河道治理對(duì)水流和凈污能力的影響規(guī)律及生態(tài)效應(yīng).pdf

1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，河流水系面積逐漸萎縮，區(qū)域河道的防洪壓力逐漸增大，同時(shí)，流域污廢水產(chǎn)生量的增加，造成河道水體富營(yíng)養(yǎng)化不斷加重，水環(huán)境質(zhì)量日益惡化。在河道治理過(guò)程中，水利工作者一直以來(lái)較為注重河流的行洪能力的保障和區(qū)域防洪的安全，為此強(qiáng)調(diào)河道的傳統(tǒng)治理工程，即采用混凝土、漿砌石等硬質(zhì)材料對(duì)河道護(hù)岸甚至河床進(jìn)行襯砌，以加快河水的下泄。環(huán)境和生態(tài)工作者重視河流生態(tài)治理的工程建設(shè)，在水生植物修復(fù)、生態(tài)河床和護(hù)岸建設(shè)方面做出了有益的嘗試。

2、但是，生態(tài)河道中水生植物及生態(tài)護(hù)岸，阻塞了河道水流，威脅著河道的主體防洪功能的安全。因此，如何選擇合理的河道治理方法，選擇何種水生植物進(jìn)行河流生態(tài)修復(fù)，以及修復(fù)到何種程度，建設(shè)怎樣的河道生態(tài)護(hù)岸更有利于河流生態(tài)系統(tǒng)的健康，并同時(shí)滿足行洪功能的需要，對(duì)于指導(dǎo)河流生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)和綜合治理具有重要的意義。本文在總結(jié)國(guó)內(nèi)外河道治理方法和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析了傳統(tǒng)河道治理工程對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，并探討了河道治理對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的原理，提出了適合不同生態(tài)特

3、點(diǎn)和功能目標(biāo)的生態(tài)河床及生態(tài)護(hù)岸構(gòu)建技術(shù)。主要研究?jī)?nèi)容和取得研究成果如下： (1)探討了河流傳統(tǒng)襯砌工程的特點(diǎn)及其生態(tài)影響，闡明了河流生態(tài)建設(shè)對(duì)其生態(tài)系統(tǒng)影響的原理。 (2)沉水植物苦草對(duì)水流變化關(guān)系的研究表明，在苦草區(qū)，流經(jīng)苦草層的流速呈“S”型分布，其分布規(guī)律主要與苦草本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，在無(wú)苦草區(qū)，水流流速均呈“J”型分布，符合半對(duì)數(shù)關(guān)系，表明苦草對(duì)河道水流有明顯的影響?？嗖輰?duì)水槽流速的橫向分布具有明顯影響，在交匯區(qū)兩

4、邊，苦草區(qū)和該苦草區(qū)同一斷面的無(wú)苦草區(qū)的流速分布測(cè)線在交匯區(qū)測(cè)線的兩邊明顯的分為兩個(gè)數(shù)值區(qū)域，苦草生長(zhǎng)的半斷面內(nèi)流速明顯低于無(wú)苦草生長(zhǎng)的半斷面。同一工況、相同水深條件下，低密度(15cm×15cm)植物區(qū)內(nèi)流速明顯高于高密度(5cm×5cm)植物區(qū)。而且，流量和流速較大的工況下，水體流動(dòng)受到的影響較大。 (3)水生植物對(duì)南水北調(diào)沿線緩流水體一南四湖的現(xiàn)場(chǎng)研究表明，挺水植物、沉水植物均對(duì)水體的流速產(chǎn)生明顯的影響，特別對(duì)水平流速的垂

5、向分布影響顯著。同時(shí)，將水生植物對(duì)水流影響的阻力項(xiàng)引入到3D水動(dòng)力計(jì)算模型之中，模擬結(jié)果表明，在考慮水生植物對(duì)水流影響阻力項(xiàng)的計(jì)算條件下，流速計(jì)算值與實(shí)測(cè)值誤差較小，而采用替代糙率系數(shù)方法來(lái)表征水生植物對(duì)水流影響的計(jì)算條件下，流速計(jì)算值與實(shí)測(cè)值誤差較大，可知如何計(jì)算水生植物對(duì)水流影響的阻力因素對(duì)模擬計(jì)算結(jié)果有較大影響。 (4)生態(tài)河道治理中河道濱水蘆葦帶在朝東圩港河道野外試驗(yàn)研究的結(jié)果表明，濱水蘆葦帶對(duì)水體中的SS沉降和磷截留和

6、去除具有明顯的作用。而且，水體中TP濃度與蘆葦密度有關(guān)，蘆葦密度越大，水體中TP濃度越低。沉水植物苦草對(duì)模擬水槽中TN、NH<,4><'+>-N、TP凈化的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，同一流速下氮磷的濃度都有不同程度的降低。但是，TN、NH<,4><'+>-N、TP具有不同的最佳凈化流速。 (5)碎石生態(tài)河床對(duì)秦淮河污染水體凈化試驗(yàn)結(jié)果表明，碎石河床對(duì)TN和NH<,4><'+>-N凈化率可達(dá)90％以上，同時(shí)，水體的微生態(tài)環(huán)境得到良好改善，水體

7、中微生物種群向清潔型轉(zhuǎn)化。 (6)木柵欄礫石籠生態(tài)護(hù)岸構(gòu)建的試驗(yàn)結(jié)果表明，護(hù)岸建成后河段中水環(huán)境質(zhì)量得到一定程度的改善，其中COD<,Mn>去除率基本在10％～15％，TN和TP的凈化效率大約在10％～20％、10～30％范圍內(nèi)。同時(shí)，生態(tài)河道建設(shè)后的大型無(wú)脊椎動(dòng)物出現(xiàn)仙女蟲(chóng)、渦蟲(chóng)和蜓科三種敏感類群，耐污類群降低顯著，并且底棲動(dòng)物的類群發(fā)生了由耐污類群為主向中間類群為主的轉(zhuǎn)化。 (7)不同材料的生態(tài)護(hù)岸試驗(yàn)結(jié)果表明，礫石

8、、生態(tài)磚、自然土壤均對(duì)氮磷等凈化表現(xiàn)出了顯著的去除效果，而且材料的差異對(duì)氮凈化效果的影響顯著。變滲徑的生態(tài)護(hù)岸試驗(yàn)研究結(jié)果說(shuō)明，水流滲流路線的長(zhǎng)度對(duì)氮、磷、化學(xué)需氧量和總懸浮固體表現(xiàn)出了明顯影響，去除率隨著水流滲流路線的增長(zhǎng)而增加。 (8)卵礫石強(qiáng)化凈化生態(tài)河道中，河道水流流速、水深等水流條件的變化對(duì)水體中氮凈化具有明顯影響，水動(dòng)力特征參數(shù)Re和Fr與氮凈化系數(shù)K之間的相關(guān)關(guān)系研究表明，卵礫石生態(tài)河道中，存在氮降解的最優(yōu)Re和F