松花江哈爾濱城區(qū)段懸浮顆粒物分布特征研究

鄧淑琴，王笑峰，劉歡，郭顯峰，張?jiān)?/p>

(黑龍江大學(xué)水利電力學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150086)

水流與河床的相互作用，會(huì)引起河床沖刷和河岸崩塌，使水流挾帶泥沙[1]。流域地表沖蝕也會(huì)導(dǎo)致河流運(yùn)動(dòng)中帶有懸浮顆粒物，最終導(dǎo)致土壤侵蝕或水土流失[2]。水體中的大顆粒懸浮顆粒物易沉降、淤積，對(duì)河道、河岸工程造成影響[3,4]，大量懸浮顆粒的存在，會(huì)直接影響光線的穿透，進(jìn)而對(duì)水體水質(zhì)造成影響[5]，同時(shí)也會(huì)對(duì)居民生活用水、農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)生產(chǎn)等造成影響[6]。本文通過(guò)對(duì)松花江哈爾濱城區(qū)段水體懸浮顆粒物粒度組成、粒徑特征進(jìn)行分析，探究其在城區(qū)段的分布特征和變化規(guī)律，為相關(guān)研究提供理論依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

松花江是我國(guó)第三大河流，黑龍江左岸最大支流，全長(zhǎng)1 927 km，流域面積為55.68萬(wàn)km2。本研究取樣范圍為松花江城區(qū)段，西起陽(yáng)明灘大橋，東至濱江橋，全長(zhǎng)16 km。取樣范圍內(nèi)河道南岸均建有硬質(zhì)化護(hù)坡，北岸松浦大橋下游為土質(zhì)護(hù)坡，上游為硬質(zhì)化護(hù)坡和少部分生態(tài)護(hù)坡。

2　研究方法

2.1采樣點(diǎn)設(shè)置

在松花江哈爾濱市城區(qū)段內(nèi)，自上游至下游，分別在陽(yáng)明灘大橋、公路大橋、防洪紀(jì)念塔、松浦大橋、濱江橋以及主要支流馬家溝、何家溝，設(shè)置7個(gè)采樣點(diǎn)，分別在南、北岸取樣(圖1)。

2.2樣品采集與保存

采用自動(dòng)水質(zhì)采樣器采集水深50 cm 水樣，每個(gè)采樣點(diǎn)重復(fù)取樣3次，裝入聚乙烯瓶中，封口并標(biāo)記后帶回實(shí)驗(yàn)室，冷藏保存[7-9]。取樣時(shí)利用GPS進(jìn)行取樣點(diǎn)定位，采樣時(shí)間為夏季。

2.3樣品測(cè)定

使用Bettersize2000激光粒度分布儀進(jìn)行測(cè)定，儀器測(cè)定精度在0.02～2 000 μm之間，測(cè)定時(shí)間為1～3 min次-1，每個(gè)樣品測(cè)定3次[10]。

3　結(jié)果與分析

3.1水體懸浮顆粒物粒徑組成特征

測(cè)定結(jié)果顯示(表1)，松花江哈爾濱城區(qū)段水體懸浮顆粒物粒徑范圍在0.167～147.900 μm，其中松花江水體懸浮顆粒物粒徑分布在0.345～50.09 μm，各取樣點(diǎn)間差異較??；兩條支流懸浮顆粒物粒徑分布區(qū)間大于松花江水體，且差異極顯著。懸浮顆粒物中值粒徑、體積平均徑的分布同樣表現(xiàn)出支流高于松花江的分布特征，差異極顯著。

表1　松花江哈爾濱城區(qū)段水體懸浮顆粒物的粒徑測(cè)定結(jié)果

3.2水體懸浮顆粒物粒徑沿程變化特征

松花江城區(qū)段水體懸浮顆粒物中粒徑與體積平均徑測(cè)定結(jié)果顯示(圖1)：自上游取樣點(diǎn)到下游取樣點(diǎn)沿程水體懸浮顆粒物中粒徑和體積平均徑均呈現(xiàn)為逐漸增大的趨勢(shì)。中粒徑平均值由6.061 μm增加至9.547 μm，增長(zhǎng)57.6%；體積平均徑平均值由8.264 μm增加至11.895 μm，增長(zhǎng)43.9%；最大粒徑從34.56 μm增加到44.44 μm(表1)，亦呈現(xiàn)為不斷增大的趨勢(shì)。

圖1　松花江城區(qū)段水體懸浮顆粒物粒徑變化

兩條支流的中粒徑與體積平均徑值均高于松花江各采樣點(diǎn)。位于城區(qū)上游的松花江支流何家溝，其中粒徑和體積平均徑分別為10.670 μm和12.905 μm，高于松花江懸浮顆粒物粒徑的平均值6.779 μm和10.399 μm。位于城區(qū)下游的松花江支流馬家溝，其中粒徑和體積平均徑分別為26.005 μm和34.195 μm，極顯著高于松花江懸浮顆粒物粒徑平均值，分別達(dá)到松花江平均值的3.84倍和3.29倍。造成這種粒徑分布差異的原因可能與兩條支流的利用現(xiàn)狀有關(guān)，何家溝現(xiàn)已停止排污，而馬家溝仍有部分區(qū)段特別是靠近松花江入河口附近還存在排污現(xiàn)象。

圖2　松花江城區(qū)段水體懸浮顆粒物最大粒徑占比

圖2表明，松花江水體懸浮顆粒物最大粒徑占比在上游陽(yáng)明灘大橋取樣點(diǎn)最高，為0.2%，而中、下游各取樣點(diǎn)最大粒徑占比平均為0.1%，最大粒徑占比降低了50%，造成中、下游大粒徑懸浮顆粒物占比降低的原因與城區(qū)下游水體受大頂子山杭電樞紐工程托頂，流速變緩，大顆粒懸浮顆粒物沉降條件改善有關(guān)。兩條支流的懸浮顆粒物最大占比值與中粒徑與體積平均徑值分布狀況基本一致，何家溝最大粒徑占比低于松花江各采樣點(diǎn)，而馬家溝最大粒徑占比極顯著高于城區(qū)中下游。

圖3　松花江城區(qū)段水體粒徑最大區(qū)間

圖4　南北岸最大粒徑百分比

圖3結(jié)果顯示，松花江城區(qū)段水體粒徑最大區(qū)間分布總體比較一致，平均在40 μm左右；何家溝水體粒徑最大區(qū)間略高于松花江，但差異不大，馬家溝水體粒徑最大區(qū)間則極顯著高于松花江，達(dá)到142.90 μm，是松花江水體的3.57倍，說(shuō)明馬家溝水體大顆粒懸浮物含量高。

3.3水體懸浮顆粒物粒徑斷面變化特征

從最大粒徑分布看(圖4)，南岸的最大粒徑百分比極顯著高于北岸，南岸最大粒徑占比平均達(dá)到北岸的2.65倍；從南、北岸數(shù)值對(duì)比看(圖5、圖6)，各采樣點(diǎn)水體懸浮顆粒物中粒徑和體積平均徑分布也普遍表現(xiàn)出南岸高于北岸的分布特征，中粒徑和體積平均徑平均值南岸分別高于北岸6.45%和4.57%。這種分布特征可能與南岸靠近主城區(qū)，各類污水排放以及人類活動(dòng)強(qiáng)度高于北岸有關(guān)。

何家溝、馬家溝兩條支流的中粒徑、體積平均徑、最大粒徑占比的分布情況在南、北岸之間均相差不大，這主要是由于兩條支流斷面較小、水體狀況比較均一形成的。

圖5　松花江南北岸水體懸浮顆粒物中粒徑對(duì)比

圖6　松花江南北岸水體懸浮顆粒物體積平均徑對(duì)比

4　結(jié)論

4.1松花江城區(qū)段水體懸浮顆粒物粒徑分布范圍在0.345～50.09 μm，各取樣點(diǎn)間差異較小；何家溝、馬家溝兩條支流懸浮顆粒物粒徑分布區(qū)間顯著大于松花江水體，且差異極顯著。

4.2松花江城區(qū)段水體懸浮顆粒物中粒徑、體積平均徑、最大粒徑等均表現(xiàn)出自上游到下游沿程逐漸增大的分布特征，增長(zhǎng)分別為57.6%、43.9%和28.59%。

4.3松花江城區(qū)段南岸水體懸浮顆粒物最大粒徑百分比極顯著高于北岸，達(dá)到北岸的2.65倍；中粒徑、體積平均徑等分別高于北岸6.45%和4.57%。

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