河道治理对水流净污能力的影响规律及生态效应.pdfVIP

摘要 摘要 随着社会经济的飞速发展，河流水系面积逐渐萎缩，区域河道的防洪压力逐 渐增大，同时，流域污废水产生量的增加，造成河道水体富营养化不断加重，水 环境质量日益恶化。在河道治理过程中，水利工作者一直以来较为注重河流的行 洪能力的保障和区域防洪的安全，为此强调河道的传统治理工程，即采用混凝土、 浆砌石等硬质材料对河道护岸甚至河床进行衬砌，以加快河水的下泄。环境和生 态工作者重视河流生态治理的工程建设，在水生植物修复、生态河床和护岸建设 方面做出了有益的尝试。但是，生态河道中水生植物及生态护岸，阻塞了河道水 流，威胁着河道的主体防洪功能的安全。因此，如何选择合理的河道治理方法， 选择何种水生植物进行河流生态修复，以及修复到何种程度，建设怎样的河道生 态护岸更有利于河流生态系统的健康，并同时满足行洪功能的需要，对于指导河 流生态系统建设和综合治理具有重要的意义。本文在总结国内外河道治理方法和 特点的基础上，分析了传统河道治理工程对生态环境的影响，并探讨了河道治理 对生态环境影响的原理，提出了适合不同生态特点和功能目标的生态河床及生态 护岸构建技术。主要研究内容和取得研究成果如下： (1)探讨了河流传统衬砌工程的特点及其生态影响，阐明了河流生态建设对 其生态系统影响的原理。 (2)沉水植物苦草对水流变化关系的研究表明，在苦草区，流经苦草层的流 速呈“旷型分布，其分布规律主要与苦草本身的结构有关，在无苦草区，水流流 速均呈叩’型分布，符合半对数关系，表明苦草对河道水流有明显的影响。苦草 对水槽流速的横向分布具有明显影响，在交汇区两边，苦草区和该苦草区同一断 面的无苦草区的流速分布测线在交汇区测线的两边明显的分为两个数值区域，苦 草生长的半断面内流速明显低于无苦草生长的半断面。同一工况、相同水深条件 流量和流速较大的工况下，水体流动受到的影响较大。 (3)水生植物对南水北调沿线缓流水体一南四湖的现场研究表明，挺水植 物、沉水植物均对水体的流速产生明显的影响，特别对水平流速的垂向分布影响 显著。同时，将水生植物对水流影响的阻力项引入到3D水动力计算模型之中， 摘要 模拟结果表明，在考虑水生植物对水流影响阻力项的计算条件下，流速计算值与 实测值误差较小，而采用替代糙率系数方法来表征水生植物对水流影响的计算条 件下，流速计算值与实测值误差较大，可知如何计算水生植物对水流影响的阻力 因素对模拟计算结果有较大影响。 (4)生态河道治理中河道滨水芦苇带在朝东圩港河道野外试验研究的结果 表明，滨水芦苇带对水体中的SS沉降和磷截留和去除具有明显的作用。而且， 水体中11P浓度与芦苇密度有关，芦苇密度越大，水体中’rP浓度越低。沉水植 物苦草对模拟水槽中TN、N出+-N、TP净化的试验数据表明，同一流速下氮磷 的浓度都有不同程度的降低。但是，TN、NI-h+-N、TP具有不同的最佳净化流速。 (5)碎石生态河床对秦淮河污染水体净化试验结果表明，碎石河床对TN和 N地+-N净化率可达90％以上，同时，水体的微生态环境得到良好改善，水体中 微生物种群向清洁型转化。 (6)木栅栏砾石笼生态护岸构建的试验结果表明，护岸建成后河段中水环境 净化效率大约在10％～20％、10～30％范围内。同时，生态河道建设后的大型无 脊椎动物出现仙女虫、涡虫和蜒科三种敏感类群，耐污类群降低显著，并且底栖 动物的类群发生了由耐污类群为主向中间类群为主的转化。 ④不同材料的生态护岸试验结果表明，砾石、生态砖、自然土壤均对氮磷 等净化表现出了显著的去除效果，而且材料的差异对氮净化效果的影响显著。变 渗径的生态护岸试验研究结果说明，水流渗流路线的长度对氮、磷、化学需氧量 和总悬浮固体表现出了明显影响，去除率随着水流渗流路线的增长而增加。 (8)卵砾石强化净化生态河道中，河道水流流速、水深等水流条件的变化对 水体中氮净化具有明显影响，水动力特征参数Re和Fr与氮净化系数K之间的 相关关系研究表明，卵砾石生态河道中，存在氮降解的最优Re和Fr范围。 关键词：河道治理，生态河床，生态护岸，水生植物，水动力参数，水体污染物 Ⅱ 摘要