的總量，也稱為靜儲量。淺層地下水補給包括地下水側向徑流補給、河湖滲漏補給、上下水管道漏失補給、灌溉補給、雨洪補給等。
　　按水文地質富水性的不同可將北京市區分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ區來分別計算淺層地下水儲存量，地層厚度按地質剖面統計(每區取3個以上點的平均值)，其巖性分砂礫卵石、中粗砂、粉細砂、粘性土等四類，給水度參考工程手冊選取相應的經驗數字，計算結果見表1。

表1　淺層地下水儲存量計算結果 水文地質分區位置面積(km²) 儲存量(10⁸m³) Ⅰ 西部 134.7 4.19 Ⅱ 中(南)部 58.4 1.37 Ⅲ 東部 61.0 1.14 Ⅳ 北部 20.4 0.18 Ⅴ 北部 12.9 0.06 合計 287.4 6.94

　　北京市區內地形較為平坦，西北高、東南低(坡度為0.1%左右)，故地下水流流向為自西北向東南，上層滯水埋深為3～7m，潛水埋深為14～17m(變幅為3～5m/a)，承壓水頭為170～190kPa左右(變幅為10～30kPa/a)。市區內淺層水量較為豐富，富水性較好，且西部好于東部、南部好于北部。降深為3～5m時，西部及西南部地區的單井出水量為30～40m³/h，而在東部地區為10～20m³/h、中部地區為20～30m³/h、北部地區則小于5m³/h。
　　統計資料表明，北京市淺層地下水的儲量和補給量是相當可觀的，僅西城、東城、宣武和崇文區就約有8000×10⁴m³/a的淺層地下水量可供開采利用。
1.2　水質
　　在市區內淺層水的各個富水區，對現有建筑工地的基礎施工排水進行了采樣分析(工地排水井都屬淺水井)，結果見表2。?
按照GB/T14848—93《地下水質量標準》進行分析，表1所列的TDS、總硬度及COD指標中有很多超出了Ⅲ級標準，其中TDS超標的水樣有7個(占54%)，COD超標的水樣有6個(占46%)，總硬度超標的水樣有7個(占54%)。
　　淺層地下水已經受到輕微污染，但是與污水廠二級出水、中水、生活雜用水的水質相比則是非常潔凈的。

表2　淺層水水質分析結果　　mg/L 井深(m) COD TDS 硝酸鹽氮 TP 亞硝酸鹽氮 SO₄^2- Cl^- 總硬度 10 ＜5 1 830 2.35 0.069 ＜0.003 5.391 70.1 44 3.963 17 ＜5 1 813 2.26 ＜0.025 ＜0.003 6.438 119.3 323. 855 30 ＜5 1 754 2.17 0.043 ＜0.003 8.020 87.4 452.090 19 ＜5 755 3.52 0.076 0.015 7.526 79.55 520.499 30 ＜5 189 0.41 0.049 ＜0.003 8.342 29.30 184.61 18 1.29 1 036 8.75 ＜0.025 0.05 　 110.07 5 45.2 19 5.65 490 0.54 ＜0.025 ＜0.003 7.70 　 306.38 10 2.3 1 141 ＞2 ＜0.025 ＜0.003 9.07 　 689.35 30 1.75 1 079 0.079 0.04 ＜0.003 9.05 　 1 079 　 1.9 256 1.549 2.094 0.034 6.54 20.06 348.08 17 1.15 1 031 8.416 0.233 0.028 4.11 98.91 526.69 18 1.78 612 0.094 ＜0.025 ＜0.003 15.46 61.06 382. 52 17 1.00 679 0.262 ＜0.025 ＜0.003 14.85 58.4 377.5 7

2　道路抑塵試驗

2.1　道路揚塵情況
　　計算道路揚塵排放因子的經驗公式為：?
?　　　　　　　E=K(SL/2)^0.65(W/3)^1.5?　　(1)
　　式中?E——排塵系數，g/(輛·km)
?　　　　K——[ZK(]不同粒徑顆粒物基準排放系數，g/(輛·m)
?　　　　W?——道路行駛車輛的平均質量，t
?　　　　SL?——道路表面塵量，g/m²
　　由式(1)可知,減小道路表面塵量是減少道路交通揚塵的最為可行和有效的方法。
　　北京市道路的塵土負荷為：較清潔路面平均為4.8g/m²；不受施工影響和屬等級道路的路面平均為16.2g/m²；受市政道路施工影響的路面平均為319.2g/m²；受建筑施工影響的路面平均為190.2g/m²；非等級道路平均為71.8g/m²。
　　北京市的道路塵負荷總量為18.28×10⁴t/a，其中較清潔路面占35%，其他等級道路占29%，非等級道路占3%，受道路施工影響的路面占16%，受建筑施工影響的路面占16%。
　　靠傳統的灑水、清掃等手段來降塵實際上是治標不治本。水蒸發后浮塵依然會留在路面上，而且當路面有水時，道路與車輪作為膠體磨是濕磨，塵的產量可能更高，而清掃不當反而會增加浮塵量。據估算，北京市因清掃而揚起并飄向遠距離的塵埃量約為0.07×10⁴t/a，因此應逐步發展使用真空吸塵式道路清潔器械對路面進行日常清掃，并采用水沖刷路面或噴霧壓塵的抑塵方式。
2.2 抑塵試驗
　　采用淺層地下水對路面進行了沖刷與噴霧壓塵試驗，試驗地點在北京市比較繁華的街道。沖刷試驗是在夜間車輛較少的時候進行，而噴霧壓塵試驗是在白天車輛較多的時候進行，其結果分別見表3、表4。

表3　不同沖水量的道路塵負荷削減率沖刷路面方式 塵負荷削減率(%) 沖水量(kg/m²) 30 0.5 35 0.6 41 0.7 49 0.8 56 0.9 60 1.0 67 1.1 72 1.2 78 1.3 84 1.4 88 1.5 93 1.6 96 1.7 98 1.8

表4　不同含水率比值的控制效率噴霧壓塵方式 CE(%) Mc/Mu(含水率比值) 10 1.05 20 1.12 30 1.20 40 1.29 50 1.41 60 1.58 65 1.69 70 1.83 75 2.00 80 2.24 85 2.58 90 3.16 95 4.47 99 10.00 注：Mc為灑水后的塵含水率(%)，M?u為灑水前的塵含水率(%)，CE為控制效率。

　　表3表明，用水沖刷路面的塵負荷削減率主要取決于沖水量,沖水量愈大則路面沖刷得愈干凈，沖水量超過1.3kg/m²時路面基本可沖刷干凈。而目前北京市的沖水量僅為0.53～0.63kg/m²,對道路的塵負荷削減率還不到40%,所以應加大沖水量。
　　表4表明，噴霧壓塵的抑塵效果主要取決于灑水后的塵含水率與灑水前的塵含水率的比值,此比值愈大則對路面的抑塵效果愈好，含水率比值＞2時路面抑塵的效果才最為明顯。目前北京市噴霧壓塵后的含水率比值達到2.3,道路抑塵效果較為明顯。

3　經濟評價

　　全市每天清掃的街道面積為5580×10⁴m²，其中用水沖刷的路面面積為1384×10⁴m²(約占24.8%)，費用為1.6元/m²；機掃路面面積為2000×10⁴m²(約占35.8%)，費用為2.3元/m²。若道路沖刷用水量以1.0L/m²計，則總用水量約為5.58×10⁴m³/d，若1年以240d計則消耗水量為1339.2×10⁴m³/a，消耗水費為2142.72萬元/a。
　　如果用淺層地下水噴灑、沖刷路面則只需一次性投入打井費用且運行費用很低。根據測算，出水量為10m³/h的淺層井，如果1 d工作10 h則服務面積是30000m²。建設一個10m³/h規模的供水站所需費用約為5萬元，占地面積約為10m²，運行費用為0.2元/m³ ?？梢姡c處理后的污水、中水相比，使用淺層地下水可省去大量的水處理費用，且還具有工程費用低、不用建立用水管網、用水半徑小等多方面優點，另外其水質更有保障；與自來水相比，使用淺層地下水在水價方面更是具有較大的優勢。所以，將其用于道路保潔是可行的，且對節水、環保具有重大意義。