橡膠壩建設對河道水質的影響研究

李 彬

(臨沂市水利水電工程建設監理中心，山東 臨沂 276000)

橡膠壩具有造價低、工期短、用料省、可自動控制等諸多優點，在改善河道水文特性方面具有十分獨特的作用。通過提升壩前水位，減緩水流速度，增加溶解氧含量，達到水質的凈化功能，同時還能形成生態濕地和生態景觀。是一項兼顧水利、防洪、水資源、環保、生態文明的重要蓄水工程措施，對于促進地區社會生態經濟發展具有重要意義，因而，橡膠壩在水利工程中得到較為廣泛的應用[1-7]。

當前，關于橡膠壩對河流生態系統水質的影響研究主要集中于3個方面：一是對河流水體自凈的影響；二是對復氧及溶解氧擴散的影響；三是對河流水質的氨氮和化學需氧量影響。橡膠壩對河流生態系統中生物多樣性的影響研究主要集中于兩個方面：一是對大型底棲動物群落結構的影響；二是對河道生物棲息和遷移的影響。除此之外，關于橡膠壩對重金屬污染、濕地生態系統環境以及地下水補給、淺層地下水環境影響研究也有一些涉及[8-10]。

但是，橡膠壩建設規模受天然河道寬度的影響較大，在一定程度上會影響水質的凈化效果，當前關于橡膠壩建設規模對水質的影響研究還比較鮮見，因此，本文針對不同橡膠壩建設規模下的河道水質凈化效果進行了采樣試驗，以期能為橡膠壩的合理規劃提供借鑒。

1 研究區概況

沂河發源于沂源田莊水庫上源東支牛角山北麓，全長574km，流域面積為17325km2，集水面積為4892km2，年平均徑流量為35.1億m3，其中84%徑流量集中于汛期6—9月，主要支流包括東汶河、蒙河、白馬河等。流域屬溫帶季風氣候，氣候宜人、四季分明、雨量充沛、光照充足，年平均氣溫13.3℃，年平均降雨量793.9mm，年平均日照數2314h。

沂河擁有較為豐富的水資源，但因長期投入不足，造成沂河河道存在諸多問題，如濕地面積小、蓄水能力差、河堤退化嚴重、河道防洪能力差等。為了能夠優化資源配置，把沂河水資源有效儲備和利用起來，近些年來在沂河河道上修建了許多水利工程，其中，橡膠壩為沂河河道上的一大特色，與其它傳統的土石、鋼、混凝土壩相比，橡膠壩具有諸多優點。

2 研究方法

2.1 研究對象

本次研究選取沂河流域臨沂市境內的4座橡膠壩作為研究對象。①臨沂小埠東橡膠壩，壩長1135m，攔河壩最大蓄水量2830萬m3，回水長度10.6km；②沂河桃園橡膠壩，壩長783.2m，攔河壩最大蓄水量1500萬m3，回水長度7.6km；③祊河角沂橡膠壩，壩長343.3m，攔河壩最大蓄水量530萬m3，回水長度8.0km；④柳杭橡膠壩，壩長460m，攔河壩最大蓄水量2200萬m3，回水長度10.0km。

2.2 采樣設置

在每個橡膠壩上游回水區，上游靠近壩體20m處以及下游500m處分別進行設置水質采樣點，采樣時間為2019年1—12月，采樣頻次為1—4月、11—12月每月采集一次，5—10月上、下旬各采集一次。具體水質采集方案見表1。

表1 試驗概況

2.3 水質分析

水質采用現場測定和實驗室測定相結合的方法，現場測試項目包括DO、pH、溫度、流速等4項指標(便攜式水質測定儀進行測試)；實驗室測試項目包括COD、BOD5、氨氮、懸浮物等4項指標。將取回的水樣首先采用5d培養法進行BOD5指標測試，然后在取回的水樣中加入化學試劑(1+9 硫酸)進行冷藏保存，以避免物理、化學和生物因素對其它指標測試的影響，COD指標測試采用快速消解分光光度法，氨氮指標測試采用納氏比色法，懸浮物指測試采用重量法，上述3項指標一般在冷藏2d內完成測試。

3 結果分析

3.1 不同流量下橡膠壩規模對水質的影響

監測分析得到不同流量下的各采樣點水質污染指標情況如圖1所示。從圖1中可以看到：水質污染指標削減率隨著流量的變化表現出不同的變化特征，為了分析橡膠壩建設規模對水質凈化效果的影響，將4個橡膠壩對應的壩長分為4個階段：L<350m、350m1050m。

從圖1(a)中可以看到：當L<350m和350m1050m時，在流量>5000m3時，對COD的削減效果最佳。

從圖1(b)中可以看到：當L<350m時，在流量<500m3時，對BOD5的削減效果最佳；當L>350m時，在流量>5000m3時，對BOD5的削減效果最佳。

從圖1(c)中可以看到：當L<350m時，在流量<500m3時，對氨氮的削減效果最佳；當350m1050m時，在流量>5000m3時，對氨氮的削減效果最佳。

從圖1(d)可以看出：L<350m時，在流量<500m3時，對懸浮物的削減效果最佳，當橡膠壩建設長度350m1050m時，在流量>5000m3時，對懸浮物的削減效果最佳。

通過回歸分析，驗證了H1、H2兩個假設成立，即游客對于屬性層的價值感知顯著影響游客對于游客中心使用結果的價值感知；游客對于游客中心使用結果的價值感知顯著影響其對于使用游客中心最終目的的價值感知；性別、年齡、學歷、收入、職業、旅游方式對于回歸模型無明顯影響。運用標準化回歸系數以及顯著性結果，進行游客感知價值層次模型可視化描述，虛實線分別表示負向影響與正向影響(如圖5所示)。

3.2 不同溫度下橡膠壩規模對水質的影響

同理，監測分析得到的不同溫度下各采樣點水質污染指標情況如圖2所示。從圖2(a)可以看到：L<350m時，在溫度10～15℃時，對COD的削減效果最佳；當L>350m時，在溫度20～25℃時,對COD的削減效果最佳。

從圖2(b)可以看到：橡膠壩建設規模(長度)對水質影響較小，在溫度20～25℃時，對BOD5的削減效果最好。

從圖2(c)可以看到：當L<350m時，在溫度10～15℃時，對氨氮的削減效果最佳；當L>350m時，在溫度20～25℃時，對氨氮的削減效果最佳。

從圖2(d)可以看到：當L<350m時，在溫度0～5℃時，對懸浮物的削減效果最佳；當350m 1050m時，在溫度25～30℃時，對懸浮物的削減效果最佳。

3.3 水質指標綜合評價

從以上分析可以看到：橡膠壩建設對河道水質的影響比較復雜，單一影響因素并不能很好表達橡膠壩對河道水質的影響程度，因此采用內梅羅污染指數來對橡膠壩建設對水質的影響進行綜合評價，該指數不僅考慮了各種污染指數，同時還考慮了最大污染指標的權重問題，從而可以量化不同影像參數對河道水質的影響程度，其計算公式為：

圖1 流量和橡膠壩規模對水質的影響

圖2 溫度和橡膠壩規模對水質的影響

(1)

式中，PIj—第j類污染指標的綜合污染指數；Ci—第i類污染指標的實測濃度，mg/L；Lij—第i類污染指標對應第j類水用途的標準，mg/L。

利用式(1)計算分析得到的4個取樣點的綜合污染指數PI變化特征，如圖3所示。從圖3中可以看到：4個取樣點的綜合污染指數在整體上承呈先降低然后逐漸升高的變化特征，即河道在春季的污染程度較低，而在冬季的污染程度較高，春季時的PI值小于2或者接近于2，屬于輕度污染，其余月份的PI值均介于2～5，屬于中度污染；近壩處的綜合污染指數要略高于壩下游500m處的綜合污染指數，表明橡膠壩建設對河道水質有一定的凈化作用。

圖3 綜合污染指數變化趨勢

圖4 不同壩規模相對污染綜合指數

4 結語

通過對4座不同橡膠壩建設規模下的河道水質凈化效果進行采樣試驗，得出如下結論：

(1)流量、溫度和橡膠壩建設規模(長度)均對水質凈化效果有重要影響，規模較小的橡膠壩建設，在小流量和低溫度下能達到最佳的污染削減率，當橡膠壩舌尖規模較大時需要大流量和高溫度下才能達到最佳的污染削減率。

(2)計算表明：近壩處的綜合污染指數要略高于壩下游500m處的綜合污染指數，表明橡膠壩建設對河道水質有一定的凈化作用。

(3)橡膠壩建設規模越大，對水質的凈化效果越好，但當壩長超過750m后，水質凈化效果基本相當。

(4)本文僅針對沂河流域臨沂市境內的橡膠壩展開調查分析，具有一定局限性，將在今后做進一步的補充研究。