景觀河流溢流堰對污染水體的影響研究

陳飛華，朱文君，練玉琴

（上海陳政市政工程有限公司，上海市 200940）

0 引言

溢流堰是城市河道上常見的水利設(shè)施[1]。通常，溢流堰的堰壩將河流截?cái)?，壩體后方攔截水量，升高水位增加河道調(diào)蓄庫容。但當(dāng)降雨或上游增大來水量時(shí)，可通過溢流堰堰頂下泄超過堰頂部分的流量，所攔蓄水體為城市水環(huán)境和水生態(tài)景觀創(chuàng)造有利條件[2]。通常認(rèn)為水體在流經(jīng)溢流堰以后，水體的跌落能促進(jìn)水體的復(fù)氧作用[3]，提高水中的溶解氧（DO）[4]，從而加速水中有機(jī)污染物（COD）的降解[5]。

本研究以溢流堰壩前和壩下各10m的河段作為研究對象，通過對水質(zhì)的長期監(jiān)測。探索溢流堰對城市河道水質(zhì)凈化的影響。為城市河道中溢流堰降解污染物，充分發(fā)揮其作用提供理論依據(jù)。

1 監(jiān)測調(diào)查方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)點(diǎn)位于流經(jīng)某市的景觀水體，該河體污染較為嚴(yán)重，個(gè)別河段常發(fā)黑發(fā)臭，水體主要以有機(jī)物污染為主。水質(zhì)大部分為IV類水體。在試驗(yàn)期間水體水質(zhì)的波動變化見表1。由于河道常年流速緩慢(小于0.3m/s)，故水流經(jīng)溢流堰的時(shí)間變化不大，在分析中不考慮流速對溢流堰的沖刷和對底泥的沖擊影響。

表1 實(shí)驗(yàn)河段水質(zhì)變化范圍表

1.2 監(jiān)測指標(biāo)及監(jiān)測頻率

試驗(yàn)所用溢流堰壩體見圖1，其中壩上采樣點(diǎn)為1#采樣點(diǎn)，壩下為2#采樣點(diǎn)。每次于現(xiàn)場測量并記錄水體表層0.5m處DO及水溫。并分別在壩頂、壩趾處采集表層水面下0.5m處使用容量為0.3L的硬質(zhì)塑料容器從斷面點(diǎn)處取得水樣。水樣帶回實(shí)驗(yàn)室測定DO、COD、SS。監(jiān)測頻率為3～10月份每周采樣監(jiān)測一次。其中，DO使用哈希LDOTMHQ30d型DO儀；SS使用稱量法；COD使用重鉻酸鉀法測定。

圖1 實(shí)驗(yàn)用溢流堰

2 結(jié)果與討論

2.1 溢流堰對DO的影響分析

監(jiān)測期的DO和水溫的測定結(jié)果見表2，由表2中可知：從時(shí)間線上看，初春季節(jié)（3月）的水體水溫較低。且整體DO濃度較高。到了4～5月的春季，水溫開始進(jìn)一步升高，但1#、2#點(diǎn)DO濃度開始逐步變低。進(jìn)入夏季后。當(dāng)水溫偏高時(shí)，1#點(diǎn)、2#點(diǎn)DO濃度偏低。秋季DO濃度大致呈現(xiàn)出隨水溫降低而升高的趨勢。從空間上來看，當(dāng)水體流經(jīng)溢流堰后DO濃度均受到復(fù)氧作用均會有所升高，但春末夏初的平均增長率達(dá)較低；相對于初春的1.12mg/L的增加量。春末夏初DO濃度平均增加量僅為0.61mg/L。上述情況這主要是因?yàn)椋捍耗┫某跞f物開始復(fù)蘇，河道中的微生物開始通過消耗河水中的DO濃度來恢復(fù)自身的生物活性，進(jìn)一步導(dǎo)致河體中DO濃度的增量變小。

表2 地監(jiān)測點(diǎn)3～10月平均DO及增加量

夏季水溫上升，DO濃度增加值隨之上升，初夏的6月水溫最高時(shí)，DO濃度的增量便開始增加，到8月份時(shí)，DO濃度的增加值達(dá)到最大的1.31mg/L?？v觀整個(gè)夏季：表層水體中生物量的大幅增加使水體透光性變差，而pH和DO濃度受到光合作用影響而增強(qiáng)。DO增加值與1#點(diǎn)水溫表現(xiàn)出十分明顯的正相關(guān)關(guān)系。秋季水溫開始回落，1#點(diǎn)DO濃度含量較高，水體DO濃度與飽和值的差值較小，經(jīng)溢流堰作用，DO濃度增加值也較小，冬季水溫達(dá)最低值時(shí)，DO濃度增加值也最低。整個(gè)試驗(yàn)監(jiān)測階段DO濃度的平均增加率達(dá)67.62%，說明溢流堰能明顯增加水體DO濃度。此外，溢流堰壩體坡面凸面時(shí)較平滑，濺出的水珠較少，而水流經(jīng)過凹面時(shí)，水體與凹面撞擊濺起無數(shù)水珠，形成強(qiáng)烈的紊動水流，然后落入下游河體，增加了水與氣相的接觸面積，故能強(qiáng)烈摻氣，復(fù)氧效果較明顯。

2.2 溢流堰對COD的影響分析

溢流堰對水體中COD的影響見圖2。由圖2可以顯示出：春季、冬季溢流堰對水體COD的去除量較小，其主要原因在于：春季河段開始補(bǔ)水，上游水庫的水源開始對景觀河流進(jìn)行補(bǔ)水，優(yōu)良的水質(zhì)對1#點(diǎn)與2#的污染物形成稀釋作用，導(dǎo)致兩點(diǎn)的COD指標(biāo)相差不大。到了夏季受到降雨徑流匯入水體的影響，上游水體通過溢流堰對下游水體水質(zhì)的改變主要分為兩種情況：（1）當(dāng)?shù)孛鎻搅鬏^大時(shí)，即暴雨天氣時(shí)，上游匯入了大量的污染物，當(dāng)這些水體通過溢流堰時(shí)，堰體上的凹槽能對水體中的污染物產(chǎn)生一定的截留作用。（2）當(dāng)降雨量較小時(shí)，受地勢的影響上游的地表徑流往往通過溢流堰的周邊滑坡流入下游的河體，造成了對下游水體的進(jìn)一步污染，即在雨量小是下游的水體往往要承受上游匯入和原位污水匯入的污染物。造成了下游污染物的加重。由此可以這說明壩體坡面僅起到機(jī)械曝氣作用，水體中的微生物沒有因DO濃度的增加而更好地發(fā)揮生物化學(xué)作用以消除水體中的COD[2]。

圖2 試驗(yàn)期間COD變化與溢流堰COD去除率

2.3 溢流堰對SS的影響分析

水體中的懸浮固體的(SS)含量往往是衡量河流水體的重要指標(biāo)之一。SS污染一方面使水體變渾濁，陽光、氧氣等很難進(jìn)入水體內(nèi)部，從而使水體內(nèi)部的溶解氧逐漸被耗盡；另一方面，懸浮固體會阻塞水生動物的呼吸器官，導(dǎo)致其窒息死亡[3]。

圖3 試驗(yàn)期間SS變化與溢流堰SS去除率

試驗(yàn)階段溢流堰對SS的去除見圖3，圖3中溢流堰對水體中的SS去除量也呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化趨勢。初春季節(jié)的補(bǔ)水期，由于補(bǔ)水水質(zhì)中本身含有的SS較少，致使溢流堰對于SS的去除量不高。到了夏季隨著上游補(bǔ)水的減少和夏季降雨的增多，溢流堰對于水體中的SS產(chǎn)生了兩種幾乎與COD影響相悖的兩種趨勢。當(dāng)雨量較大時(shí)，上游接受的水量較大，導(dǎo)致水體的流速變快，通過溢流堰時(shí)，對下游的水體沖擊非常強(qiáng)烈，較大的水利沖擊往往將河流底部沉積物、底泥沖擊起來，并進(jìn)入上游的河體，造成了下游水體中SS含量的升高。當(dāng)雨量較小時(shí)，上游水體中流速基本可以保持不變，同時(shí)由于其較小的流速在通過溢流堰時(shí)，堰體還能對上游水體中的SS保證一定的去除率。同時(shí)，對于下游的水體所匯入的徑流量，其中的SS能被上游所流入的凈水迅速沖入后續(xù)河段，同時(shí)部分還能沉降如何斷底部。所以對于不同的降雨條件，SS呈現(xiàn)出與COD截然相反的變化趨勢[5]。

3 結(jié)語

本文以城市河道的溢流堰為研究對象，通過測定溢流堰上下水體中的DO、SS、COD，從空間與時(shí)間尺度分析了上述指標(biāo)的變化趨勢與原因，并得出以下結(jié)論：

（1）溢流堰對水體中的溶解氧有著較強(qiáng)的復(fù)氧能力水體經(jīng)過溢流堰時(shí)能強(qiáng)烈地?fù)綒?，增大汽水交界面。?fù)氧效果較明顯。

（2）溢流堰壩體對水體的復(fù)氧作用有著明顯的季節(jié)因素：6月水溫最高時(shí)，DO的增量開始增加，8月份時(shí)，DO增加值達(dá)到最大：1.31mg/L。冬季水溫達(dá)最低值時(shí)，DO增加值也最低。

（3）溢流堰對于COD與SS的影響主要發(fā)生在夏季，且SS呈現(xiàn)出與COD截然相反的變化趨勢。

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