橡胶坝建设对河道水质的影响研究

2021-06-01李彬

水利规划与设计 2021年5期

李彬

(临沂市水利水电工程建设监理中心，山东临沂 276000)

橡胶坝具有造价低、工期短、用料省、可自动控制等诸多优点，在改善河道水文特性方面具有十分独特的作用。通过提升坝前水位，减缓水流速度，增加溶解氧含量，达到水质的净化功能，同时还能形成生态湿地和生态景观。是一项兼顾水利、防洪、水资源、环保、生态文明的重要蓄水工程措施，对于促进地区社会生态经济发展具有重要意义，因而，橡胶坝在水利工程中得到较为广泛的应用[1-7]。

当前，关于橡胶坝对河流生态系统水质的影响研究主要集中于3个方面：一是对河流水体自净的影响；二是对复氧及溶解氧扩散的影响；三是对河流水质的氨氮和化学需氧量影响。橡胶坝对河流生态系统中生物多样性的影响研究主要集中于两个方面：一是对大型底栖动物群落结构的影响；二是对河道生物栖息和迁移的影响。除此之外，关于橡胶坝对重金属污染、湿地生态系统环境以及地下水补给、浅层地下水环境影响研究也有一些涉及[8-10]。

但是，橡胶坝建设规模受天然河道宽度的影响较大，在一定程度上会影响水质的净化效果，当前关于橡胶坝建设规模对水质的影响研究还比较鲜见，因此，本文针对不同橡胶坝建设规模下的河道水质净化效果进行了采样试验，以期能为橡胶坝的合理规划提供借鉴。

1 研究区概况

沂河发源于沂源田庄水库上源东支牛角山北麓，全长574km，流域面积为17325km2，集水面积为4892km2，年平均径流量为35.1亿m3，其中84%径流量集中于汛期6—9月，主要支流包括东汶河、蒙河、白马河等。流域属温带季风气候，气候宜人、四季分明、雨量充沛、光照充足，年平均气温13.3℃，年平均降雨量793.9mm，年平均日照数2314h。

沂河拥有较为丰富的水资源，但因长期投入不足，造成沂河河道存在诸多问题，如湿地面积小、蓄水能力差、河堤退化严重、河道防洪能力差等。为了能够优化资源配置，把沂河水资源有效储备和利用起来，近些年来在沂河河道上修建了许多水利工程，其中，橡胶坝为沂河河道上的一大特色，与其它传统的土石、钢、混凝土坝相比，橡胶坝具有诸多优点。

2 研究方法

2.1 研究对象

本次研究选取沂河流域临沂市境内的4座橡胶坝作为研究对象。①临沂小埠东橡胶坝，坝长1135m，拦河坝最大蓄水量2830万m3，回水长度10.6km；②沂河桃园橡胶坝，坝长783.2m，拦河坝最大蓄水量1500万m3，回水长度7.6km；③祊河角沂橡胶坝，坝长343.3m，拦河坝最大蓄水量530万m3，回水长度8.0km；④柳杭橡胶坝，坝长460m，拦河坝最大蓄水量2200万m3，回水长度10.0km。

2.2 采样设置

在每个橡胶坝上游回水区，上游靠近坝体20m处以及下游500m处分别进行设置水质采样点，采样时间为2019年1—12月，采样频次为1—4月、11—12月每月采集一次，5—10月上、下旬各采集一次。具体水质采集方案见表1。

表1 试验概况

2.3 水质分析

水质采用现场测定和实验室测定相结合的方法，现场测试项目包括DO、pH、温度、流速等4项指标(便携式水质测定仪进行测试)；实验室测试项目包括COD、BOD5、氨氮、悬浮物等4项指标。将取回的水样首先采用5d培养法进行BOD5指标测试，然后在取回的水样中加入化学试剂(1+9 硫酸)进行冷藏保存，以避免物理、化学和生物因素对其它指标测试的影响，COD指标测试采用快速消解分光光度法，氨氮指标测试采用纳氏比色法，悬浮物指测试采用重量法，上述3项指标一般在冷藏2d内完成测试。

3 结果分析

3.1 不同流量下橡胶坝规模对水质的影响

监测分析得到不同流量下的各采样点水质污染指标情况如图1所示。从图1中可以看到：水质污染指标削减率随着流量的变化表现出不同的变化特征，为了分析橡胶坝建设规模对水质净化效果的影响，将4个橡胶坝对应的坝长分为4个阶段：L<350m、350m1050m。

从图1(a)中可以看到：当L<350m和350m1050m时，在流量>5000m3时，对COD的削减效果最佳。

从图1(b)中可以看到：当L<350m时，在流量<500m3时，对BOD5的削减效果最佳；当L>350m时，在流量>5000m3时，对BOD5的削减效果最佳。

从图1(c)中可以看到：当L<350m时，在流量<500m3时，对氨氮的削减效果最佳；当350m1050m时，在流量>5000m3时，对氨氮的削减效果最佳。

从图1(d)可以看出：L<350m时，在流量<500m3时，对悬浮物的削减效果最佳，当橡胶坝建设长度350m1050m时，在流量>5000m3时，对悬浮物的削减效果最佳。

通过回归分析，验证了H1、H2两个假设成立，即游客对于属性层的价值感知显著影响游客对于游客中心使用结果的价值感知；游客对于游客中心使用结果的价值感知显著影响其对于使用游客中心最终目的的价值感知；性别、年龄、学历、收入、职业、旅游方式对于回归模型无明显影响。运用标准化回归系数以及显著性结果，进行游客感知价值层次模型可视化描述，虚实线分别表示负向影响与正向影响(如图5所示)。

3.2 不同温度下橡胶坝规模对水质的影响

同理，监测分析得到的不同温度下各采样点水质污染指标情况如图2所示。从图2(a)可以看到：L<350m时，在温度10～15℃时，对COD的削减效果最佳；当L>350m时，在温度20～25℃时,对COD的削减效果最佳。

从图2(b)可以看到：橡胶坝建设规模(长度)对水质影响较小，在温度20～25℃时，对BOD5的削减效果最好。

从图2(c)可以看到：当L<350m时，在温度10～15℃时，对氨氮的削减效果最佳；当L>350m时，在温度20～25℃时，对氨氮的削减效果最佳。

从图2(d)可以看到：当L<350m时，在温度0～5℃时，对悬浮物的削减效果最佳；当350m 1050m时，在温度25～30℃时，对悬浮物的削减效果最佳。

3.3 水质指标综合评价

从以上分析可以看到：橡胶坝建设对河道水质的影响比较复杂，单一影响因素并不能很好表达橡胶坝对河道水质的影响程度，因此采用内梅罗污染指数来对橡胶坝建设对水质的影响进行综合评价，该指数不仅考虑了各种污染指数，同时还考虑了最大污染指标的权重问题，从而可以量化不同影像参数对河道水质的影响程度，其计算公式为：

图1 流量和橡胶坝规模对水质的影响

图2 温度和橡胶坝规模对水质的影响

(1)

式中，PIj—第j类污染指标的综合污染指数；Ci—第i类污染指标的实测浓度，mg/L；Lij—第i类污染指标对应第j类水用途的标准，mg/L。

利用式(1)计算分析得到的4个取样点的综合污染指数PI变化特征，如图3所示。从图3中可以看到：4个取样点的综合污染指数在整体上承呈先降低然后逐渐升高的变化特征，即河道在春季的污染程度较低，而在冬季的污染程度较高，春季时的PI值小于2或者接近于2，属于轻度污染，其余月份的PI值均介于2～5，属于中度污染；近坝处的综合污染指数要略高于坝下游500m处的综合污染指数，表明橡胶坝建设对河道水质有一定的净化作用。