降速促沉技術在河流懸浮物治理中的應用

羅應軍

（湖北大禹水利水電建設有限責任公司，湖北 武漢 430061）

隨著人們對水資源的使用力度和使用強度的不斷提高，對河流自然生態(tài)系統(tǒng)造成了非常大的破壞。如果河流的自我修復能力低于人類對自然環(huán)境的破壞程度，河流的生態(tài)系統(tǒng)就會出現(xiàn)明顯的退化，河流中的魚蝦也會隨之消失，給自然生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展和循環(huán)利用造成了非常大的破壞。在工業(yè)生產中，大量的廢料、廢渣、尾水只是經過簡單的處理就排到了河道中，導致河水渾濁、大量的懸浮物沉積在河道中，降低了河道的行水能力。

1 案例簡介

某河流屬于一級支流，流域的總面積為1500km2，整個流域的氣候屬于中溫帶大陸性氣候，整體降雨量偏少，春季多風少雨，夏季酷熱，秋季氣溫較低，冬季少雪干冷。地區(qū)降雨時間短，雨量強。山石裸露較多，溝道比降比較大，植被比較稀疏，土坡滲透力偏低等。因為短時間的降雨經常會導致河水急漲急落，使得河流上游的各種礦渣、尾礦隨著降雨徑流進入到了該河流，使得河流中的懸浮物含量嚴重超標，降低了河水質量。該河流的懸浮物含量如表1所示。

表1 河流懸浮物含量

2 整個河流存在的問題

該河流河道屬于非常典型的季節(jié)性河道，上游從礦山里開采出來的污染物不斷的流入河道，另外河道周圍農田化肥、居民日常生活污水等也排放到河中，生態(tài)環(huán)境受到了嚴重破壞。

在洪汛期間，洪水期短且水流速度快，河水經常陡長陡落，河水的沖刷力也非常高，防洪任務非常重。

在枯水期，河流經常會出現(xiàn)斷流、河床裸露的情況，可以使用的生態(tài)水也相對匱乏。從相關水文資料了解到，在汛期該河流的最大水流量為2930m3/s。在枯水期水流量可以達到1m3/s。河水中含有大量的泥沙，河流整體的納污水平不高，河流水的質量也不高。該河段泥沙流量最高可以達到190m3/s。大量的污染物隨著泥沙流入河道中，使得水質嚴重超標。相關的檢測數據顯示，BODS和CODcr是兩個超標比較嚴重的污染源。

其中BODS屬于劣質V類，超過規(guī)定標準1.38倍，CODcr屬于V類水質標準，超過規(guī)定標準0.18倍。植物的覆蓋率不高，水土保持難度較高。因為該地區(qū)植物的成長季節(jié)性比較強，淡水資源也相對匱乏，所以出現(xiàn)了大面積的土地裸露的情況，使得河岸邊坡的穩(wěn)定性不高，岸線也非常不穩(wěn)定，大量的泥沙導致該河流的部分河段出現(xiàn)了非常嚴重的淤積現(xiàn)象，河道水資源長期缺水，加上人為干擾，河床在經過不斷的采砂過后，出現(xiàn)了非常嚴重的下切現(xiàn)象，河道邊灘旱化、河道收縮。

另外，大量的農村生活、建筑垃圾都堆放到了河道周圍，沒有對河道進行科學合理的規(guī)劃，就對河道進行了開發(fā)，河道的防洪標準不高，個別河段還未全部建設完成。政府投入的河道治理資金不足，投資機制和渠道也不健全。

3 河流治理方法

該河道的水流速度快，河道的比降也較高，懸浮物無法在自然狀態(tài)下沉積到河床，為了降低水流速度，使河水中的懸浮物沉入河底，要在河道中修建懸浮物攔截沉淀池和石籠壩。使河流中的懸浮物沉降并移動到河道外面，降低懸浮物的含量，改善河水質量。

3.1 修建懸浮物攔截沉淀池

該河流的懸浮物含量非常高，如果任由懸浮物隨意沉入到河底，會使河床抬高，進而導致河道出現(xiàn)比較嚴重的淤積情況，所以，要在該河流的河道中修建懸浮物沉淀池。主要的修建方法是在河流的某河段向下挖出1.6m，然后使用石籠壩組成懸浮物攔截沉淀池，作為懸浮物沉淀的空間，在沉淀池中，水流速度較慢，懸浮物很容易在重力的影響下沉積到池底，經過凈化的水流會沿著石籠壩頂進行溢流，以此起到凈化河流懸浮物和凈化水體的作用。

該河流一共修建了3個攔截沉淀池，第1個攔截池修建在該河流河道的上游，主要是用來沉淀直徑比較大的懸浮物，池子長度為230m；下游分別建設了兩個攔截沉淀池，兩個池子長度分別為150m，主要是用來沉淀直徑比較小的懸浮物。

3.2 修建石籠壩

該河道沉降快，水流速度非常高，因此要使用減低水流速度的方法來使懸浮物沉積，經研究決定，在該河流河道修建 4 座石籠壩，主要作用是用來減少水的流動速度，并對水流進行攔截。

石籠壩分兩層修建（如圖1所示），上層為梯形，高80cm，堰頂寬度為3.5m，下層為矩形，高度為80cm。使用這種方法主要是用來保證大壩的穩(wěn)定性。上游第一座壩的形狀為A型，底部寬度為11m，剩余三座大壩為B型，底部寬度為13.5m，大壩總高度為2m，在上層壩中心設置了長度為80m，深度為20cm的過水槽。經過凈化后的水流沿著石籠壩頂進行溢流。下層的河壩從塘邊向兩岸延伸了11m的距離。整體長度為145m。為了提高籠壩的穩(wěn)定性，在石籠壩的壩腳處使用拋石進行護腳。河流中的懸浮顆粒直徑高于0.09mm的懸浮物含量為總含量的55%，可以下沉到河底的泥沙顆粒為52%，沉積量為621.8m3/d，使用石籠壩攔截措施后，下游懸浮沉淀物的含量為6120mg/L。

圖1 石籠壩的結構圖

4 治理后的效果

該河流使用止動水流條件和起動流水條件來對懸浮物的沉淀量進行確定，即摩阻流速的方法對懸浮物的沉淀量進行確定（分別用U1來表示起動摩組流，用U2來表示止動摩組流）。當河流中水流速度比較快時，床沙就會在一定范圍內起動，泥沙的起動條件和止動條件如圖2所示。

河流的水流強度為U，起動曲線共有兩個交叉點，分別對應的泥沙直徑為d1和d2（d1＞d2），根據不同的泥沙顆粒大小，把床沙河泥沙之間的交換類型分成3個區(qū)塊，在第1個區(qū)塊河道水流強度低于起動摩阻流速時，床沙不可以被啟動，當河道水流強度低于止動摩組流速時，運動的泥沙淤落。在第2個區(qū)塊河道流水的強度高于起動摩阻流速，床沙進入移動狀態(tài)，而且當河道流水強度高于止動摩阻流速時，運動的泥沙不可以轉變成靜止的床沙。在第3個區(qū)塊，河道流水強度小于起動摩組流，床沙不可以起動，同時，河道水流強度大于止動摩組流，運動的泥沙不可以轉變成靜止的床沙。

圖2 河流泥沙的運行特征

該河流在枯水季節(jié)水流的速度為1m/s，低于河道流水的最大強度，通過上文可知，河流中顆粒直徑大于0.09mm 的懸浮物會在石籠壩前沉積，顆粒直徑低于0.09mm的懸浮物會順著流水進入下游。

通過對該河道出現(xiàn)懸浮物含量超標問題的研究，找到了對應的解決辦法，并對直流的效果進行了詳細的分析。在建立4個水籠石壩后，分別在河道中設置了3個懸浮沉淀物攔截沉淀池，降低了該河流上游水的流動速度，從而使得河流中的懸浮物沉淀在懸浮物沉淀池中，以此達到清理河流懸浮物的目的，減少了河流懸浮污染物的含量。在使用了截污、引流、清淤、修復等方法后，河水的水質得到了一定程度的凈化。在河流枯季流量下，懸浮沉淀物都沉淀在了石籠壩前，所有沉積的懸浮物顆粒直徑均大于0.09mm,沉積率達到了55%，沉積量為621.8m3/d。在對河流進行石籠壩攔沙處理后，河流下游懸浮沉淀物的含量降低到了6120mg/L，水質得到了極大的改善，使河流周圍的生態(tài)環(huán)境有了很大的改觀。

5 結 語

在對河流使用以上方法處理后，河流的水質有了很大的改良，下游水庫的水質也有了很大的提高，確保了該地區(qū)居民用水的供水安全，水體的自身凈化能力也得到提高，使河流的生態(tài)系統(tǒng)得到了恢復并進入了一個良性循環(huán)階段。同時也使得水環(huán)境得到了改善，把河流區(qū)域建設成了林茂、水清、草綠的綠色通道，為周圍居民提供了一個環(huán)境優(yōu)美的活動場所。

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