滚水坝的修建对西安护城河水质的影响

摘 要 为定性、定量研究滚水坝对西安护城河（非天然河流）水质的影响，选择西安市护城河西南城角处一个小型滚水坝为研究对象，在坝前坝后设置多个监测点定期进行水质监测。由监测数据分析可知，滚水坝的修建对西安护城河水质的影响结果有：护城河水流经滚水坝后，pH、温度、溶氧DO均有减小，TC、TOC整体上有所增加；其中与河道滚水坝对河水影响结果不同的是，西安护城河水DO非但不增加反而减少，滚水坝前方DO很高，有利于有机物质的好氧分解；pH虽然有减小趋势，但是还是呈碱性，因而有利于某些重金属离子（如镉、铁、铜、镍等）的沉淀；尽管数据显示西安市护城河滚水坝对河水有机物含量有增加的趋势，但是由于水流经过西安市护城河滚水坝的方式与一般河道滚水坝不同，在氧化还原、酸碱、分解与化合等反应的综合影响下，滚水坝的修建对西安市护城河水质起到一定的净化作用。

关键词 滚水坝；溶解氧DO；护城河；总碳TC

中图分类号 TV 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)021-0091-03

西安市护城河水的关键问题不是少而是臭，为了了却这块折磨古城多年的心病，曾多次对护城河多次采用截污、清淤、配水、河道硬化等市政工程手段治理方法进行治理，然而却不能从根本上解决水体水质恶化的现状。因此，在通过《西安古城护城河景观改造》进行论证后采取修建滚水坝的方案后，政府选择采取修建滚水坝的方案。作为天然河流河道的常用水利设施，滚水坝主要起到截留部分河水，保证对城市生态用水和景观用水的供给的作用，此外，河水经过滚水坝后，水体中溶解氧DO浓度增加，且增加值随温度的变化而变化，二者呈正相关关系；经过滚水坝后的有机物浓度降低，滚水坝可降解水中部分污染物。那么非天然河流滚水坝对水质的影响是如何？选择西安市护城河西南城角处一个小型滚水坝为研究对象，在坝前坝后一段距离设置多个监测点定期进行长期的水质跟踪监测。

1 监测方法

1.1 护城河水质总体状况（监测点位选址原因）

1）采样点设置。采样设置如图1中的A、B、C、D、E、F为采样点。

图1

2）数据结果分析。监测数据结果处理：①各污染物浓度大致沿水流方向递减；②污染物主要为有机物，磷，汞等；③河水的COD、氨氮、P和Hg等大部分属地表水V类水体水质标准。

1.2 监测点位

护城河南面自东向西设有几处滚水坝，基于上述护城河水水质总体状况考虑，监测点位设于西安市护城河西南城角至含光门段处，该段水体污染情况相对较轻，污染物以有机污染为主，河水略微发臭。所选滚水坝垂直高度4 m，坡度66.4度。由于西安市护城河水流量较少，故为了达到有水流而净化水质的目的，在侧边中间设置出水口闸，设有拦泥板，因而可以拦蓄泥沙。取样点分布如图2所示。

图2中监测点位于西安市护城河段含光门段处滚水坝，取样点分为A、B、C、D、E五点，其中A点距离B点100 m，B点位于滚水坝水流落下最低点且不在坝底做任何停滞，C点位于滚水坝前缘，CD，DE间距都为100 m；另外设置P点（护城河东南角河流入口处）作为总对照。

图2

1.3 监测设计

监测时间为2011年5月-2011年10月（西安市护城河11月份至4月份处于枯水期，几乎没有水流），每次于现场测量并记录水体表层以下5 cm处的溶氧DO和水温Ｔ；分别在各个采样点水平面以下5 cm处的水样并带回实验室测量钙镁总浓度、TOC、IC、TC和pH值等。

1.4 监测方法及频率

溶氧DO和水温采用9010便携式溶氧仪（DO仪）和热电阻温度计测量；pH用pH分析仪测定；TOC、IC、TC采用TOC分析仪测量；钙镁离子总浓度用EDTA实验法测定。监测频率为2次/月。

2 结果与讨论

2.1 DO的变化

对水温和DO的监测结果如图3、图4、图5和图6所示。

由图3-图6可知，各个不同的监测点的温度和DO在不同月份的变化曲线整体相似，这表明实验监测结果的合理性，数据具有分析价值；从5-7月份的数据来看，C点的DO随温度的升高降低，7月份温度最高而DO的低峰值却出现在8月份；而从8-10月份的数据来看，同样有C点的DO随水温的降低而升高，从时间段范围来划分进行分析可以知道，C点DO值与该店水温呈负相关关系（5、6、7月份的相关系数R1=-0.68；8、9、10月份的相关系数R2=-0.74）。水体流经滚水坝后，溶氧DO总体呈现减少的趋势，与天然河道滚水坝截然相反，平均减少量为2.19 mg/l，DO的变化与C点水温的变化不具有相关关系，而天然河道滚水坝前后DO变化与滚水坝前方水温呈正相关关系，关键在于天然河道水流具有一定的稳定性。此处，对于西安市护城河滚水坝前后空间沿程来看，同样在时间上（因为水位的明显变化）划分，5、6、7月的DO减少，而8、9、10月的DO增加，这与水位的变化有关系。同时由于5、6、7月份的水位不稳定，具有一定的变化幅度，DO与E点的温度不具有相关关系，而8、9、10月的水位稳定，有很小幅度的变化，可知DO与E点水温呈正相关关系，经过数理统计分析，DO与E点水温TE的相关系数R=0.95，接近正线性相关，两者的相关关系可以用公式DO=1.7507TE-37.489表示。

2.2 滚水坝对C素的影响

1）滚水坝对TOC的影响。目前在水环境监测中常采用CODcr（化学耗氧量 ）、BOD5（5 d生化需氧量）、高锰酸盐指数等综合指标来表示水中有机物的多少。TOC是以碳的含量来表示水体中有机物总量的综合指标，由于对各种有机物的氧化效率高，与CODcr、CODmn、BOD5相比更为准确。各监测点位TOC随时间的分布浓度如图7所示。

由图7可知，西安护城河的有机污染6月份最为严重，通过对护城河水来源调查分析，在5、6、7月份的排污量是相对较大的，而5、6月份正处于丰水期，河水流量充足，而且5、6月份的溶氧充足，有利于有机物的降解，可以得知西安市6月份的有机污染最为严重，生活污水和工业污水排放最多。

从B、C两点的TOC监测数据如表1可知，滚水坝没有对有机物的去除率，反而使得有机物含量增加（除5月份数据误差外），那么滚水坝的修建在空间沿程TOC的影响如表2。

那么有机物的变化与DO的变化又有怎么样的关系呢？如表3所示。

由表3可以看出，滚水坝前后TOC的变化与DO的变化不具有相关性，但是我们可以知道：5、6月份DO较高，接近过饱和状态，此时水流量大，处于丰水期，而6月份的TOC高达13.6，可知此时的污染最为严重，而且有一股臭味；8、9月份DO相对很低，水流缓慢，此时浮游植物的大量繁殖，垂钓者增多，而且此时的阳光强度减弱，温度下降，植物光合作用的产率减少，呼吸消耗大量溶氧而导致溶氧的减少；10月份护城河水位下降，水流更缓慢，并且经过环卫工人的人工清理浮游生物后，从而DO又明显回升，但是水位的下降，有机物浓度的增大，从而TOC又增加，此时有机物污染严重，下游浊度达到20.1，但是不能显著闻到臭味；同时也说明了滚水坝坝体坡面并没有起到很好的曝气作用，并且滚水坝前方的DO浓度的增加也没能使得微生物的生物化学作用更好的发挥。

2）滚水坝对IC、TC的影响。在各个监测点不同月份的IC值变化趋势如图8所示。

由图8可知7月份IC值最低，而7月份温度最高，温度太高则会减少水中的溶解CO2量等因素会导致IC的减少；8、9月份的IC值很高，而8、9月份的DO相对很低，水面浮游植物的增多，阳光的减弱，植物的光合作用减弱，产生的O2减少，所以随着呼吸作用的加强而大量消耗O2产生CO2，所以溶解的CO2也随之增多，因而IC值升高；那么经过滚水坝的IC值如何变化，监测结果如表4。

由表4可知，流经滚水坝后IC均有增加，流经滚水坝后空气中的CO2的进入，再加上pH都大于8甚至接近10，水碱性较强，因而水中的碳酸根离子浓度较大，所以流经滚水坝后IC增加，但是8、9月份情况相反，8、9月份由于受护城河浮游植物的影响，空气中的再加上随深度的增加IC减小，而经过滚水坝的水不是滚水坝前方表面的水，而是下面的水，因而流经滚水坝后IC减小；从空间沿程分析，除8月份和10月份IC减小外，其他月份的IC都增加，也只有8月份和10月份的IC值在空间沿程（依次按从E-D-C方向）递减，而其他月份呈现出滚水坝前方IC值不规则的变化规律，经过仔细推敲分析可知，8月份和10月份的IC值呈现这种变化规律的原因可能在于降雨的作用，使得水流运动速度加快而且紊流、弥散作用更具有规律性，随着滚水坝前方的水的有规律流动，上层水的不断补充更替，如此循环，便呈现出8月份和10月份的IC值在空间沿程（依次按从E-D-C方向）递减，因而，在空间沿程上，8月份和10月份的IC是减

小的。

TC=TOC+IC，TC的变化规律如表5所示，总碳的变化规律也就很明显了，尽管在对TOC和IC的分析上不具有特定的清晰的规律，但是对于总碳来说，还是具有很明显很清晰的规律。

表5表明了经过滚水坝的总碳TC均增加，平均增加值为

2.930 mg/l，平均增加率为0.109 8 mg/l；从时间上同样划分为5、6、7月和8、9、10月两段，5、6、7月和8、9、10月两段流经滚水坝的TC增加率均呈现增大的趋势。

3 结论

1）流经护城河（非天然河流）后pH、温度、溶氧DO均有减小，TC增大；pH虽然有减小趋势，但是河水还是呈碱性，因而有利于某些重金属离子（如镉、铁、铜、镍等）的沉淀。

2）其中与河道滚水坝对河水影响结果不同的是，DO非但不增加反而减少。但是由于滚水坝的作用，下游DO很高，有利于有机物质的好氧分解。

3）在氧化还原、酸碱、分解与化合等反应的综合影响下，西安市护城河滚水坝对河水有机物含量有增加的趋势。

4）滚水坝对TOC和IC的影响由于受到浮游植物光合作用、呼吸作用以及流经滚水坝的出水口方位等综合作用，因而关系较为复杂，但是对TC起到增加作用。

综合分析，滚水坝的修建对西安市护城河水质起到一定的净化作用，建议护城河环卫工人定期对护城河的浮游植物进行清理，提高溶氧从而增加对有机物污染进行的生物化学去除作用，可以种植荷花，美人蕉等可以绿化环境、增加收入。

参考文献

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