阜新市細(xì)河城市段橡膠壩建設(shè)對河道水質(zhì)的影響分析

胡 洋

(阜新恒澤建設(shè)工程有限公司，遼寧 阜新 123200)

由于具有自動(dòng)控制、節(jié)省用料、造型優(yōu)美、工期短、造價(jià)低等諸多優(yōu)點(diǎn)，橡膠壩對改善河流水文特性具有明顯優(yōu)勢[1]。橡膠壩建設(shè)能夠增加溶解氧含量、減緩水流速度和提升壩前水位，增強(qiáng)水體凈化作用，有利于形成生態(tài)景觀和濕地，這是兼顧生態(tài)文明、水資源、防洪、水利、環(huán)保等功能的蓄水工程，對改善流域生態(tài)環(huán)境以及促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮著不可替代的作用[2]。因此，橡膠壩在地下水回灌、農(nóng)業(yè)灌溉、生態(tài)景觀治理、水力發(fā)電、防潮工程等領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛。

一般地，河流生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)和生物多樣性都會(huì)受到橡膠壩建設(shè)的影響，前者主要體現(xiàn)在氨氮、化學(xué)需氧量、溶解氧及復(fù)氧擴(kuò)散、水體自凈功能等方面，后者則表現(xiàn)在河道生物遷移與棲息、大型地棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)等方面[3-4]。此外，橡膠壩還會(huì)在一定程度上影響淺層地下水環(huán)境、地下水補(bǔ)給、濕地生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境以及重金屬污染等。

實(shí)際上，天然河道寬度與橡膠壩建設(shè)規(guī)模密切相關(guān)，從而對水質(zhì)凈化效果造成一定影響，關(guān)于河道水質(zhì)受橡膠壩建設(shè)規(guī)模的研究還鮮有報(bào)道。因此，文章利用采樣試驗(yàn)探討了河道水質(zhì)凈化效果與不同橡膠壩建設(shè)規(guī)模之間的關(guān)系，旨在為橡膠壩的規(guī)劃設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。

1 研究概況

阜新市地處遼西低山丘陵區(qū)，境內(nèi)有大凌河和遼河兩大流域，主要有細(xì)河、柳河、牤牛河、繞陽河、養(yǎng)息牧河、秀水河等，總河長3827.5km，全區(qū)已建降雨站144個(gè)，河道水位站14個(gè)，水庫站33個(gè)。該地區(qū)屬于北溫帶大陸季風(fēng)氣候，多年平均降雨量481mm，降水時(shí)空分布不均，為了有效利用雨洪資源需要建設(shè)蓄水調(diào)節(jié)工程，并且處理好水沙關(guān)系。

細(xì)河自東向西穿城區(qū)而過，為了實(shí)現(xiàn)流域洪水資源的開發(fā)利用，近年來阜新市對城區(qū)段細(xì)河干流26.3km范圍先后修建16座橡膠壩，各橡膠壩蓄水高度均為2.5m，如表1所示。細(xì)河景觀防汛管轄區(qū)全長11.7km，包括九座橡膠壩及泵房，庫區(qū)總儲(chǔ)水量180萬m3，平均每個(gè)庫區(qū)20萬m3。橡膠壩為注水式，電動(dòng)操作，停電時(shí)可手動(dòng)操作。若需趴壩，全部排空水量，電動(dòng)強(qiáng)排需20min。日常管理若將橡膠壩降壩50cm，電動(dòng)需要5min，手動(dòng)需要30min，平均壩長160m，壩袋平均高1.8m。

表1 細(xì)河城市段橡膠壩基本情況表

在阜新城區(qū)段細(xì)河干流這些梯級橡膠壩形成20.13km的帶狀水面，總蓄水量337萬m3，對過境水量可以最大程度地?cái)r蓄，發(fā)揮著改善細(xì)河兩岸周邊生態(tài)環(huán)境、打造濱河景觀工程和補(bǔ)給城區(qū)地下水等重要作用，橡膠壩群位置圖如圖1。

圖1 阜新市城市橡膠壩群位置

2 研究方法

2.1 水樣采集

文章以1號、5號、11號、15號四座不同規(guī)模的橡膠壩為研究對象，利用采樣試驗(yàn)分析橡膠壩建設(shè)對河道水質(zhì)的影響。水質(zhì)采樣點(diǎn)設(shè)置在每個(gè)橡膠壩回水區(qū)，即靠近壩體壩體500m以及上游20m范圍內(nèi)，以2020年1-12月為采樣時(shí)間，采樣頻次為5-10月上、下旬各采集一次，11-12月和1-4月每月采集一次，采樣頻次共18次。

2.2 水質(zhì)檢測

采用實(shí)驗(yàn)室與現(xiàn)場相結(jié)合的方法測定水樣水質(zhì)，其中實(shí)驗(yàn)室檢測項(xiàng)目有懸浮物、氨氮、BOD5、COD等指標(biāo)，現(xiàn)場檢測主要是利用便攜式水質(zhì)測定儀測試流速、溫度、pH值、DO等指標(biāo)[5]。室內(nèi)試驗(yàn)流程如下：首先，采用5d培養(yǎng)法測試水樣的BOD5指標(biāo)，然后將10%+90%硫酸化學(xué)試劑加入水樣，冷藏保存以防生物、化學(xué)、物理等因素對其它指標(biāo)的影響，并采用重量法、納氏比色法、快速消解分光光度法測試懸浮物、氨氮和COD指標(biāo)，一般采用冷藏2d的水樣進(jìn)行以上3項(xiàng)指標(biāo)的測定。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同流量的影響

為更加直觀地揭示水質(zhì)凈化效果與橡膠壩建設(shè)規(guī)模之間的關(guān)系，將各橡膠壩壩長劃分成L<110m、110m140m四個(gè)階段。不同流量下水質(zhì)污染指標(biāo)檢測分析結(jié)果如圖2所示，結(jié)果表明隨著流量的變化水質(zhì)污染指標(biāo)消減率變化趨勢存在明顯差異。

(a)COD

(b)BOD5

(c)氨氮

(d)懸浮物圖2 不同流量對水質(zhì)影響

1)由圖2(a)可知，在L<110m和110m140m情況下，流量>2000m3時(shí)具有最佳的COD消減效果。②由圖2(b)可知，在L<110m情況下，流量<250m3時(shí)具有最佳的BOD5消減效果；在L>110m情況下，流量>2000m3時(shí)具有最佳的BOD5消減效果。③由圖2(c)可知，在L<110m情況下，流量<250m3時(shí)具有最佳的氨氮消減效果；在110m140m情況下，流量>2000m3時(shí)具有最佳的氨氮消減效果。④由圖2(d)可知，在L<110m情況下，流量<250m3時(shí)具有最佳的懸浮物消減效果；在110m140m情況下，流量>2000m3時(shí)具有最佳的懸浮物消減效果。

3.2 不同溫度的影響

不同溫度下水質(zhì)污染指標(biāo)檢測分析結(jié)果如圖3所錄，結(jié)果表明隨著溫度的變化水質(zhì)污染指標(biāo)消減率變化趨勢存在明顯差異。

(a)COD

(b)BOD5

(c)氨氮

(d)懸浮物圖3 不同規(guī)模和溫度對水質(zhì)影響

1)由圖3(a)可知，在L<110m情況下，溫度處于10-15℃范圍具有最佳的COD消減效果；在L>110m情況下，溫度處于20-25℃范圍具有最佳的COD消減效果。②由圖3(b)可知，河道水質(zhì)受橡膠壩建設(shè)規(guī)模的影響較小，溫度處于20-25℃范圍具有最佳的COD消減效果。③由圖3(c)可知，在L<110m情況下，溫度處于10-15℃范圍具有最佳的氨氮消減效果；在L>110m情況下，溫度處于20-25℃范圍具有最佳的氨氮消減效果。④由圖3(d)可知，在L<110m情況下，溫度處于0-5℃范圍具有最佳的懸浮物消減效果；在110m140m情況下，溫度處于25-30℃范圍具有最佳的懸浮物消減效果。

3.3 水質(zhì)綜合評價(jià)

綜上分析，河道水質(zhì)受橡膠壩建設(shè)影響非常復(fù)雜，單一因素難以準(zhǔn)確反映河道水質(zhì)受橡膠壩的影響程度。因此，水質(zhì)受橡膠壩建設(shè)影響擬利用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法進(jìn)行評價(jià)，該指數(shù)綜合考慮了最大污染指標(biāo)權(quán)重以及各種污染因子，由此實(shí)現(xiàn)河道水質(zhì)受不同參數(shù)影響程度的量化分析，污染指標(biāo)j的綜合污染指數(shù)PIj計(jì)算公式為[6-7]：

(1)

式中：Ci、Lij代表污染指標(biāo)i的實(shí)測濃度(mg/L)及其對應(yīng)第j類水用途標(biāo)準(zhǔn)(mg/L)。各樣點(diǎn)綜合指數(shù)PI利用公式(1)進(jìn)行計(jì)算，如圖4所示。

(a)近壩處

(b)壩下500m處圖4 各樣點(diǎn)的綜合污染指數(shù)

由圖4可知，各樣點(diǎn)綜合污染指數(shù)總體表現(xiàn)出先減少后波動(dòng)上升的變化趨勢，即春季PI值接近于2，污染程度較低屬于輕度污染，冬季PI值處于2-5范圍，污染程度較高屬于中度污染；壩下游500m處PI值要略低于近壩處，可見橡膠壩具有對于凈化河道水質(zhì)發(fā)揮著積極作用。

為進(jìn)一步分析河道水質(zhì)凈化效果與不同規(guī)模橡膠壩建設(shè)的作用關(guān)系，對比近壩處PI值和壩下游500m處PI值得到相對污染綜合指數(shù)，該指數(shù)值越小則凈化效果越好[8-12]。結(jié)果表明，月份相同條件下，15號橡膠壩下半年凈化效果較好而上半年較差，11號、1號、5號橡膠壩的下半年凈化效果較差而上半年較好。15號、11號、1號、5號橡膠壩的相對污染綜合指數(shù)全年平均值為0.96、0.91、0.82、0.81，水質(zhì)凈化效果隨著壩長的增大而增強(qiáng)，但壩長超過120m條件下的凈化效果非常接近。

4 結(jié) 論

1)河道水質(zhì)凈化效果受橡膠壩建設(shè)規(guī)模、溫度、流量的影響較大，橡膠壩建設(shè)規(guī)模較小情況下，低溫度和小流量的污染消減率能夠達(dá)到最佳；建設(shè)規(guī)模較大情況下為達(dá)到較好的污染消減率需要高溫度和大流量。

2)研究表明，壩下游500m處的綜合污染指數(shù)要略低于近壩處，表明橡膠壩具有一定的河道水質(zhì)凈化作用，但壩長超過120m后的凈化效果較為接近。

3)通過調(diào)查分析阜新市細(xì)河城市段橡膠壩，探討了河道水質(zhì)受橡膠壩建設(shè)的影響，未來仍需做補(bǔ)充研究以保證評價(jià)分析的精準(zhǔn)度。