羅應(yīng)軍

（湖北大禹水利水電建設(shè)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430061）

隨著人們對(duì)水資源的使用力度和使用強(qiáng)度的不斷提高，對(duì)河流自然生態(tài)系統(tǒng)造成了非常大的破壞。如果河流的自我修復(fù)能力低于人類對(duì)自然環(huán)境的破壞程度，河流的生態(tài)系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)明顯的退化，河流中的魚蝦也會(huì)隨之消失，給自然生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展和循環(huán)利用造成了非常大的破壞。在工業(yè)生產(chǎn)中，大量的廢料、廢渣、尾水只是經(jīng)過簡(jiǎn)單的處理就排到了河道中，導(dǎo)致河水渾濁、大量的懸浮物沉積在河道中，降低了河道的行水能力。

1 案例簡(jiǎn)介

某河流屬于一級(jí)支流，流域的總面積為1500km2，整個(gè)流域的氣候?qū)儆谥袦貛Т箨懶詺夂?，整體降雨量偏少，春季多風(fēng)少雨，夏季酷熱，秋季氣溫較低，冬季少雪干冷。地區(qū)降雨時(shí)間短，雨量強(qiáng)。山石裸露較多，溝道比降比較大，植被比較稀疏，土坡滲透力偏低等。因?yàn)槎虝r(shí)間的降雨經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致河水急漲急落，使得河流上游的各種礦渣、尾礦隨著降雨徑流進(jìn)入到了該河流，使得河流中的懸浮物含量嚴(yán)重超標(biāo)，降低了河水質(zhì)量。該河流的懸浮物含量如表1所示。

表1 河流懸浮物含量

2 整個(gè)河流存在的問題

該河流河道屬于非常典型的季節(jié)性河道，上游從礦山里開采出來的污染物不斷的流入河道，另外河道周圍農(nóng)田化肥、居民日常生活污水等也排放到河中，生態(tài)環(huán)境受到了嚴(yán)重破壞。

在洪汛期間，洪水期短且水流速度快，河水經(jīng)常陡長(zhǎng)陡落，河水的沖刷力也非常高，防洪任務(wù)非常重。

在枯水期，河流經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)斷流、河床裸露的情況，可以使用的生態(tài)水也相對(duì)匱乏。從相關(guān)水文資料了解到，在汛期該河流的最大水流量為2930m3/s。在枯水期水流量可以達(dá)到1m3/s。河水中含有大量的泥沙，河流整體的納污水平不高，河流水的質(zhì)量也不高。該河段泥沙流量最高可以達(dá)到190m3/s。大量的污染物隨著泥沙流入河道中，使得水質(zhì)嚴(yán)重超標(biāo)。相關(guān)的檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，BODS和CODcr是兩個(gè)超標(biāo)比較嚴(yán)重的污染源。

其中BODS屬于劣質(zhì)V類，超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)1.38倍，CODcr屬于V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)0.18倍。植物的覆蓋率不高，水土保持難度較高。因?yàn)樵摰貐^(qū)植物的成長(zhǎng)季節(jié)性比較強(qiáng)，淡水資源也相對(duì)匱乏，所以出現(xiàn)了大面積的土地裸露的情況，使得河岸邊坡的穩(wěn)定性不高，岸線也非常不穩(wěn)定，大量的泥沙導(dǎo)致該河流的部分河段出現(xiàn)了非常嚴(yán)重的淤積現(xiàn)象，河道水資源長(zhǎng)期缺水，加上人為干擾，河床在經(jīng)過不斷的采砂過后，出現(xiàn)了非常嚴(yán)重的下切現(xiàn)象，河道邊灘旱化、河道收縮。

另外，大量的農(nóng)村生活、建筑垃圾都堆放到了河道周圍，沒有對(duì)河道進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃，就對(duì)河道進(jìn)行了開發(fā)，河道的防洪標(biāo)準(zhǔn)不高，個(gè)別河段還未全部建設(shè)完成。政府投入的河道治理資金不足，投資機(jī)制和渠道也不健全。

3 河流治理方法

該河道的水流速度快，河道的比降也較高，懸浮物無法在自然狀態(tài)下沉積到河床，為了降低水流速度，使河水中的懸浮物沉入河底，要在河道中修建懸浮物攔截沉淀池和石籠壩。使河流中的懸浮物沉降并移動(dòng)到河道外面，降低懸浮物的含量，改善河水質(zhì)量。

3.1 修建懸浮物攔截沉淀池

該河流的懸浮物含量非常高，如果任由懸浮物隨意沉入到河底，會(huì)使河床抬高，進(jìn)而導(dǎo)致河道出現(xiàn)比較嚴(yán)重的淤積情況，所以，要在該河流的河道中修建懸浮物沉淀池。主要的修建方法是在河流的某河段向下挖出1.6m，然后使用石籠壩組成懸浮物攔截沉淀池，作為懸浮物沉淀的空間，在沉淀池中，水流速度較慢，懸浮物很容易在重力的影響下沉積到池底，經(jīng)過凈化的水流會(huì)沿著石籠壩頂進(jìn)行溢流，以此起到凈化河流懸浮物和凈化水體的作用。

該河流一共修建了3個(gè)攔截沉淀池，第1個(gè)攔截池修建在該河流河道的上游，主要是用來沉淀直徑比較大的懸浮物，池子長(zhǎng)度為230m；下游分別建設(shè)了兩個(gè)攔截沉淀池，兩個(gè)池子長(zhǎng)度分別為150m，主要是用來沉淀直徑比較小的懸浮物。

3.2 修建石籠壩

該河道沉降快，水流速度非常高，因此要使用減低水流速度的方法來使懸浮物沉積，經(jīng)研究決定，在該河流河道修建 4 座石籠壩，主要作用是用來減少水的流動(dòng)速度，并對(duì)水流進(jìn)行攔截。

石籠壩分兩層修建（如圖1所示），上層為梯形，高80cm，堰頂寬度為3.5m，下層為矩形，高度為80cm。使用這種方法主要是用來保證大壩的穩(wěn)定性。上游第一座壩的形狀為A型，底部寬度為11m，剩余三座大壩為B型，底部寬度為13.5m，大壩總高度為2m，在上層壩中心設(shè)置了長(zhǎng)度為80m，深度為20cm的過水槽。經(jīng)過凈化后的水流沿著石籠壩頂進(jìn)行溢流。下層的河壩從塘邊向兩岸延伸了11m的距離。整體長(zhǎng)度為145m。為了提高籠壩的穩(wěn)定性，在石籠壩的壩腳處使用拋石進(jìn)行護(hù)腳。河流中的懸浮顆粒直徑高于0.09mm的懸浮物含量為總含量的55%，可以下沉到河底的泥沙顆粒為52%，沉積量為621.8m3/d，使用石籠壩攔截措施后，下游懸浮沉淀物的含量為6120mg/L。

圖1 石籠壩的結(jié)構(gòu)圖

4 治理后的效果

該河流使用止動(dòng)水流條件和起動(dòng)流水條件來對(duì)懸浮物的沉淀量進(jìn)行確定，即摩阻流速的方法對(duì)懸浮物的沉淀量進(jìn)行確定（分別用U1來表示起動(dòng)摩組流，用U2來表示止動(dòng)摩組流）。當(dāng)河流中水流速度比較快時(shí)，床沙就會(huì)在一定范圍內(nèi)起動(dòng)，泥沙的起動(dòng)條件和止動(dòng)條件如圖2所示。

河流的水流強(qiáng)度為U，起動(dòng)曲線共有兩個(gè)交叉點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)的泥沙直徑為d1和d2（d1＞d2），根據(jù)不同的泥沙顆粒大小，把床沙河泥沙之間的交換類型分成3個(gè)區(qū)塊，在第1個(gè)區(qū)塊河道水流強(qiáng)度低于起動(dòng)摩阻流速時(shí)，床沙不可以被啟動(dòng)，當(dāng)河道水流強(qiáng)度低于止動(dòng)摩組流速時(shí)，運(yùn)動(dòng)的泥沙淤落。在第2個(gè)區(qū)塊河道流水的強(qiáng)度高于起動(dòng)摩阻流速，床沙進(jìn)入移動(dòng)狀態(tài)，而且當(dāng)河道流水強(qiáng)度高于止動(dòng)摩阻流速時(shí)，運(yùn)動(dòng)的泥沙不可以轉(zhuǎn)變成靜止的床沙。在第3個(gè)區(qū)塊，河道流水強(qiáng)度小于起動(dòng)摩組流，床沙不可以起動(dòng)，同時(shí)，河道水流強(qiáng)度大于止動(dòng)摩組流，運(yùn)動(dòng)的泥沙不可以轉(zhuǎn)變成靜止的床沙。

圖2 河流泥沙的運(yùn)行特征

該河流在枯水季節(jié)水流的速度為1m/s，低于河道流水的最大強(qiáng)度，通過上文可知，河流中顆粒直徑大于0.09mm 的懸浮物會(huì)在石籠壩前沉積，顆粒直徑低于0.09mm的懸浮物會(huì)順著流水進(jìn)入下游。

通過對(duì)該河道出現(xiàn)懸浮物含量超標(biāo)問題的研究，找到了對(duì)應(yīng)的解決辦法，并對(duì)直流的效果進(jìn)行了詳細(xì)的分析。在建立4個(gè)水籠石壩后，分別在河道中設(shè)置了3個(gè)懸浮沉淀物攔截沉淀池，降低了該河流上游水的流動(dòng)速度，從而使得河流中的懸浮物沉淀在懸浮物沉淀池中，以此達(dá)到清理河流懸浮物的目的，減少了河流懸浮污染物的含量。在使用了截污、引流、清淤、修復(fù)等方法后，河水的水質(zhì)得到了一定程度的凈化。在河流枯季流量下，懸浮沉淀物都沉淀在了石籠壩前，所有沉積的懸浮物顆粒直徑均大于0.09mm,沉積率達(dá)到了55%，沉積量為621.8m3/d。在對(duì)河流進(jìn)行石籠壩攔沙處理后，河流下游懸浮沉淀物的含量降低到了6120mg/L，水質(zhì)得到了極大的改善，使河流周圍的生態(tài)環(huán)境有了很大的改觀。

5 結(jié) 語(yǔ)

在對(duì)河流使用以上方法處理后，河流的水質(zhì)有了很大的改良，下游水庫(kù)的水質(zhì)也有了很大的提高，確保了該地區(qū)居民用水的供水安全，水體的自身凈化能力也得到提高，使河流的生態(tài)系統(tǒng)得到了恢復(fù)并進(jìn)入了一個(gè)良性循環(huán)階段。同時(shí)也使得水環(huán)境得到了改善，把河流區(qū)域建設(shè)成了林茂、水清、草綠的綠色通道，為周圍居民提供了一個(gè)環(huán)境優(yōu)美的活動(dòng)場(chǎng)所。

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