環(huán)境修復(fù)丁壩群周圍營(yíng)養(yǎng)鹽的分布特性研究.pdf

1、近年來(lái)，人類過(guò)度的干擾使得河川原有的水生生態(tài)系統(tǒng)退化，修復(fù)被破壞的水域環(huán)境已是人們的迫切需要。丁壩是一種傳統(tǒng)的水工治理構(gòu)筑物，其廣泛應(yīng)用于防洪護(hù)岸、航道整治和取水工程中；同樣地在改善河流的親水功能及生態(tài)環(huán)境方面也發(fā)揮著重要作用，是河流環(huán)境修復(fù)的一種有效手段。經(jīng)過(guò)前人的研究和實(shí)踐，丁壩的水利功能已經(jīng)基本清楚，然而其在環(huán)境修復(fù)方面的機(jī)制尚不明確。本研究以日本高知縣國(guó)分川流域的一組丁壩群為對(duì)象，于2016年進(jìn)行丁壩群周圍水樣與沉積物樣品的采集

2、分析、河床高程與流量水位測(cè)定，闡明了丁壩群周圍的局部地形特性、河床泥沙級(jí)配、水流流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和以磷為代表的營(yíng)養(yǎng)鹽的分布特性。營(yíng)養(yǎng)鹽作為河流物理環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的紐帶，在維系生態(tài)活動(dòng)中起著至關(guān)重要的作用，本研究側(cè)重于討論主要由農(nóng)業(yè)排水引起的并且對(duì)水生生物生長(zhǎng)起著重要作用的生物可利用磷（BAP）的時(shí)空分布特性。在此基礎(chǔ)上，將丁壩群周圍磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度與地形和流場(chǎng)分布相結(jié)合，探究丁壩在河流環(huán)境修復(fù)方面的機(jī)制。
　　首先，選取典型的丁壩群作為研究對(duì)

3、象進(jìn)行地形測(cè)量和流場(chǎng)解析。通過(guò)地形等高圖與流場(chǎng)分布圖，可知丁壩群能夠極大地改變其周圍的水流結(jié)構(gòu)、泥沙輸送和局部地形。丁壩的挑流作用使河流深泓線遠(yuǎn)離河岸，形成高速主流區(qū)和低速壩田區(qū)。丁壩的壩頭區(qū)域形成了明顯的渦流結(jié)構(gòu)和水流分離現(xiàn)象，造成壩身的局部沖刷。在壩田區(qū)域以及丁壩下游的回流區(qū)域，流速明顯趨緩，存在各種規(guī)模的渦流結(jié)構(gòu)，造成壩田區(qū)域特別是近岸區(qū)域的泥沙淤積。進(jìn)一步驗(yàn)證了丁壩群使得周圍河床深淺交替，水流緩急并存，能夠更好的改善河流的生境多

4、樣性。
　　其次，研究了丁壩群周圍不同形態(tài)磷營(yíng)養(yǎng)鹽在水體與沉積物中的時(shí)空分布特性。結(jié)果表明，研究河段水體中總磷（TP）的主要存在形態(tài)是顆粒態(tài)磷（PP）。研究河段中 BAP的主要存在形態(tài)是生物可利用顆粒磷（BPP），其中溶解性活性磷（DRP）在 BAP中所占比例較小。丁壩群尾部回流區(qū)中沉積物的BAP含量顯著大于其他區(qū)域，四種不同類別的BAP在TP中所占比例按照大小排序?yàn)椋篈AP（藻類可利用磷）>Olsen-P（NaHCO3提取磷）>

5、WSP（水溶性磷）>RDP（易解吸磷）。由此可知，通過(guò)檢測(cè)沉積物中AAP與TP的含量可以準(zhǔn)確預(yù)知河床沉積物的磷釋放能力及其對(duì)藻類等水生物種的供磷效應(yīng)。沉積物BAP含量隨著季節(jié)變化而改變，WSP和 RDP含量在1月份較大8月份較小，AAP和Olsen-P含量在8月份較大1月份較小，表明沉積物中BAP含量的變化影響了藻類等浮游植物及其他水生生物的生長(zhǎng)狀況。
　　最后，分析了丁壩群周圍河床的泥沙級(jí)配以及其與營(yíng)養(yǎng)鹽分布特性的關(guān)系。結(jié)果表明

6、，主流區(qū)附近和壩田區(qū)泥沙分布特性明顯不同。丁壩根部靠近河岸區(qū)域的沉積物以細(xì)顆粒泥沙為主，中值粒徑D50相對(duì)較小，但是粒徑分布較廣，幾何均方差σg的值相對(duì)較大；壩頭處則以粗顆粒泥沙為主，由于細(xì)顆粒泥沙被高速水流沖刷帶走，床沙中值粒徑 D50較大，級(jí)配相對(duì)單一，幾何均方差σg較小。
　　通過(guò)分析丁壩周圍不同斷面水體與沉積物中的磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度可知，壩田區(qū)水體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度從上游至下游逐漸減小，因?yàn)檗r(nóng)業(yè)排水口的匯入形成扇形擴(kuò)散流區(qū)域，靠近農(nóng)業(yè)排

7、水口的丁壩壩身后側(cè)區(qū)域的濃度最大。丁壩背水面地形變化較大，此處沖刷嚴(yán)重磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度偏高，下游主流區(qū)與丁壩尾部區(qū)域的磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度相近。由于細(xì)顆粒泥沙在尾部壩田處堆積，因此沉積物磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度從上游至下游呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)。壩頭處受來(lái)流沖刷嚴(yán)重，細(xì)顆粒泥沙減少磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度較?。粔胃幜魉佥^小營(yíng)養(yǎng)鹽堆積濃度較大。丁壩壩身迎水面一側(cè)沉積物中磷營(yíng)養(yǎng)鹽較大；背水面局部沖刷嚴(yán)重，磷營(yíng)養(yǎng)鹽較低。表層沉積物在不同斷面中的磷營(yíng)養(yǎng)鹽大小受到絕對(duì)高程的影響，隨著