流量和含沙量对水质参数影响分析

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1、流量和含沙量对水质参数影响分析石伟，王光谦(清华大学水利水电工程系)摘要：为了研宂近年来黄河下游水环境容量萎缩的A在机理，本文用流量级频率分析的方法，对1982〜1984年黄河下游花闶口、泺口水文站实测水质分析成果表中的耗氧量、熔解氧及其相应流量进行Y分析，得到在平滩流量K黄河下游河道对污染物输运能力最强，而且此时其水环境容量也最大的结论。随着花园口、泺口水文站平滩流量由1958年的8000n?/S和9200m7s降至1999年的4000m7s和3000m7s，黄河下游水环境容量萎缩是必然的。本文又通过统计分

2、析得知含沙景对黄河下游水质监测数据屮的耗氧最及溶解氧最影响不大。关键词：水环境容量：乎滩流量；黄河下游基金项冃：国家重点基础研宄发展规划(973)项冃(G19990436);清华大学“985”校级重点科研项目软课题作者简介：石伟(1967-),女，内蒙古呼和浩特人，陴士研宂生，研宂方向为水力学及河流动力学。近年来，在人类大量引水、降水偏枯［1’2］等人为和自然因素作用下，黄河下游的来流明显减少，不仅表现出断流、洪水频繁、河道萎缩、主梢淤积、“小水大灾”［3’4］等水沙过程的变异，而且呈现出水环境容量萎缩、水体

3、自净能力下降、水质恶化［3］，1996年山东黄河有1/4的时间是超标水,1997年上升为1/2,1998年再度上升为近3/4,污染形势极为严峻w。河流是污染物迁移载体，污染物是借助于河流中的水流和泥沙来输运的。黄河来流流量的大小影响着河流携带污染物的能力，影响着河流的水环境容量及其自净能力，夏军等人已证实增加来水量可以改善河段水环境容量［6］。进入黄河的泥沙，给黄河造成一定污染，同时由于其组成含有相当数量的粘土矿物、无机胶体和一定数量的冇机胶体、冇机无机复合胶体，对排入黄河的种类繁多的污染物具有显著的吸附作用

4、，从而表现出净化水质的效应，高传徳等人通过水质监测数据得到浑水高锰酸钾指数与其含沙量呈正和关［7］。本文首次采用流量级频率分析的方法研究流量对黄河下游耗氧量和溶解氧的影响，采用统计分析的方法分析含沙量对其耗氧量和溶解氧的影响，是对黄河下游水沙变化对其水质影响机理的初步探索。1水质实测数据的选取耗氧量(COD)是指在一定氧化条件下，以一定的氧化剂氧化水或泥沙中还原性物质所消耗的氧化剂量。它可以作为水体有机物相对含量的指标，常用作反映水质污染程度的参数［7］。溶解氧是水中溶解态氧的浓度，是衡量水质好坏的一项重要指

5、标。维持良好水质感官性状、水体的自净作用以及水生生物的生存需要有氧［8*9］。本文选取了1982〜1984年花园口、泺口水文站实测水质分析成果表中的耗氧量、洛解氧及其相应的流量进行分析，含沙量在有相应时段洪水水文要素摘录表时用和应时间、相应流量的含沙量，若无和应时段洪水文要素摘录表则用和应的日平均含沙量。2耗氧量和溶解氧量流量级频率分析2.1耗氧量和溶解氧量流量级频率分析方法Wolmem和Miller在1960年给出丫河流有效流量的各级流量一一频率分析的计算方法［1<"13］:假设河流流量频率服从对数正态分布

6、，输沙率作为流量功函数，则输沙效率即流量出现频率与输沙率乘积最大处的流量值为输沙的有效流量，就长时期内河流输沙量而言在该流量处最大［11~13］。本文借用此方法，假设河流流量频率服从对数正态分布，耗氧效率即流量出现频率与流量和耗氧量乘积最大处的流量值是长时期内河流耗氧量最大的流量，此分析方法作为耗氧量的流量级频率分析。如果将上述耗氧量换为溶解氧量，则是溶解氧的流量级频率分析。2.2耗氧量和溶解氧量流量级频率分析结果图1为花园UI、泺U水文站1982〜1984年各级流量耗氧效率(即流量出现频率与流量和耗氧量乘积

7、)、各级流量溶解氧效率(即流量出现频率与流量和洛解氧量乘积)，均以1000m7s分级。从图中可以看到，花园口、泺口水文站在1982〜1984年相应于耗氧效率(即流量出现频率与流量和耗氧量乘积)、溶解氣效率(即流量出现频率与流量和溶解氧量乘积)最大处的流量分别为:6348m3/s、5640〜6348m3/s,二者基本相当;它们出现的天数均占总测量天数的7%.对照图2可以看到，花园口、泺口水文站在1982〜1984年相应于耗氧效率和溶解氧效率最大处的流量6348m7s和5640〜6348m7s与累计耗氧率及其累计

8、溶解氧率曲线由陡变缓的转折点6460m7s在数值上相近。也就是说，相应于耗氣效率和溶解氣效率最大处的流量也是黄河下游输送污染物最经济的流量。事实上，相应于耗氧效率和溶解氧效率最大处的流量6348m:ys和5640〜6348m3/s与该时段花园口、泺口水文站的平滩流量相当。根据明渠流连续方程Q=UBH(1)式中：U为断面平均流速(m/s)，B为河面宽度(m)，H为水深(m).根据方程(1)，在平滩流量