松花江哈尔滨城区段悬浮颗粒物分布特征研究

2018-04-04邓淑琴王笑峰刘欢郭显峰张原培

防护林科技 2018年3期

邓淑琴，王笑峰，刘欢，郭显峰，张原培

(黑龙江大学水利电力学院，黑龙江哈尔滨 150086)

水流与河床的相互作用，会引起河床冲刷和河岸崩塌，使水流挟带泥沙[1]。流域地表冲蚀也会导致河流运动中带有悬浮颗粒物，最终导致土壤侵蚀或水土流失[2]。水体中的大颗粒悬浮颗粒物易沉降、淤积，对河道、河岸工程造成影响[3,4]，大量悬浮颗粒的存在，会直接影响光线的穿透，进而对水体水质造成影响[5]，同时也会对居民生活用水、农业灌溉、工业生产等造成影响[6]。本文通过对松花江哈尔滨城区段水体悬浮颗粒物粒度组成、粒径特征进行分析，探究其在城区段的分布特征和变化规律，为相关研究提供理论依据。

1　研究区概况

松花江是我国第三大河流，黑龙江左岸最大支流，全长1 927 km，流域面积为55.68万km2。本研究取样范围为松花江城区段，西起阳明滩大桥，东至滨江桥，全长16 km。取样范围内河道南岸均建有硬质化护坡，北岸松浦大桥下游为土质护坡，上游为硬质化护坡和少部分生态护坡。

2　研究方法

2.1采样点设置

在松花江哈尔滨市城区段内，自上游至下游，分别在阳明滩大桥、公路大桥、防洪纪念塔、松浦大桥、滨江桥以及主要支流马家沟、何家沟，设置7个采样点，分别在南、北岸取样(图1)。

2.2样品采集与保存

采用自动水质采样器采集水深50 cm 水样，每个采样点重复取样3次，装入聚乙烯瓶中，封口并标记后带回实验室，冷藏保存[7-9]。取样时利用GPS进行取样点定位，采样时间为夏季。

2.3样品测定

使用Bettersize2000激光粒度分布仪进行测定，仪器测定精度在0.02～2 000 μm之间，测定时间为1～3 min次-1，每个样品测定3次[10]。

3　结果与分析

3.1水体悬浮颗粒物粒径组成特征

测定结果显示(表1)，松花江哈尔滨城区段水体悬浮颗粒物粒径范围在0.167～147.900 μm，其中松花江水体悬浮颗粒物粒径分布在0.345～50.09 μm，各取样点间差异较小；两条支流悬浮颗粒物粒径分布区间大于松花江水体，且差异极显著。悬浮颗粒物中值粒径、体积平均径的分布同样表现出支流高于松花江的分布特征，差异极显著。

表1　松花江哈尔滨城区段水体悬浮颗粒物的粒径测定结果

3.2水体悬浮颗粒物粒径沿程变化特征

松花江城区段水体悬浮颗粒物中粒径与体积平均径测定结果显示(图1)：自上游取样点到下游取样点沿程水体悬浮颗粒物中粒径和体积平均径均呈现为逐渐增大的趋势。中粒径平均值由6.061 μm增加至9.547 μm，增长57.6%；体积平均径平均值由8.264 μm增加至11.895 μm，增长43.9%；最大粒径从34.56 μm增加到44.44 μm(表1)，亦呈现为不断增大的趋势。

图1　松花江城区段水体悬浮颗粒物粒径变化

两条支流的中粒径与体积平均径值均高于松花江各采样点。位于城区上游的松花江支流何家沟，其中粒径和体积平均径分别为10.670 μm和12.905 μm，高于松花江悬浮颗粒物粒径的平均值6.779 μm和10.399 μm。位于城区下游的松花江支流马家沟，其中粒径和体积平均径分别为26.005 μm和34.195 μm，极显著高于松花江悬浮颗粒物粒径平均值，分别达到松花江平均值的3.84倍和3.29倍。造成这种粒径分布差异的原因可能与两条支流的利用现状有关，何家沟现已停止排污，而马家沟仍有部分区段特别是靠近松花江入河口附近还存在排污现象。

图2　松花江城区段水体悬浮颗粒物最大粒径占比

图2表明，松花江水体悬浮颗粒物最大粒径占比在上游阳明滩大桥取样点最高，为0.2%，而中、下游各取样点最大粒径占比平均为0.1%，最大粒径占比降低了50%，造成中、下游大粒径悬浮颗粒物占比降低的原因与城区下游水体受大顶子山杭电枢纽工程托顶，流速变缓，大颗粒悬浮颗粒物沉降条件改善有关。两条支流的悬浮颗粒物最大占比值与中粒径与体积平均径值分布状况基本一致，何家沟最大粒径占比低于松花江各采样点，而马家沟最大粒径占比极显著高于城区中下游。

图3　松花江城区段水体粒径最大区间

图4　南北岸最大粒径百分比

图3结果显示，松花江城区段水体粒径最大区间分布总体比较一致，平均在40 μm左右；何家沟水体粒径最大区间略高于松花江，但差异不大，马家沟水体粒径最大区间则极显著高于松花江，达到142.90 μm，是松花江水体的3.57倍，说明马家沟水体大颗粒悬浮物含量高。

3.3水体悬浮颗粒物粒径断面变化特征

从最大粒径分布看(图4)，南岸的最大粒径百分比极显著高于北岸，南岸最大粒径占比平均达到北岸的2.65倍；从南、北岸数值对比看(图5、图6)，各采样点水体悬浮颗粒物中粒径和体积平均径分布也普遍表现出南岸高于北岸的分布特征，中粒径和体积平均径平均值南岸分别高于北岸6.45%和4.57%。这种分布特征可能与南岸靠近主城区，各类污水排放以及人类活动强度高于北岸有关。

何家沟、马家沟两条支流的中粒径、体积平均径、最大粒径占比的分布情况在南、北岸之间均相差不大，这主要是由于两条支流断面较小、水体状况比较均一形成的。