9河流生態(tài)修復(fù)中的若干問(wèn)題研究

1、河流修復(fù)中的若干問(wèn)題研究河流研究室2019-11-05主要內(nèi)容一、人類(lèi)活動(dòng)對(duì)河流的影響二、河流流量三、魚(yú)道水力學(xué)問(wèn)題四、水生植物對(duì)河道糙率系數(shù)影響一、人類(lèi)活動(dòng)對(duì)河流的影響下墊面變化用水量增加排污量增加人口資產(chǎn)集中河流徑流水利工程產(chǎn)匯流水環(huán)境水電工程直接影響間接影響水沙調(diào)節(jié)富營(yíng)養(yǎng)化冷水下泄渾水水庫(kù)氣體過(guò)飽和淹沒(méi)阻隔一、人類(lèi)活動(dòng)對(duì)河流的影響黃河調(diào)水調(diào)沙取得了舉世矚目的成就，實(shí)現(xiàn)連續(xù)20年不斷流；下游主河槽最小平攤流量為4200m3/s。黃河下游河道沖刷情況（2002-2018）-5.416一、人類(lèi)活動(dòng)對(duì)河流水庫(kù)排沙運(yùn)行對(duì)魚(yú)類(lèi)影響的影響一、人類(lèi)活動(dòng)對(duì)河流水庫(kù)排沙運(yùn)行對(duì)魚(yú)類(lèi)影響的影響對(duì)黃河中游漁業(yè)敏感

2、區(qū)和魚(yú)類(lèi)種群影響顯著：中游魚(yú)類(lèi)平均量損失均在50%以上；12種群多樣性指數(shù)大幅降低；黃河南營(yíng)段、圣天湖外灘“三場(chǎng)” 功能基本喪失；對(duì)漁業(yè)生產(chǎn)造成巨大損失（2012）。等，3采樣段面調(diào)水調(diào)調(diào)水調(diào)減少比例/%實(shí)際捕撈量/kg平均量/kg·km2實(shí)際捕撈量/kg平均量/kg·km2關(guān)河口段-17.45372.650.8944.4088.09段-210.51525.504.30215.2059.05圣天湖外灘-341.80570.004.5361.7389.17一、人類(lèi)活動(dòng)對(duì)河流水庫(kù)排沙運(yùn)行對(duì)魚(yú)類(lèi)影響的影響對(duì)黃河下游漁業(yè)和魚(yú)類(lèi)種群影響顯著：產(chǎn)量下降32.87%；河口漁獲物品種由39

3、種下降到21種（河南省水產(chǎn)，2011）。一、人類(lèi)活動(dòng)對(duì)河流水庫(kù)排沙運(yùn)行對(duì)魚(yú)類(lèi)影響的影響清水下泄階段的影響（約持續(xù)15天）下游河道庫(kù)區(qū)大壩泄水一、人類(lèi)活動(dòng)對(duì)河流水庫(kù)排沙運(yùn)行對(duì)魚(yú)類(lèi)影響排沙階段（約持續(xù)3-4天）的影響一、人類(lèi)活動(dòng)對(duì)河流水庫(kù)排沙運(yùn)行對(duì)魚(yú)類(lèi)影響的影響含沙量大于80kg/m3時(shí)，溶解氧低于2mg/L2mg/l一、人類(lèi)活動(dòng)對(duì)河流水庫(kù)排沙運(yùn)行對(duì)魚(yú)類(lèi)影響的影響排后鯉魚(yú)肝臟總抗氧化能力的變化排后鯉魚(yú)肝臟CAT活性的變化排后鯉魚(yú)血清LD含量的變化排后鯉魚(yú)肝臟MDA含量的變化排后鯉魚(yú)鰓絲ATP酶活性的變化排后鯉魚(yú)腎臟總SOD活性的變化水庫(kù)的排沙過(guò)程對(duì)黃河鯉魚(yú)的一些生理功能造成了顯著影響。水中溶解氧的

4、下降導(dǎo)致急性缺氧，細(xì)胞組織增強(qiáng)了無(wú)氧呼吸，機(jī)體自由基氧化與抗氧化防御系統(tǒng)作用的動(dòng)態(tài)平衡失調(diào)。急性缺氧應(yīng)激是魚(yú)類(lèi) 的主要 。一、人類(lèi)活動(dòng)對(duì)河流水庫(kù)排沙運(yùn)行對(duì)魚(yú)類(lèi)影響的影響高含沙水流過(guò)程：含沙量低于60 kg/m3時(shí)：排沙持續(xù)時(shí)間可以12h以上； 含沙量高于80 kg/m3時(shí)：排沙持續(xù)時(shí)間在2h以?xún)?nèi)。二、河流楠溪江流域概況流量甌江的第二大支流；流域面積2436km2，主流河長(zhǎng)142km。流域位于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均徑流總量28.6億m³。二、河流水生生物保護(hù)目標(biāo)流量保護(hù)目標(biāo)“淡水魚(yú)之王”篩選香魚(yú)作為水楠溪江流域魚(yú)類(lèi)有60多種，其中洄游魚(yú)類(lèi)有香魚(yú)、鰻鱺、花鰻鱺、鱸魚(yú)香魚(yú)三場(chǎng)分布二、河

5、流水流量pH、水溫、濁度、DO、NH3-N、TP、TN、COD浮游植物浮游動(dòng)物底棲動(dòng)物l2013年11月12日（降河洄游期）；l2016年5月2627日（育肥期）；l2016年10月2021日（產(chǎn)卵期）二、河流流量分析流量楠溪江干流不同斷面三種方法需水量比較：m3/s壩址斷面溪口斷面鯉溪斷面石柱斷面月份 Tennant 歷時(shí) 濕 Tennant 歷時(shí)曲 濕 Tennant 歷時(shí) 濕 Tennant 歷時(shí) 濕法（很 曲線 周 法（很 線法 周 法（很 曲線 周 法（很 曲線 周好） 法 法 好）法 好） 法 法 好） 法 法13.30.557.21.069.31.4116.62.2223.31.

6、317.22.299.32.6816.64.7633.33.377.26.299.37.7916.611.8345.53.77125.9215.57.5327.713.455.53.49125.9515.57.2627.713.6265.57.991215.5915.519.0627.726.563791375.52.91127.3515.59.3527.714.2185.52.14125.4915.56.527.711.9395.54.1126.3315.58.4127.716.04103.31.287.22.699.33.2916.65.58113.30.627.21.269.31.641

7、6.63.07123.30.397.20.879.31.1416.62.09二、河流流量分析流量生境參數(shù)指標(biāo)最低標(biāo)準(zhǔn)累計(jì)河段長(zhǎng)度的百分比%最大水深魚(yú)類(lèi)體長(zhǎng)的23倍95平均水深0.3m95平均流速0.3m/s95水面寬度30m95濕周率50%95過(guò)水?dāng)嗝婷娣e30m295水面面積70%水溫適宜魚(yú)類(lèi)生存、繁殖生境形態(tài)指標(biāo)概念界定急流平均流速1 m/s段數(shù)無(wú)較大變化，急流、較急流段累計(jì)河段長(zhǎng)度減少<20較急流平均流速0.51 m/s較緩流平均流速0.30.5 m/s緩流平均流速0.3 m/s深潭最大水深10m個(gè)數(shù)無(wú)較大變化淺灘河岸邊坡10°，5m范圍內(nèi)水深0.5m基于保護(hù)目標(biāo)生境需求的

8、需水量的確定方法：生境參數(shù)指標(biāo)：水深、流速、濕周、水面寬、過(guò)水?dāng)嗝娴拿娣e、水面面積、水溫； 生境形態(tài)指標(biāo)：急流、緩流、淺灘及深潭。二、河流流量分析生境指標(biāo)參數(shù)的確定流量干流河道呈現(xiàn)深槽與淺灘交替出現(xiàn)的特征生境參數(shù)指標(biāo)生境形態(tài)指標(biāo)最大水深平均水深平均流速水面寬度濕周率過(guò)水?dāng)嗝婷娣e水面面積水溫急流較急流較緩流緩流 深潭 淺灘NANWXSPlan: Plan 01 2014-1-1540LegendWS Q55.4Ground Bank Sta35石柱斷面30252015050100Station (m)Elevation (m)Elevation (m)Elevation (m)NANWXS Pl

9、an: Plan 01 2014-1-15646260鯉溪斷面LegendWS Q31Ground Bank Sta58565452504846050100150200Station (m)NANWXS Plan: Plan 01 2014-1-157876溪口斷面LegendWS Q24Ground Bank Sta7472706866050100150200250300Station (m)二、河流流量分析流量各斷面流量月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月壩址低流量1.21.22.53.73.73.73.73.73.72.51.21.2溪口1.72.25.45.96.

10、211.38.17.15.93.91.81.7鯉溪2.12.66.97.57.514.810.18.184.52.22石柱2.94.71113.313.822.31513.515.66.83.72.9壩址推薦流量333556556533溪口3.54.05.97.27.513.69.48.48.26.45.65.5鯉溪3.94.47.48.88.817.111.49.410.37.06.05.8石柱4.76.511.514.615.124.616.314.817.99.37.56.7二、河流香魚(yú)育肥期的流量需水量計(jì)算方法香魚(yú)三場(chǎng)分布二、河流香魚(yú)育肥期的流量流量三、魚(yú)道水力學(xué)問(wèn)題研究國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

11、我國(guó)魚(yú)道建設(shè)經(jīng)歷了三個(gè)階段第二階段為從上世紀(jì)80年代到上世紀(jì)末，屬于魚(yú)道建設(shè)停滯期，個(gè)別工程通過(guò)建設(shè)增殖放流站來(lái)解決珍稀魚(yú)種的保護(hù)問(wèn)題。第三階段為自21世紀(jì)以來(lái)，國(guó)內(nèi)又開(kāi)始恢復(fù)了魚(yú)道的研究與建設(shè)，并作為水利水電工程環(huán)第一階段為從上世紀(jì)50年代末到80年代初，國(guó)內(nèi)開(kāi)始研究魚(yú)道并相繼建設(shè)了40多座魚(yú)道， 但大多已停止運(yùn)行或廢棄。境影響評(píng)價(jià)中環(huán)境保護(hù)的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。三、魚(yú)道水力學(xué)問(wèn)題研究國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀溪流式魚(yú)道 、誘魚(yú)道（船閘式）流式魚(yú)道、鎖式長(zhǎng)良川河口堰（閘）注：統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)只是左岸誘流式魚(yú)道的過(guò)魚(yú)數(shù)量美國(guó)哥倫比亞河及蛇河水利水電工程梯級(jí)工程魚(yú)道30多年來(lái)，為哥倫比亞河及其支流蛇河的過(guò)魚(yú)效果，共投入

12、70億。三、魚(yú)道水力學(xué)問(wèn)題研究國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀魚(yú)類(lèi)游泳能力魚(yú)類(lèi)的游泳能力包括特性和克流能力兩個(gè)方面。特性：以感應(yīng)流速為指標(biāo)?？肆髂芰Γ撼掷m(xù)游泳速度、臨界游泳速度和爆發(fā)游泳速度因此需對(duì)我國(guó)本土魚(yú)種的游泳能力進(jìn)行系統(tǒng)研究，逐步形成完備的魚(yú)類(lèi)游泳能力數(shù)據(jù)庫(kù)，為我國(guó)魚(yú)道水力學(xué)設(shè)計(jì)提供切實(shí)的設(shè)計(jì)依據(jù)。我國(guó)魚(yú)類(lèi)游泳能力研究起步晚，在魚(yú)種和體長(zhǎng)范圍等方面尚未形成系統(tǒng)的研究成果。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有魚(yú)類(lèi)游泳能力研究成果還難以滿足我國(guó)魚(yú)道水力學(xué)設(shè)計(jì)的需求。三、魚(yú)道水力學(xué)問(wèn)題研究試驗(yàn)設(shè)計(jì)和方法本研究將以5-15cm的草魚(yú)幼魚(yú)為研究對(duì)象，利用研發(fā)的魚(yú)類(lèi)游泳行為試驗(yàn)裝置對(duì)水溫28左右條件下的草魚(yú)幼魚(yú)游泳能力和游泳行為進(jìn)行系統(tǒng)研究三

13、、魚(yú)道水力學(xué)問(wèn)題研究試驗(yàn)結(jié)果與分析1.05131.00120.95110.90100.8590.8080.7570.700.655656789101112131467891011121314體長(zhǎng)/cm草魚(yú)幼魚(yú)臨界游泳速度與體長(zhǎng)的關(guān)系體長(zhǎng)/cm草魚(yú)幼魚(yú)相對(duì)臨界游泳能力與體長(zhǎng)的關(guān)系臨界游泳速度/(m/s)相對(duì)臨界游泳速度/(BL/s)臨界游泳速度隨著試驗(yàn)魚(yú)體長(zhǎng)的增加而增加，相對(duì)臨界游 泳速度隨著試驗(yàn)魚(yú)體長(zhǎng)的增加而降低，基本都呈線性關(guān)系Ucrit = 0.039BL + 0.489Ucrit¢ = -0.557BL + 14.5451.草魚(yú)幼魚(yú)的臨界游速三、魚(yú)道水力學(xué)問(wèn)題研究試驗(yàn)結(jié)果與分析

14、草魚(yú)幼魚(yú)的游泳速度隨著擺尾頻率的增加而增加，基本呈線性關(guān)系，擬合關(guān)系式為：U = 0.771TBF + 0.015通過(guò)試驗(yàn)錄像分析，對(duì)草魚(yú)幼魚(yú)在不同流速下的尾鰭擺動(dòng)頻率做了統(tǒng)計(jì)2.草魚(yú)幼魚(yú)的擺尾頻率與流速的關(guān)系三、魚(yú)道水力學(xué)問(wèn)題研究試驗(yàn)結(jié)果與分析流速約為試驗(yàn)魚(yú)臨界游速的95.9±1.8%；逆流后退的狀態(tài)增多偶發(fā)性的逆流沖刺行為隨著流速的增多， 這種反復(fù)逆流后退和沖刺的行為變得頻繁流速約為試驗(yàn)魚(yú)臨界游速的45.6±2.3%自在的游動(dòng)、逆流狀態(tài)水流并未對(duì)魚(yú)類(lèi)的游泳產(chǎn)生脅迫第四階段第二階段0臨界游速第一階段第三階段流速約為試驗(yàn)魚(yú)臨界游速的82.8±3.2%； 擺尾頻率隨

15、著流速的增加而增加，且魚(yú)體處于緊張狀態(tài)，水流對(duì)魚(yú)類(lèi)的游泳產(chǎn)生了一定的阻礙作用流速已接近試驗(yàn)魚(yú)的臨界游速；試驗(yàn)魚(yú)的尾鰭觸及試驗(yàn)區(qū)下游攔網(wǎng)不再向前游動(dòng)3.草魚(yú)幼魚(yú)的游泳行為四、水生植物對(duì)河道糙率系數(shù)影響通過(guò)“概化”試驗(yàn)研究，即淹沒(méi)條件下的柔性模型植物室內(nèi)水槽試驗(yàn)，結(jié)合量綱分析理論，分析了柔性植物（包括植物高度、柔韌度、種植密度） 對(duì) 糙率的影響，并尋求含水生植物河道等效 糙率系數(shù)的通用（或概化）表 。四、水生植物對(duì)河道糙率系數(shù)影響可調(diào)尾門(mén)消浪柵矩形量水堰20002000200020002000150038001380：mm）試驗(yàn)?zāi)Ｐ驼w平面示意圖（圖中為模型，2000020002000200020

16、002000消浪柵0.003通氣孔接測(cè)壓管138015003800：mm）試驗(yàn)?zāi)Ｐ驼w立面示意圖（圖中為型，20m長(zhǎng)矩形水槽，0.6m寬，底坡3。ll上水管閥門(mén)調(diào)節(jié)流量，尾門(mén)0.200.50m。水深：流量40100L/s，流速0.150.70m/s，水深6001200730 16001000500230試驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)四、水生植物對(duì)河道糙率系數(shù)影響1.設(shè)置0、142、198、269株/m2共四種植物生長(zhǎng)密度（M0M5)；每種植物生長(zhǎng)密度設(shè)0.25、0.30、0.35、0.40、0.45m共2.水深（HC1HC5），五組以5#水位站；3.每組水深調(diào)節(jié)0.04、0.06、0.08、0.10m3/s四

17、級(jí)流量（Q設(shè)1計(jì)Q共4）80。組試驗(yàn)工況試驗(yàn)工況四、水生植物對(duì)河道糙率系數(shù)影響l hv為植物倒伏后有效高度l h為水深l hv/h為植物相對(duì)淹沒(méi)高度l nv為綜合糙率系數(shù)=H C 10.30cmH C 10.25cm= 0.35cmH C 1= 0.40cm= 0.45cmH C 1H C 1規(guī)律1：綜合糙率系數(shù)nv隨植物相對(duì)淹沒(méi)高度hv/h的增加而增加，體現(xiàn)了植物高度和整體阻水面積的阻力影響。四、水生植物對(duì)河道糙率系數(shù)影響計(jì)算值與實(shí)際值的比較規(guī)律2：提出了植物挺立度概念，來(lái)反映柔性植物的柔韌性。得出植物倒伏后的有效高度hv與水流的關(guān)系。四、水生植物對(duì)河道糙率系數(shù)影響0.04l 植物越密集，斷

18、面阻水面積越大，密度達(dá)一定程度時(shí)，植物阻水影響基本不再隨植物密度增加而改變；l 相同密度的植物在流速較低時(shí)對(duì)水流阻力的影響更為顯著0.040.030.030.020.02Q=0.04m3/s Q=0.06m3/s Q=0.08m3/s Q=0.1m3/sQ=0.04m3/s Q=0.06m3/s Q=0.08m3/s Q=0.1m3/s0.010.010001002003000100200300M (株/m2)M (株/m2)=H C 10.25cm=H C 10.30cm0.040.040.040.030.030.030.020.020.02Q=0.04m3/s Q=0.06m /s Q=0

19、.08m3/s Q=0.1m3/sQ=0.04m3/s Q=0.06m3/s Q=0.08m3/s Q=0.1m3/s3Q=0.04m /s Q=0.06m3/s Q=0.08m /s Q=0.1m3/s30.010.010.01300000100200300100200300M (株/m2)0100200300M (株/m2)M (株/m2)= 0.35cmH C 1= 0.40cm= 0.45cmH C 1H C 1nVnVnVnVnV規(guī)律3：綜合糙率系數(shù)nv隨著植物生長(zhǎng)密度M的增加而增大，并且漸趨平穩(wěn)，反映了種植密度對(duì)阻力的影響。四、水生植物對(duì)河道糙率系數(shù)影響hv=0時(shí)，意味沒(méi)有植物影響， nV =n0(hvnV /n0與植物相對(duì)淹沒(méi)高度 hv /h 二者具有指數(shù)函數(shù) e/ h)關(guān)系6.06.06.0nV 2 = 1 + 4.610(e(hv / h ) - 1)nV 1 = 1 + 4.245(e(hv / h ) - 1)nV 3 = 1 + 4.968(e(hv / h ) - 1)(N = 198)(N = 142)(N = 269)5.05.021n5.03nn000= 0.983R 2= 0.990R 2= 0.983R 24.04.04.03.03.03.02.02.02.01.01.01.0010101.11.21.31.41.51.1