首页 > 分享 > 坝下河道水生物栖息地的生态恢复研究.pdf

坝下河道水生物栖息地的生态恢复研究.pdf

花匠小妙招
2024-11-11 08:58

泥沙研究
2016年8月
Journal of Sediment Research
第4期
文章编号:468-155X(20161040062-06
坝下河道水生物栖息地的生态恢复研究
贾磊
(天津大学建筑工程学院水利T下程仿真与安全国家重点实验室,天津300072)
摘要:河道内砂砾滩形态发挥着重要的河流生态作用,水库下游河道沉积物相对有限,砂砾枳累构建砂砾滩可
作为恢复河道下游生态系统的重要手段。作者进行现场生态水文数据及地貌形态分析,提出河道水生物栖息
地生态恢复方法,在北方水库夏季洪峰冲击作用下,顺水流沉积,形成砂砾浅滩。通过测定水温、悬浮颗粒有
机质浓度、水力梯度及基流条件下砂砾滩周边浅水宽度等特征值,分析动态构建的砂砾滩及物理塑造沙岛的
生态功能属性。结果显示,该水生物栖息地修复方法通过增加夏季基流中水力梯度、潜流交换率和悬浮颗粒
有机质的保留率,修复河床基质渗透性,同时延长河道浅水层湿度边界范围,结合粗沙积累效果,增加河道形
态复朵性,改善潜流交换效率和悬浮颗粒有机质浓度,最终加强流螋内温度的异质性,修复河流水生物柄息地
的生态功能。
关键词:河流修复;砂砾滩形态;潜流;水生物栖息地
中图分类号:TV147
文献标识码:A
DOI:10.16239/j.cnki.0468-155x,2016.04.010
河道内砂砾滩地形(例如浅淮等)为水生物提供多样的栖息地环境,起到了重要的生态作用,从地
表水保留过滤的有机质,通过连续的河流生态系统代谢过程,提高营养物的循环能力,为河流生境提供
能量2。由于水库对沉积物的截留作用,促进下游河道自身净化及食物网的恢复。另外,河道中的潜
流交换(沿河床的地表水和地下水的交换作用)增强水文和温度的空间异质性,也有利于生物化学的物
质交换,为人类活动用的氮和磷供应提供通道,将更有利于河流水质的改善。
大坝对沉积物的截留作用造成下游河道沉积物的缺乏,将引起一系列河岸形态改变,例如河床退化,
河道下切,岸线侵蚀等河道内地貌特征的缺失,这将导致栖息地复杂性的降低和河流生物多样性的衰
减-?。沙洲和浅滩数量的减少会直接导致潜流交换和温度空间异质性的连续缺失,从而对流域水生物
生存产生深远影响。因此,粗沉积物被视为维系坝下河流栖息地复杂性和生态功能的重要资源°-71
与常规水生物栖息的浅滩地形相比,河道内沙洲修复为水生物提供了更复杂的栖息地,如成年鱼类
可以在砂砾滩边缘活动,并沿着浅滩产卵,幼年鱼类可以在回水区栖息-”。通过河道挖砂及堆砌等物
理作用形成砂砾滩地形,称为物理塑造。更多的修复坝下砂砾滩的方法是在丰水期泄洪时增加砂砾,水
流促使沉积物传输并在下游沉积,通过河流地貌过程生成砂砾淮,被称为动态构建。促进河流物质交换
(包括纵向和横向)修复砂砾滩的方法已被广泛认可,一些河流修复研究已经将潜流交换和有机质保留
作为生态修复目标,但是在量化河流形态属性等生态因子上:很少有验证实例。北方讷漠尔河试验河
段满足物理塑造和动态构建的试验条件,即通过挖砂和堆砌等物理方法塑造个沙岛和点滩,同时通过
洪峰水流砂砾填充而动态生成中滩和下游点滩。本研究通过评估河段澘流的时问分布,尤其是潜流速
收稿日期:2016-02-26
基金项目:水体污染控制与治理科技重大专项(2013ZX07501-004
作者简介:贾磊(1983-),男,辽宁沈阳人,博士研究生,主要从事河流生态修复及水生态景观设计规划工.作。
E-mail:jialei@tju.edu.cn
62
率对水力梯度和颗粒有机质渗透性的影响,根据不同的河流地貌特性,提出一种基于改善水生物栖息地
生境的方法,并且对河道生态系统恢复作用做出评价(图1)。
1研究区域与方法
1.1研究区域
野外试验选择东北平原讷漠尔河,坐落在黑龙江省,上游山口水库大坝高度35m,库容9.95亿m3。
库区多年平均年降水量581.3mm,降雨主要集中在汛期6-9月,占全年降水的76%左右。从水库大坝
到下游河道,水流量和沉积物的减少改变了河道形态,包括河床粗化,河道变窄和固化,河岸侵蚀,造成
大量水生物减少。水库运行管理部门通过丰水期高水位泄洪及增加砂砾等手段,对河流生态需水量进
行重新分配,并在坝下游河道重建水生物栖息地,最终实现维持动态均衡的河流生态修复过程(图2)。
(1)河道内栖息地生成机理
凹地分岔河道
砂砾滩
动态构建
物理塑造
基流释放
D4((D3
一水流方向
砂研
道砂砾
补充
采砂填埋
(2)水文一地形考虑因素
地
?水库大坝
水力梯度」(基质港透率」浅水宽度)边界长度
侧向河道
(3)生态效应
D1
潜流
颗粒有机质
保留
人
氮循
0100200300m
纯
图2基流条件下研究河段位置与河流形态
图1砂砾滩地形特征的形成机理
Fig 2 Location and morphology of
Fig. I Mechanism of gravel floodplain Progresses
gravel bars at a base flow
栖息地恢复试验以河道内砂砾滩重塑为目标,通过水库调节,增加较粗颗粒泥砂供应和大坝下游河
道冲刷粗化。大坝下游3km的试验点包含两方面河道沙质特性,即局部增加粗砂的自然淤积和重塑河
道沙岛及砂砾滩。选择4个河道内砂砾滩,采用两个不同的生成方法(表1)。示范河段1350m,在
2012年以前,研究河段形态为单一型河道,2012年在上游河段侧向挖砂生成沙岛,D1为人工塑造的沙
岛,沿右岸堆积泥沙,生成蜿蜒河湾和点滩,D2为人工塑造的点滩,D1是以前泛洪平原的一小块,它通
过河道采砂从泛滥平原中被分离,由于大量细砂维持浓密的河岸植被,使D1高度稳定,因此没有被丰
水期洪峰冲入河流。点滩D2由对岸挖砂的砂料组成,并在主河道中形成河弯。点滩由两部分材质组
成:水位以下部分,由干浄的砂砾组成,水位以上成分主要是附近梯田挖掘滩砾,一个凹形区域(长37m,
宽21m)处于点滩尾部与主流河道相连接(图2)。
表1河道内砂砾地貌属性
Table 1 Geomorphologic characteristics of fluvial processes
类型
生成机理次级河道长度/m宽度/m周长/m生成年份
沙岛
物理构建一河道挖砂
侧向河道
116
2012
点滩
物理构建一砂砾堆砌
四地
198
2012
中滩
动态构建-丰水期砂砾补充分岔河道
147
2013
点滩
动态构建-丰水期砂砾补充
凹地
101
43
另外两个砂砾滩于2013年形成,丰水期水流携带砂砾,加强了下游河床冲刷和床沙的交换。结合
侧岸冲刷及水流输运作用,堆积在D3处,位于下游400m动态构建的中滩(图2)。中滩由新淤积的砂
砾组成,并且在夏季基流中分流形成分岔河道。沿着右岸下游500m,另一个点滩D4淤积在弯曲河道
上。D4包括一个凹形区域(长26m,宽19m),位于下游尾部。D4处大多数砂砾来源于河道左岸侵蚀,
该砂砾滩地形约有6410m3