城市緩滯流水體自凈能力差的原因探究

摘""要：通過分析河流水體自凈能力，找出河流水體自凈能力較差的關鍵制約原因是物理自凈能力。特別是隨著流速提高，一方面，水體流動性增強，緩流、滯留的城市水體得到不斷稀釋；另一方面，流速增大可以促進水體溶解氧含量得到提高，既有利于提高生物自凈能力，又讓污染水體得到不斷稀釋，污染物濃度降低。基于以上分析研究，提出橡膠壩塌壩或潰壩運行，形成人造洪峰來沖刷下游，以增大浐河流量，提高浐河水動力強度，改善浐河流域水體緩滯流現狀，以期為其他城市水體緩滯流治理提供參考。

關鍵詞：緩滯流"""自凈能力"""水動力"""污染水體

中圖分類號：TV122+.5

Exploration"into"the"Reasons"of"Poor"Self"Purification"Capacity"of"Urban

Stagnant"Water"Bodies

PANG"Jie

Yangling"Vocational"and"Technical"College，"Xianyang，"Shaanxi"Province，"712100"China

Abstract："By"analyzing"the"self"purification"capacity"of"river"water"bodies，"it"is"found"that"the"key"limiting"factor"for"poor"self"purification"capacity"of"river"water"bodies"is"physical"self"purification"capacity."Especially"with"the"increase"of"flow"velocity，"on"the"one"hand，"the"fluidity"of"water"bodies"is"enhanced，"and"slow-moving"and"stagnant"urban"water"bodies"are"continuously"diluted."On"the"other"hand，"the"increase"ofnbsp;flow"velocity"can"promote"the"increase"of"dissolved"oxygen"content"in"water"bodies，"which"is"beneficial"for"improving"biological"self"purification"ability"and"continuously"diluting"polluted"water"bodies，"reducing"pollutant"concentrations."Based"on"the"above"analysis"and"research，"this"article"proposes"to"operate"rubber"dams"collapsing"or"collapsing，"form"artificial"flood"peaks"to"scour"downstream，"in"order"to"increase"the"flow"rate"of"the"Gao"River，"improve"the"hydrodynamic"intensity"of"the"Gao"River，"and"improve"the"current"situation"of"water"stagnation"in"the"Gao"River"Basin，"hoping"to"provide"reference"for"the"management"of"water"stagnation"in"other"cities.

Key"Words："Stagnation;"Self-cleaning"capacity;"Hydrodynamics;"Polluted"water"bodies

我國的水體污染已十分嚴重，尤其是滯緩流城市水體[1]，隨著河湖兩岸的城市化進程不斷加快，其點源、面源等外部污染不斷增加，造成河湖生態系統日益退化，水環境污染愈見加劇，城市水環境與城市發展間的矛盾越來越突出，水環境的改善治理迫在眉睫。河流作為陸源污染物最終的排放路徑，自身具有一定的自然凈化能力。水體自凈，指水體受到污染后，通過自身物理、化學、生物作用，使污染物的濃度逐漸降低，最后恢復到受污染以前狀態的自然過程[2]，它可以通過運移、轉化、稀釋和降解，使一部分污染物降低負荷或無害化，對保護陸源水生態環境及緩解人類治污壓力有很大的積極作用。缺乏清潔水源稀釋、流動性差、冬季微生物活性低的河流，水體的自凈能力較低[3]。以下簡單分析影響水流自凈能力的因素。

1""河流水體自凈能力分析

河流自凈能力的強弱主要取決于自身物理、化學、生物這3個方面的作用能力，以下就談談這3點對河流自凈能力的影響。

1.1""物理自凈能力

物理自凈是指污染物在水體中通過混合、稀釋、擴散、揮發等作用，使水體得到一定程度凈化的過程。其中稀釋和擴散是河道自凈過程中最重要的物理作用。當河道中水體流動時，每一滴水一方面向前隨流移動，一方面反復跳動，攜帶著污染物擴散。當水流流經一定的距離以后，污染物與水流完全混合，充分的擴散在河道中，均勻的分布在河道水流中，污染物濃度降低，進而水流得到稀釋[4]。研究表明，河道流速越大，污染物就擴散地越快，且河水稀釋需要流經的距離也越短。河道流量越大，則稀釋倍數就越高，污染物的濃度就越小。同時，流速較高的水流在自然狀態下可以隨風激起水面浪花，浪花翻滾卷入空氣，形成水體自摻氣，對河流自凈過程有利。

1.2""生物自凈能力

生物自凈是指污染物進入水體以后，在溶解氧充分的條件下，經過水生物的吸收和降解作用，使污染物濃度逐漸降低甚至轉變為無害物質的水體凈化過程。凈化作用進行的快慢程度與污染物的性質和數量、水體溫度、溶解氧的含量及微生物種類等多個因素有關。隨著河水流動，溶解氧不斷減少，但一定的流速下流動的水體可以卷入浪花、源源不斷地補給水體中的氧氣，因此，流動的水體自凈能力更強。

1.3""化學自凈能力

化學自凈是指水體中的污染物質通過氧化、還原、中和、吸附、凝聚等反應，使其濃度降低的過程。影響這種自凈能力的因素有污染物質的形態和化學性質、水體的溫度、氧化還原電位、酸堿度等。化學沉降往往不能改變污染物的毒性，有的沉積于河底的人工合成有機物，由水生生物通過生物鏈富集，再次帶來危害，因此，化學自凈功效是非常有限的[5]。

綜上研究所述，在反映水體自凈能力的3種作用中，物理自凈作用占主導地位。河道自凈過程中首先是在溶解氧含量充足的條件下，生化作用分解有機物，然后流動的水體通過隨流擴散、河水稀釋來降低污染物濃度的過程。在這兩大作用中，制約生物自凈能力的最關鍵因素是水流中溶解氧的含量，而前述中已提及了在具有一定流動性的河流中隨著水流向下游流動的同時，會隨風或在紊動作用下激起水面浪花，自然條件下將空氣卷入水體，提高了水體中的溶解氧，利于生物自凈過程的進行，因此本文擬通過提高流速來提高河流的物理自凈能力。

河流的物理自凈能力由污水性質、污染物量、水溫因素及其他各種因素綜合控制。同時在各項因子中河流水文因素又為最重要的因子，河流水文因素主要包括流量Q、流速v、水溫T、含沙量p等。這些因子之間相互作用、相互影響，如流量是流速的函數，流速又受到河床糙度、比降等制約，流量和流速決定了河流混合、稀釋、擴散能力，水溫則影響生物降解能力[2]。

衡量水體流動性的一大指標為河流的紊動能力，河流紊流作用愈強，混合稀釋擴散能力愈大。紊流能力主要由水深、河床糙率、水力半徑、水流動力系數等決定，計算公式為：

式（1）中：E為河流紊流系數；g為重力加速度，單位為m/s2"；H為平均水深，單位為"m；V為平均流速，單位為m/s；m為水流動力系數，m"=18.5nc；C為速度系數，C"=，n為河床糙率；R為水力半徑，R=F/P"=斷面面積/濕周。

流速提高，河流紊流系數增大。一方面，由于紊動作用增強翻起浪花，使隨流卷入水體的溶解氧含量提高，保證了河道的生物自凈過程的順利進行；另一方面，由于流速提高，特別對緩流、滯留的城市水體，水流得以流動起來，水滴一方面隨流擴散，一方面帶著污染物反復跳動，與河道水體充分融合，同時污染水體得到不斷稀釋，進而污染物濃度降低。河道流量越大，則稀釋倍數就越高，污染物的濃度就越小。

2""水力滯留對河流營養狀態的影響

隨著河湖兩岸城市化進程加快，城市滯緩流水體點源、面源等外部污染日益增加，使河湖生態系統不斷退化，水環境污染日益加劇。同時由于緩慢流動或者不流動，河流水體紊動能力過低，河道自凈能力不斷減弱[6]。一般而言，藍藻水華等富營養化水質問題均主要發生在干擾強度低、靜水或弱流動性水體，因其流動緩慢，水力滯留時間較長，污染物得以反應發展[7]。

由于浐河上游來水量不足，水流銳減，并且常年處于立壩狀態，因此河道水流處于滯留狀態，特別是交匯口浐河方向由于交匯產生分離區，形成一個流速較低區域，河道喪失自凈能力，特別在炎炎夏日，河流水體渾濁、發黑發臭。下面詳細探究一下水力滯留對河流、庫區生態作用的影響。

河流水體的流動性是引發河流富營養化的三大主要原因之一，與河流流動性、河流水力滯留時間有關的參數主要有水量、流量、流速等。水力滯留時間是反映水體水文和水動力學的整體變量指標。水體滯留可以導致河流水體物理、化學及生物變化，還可以導致河流生態系統結構發生改變。因此，水體滯留對河流生態系統有很大影響。

對河流生態系統的維護，保持良好的水質與環境。人工的干預手段包括控源和生態修復兩種手段，控源是第一位的，生態修復是第二位的。在控源方面，包括控制外源和內源。控制外源又分為點源和面源。在一般情況下，控制點源相對容易，而控制面源和內源污染的人工方法往往投資巨大，且效果不理想，而通過調節水力滯留時間不失為簡便易行且快速見效的辦法，水力滯留時間可以作為人工河流生態系統修復的指導性指標。水力滯留時間過長、水體長期堵塞不通，嚴重破壞了河道生態結構，使河流面臨富營養化的風險，水質問題變得尤為嚴重。

3""浐河水體滯留措施分析探究

本文研究區域為西安市浐河、灞河交匯區域。浐河中下游排污口眾多，排污量大，而且往往超標排污，使下游水質惡化趨勢嚴重。浐河桃花潭濕地雖然通過景區綠化、河堤改造、河道清淤、水生植物培育等工程使得其水生態環境有了一定程度的改善，但排污口污水的排放仍然是困擾該處及其下游水質改善的一個問題。浐河來水量較小（枯水期來水量不足1"m3/s），下游橡膠壩立壩運行以后，使桃花潭內水體流動性變差。在以上因素共同作用和缺乏有效措施的情況下，桃花潭水生態環境持續惡化，經常出現黑臭現象，并直接影響了其下游的水環境。并且，因浐河、灞河交匯處的頂托作用形成低流速、低壓力的渦流區，污染水體在此長期滯留，過長的滯留時間使得水體發黑變臭、水質進一步惡化。

結合流域資料分析可知，浐河流量遠小于灞河流量時，浐河水流完全被灞河擠壓流動，并且分離區已移至浐河口，由于低流速區壅高的水流阻塞在浐河口，污染水體中物質交換緩慢，水體富營養化嚴重，水體滯留時間過長，自凈能力差；而浐河流量逐漸大于灞河流量時，交匯口整體流速增大，交匯后浐河水域加寬，浐河在交匯中起主導作用，帶動著灞河水體流向下游，大大縮短了浐河口污染水體的滯留時間，可以解決浐河口滯留水體堵塞下游這一水質問題。因此本文提出增大浐河流量，進而增大浐河、灞河交匯比的方式，提高浐河水動力強度。觀察浐河流域發現，2#橡膠壩上游有一人工濕地桃花潭庫區，本文擬讓桃花潭出口處的2#橡膠壩塌壩或潰壩運行，使庫區水流較快涌出，形成人造洪峰來沖刷下游。

4""結語

基于以上分析研究，針對浐河流域水體滯留情況，本文提出橡膠壩塌壩或潰壩運行，形成人造洪峰來沖刷下游，以增大浐河流量，進而增大浐河、灞河交匯比的方式，提高浐河水動力強度，改善浐河流域水體緩滯流現狀，以期為其他城市水體緩滯流治理提供參考。

參考文獻

[1]吳香香，李大鵬，賈海峰，等.江南地區緩流水體中微塑料的表現規律[J].中國給水排水，2022，38（3）：62-66.

[2]劉儒雪.城鎮污水廠尾水補給型河流自凈能力評估及其影響因素研究[D].鄭州：鄭州大學，"2021.

[3]左明波."遇龍河-漓江連通水系水體污染特征及自凈能力研究[D].桂林：桂林理工大學，2023.

[4]許玉.基于水體自凈能力恢復的水能過度開發河流生態流量恢復目標的確定[J].小水電，2023（5）：8-10.

[5]陳帥，張瑞娜，卜培彥.城市河流污染現狀及評價分析的研究進展[J].應用化工，2024，53（4）：925-929.

[6]成水平，吳娟，尹大強，等.城市河湖水系污染控制與水環境治理技術研究與示范[J].建設科技，2012（24）：72-74