宋曉立

(凌源市凌河保護(hù)區(qū)管理局，遼寧 朝陽 122500)

城市景觀河道具有觀賞娛樂、水源供應(yīng)、交通運(yùn)輸和水產(chǎn)養(yǎng)殖等多方面的功能[1]。隨著城市化水平的加快，生活污染、工業(yè)污染以及河道維護(hù)的不完善，導(dǎo)致城市景觀河道水體顏色異常、透明度降低且有異味，城市水體功能逐漸減少[2]，城市景觀河道建設(shè)也成為河道整治中的重點(diǎn)。目前城市面臨的表觀污染問題主要是水體富營(yíng)養(yǎng)化和黑臭，由于水體流動(dòng)緩慢，微生物發(fā)生厭氧消解，引起水體黑臭[3]。針對(duì)流速對(duì)景觀河道表觀污染影響的研究越來越多，陳鳴等[4]人研究指出隨著流速的變化，環(huán)芳烴的釋放量有所差別，與靜水相比流速增加到0.6m/s時(shí)，環(huán)芳烴的含量增加了5倍；李?yuàn)J等[5]通過模擬實(shí)驗(yàn)，探究了水體溫度和流速對(duì)水中藻類的影響，結(jié)果表明流速對(duì)藻類的生長(zhǎng)的影響更加顯著。本文以凌源市城區(qū)的河道水體為研究對(duì)象，將區(qū)域景觀河道被污染的水體分為混合主導(dǎo)型水體、營(yíng)養(yǎng)主導(dǎo)型水體和無機(jī)主導(dǎo)型水體，并進(jìn)行采樣分析，探究水流速度與水體表觀之間的相互關(guān)系，為該地區(qū)的生態(tài)建設(shè)以及制定水環(huán)境污染防治方案提供科學(xué)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)及方法

1.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及方法

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及儀器如表1所示[6]。

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目表及儀器

1.2 采樣點(diǎn)的選取

選取城區(qū)范圍內(nèi)具有一定流速的河道斷面，對(duì)流速與SPI值之間的關(guān)系進(jìn)行研究，避開極端天氣，采樣頻次為每周2～4次，采樣時(shí)間為上午十一點(diǎn)到下午兩點(diǎn)，采樣點(diǎn)河段見表2。

1.3 檢測(cè)方法

表2 采樣點(diǎn)河道概況

SPI=aln(βx)-b

(1)

式中，x—抽濾前后水樣掃描曲線面積差；β—修正系數(shù)；a，b—常數(shù)；SPI—表觀污染指數(shù)。

SPI值越小，水體表觀質(zhì)量越好。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 研究區(qū)域內(nèi)河道分類

在一定程度上增加水體的流速，可以消除城市的黑臭現(xiàn)象，對(duì)斷面進(jìn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。水體表觀質(zhì)量的特征污染物主要包括[10]：葉綠素a、濁度、硫化物、總磷、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)等，各指標(biāo)因子之間的相關(guān)性分析見表3。

通過定性定量分析并結(jié)合了周邊環(huán)境因子的影響，將研究區(qū)內(nèi)的被污染的水體分為混合主導(dǎo)型水體、營(yíng)養(yǎng)主導(dǎo)型水體、無機(jī)主導(dǎo)型水體，不同類型河道分類表如圖1所示。

圖1 不同河道平均流速與SPI值關(guān)系

2.2 混合型水體流速與SPI值之間的關(guān)系

混合型水體流速與SPI值之間關(guān)系見表4?？芍旌闲退w中，SPI值范圍為30.107～48.635，均值為41.693，標(biāo)準(zhǔn)偏差為5.175，平均流速為0.242m/s，流速范圍為0.101～0.433m/s，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.102，流速與SPI值成正相關(guān)關(guān)系，表明SPI值隨著流速的增大成波動(dòng)式上升趨勢(shì)。對(duì)于混合型水體，流速小于0.425m/s時(shí)，水體處于良好水體時(shí)SPI值小于45。

表3 各指標(biāo)因子之間的相關(guān)性分析(*為P<0.05，**為P<0.01)

根據(jù)來水水源及地理位置差異的差異，選取四條典型河道進(jìn)行研究，分別為大凌河、清水河、青龍河和窟窿山河平下游，用混合型水體中的典型河道來說明流速與SPI之間的關(guān)系。大凌河段流速與SPI值關(guān)系曲線，如圖2所示。

圖2 大凌河段流速與SPI值關(guān)系曲線

從圖2中可以看出，大凌河段SPI值范圍為38.936～58.696，均值為45.079，標(biāo)準(zhǔn)偏差為5.418。流速范圍為0.287～0.768m/s，平均流速為0.433m/s，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.135，在流速范圍內(nèi)，隨著流速的增加SPI值逐漸增大，在P<0.01水平下兩者顯著正相關(guān)，線性相關(guān)系數(shù)為0.955。清水河段流速與SPI值關(guān)系曲，如圖3所示。

圖3 清水河段流速與SPI值關(guān)系曲線

由圖3可知，清水河段SPI值范圍為39.501～59.321，均值為45.163，標(biāo)準(zhǔn)偏差為5.631；流速范圍為0.068～0.193m/s，平均流速為0.131m/s，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.040，表明在相應(yīng)流速范圍內(nèi)，隨著流速的增加SPI值成線性增加，清水河段流速和SPI值線性相關(guān)系數(shù)為0.881(P<0.01)。當(dāng)流速約為0.183m/s時(shí)，SPI值達(dá)到59.321，主要是一方面由于受上游水質(zhì)的影響，通過水流的夾帶作用，導(dǎo)致清水河段SPI值較高，另一方面在六月下旬為暴雨多發(fā)期，清水河段水深與大凌河段相差1.2m，流速波動(dòng)并不明顯。青龍河段流速與SPI值關(guān)系曲線，如圖4所示。

圖4 青龍河段流速與SPI值關(guān)系曲線

由圖4可知，在青龍河的下游，SPI值范圍為20.981～53.026，均值為41.308，標(biāo)準(zhǔn)偏差為9.922；流速范圍0.0481～0.322m/s，平均流速為0.219m/s，準(zhǔn)偏差為0.088；流速與SPI值基本成線性關(guān)系，流速與SPI值之間的相關(guān)系數(shù)為0.981，且在P<0.01水平下顯著正相關(guān)。由圖可知，青龍河段相應(yīng)的當(dāng)流速小于0.301m/s范圍內(nèi)，SPI隨流速的增加呈直線上升，繼續(xù)增加流速出現(xiàn)一定的轉(zhuǎn)折，SPI值開始有下降的趨勢(shì)?？吡胶佣瘟魉倥cSPI值關(guān)系曲線如圖5所示。

圖5 窟窿山河段流速與SPI值關(guān)系曲線

由圖5可知，窟窿山河段與青龍河段位于平江路入口處，主要通過懸橋連通，窟窿山河段，SPI值范圍為25.319～52.382，標(biāo)準(zhǔn)差為9.532，平均值為38.177；流速范圍為0.057～0.413m/s，標(biāo)準(zhǔn)差為0.105，平均流速為0.267m/s，窟窿山河段SPI值隨著流速的增加直線上升，約在0.301m/s時(shí)存在拐點(diǎn)，P<0.01水平下呈顯著正相關(guān)，水體流速與SPI之間的相關(guān)系數(shù)為0.808。

綜上可知，城區(qū)東南片區(qū)的水體和西北片區(qū)的水體在流速與SPI值的關(guān)系上存在著一定的差別，主要由于上游來水的不同，導(dǎo)致兩個(gè)區(qū)域內(nèi)河流流速與SPI值存在一定的差別，八月份以后氣溫升高，東南片區(qū)水體中的藻類大幅度生長(zhǎng)，成為主要污染物質(zhì)，當(dāng)流速發(fā)生變化時(shí)，水體SPI值受藻類的影響較大，研究表明，流速大于0.351m/s時(shí)水中葉綠素含量隨著流速的增加而降低，使得水體中的SPI值降低。

2.3 營(yíng)養(yǎng)主導(dǎo)型水體流速與SPI值之間的關(guān)系

營(yíng)養(yǎng)主導(dǎo)型水體主要出現(xiàn)在七月底八月初，抬頭山河營(yíng)養(yǎng)主導(dǎo)型水體流速與SPI值關(guān)系散點(diǎn)圖，如圖6所示?？梢钥闯觯瑺I(yíng)養(yǎng)主導(dǎo)型水體中，SPI值范圍為33.255～48.255，均值為41.468，標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.237；流速范圍為0.057～0.768m/s，平均流速為0.315m/s，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.215，結(jié)果表明，隨著流速的增大，SPI值變化并不明顯，葉綠素平均值為23.96mg/L；當(dāng)流速為0.491m/s時(shí)，水體葉綠素含量為21.78mg/L，SPI值達(dá)到為48.255，表明除了藻類，水體中還有其他敏感物質(zhì)作用，進(jìn)而導(dǎo)致SPI值大幅度增加。

圖6 抬頭山河水體流速與SPI值關(guān)系曲線圖

2.4 無機(jī)主導(dǎo)型水體流速與SPI值之間的關(guān)系

由于無機(jī)型河道的主要為滲津河上游河段，SPI均值為45.785，SPI值范圍為42.482～51.323，標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.105。平均流速為0.708m/s，流速范圍為0.409～0.998m/s，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.160，當(dāng)流速大于約0.825m/s時(shí)，水體的表觀質(zhì)量達(dá)到良好水平，相應(yīng)的流速范圍內(nèi)，無機(jī)主導(dǎo)型水體隨著流速的增加SPI值呈現(xiàn)一定的下降趨勢(shì)。

不同類型水體相關(guān)參數(shù)匯總，如表5所示，通過相關(guān)性分析可知，當(dāng)流速0.031～0.067m/s之間時(shí)，流速與SPI值呈顯著正相關(guān)(P<0.01)，SPI值隨著流速的增加迅速增加；流速大于0.067時(shí)SPI值在45.152之間波動(dòng)；在整個(gè)研究區(qū)域，SPI值在70以上的數(shù)組僅占0.7%；SPI值范圍在45～70的數(shù)組占比為29.3%；SPI值范圍為25～45的數(shù)組占比為65.5%；SPI值小于25的數(shù)組占比為4.5%；相比其他城市景觀河道，城區(qū)的流速基本在0.3m/s左右，水體流動(dòng)較快。

3 結(jié)論

以凌源市城區(qū)的河道水體為研究對(duì)象，將區(qū)域景觀河道被污染的水體分為混合主導(dǎo)型水體、營(yíng)養(yǎng)主導(dǎo)型水體和無機(jī)主導(dǎo)型水體，并進(jìn)行廣域采樣分析，探究水流速度與水體表觀之間的相互關(guān)系，主要得出以下結(jié)論：(1)流速對(duì)水體表觀具有較大影響，河道流速與SPI值呈顯著正相關(guān)，SPI值隨河道流速的增大，先逐漸增加后保持不變，相關(guān)系數(shù)為0.343(p<0.05)；(2)混合型主導(dǎo)水體中， SPI 值隨著流速的增大成波動(dòng)式上升趨勢(shì)；(3)營(yíng)養(yǎng)主導(dǎo)型水體中，隨著流速的增大，SPI 值變化并不明顯，當(dāng)流速為 0.491m/s 時(shí)，水體葉綠素含量為 21.78 mg/L，SPI 值達(dá)到為 48.255；(4)無機(jī)型導(dǎo)水體中，隨著流速的增加SPI值呈現(xiàn)一定的下降趨勢(shì)，當(dāng)流速大于0.825m/s時(shí)，水體的表觀質(zhì)量達(dá)到良好水平。

表5 不同類型水體相關(guān)參數(shù)

[1] 劉向陽, 徐愛霞, 王赟. 城市河道硬質(zhì)邊坡的景觀設(shè)計(jì)探討[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì), 2012(01): 33- 36．

[2] 貢丹燕, 潘楊, 包偉, 等. 富營(yíng)養(yǎng)化城市景觀水體表觀污染下的懸浮顆粒物粒度分布特征[J/OL]. 環(huán)境科學(xué), 2016, 37(03): 970- 979.

[3] 樊尚斌, 茍瑾麗. 平?jīng)鍪谐鞘泻拥郎鷳B(tài)景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)探索[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì), 2015(12): 10- 11.

[4] 陳鳴, 潘楊. 非溶解態(tài)物質(zhì)對(duì)蘇州市景觀水體表觀污染的影響[J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào), 2014, 8(09): 3689- 3694.

[5] 李?yuàn)J, 黃勇, 李學(xué)艷, 等. 城市景觀水體表觀質(zhì)量評(píng)價(jià)方法研究[J]. 中國(guó)給水排水, 2014, 30(15): 95- 98.

[6] 楊宏林. 攔水堰在平?jīng)龀菂^(qū)河道生態(tài)水面景觀工程中的應(yīng)用[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì), 2016(12): 106- 108．

[7] 姜麗, 于巍巍. 遼東山區(qū)防洪、生態(tài)、景觀型河道建設(shè)模式初探——以本溪市北沙河防洪綜合整治工程為例[J]. 水利技術(shù)監(jiān)督, 2016, 24(03): 25- 27．

[8] 李倩倩, 潘楊, 貢丹燕, 等. 無機(jī)型城市景觀水體表觀污染的懸浮顆粒物粒度分布特征: 以中國(guó)運(yùn)河蘇州段為例[J]. 環(huán)境科學(xué), 2016, 37(12): 4662- 4670．

[9] 王錦旗, 王國(guó)祥, 鄭建偉. 不同流速下溢流堰對(duì)河道水質(zhì)的影響[J]. 人民黃河, 2014, 36(11): 62- 64．

[10] 郭志學(xué), 鐘友勝, 呂偉. 不同裁彎取直方案對(duì)河道行洪影響分析[J]. 南水北調(diào)與水利科技, 2014(05): 77- 80．