城市河道水流溶解氧分布影响分析

包小波 陈 洁

(文成县水利局，浙江 文成 325300)

城市河道水流溶解氧分布影响分析

包小波 陈 洁

(文成县水利局，浙江 文成 325300)

城市河道受到生活生产、工业商业污染较为直接，所以市民生活也会造成直接影响。在制定城市河道治理方案时，必须将提升河道水流溶解氧含量作为改善水质的主要手段。本文基于国内外研究现状，对流量固定不变、坡度固定不变两种工况下，洲滩对水流溶解氧分布的影响进行分析。结果表明：当坡度不变时，如果河道无洲滩，则溶解氧含量会随着流量的增加而呈现显著增加的特征；如果河道含江心洲或者边滩，河道溶解氧含量起伏特征显著，且随着流量的增加呈现递减特征；当流量不变时，无论河道是否含洲滩，随着坡度的增加，溶解氧含量都表现出显著下降的特征。

城市河道；水流溶解氧；分布

城市河道治理是城市环境修复的重要组成部分。在治理过程中，如何评价城市河道受污染程度是制定治理方案的重要依据[1]。因此，很多学者对城市环境评价指标体系展开研究，其中水体含氧量成为城市河道自净能力、污染物降解和扩散性能的基础评估指标。江心洲、河道边滩一方面是河流形成和运行过程中的产物，另一方面也会对河道形状、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时，必须将提升河道水流溶解氧含量作为改善水质的重要标志和重要途径。本文分析了河道洲滩对溶解氧分布的影响，希望对改善河道水流溶解氧含量，提升污染物净化能力，以及改良城市河道生态环境有积极意义。

1 河道试验模型介绍

1.1 试验模型平面布置情况

河道试验模型(见图1)设置为玻璃水槽，其规格(长×宽×高)为10.00m×0.50m×0.50m，且设置有±10°变坡。河道洲滩由混凝土制成。其中，江心洲尺寸(长×宽×高)为0.60m×0.20m×0.14m，迎水面/背水面坡度为30°/25°，河道边滩尺寸(长×宽×高)为0.46m×0.09m×0.11m。

从图1可知，控制台设置在模型左侧，水流自左至右，在玻璃水槽入口处设置有格栅，在出口处设置有尾门[3]。为了方便控制水流和测量，江心洲上游设置有固定铰支座，下游设置有活动铰支座。

图1 试验模型平面布置情况

1.2 江心洲及边滩布置情况

江心洲及边滩布置情况如图2所示，河道共分为两类情形：ⓐ只有江心洲；ⓑ包含江心洲和边滩[4]。

图2 江心洲及边滩布置情况

1.3 测量断面布置情况

测量断面编号及距原点距离情况见表1。为了增加数据密度，本试验将模型设置为30个断面，断面间隔50cm。每个断面设置5个测量点，测量点间隔为5～10cm(见表2)。

表1 测量断面布置数据

表2 断面测点布置情况

2 河道沿程含氧量计算

在对河道沿程含氧量分布特征进行分析时，按下式求取[5]：

(1)

式中YCS1——CS1断面所测得溶解含氧量，将其作为基准值；

YCsj0——工况断面所测得溶解含氧量；

YCSj——测得值与基准值的差值，表示该沿程断面溶解含氧量分布特征。

3 河道洲滩对沿程断面溶解氧分布的影响分析

3.1 工况1下河道洲滩对沿程断面溶解氧分布的影响

工况1描述：河道中有无洲滩或者只含江心洲，将坡度设置为i=5‰。在分析溶解氧含量沿程分布时，将流量控制为q=1L/s或者q=3L/s两种情形。工况1情形下，坡度相同时的沿程断面溶解氧含量分布情况如图3所示。

i=5‰、q=3L/s条件下的水深测量值见表3。同一断面的不同测量点所测水深值存在显著差异，尤其是CS16断面的3、4和5测量点所测水深值为0m。

从图3可知，当河道中无洲滩时，溶解氧含量随着流量的增加而呈现同向增加特征。然而，分布图中局部交错现象也存在。当河道中有江心洲时，溶解氧含量随着流量的增加而呈现反向递减的特征。尤其是在江心洲附近(距离原点270～400cm)，溶解氧含量不仅低于周围其他部位，而且低溶解氧含量的面积随着流量的增加而扩大。结合表3可知，溶解氧含量值低谷出现在江心洲尾。

3.2 工况2下河道洲滩对沿程断面溶解氧分布的影响

工况2描述：河道中有无洲滩或者只含江心洲，将流量设置为q=3L/s。坡度分别为i=1‰、i=5‰时的沿程断面溶解氧含量分布特征如图4所示。

从图4可知，无论是河道无洲滩还是有江心洲，在流量相同时，随着坡度的增加，沿程断面溶解氧含量都呈现较为显著的下降特征。当河道无洲滩时，溶解氧含量分布图变化稳定，分层明显，且呈现出明显的“由河岸向河道中心线递减”的趋势。 当河道引入江心洲时，破坏了无洲滩时溶解氧含量的稳定性分布特征，分布图中大小交错的特征十分明显。坡度的增加不仅显著影响沿程断面溶解氧含量，而且扩大了含量最小值区(江心洲附近200～400cm)域面积。结合表3的水深值可知，溶解氧含量最低出现在洲尾370～400cm范围内。

图4 工况2下在不同坡度下沿程断面溶解氧含量

4 结 语

通过以上研究，可以得出以下结论：

a. 当坡度不变时，如果河道无洲滩，则溶解氧含量会随着流量的增加而呈现显著增加的特征。从分布图来看，同一断面的溶解氧含量值变化较稳定，然而存在局部大小交错特征。如果河道含江心洲或者边滩，河道溶解氧含量起伏特征显著，且随着流量的增加呈现递减特征。溶解氧含量在江心洲附近(220～400cm)存在平缓区域，且最小值区域出现在江心洲尾370～400cm范围内。

b. 当流量不变时，无论河道是否含洲滩，随着坡度的增加，溶解氧含量都表现出显著下降的特征。从溶解氧含量分布图来看，溶解氧含量在江心洲上游、下游呈显著差异，上游含量总体上大于下游，而且下游溶解氧含量分布图呈现明显分层，表明江心洲尾存在过水区域。

可见，在城市河道污染治理过程中，需要对洲滩的存在与否予以充分重视，根据洲滩对溶解氧含量的影响方式来合理调整治理方案。

[1] 郭庆云,李静,朱海岩,等. 城市河道中江心洲对溶解氧的影响[J]. 水利科技与经济,2014(11):11-13.

[2] 韦利珠. 南流江水环境质量状况研究及生态保护修复探讨[J]. 水利规划与设计,2014(11):17-20.

[3] 刘洪达. 山地城市重污染河流溶解氧数值模拟研究[D].重庆：重庆大学,2014.

[4] 杨大魁,贾洪涛. 河道洲滩对水力特性影响的试验研究[J]. 人民珠江,2015(6):5-8.

[5] 曹欠欠,于鲁冀,薛金萍. 城市污染河道水体复氧技术研究综述[J]. 环境工程,2015(1):1-5.

[6] 卢萃云,庞志华,林方敏,等. 曝气充氧和人工造流技术修复河道污染水体[J]. 环境工程学报,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