城市河道水流溶解氧分布影響分析

包小波 陳 潔

(文成縣水利局，浙江 文成 325300)

城市河道水流溶解氧分布影響分析

包小波 陳 潔

(文成縣水利局，浙江 文成 325300)

城市河道受到生活生產(chǎn)、工業(yè)商業(yè)污染較為直接，所以市民生活也會造成直接影響。在制定城市河道治理方案時，必須將提升河道水流溶解氧含量作為改善水質(zhì)的主要手段。本文基于國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對流量固定不變、坡度固定不變兩種工況下，洲灘對水流溶解氧分布的影響進(jìn)行分析。結(jié)果表明：當(dāng)坡度不變時，如果河道無洲灘，則溶解氧含量會隨著流量的增加而呈現(xiàn)顯著增加的特征；如果河道含江心洲或者邊灘，河道溶解氧含量起伏特征顯著，且隨著流量的增加呈現(xiàn)遞減特征；當(dāng)流量不變時，無論河道是否含洲灘，隨著坡度的增加，溶解氧含量都表現(xiàn)出顯著下降的特征。

城市河道；水流溶解氧；分布

城市河道治理是城市環(huán)境修復(fù)的重要組成部分。在治理過程中，如何評價城市河道受污染程度是制定治理方案的重要依據(jù)[1]。因此，很多學(xué)者對城市環(huán)境評價指標(biāo)體系展開研究，其中水體含氧量成為城市河道自凈能力、污染物降解和擴(kuò)散性能的基礎(chǔ)評估指標(biāo)。江心洲、河道邊灘一方面是河流形成和運(yùn)行過程中的產(chǎn)物，另一方面也會對河道形狀、河槽深度及水流等特征起到不可忽略的塑造作用[2]。在制定城市河道治理方案時，必須將提升河道水流溶解氧含量作為改善水質(zhì)的重要標(biāo)志和重要途徑。本文分析了河道洲灘對溶解氧分布的影響，希望對改善河道水流溶解氧含量，提升污染物凈化能力，以及改良城市河道生態(tài)環(huán)境有積極意義。

1 河道試驗?zāi)Ｐ徒榻B

1.1 試驗?zāi)Ｐ推矫娌贾们闆r

河道試驗?zāi)Ｐ?見圖1)設(shè)置為玻璃水槽，其規(guī)格(長×寬×高)為10.00m×0.50m×0.50m，且設(shè)置有±10°變坡。河道洲灘由混凝土制成。其中，江心洲尺寸(長×寬×高)為0.60m×0.20m×0.14m，迎水面/背水面坡度為30°/25°，河道邊灘尺寸(長×寬×高)為0.46m×0.09m×0.11m。

從圖1可知，控制臺設(shè)置在模型左側(cè)，水流自左至右，在玻璃水槽入口處設(shè)置有格柵，在出口處設(shè)置有尾門[3]。為了方便控制水流和測量，江心洲上游設(shè)置有固定鉸支座，下游設(shè)置有活動鉸支座。

圖1 試驗?zāi)Ｐ推矫娌贾们闆r

1.2 江心洲及邊灘布置情況

江心洲及邊灘布置情況如圖2所示，河道共分為兩類情形：?只有江心洲；?包含江心洲和邊灘[4]。

圖2 江心洲及邊灘布置情況

1.3 測量斷面布置情況

測量斷面編號及距原點(diǎn)距離情況見表1。為了增加數(shù)據(jù)密度，本試驗將模型設(shè)置為30個斷面，斷面間隔50cm。每個斷面設(shè)置5個測量點(diǎn)，測量點(diǎn)間隔為5～10cm(見表2)。

表1 測量斷面布置數(shù)據(jù)

表2 斷面測點(diǎn)布置情況

2 河道沿程含氧量計算

在對河道沿程含氧量分布特征進(jìn)行分析時，按下式求取[5]：

(1)

式中YCS1——CS1斷面所測得溶解含氧量，將其作為基準(zhǔn)值；

YCsj0——工況斷面所測得溶解含氧量；

YCSj——測得值與基準(zhǔn)值的差值，表示該沿程斷面溶解含氧量分布特征。

3 河道洲灘對沿程斷面溶解氧分布的影響分析

3.1 工況1下河道洲灘對沿程斷面溶解氧分布的影響

工況1描述：河道中有無洲灘或者只含江心洲，將坡度設(shè)置為i=5‰。在分析溶解氧含量沿程分布時，將流量控制為q=1L/s或者q=3L/s兩種情形。工況1情形下，坡度相同時的沿程斷面溶解氧含量分布情況如圖3所示。

i=5‰、q=3L/s條件下的水深測量值見表3。同一斷面的不同測量點(diǎn)所測水深值存在顯著差異，尤其是CS16斷面的3、4和5測量點(diǎn)所測水深值為0m。

從圖3可知，當(dāng)河道中無洲灘時，溶解氧含量隨著流量的增加而呈現(xiàn)同向增加特征。然而，分布圖中局部交錯現(xiàn)象也存在。當(dāng)河道中有江心洲時，溶解氧含量隨著流量的增加而呈現(xiàn)反向遞減的特征。尤其是在江心洲附近(距離原點(diǎn)270～400cm)，溶解氧含量不僅低于周圍其他部位，而且低溶解氧含量的面積隨著流量的增加而擴(kuò)大。結(jié)合表3可知，溶解氧含量值低谷出現(xiàn)在江心洲尾。

3.2 工況2下河道洲灘對沿程斷面溶解氧分布的影響

工況2描述：河道中有無洲灘或者只含江心洲，將流量設(shè)置為q=3L/s。坡度分別為i=1‰、i=5‰時的沿程斷面溶解氧含量分布特征如圖4所示。

從圖4可知，無論是河道無洲灘還是有江心洲，在流量相同時，隨著坡度的增加，沿程斷面溶解氧含量都呈現(xiàn)較為顯著的下降特征。當(dāng)河道無洲灘時，溶解氧含量分布圖變化穩(wěn)定，分層明顯，且呈現(xiàn)出明顯的“由河岸向河道中心線遞減”的趨勢。 當(dāng)河道引入江心洲時，破壞了無洲灘時溶解氧含量的穩(wěn)定性分布特征，分布圖中大小交錯的特征十分明顯。坡度的增加不僅顯著影響沿程斷面溶解氧含量，而且擴(kuò)大了含量最小值區(qū)(江心洲附近200～400cm)域面積。結(jié)合表3的水深值可知，溶解氧含量最低出現(xiàn)在洲尾370～400cm范圍內(nèi)。

圖4 工況2下在不同坡度下沿程斷面溶解氧含量

4 結(jié) 語

通過以上研究，可以得出以下結(jié)論：

a. 當(dāng)坡度不變時，如果河道無洲灘，則溶解氧含量會隨著流量的增加而呈現(xiàn)顯著增加的特征。從分布圖來看，同一斷面的溶解氧含量值變化較穩(wěn)定，然而存在局部大小交錯特征。如果河道含江心洲或者邊灘，河道溶解氧含量起伏特征顯著，且隨著流量的增加呈現(xiàn)遞減特征。溶解氧含量在江心洲附近(220～400cm)存在平緩區(qū)域，且最小值區(qū)域出現(xiàn)在江心洲尾370～400cm范圍內(nèi)。

b. 當(dāng)流量不變時，無論河道是否含洲灘，隨著坡度的增加，溶解氧含量都表現(xiàn)出顯著下降的特征。從溶解氧含量分布圖來看，溶解氧含量在江心洲上游、下游呈顯著差異，上游含量總體上大于下游，而且下游溶解氧含量分布圖呈現(xiàn)明顯分層，表明江心洲尾存在過水區(qū)域。

可見，在城市河道污染治理過程中，需要對洲灘的存在與否予以充分重視，根據(jù)洲灘對溶解氧含量的影響方式來合理調(diào)整治理方案。

[1] 郭慶云,李靜,朱海巖,等. 城市河道中江心洲對溶解氧的影響[J]. 水利科技與經(jīng)濟(jì),2014(11):11-13.

[2] 韋利珠. 南流江水環(huán)境質(zhì)量狀況研究及生態(tài)保護(hù)修復(fù)探討[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計,2014(11):17-20.

[3] 劉洪達(dá). 山地城市重污染河流溶解氧數(shù)值模擬研究[D].重慶：重慶大學(xué),2014.

[4] 楊大魁,賈洪濤. 河道洲灘對水力特性影響的試驗研究[J]. 人民珠江,2015(6):5-8.

[5] 曹欠欠,于魯冀,薛金萍. 城市污染河道水體復(fù)氧技術(shù)研究綜述[J]. 環(huán)境工程,2015(1):1-5.

[6] 盧萃云,龐志華,林方敏,等. 曝氣充氧和人工造流技術(shù)修復(fù)河道污染水體[J]. 環(huán)境工程學(xué)報,2012(4):1135-1141.

Impact Analysis on Distribution of Dissolved Oxygen in City River Flow

BAO Xiaobo, CHEN Jie

(WenchengCountyWaterConservancyBureau,Wencheng325300,China)

City rivers are directly affected by life, production, industrial and business contamination and would cause direct impacts on people’s life. When formulating city river governance scheme, we should take boost of DO in river flow as a major label and important channel to improve water quality. Based on domestic and overseas study status quo, this article carries out analysis on impacts of bottomland in distribution of DO when flow and slope stays unchanged. Results reveal that when the slope stays unchanged, if the river is without a bottomland, then content of DO would conspicuously rise along with flow increasing; if the river has river islet or marginal bank, content of DO will conspicuously drop with raised slope.

city river; dissolved oxygen; distribution

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.04.015

TV85

A

1673-8241(2017)04- 0057- 04