阜新市细河城市段橡胶坝建设对河道水质的影响分析
2022-07-01胡洋
胡 洋
(阜新恒泽建设工程有限公司，辽宁 阜新 123200)
由于具有自动控制、节省用料、造型优美、工期短、造价低等诸多优点，橡胶坝对改善河流水文特性具有明显优势[1]。橡胶坝建设能够增加溶解氧含量、减缓水流速度和提升坝前水位，增强水体净化作用，有利于形成生态景观和湿地，这是兼顾生态文明、水资源、防洪、水利、环保等功能的蓄水工程，对改善流域生态环境以及促进区域经济发展发挥着不可替代的作用[2]。因此，橡胶坝在地下水回灌、农业灌溉、生态景观治理、水力发电、防潮工程等领域的应用日趋广泛。
一般地，河流生态系统水质和生物多样性都会受到橡胶坝建设的影响，前者主要体现在氨氮、化学需氧量、溶解氧及复氧扩散、水体自净功能等方面，后者则表现在河道生物迁移与栖息、大型地栖动物群落结构等方面[3-4]。此外，橡胶坝还会在一定程度上影响浅层地下水环境、地下水补给、湿地生态系统环境以及重金属污染等。
实际上，天然河道宽度与橡胶坝建设规模密切相关，从而对水质净化效果造成一定影响，关于河道水质受橡胶坝建设规模的研究还鲜有报道。因此，文章利用采样试验探讨了河道水质净化效果与不同橡胶坝建设规模之间的关系，旨在为橡胶坝的规划设计提供数据支持。
1 研究概况
阜新市地处辽西低山丘陵区，境内有大凌河和辽河两大流域，主要有细河、柳河、牤牛河、绕阳河、养息牧河、秀水河等，总河长3827.5km，全区已建降雨站144个，河道水位站14个，水库站33个。该地区属于北温带大陆季风气候，多年平均降雨量481mm，降水时空分布不均，为了有效利用雨洪资源需要建设蓄水调节工程，并且处理好水沙关系。
细河自东向西穿城区而过，为了实现流域洪水资源的开发利用，近年来阜新市对城区段细河干流26.3km范围先后修建16座橡胶坝，各橡胶坝蓄水高度均为2.5m，如表1所示。细河景观防汛管辖区全长11.7km，包括九座橡胶坝及泵房，库区总储水量180万m3，平均每个库区20万m3。橡胶坝为注水式，电动操作，停电时可手动操作。若需趴坝，全部排空水量，电动强排需20min。日常管理若将橡胶坝降坝50cm，电动需要5min，手动需要30min，平均坝长160m，坝袋平均高1.8m。
表1 细河城市段橡胶坝基本情况表
在阜新城区段细河干流这些梯级橡胶坝形成20.13km的带状水面，总蓄水量337万m3，对过境水量可以最大程度地拦蓄，发挥着改善细河两岸周边生态环境、打造滨河景观工程和补给城区地下水等重要作用，橡胶坝群位置图如图1。
图1 阜新市城市橡胶坝群位置
2 研究方法
2.1 水样采集
文章以1号、5号、11号、15号四座不同规模的橡胶坝为研究对象，利用采样试验分析橡胶坝建设对河道水质的影响。水质采样点设置在每个橡胶坝回水区，即靠近坝体坝体500m以及上游20m范围内，以2020年1-12月为采样时间，采样频次为5-10月上、下旬各采集一次，11-12月和1-4月每月采集一次，采样频次共18次。
2.2 水质检测
采用实验室与现场相结合的方法测定水样水质，其中实验室检测项目有悬浮物、氨氮、BOD5、COD等指标，现场检测主要是利用便携式水质测定仪测试流速、温度、pH值、DO等指标[5]。室内试验流程如下：首先，采用5d培养法测试水样的BOD5指标，然后将10%+90%硫酸化学试剂加入水样，冷藏保存以防生物、化学、物理等因素对其它指标的影响，并采用重量法、纳氏比色法、快速消解分光光度法测试悬浮物、氨氮和COD指标，一般采用冷藏2d的水样进行以上3项指标的测定。
3 结果与分析
3.1 不同流量的影响
为更加直观地揭示水质净化效果与橡胶坝建设规模之间的关系，将各橡胶坝坝长划分成L<110m、110m
(a)COD
(b)BOD5
(c)氨氮
(d)悬浮物图2 不同流量对水质影响
1)由图2(a)可知，在L<110m和110m
3.2 不同温度的影响
不同温度下水质污染指标检测分析结果如图3所录，结果表明随着温度的变化水质污染指标消减率变化趋势存在明显差异。
(a)COD
(b)BOD5
(c)氨氮
(d)悬浮物图3 不同规模和温度对水质影响
1)由图3(a)可知，在L<110m情况下，温度处于10-15℃范围具有最佳的COD消减效果；在L>110m情况下，温度处于20-25℃范围具有最佳的COD消减效果。②由图3(b)可知，河道水质受橡胶坝建设规模的影响较小，温度处于20-25℃范围具有最佳的COD消减效果。③由图3(c)可知，在L<110m情况下，温度处于10-15℃范围具有最佳的氨氮消减效果；在L>110m情况下，温度处于20-25℃范围具有最佳的氨氮消减效果。④由图3(d)可知，在L<110m情况下，温度处于0-5℃范围具有最佳的悬浮物消减效果；在110m
3.3 水质综合评价
综上分析，河道水质受橡胶坝建设影响非常复杂，单一因素难以准确反映河道水质受橡胶坝的影响程度。因此，水质受橡胶坝建设影响拟利用内梅罗污染指数法进行评价，该指数综合考虑了最大污染指标权重以及各种污染因子，由此实现河道水质受不同参数影响程度的量化分析，污染指标j的综合污染指数PIj计算公式为[6-7]：
(1)
式中：Ci、Lij代表污染指标i的实测浓度(mg/L)及其对应第j类水用途标准(mg/L)。各样点综合指数PI利用公式(1)进行计算，如图4所示。
(a)近坝处
(b)坝下500m处图4 各样点的综合污染指数
由图4可知，各样点综合污染指数总体表现出先减少后波动上升的变化趋势，即春季PI值接近于2，污染程度较低属于轻度污染，冬季PI值处于2-5范围，污染程度较高属于中度污染；坝下游500m处PI值要略低于近坝处，可见橡胶坝具有对于净化河道水质发挥着积极作用。
为进一步分析河道水质净化效果与不同规模橡胶坝建设的作用关系，对比近坝处PI值和坝下游500m处PI值得到相对污染综合指数，该指数值越小则净化效果越好[8-12]。结果表明，月份相同条件下，15号橡胶坝下半年净化效果较好而上半年较差，11号、1号、5号橡胶坝的下半年净化效果较差而上半年较好。15号、11号、1号、5号橡胶坝的相对污染综合指数全年平均值为0.96、0.91、0.82、0.81，水质净化效果随着坝长的增大而增强，但坝长超过120m条件下的净化效果非常接近。
4 结 论
1)河道水质净化效果受橡胶坝建设规模、温度、流量的影响较大，橡胶坝建设规模较小情况下，低温度和小流量的污染消减率能够达到最佳；建设规模较大情况下为达到较好的污染消减率需要高温度和大流量。
2)研究表明，坝下游500m处的综合污染指数要略低于近坝处，表明橡胶坝具有一定的河道水质净化作用，但坝长超过120m后的净化效果较为接近。
3)通过调查分析阜新市细河城市段橡胶坝，探讨了河道水质受橡胶坝建设的影响，未来仍需做补充研究以保证评价分析的精准度。
