流速對不同類型城市景觀河道表觀污染的影響

宋曉立

(凌源市凌河保護區管理局，遼寧 朝陽 122500)

城市景觀河道具有觀賞娛樂、水源供應、交通運輸和水產養殖等多方面的功能[1]。隨著城市化水平的加快，生活污染、工業污染以及河道維護的不完善，導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]，城市景觀河道建設也成為河道整治中的重點。目前城市面臨的表觀污染問題主要是水體富營養化和黑臭，由于水體流動緩慢，微生物發生厭氧消解，引起水體黑臭[3]。針對流速對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，環芳烴的釋放量有所差別，與靜水相比流速增加到0.6m/s時，環芳烴的含量增加了5倍；李奐等[5]通過模擬實驗，探究了水體溫度和流速對水中藻類的影響，結果表明流速對藻類的生長的影響更加顯著。本文以凌源市城區的河道水體為研究對象，將區域景觀河道被污染的水體分為混合主導型水體、營養主導型水體和無機主導型水體，并進行采樣分析，探究水流速度與水體表觀之間的相互關系，為該地區的生態建設以及制定水環境污染防治方案提供科學依據。

1 實驗及方法

1.1 監測項目及方法

監測項目及儀器如表1所示[6]。

表1 監測項目表及儀器

1.2 采樣點的選取

選取城區范圍內具有一定流速的河道斷面，對流速與SPI值之間的關系進行研究，避開極端天氣，采樣頻次為每周2～4次，采樣時間為上午十一點到下午兩點，采樣點河段見表2。

1.3 檢測方法

表2 采樣點河道概況

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；a，b—常數；SPI—表觀污染指數。

SPI值越小，水體表觀質量越好。

2 試驗結果與分析

2.1 研究區域內河道分類

在一定程度上增加水體的流速，可以消除城市的黑臭現象，對斷面進行數據進行處理。水體表觀質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、高錳酸鹽指數等，各指標因子之間的相關性分析見表3。

通過定性定量分析并結合了周邊環境因子的影響，將研究區內的被污染的水體分為混合主導型水體、營養主導型水體、無機主導型水體，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值關系

2.2 混合型水體流速與SPI值之間的關系

混合型水體流速與SPI值之間關系見表4?？芍旌闲退w中，SPI值范圍為30.107～48.635，均值為41.693，標準偏差為5.175，平均流速為0.242m/s，流速范圍為0.101～0.433m/s，標準偏差為0.102，流速與SPI值成正相關關系，表明SPI值隨著流速的增大成波動式上升趨勢。對于混合型水體，流速小于0.425m/s時，水體處于良好水體時SPI值小于45。

表3 各指標因子之間的相關性分析(*為P<0.05，**為P<0.01)

根據來水水源及地理位置差異的差異，選取四條典型河道進行研究，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之間的關系。大凌河段流速與SPI值關系曲線，如圖2所示。

圖2 大凌河段流速與SPI值關系曲線

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，標準偏差為5.418。流速范圍為0.287～0.768m/s，平均流速為0.433m/s，標準偏差為0.135，在流速范圍內，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，線性相關系數為0.955。清水河段流速與SPI值關系曲，如圖3所示。

圖3 清水河段流速與SPI值關系曲線

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

圖4 青龍河段流速與SPI值關系曲線

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，標準偏差為9.922；流速范圍0.0481～0.322m/s，平均流速為0.219m/s，準偏差為0.088；流速與SPI值基本成線性關系，流速與SPI值之間的相關系數為0.981，且在P<0.01水平下顯著正相關。由圖可知，青龍河段相應的當流速小于0.301m/s范圍內，SPI隨流速的增加呈直線上升，繼續增加流速出現一定的轉折，SPI值開始有下降的趨勢?？吡胶佣瘟魉倥cSPI值關系曲線如圖5所示。

圖5 窟窿山河段流速與SPI值關系曲線

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，標準差為9.532，平均值為38.177；流速范圍為0.057～0.413m/s，標準差為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時存在拐點，P<0.01水平下呈顯著正相關，水體流速與SPI之間的相關系數為0.808。

綜上可知，城區東南片區的水體和西北片區的水體在流速與SPI值的關系上存在著一定的差別，主要由于上游來水的不同，導致兩個區域內河流流速與SPI值存在一定的差別，八月份以后氣溫升高，東南片區水體中的藻類大幅度生長，成為主要污染物質，當流速發生變化時，水體SPI值受藻類的影響較大，研究表明，流速大于0.351m/s時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 營養主導型水體流速與SPI值之間的關系

營養主導型水體主要出現在七月底八月初，抬頭山河營養主導型水體流速與SPI值關系散點圖，如圖6所示?？梢钥闯觯瑺I養主導型水體中，SPI值范圍為33.255～48.255，均值為41.468，標準偏差為3.237；流速范圍為0.057～0.768m/s，平均流速為0.315m/s，標準偏差為0.215，結果表明，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；當流速為0.491m/s時，水體葉綠素含量為21.78mg/L，SPI值達到為48.255，表明除了藻類，水體中還有其他敏感物質作用，進而導致SPI值大幅度增加。

圖6 抬頭山河水體流速與SPI值關系曲線圖

2.4 無機主導型水體流速與SPI值之間的關系

由于無機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，標準偏差為2.105。平均流速為0.708m/s，流速范圍為0.409～0.998m/s，標準偏差為0.160，當流速大于約0.825m/s時，水體的表觀質量達到良好水平，相應的流速范圍內，無機主導型水體隨著流速的增加SPI值呈現一定的下降趨勢。

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

3 結論

以凌源市城區的河道水體為研究對象，將區域景觀河道被污染的水體分為混合主導型水體、營養主導型水體和無機主導型水體，并進行廣域采樣分析，探究水流速度與水體表觀之間的相互關系，主要得出以下結論：(1)流速對水體表觀具有較大影響，河道流速與SPI值呈顯著正相關，SPI值隨河道流速的增大，先逐漸增加后保持不變，相關系數為0.343(p<0.05)；(2)混合型主導水體中， SPI 值隨著流速的增大成波動式上升趨勢；(3)營養主導型水體中，隨著流速的增大，SPI 值變化并不明顯，當流速為 0.491m/s 時，水體葉綠素含量為 21.78 mg/L，SPI 值達到為 48.255；(4)無機型導水體中，隨著流速的增加SPI值呈現一定的下降趨勢，當流速大于0.825m/s時，水體的表觀質量達到良好水平。

表5 不同類型水體相關參數

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