河道生态修复数值模拟研究.pdf

河道生态修复数值模拟研究陈艳东(辽宁省凌源市水务事务服务中心辽宁凌源)中图分类号:.文献标志码:./.摘要:为研究凌源市青龙河生态修复环境变化特征运用 水动力模型模拟分析生态修复前后不同流量下的鱼类栖息环境及流速变化状况 结果表明:在./、./和./流量条件下河道生态修复可以使鱼类栖息环境面积增加.、.、.河道区流速增大./、./和./河道生态修复为动植物生长繁殖创造了适宜的空间环境实现了流域水生态系统协调发展和良性循环关键词:生态修复数值模拟 模型青龙河 水资源具有生态、自然、社会等多种属性在生态环境演替和人类社会发展中具有重要作用 河流是水的基本载体在生态服务、系统循环等领域占据主导地位 近年来我国修建了大量的治河工程污染物无序排放及河流岸线滥用乱占事件频发河流生态系统健康受人类强烈的活动干扰出现损伤造成水体自修复和自净功能下降、生物多样性减少、水污染加重及河流自然形态破坏等一系列问题 另外对河流生态文明意识薄弱、管护不到位等原因致使河流景观、生态、资源、防洪等生态服务功能退化 因此加强河流生态修复必然成为未来发展趋势对此诸多学者开展了广泛研究 例如蔡玉鹏等研究认为生物栖息环境受河道流量的影响较大对于中华鲟生态流量计算栖息地模拟法具有较好适用性 鉴于此本文以凌源市青龙河为例应用 水动力模型研究分析生态修复后的鱼类栖息环境和流速变化状况 工程概况凌源市青龙河段生态修复工程主要覆盖下游虎头石桥至上游东营子段治理长度.整治范围内包括两个自然保护区其中国家级和省级保护区长度.、.依据自然保护区相关规定两个保护区内不设工程采取自然封育 生态修复工程措施有护岸工程修复 处共计 、新建护岸工程 处共计 、植物防护工程、排水涵洞工程、河道清滩工程等工程建成后可以有效控制青龙河主河道的游荡形势稳定主河槽为河道中鱼类提供稳定的“三场”条件有利于青龙河中鱼类数量的增加控导工程在水中的石笼护脚、石笼护岸及依附在护坡面上的水草将有利于鱼类的产卵(特别是产粘性卵的鲤鱼)控导工程周边地区建设的植草、植树项目在滩区上水后会被河水淹没为河道鱼类提供非常丰富的饵料条件有利于鱼类的生长和繁殖 工程建设后能有效提高控导工程引流送流能力减轻青龙河主流对工程段岸坡淘刷减少河岸坍塌防止主流冲向护岸护脚保证主流在规划治导范围线内活动控导工程整治流量为 ./工程建设后河道漫滩流量维持在 年水平 非汛期工程建设对河水漫滩基本没有影响汛期来水量在 ./内洪水不漫滩工程区域范围内未发现有列入国家级保护及濒危鱼类也无辽宁省重点保护鱼类 工程建设对河道鱼类的主要不利影响在施工期表现为工程施工扰动水体对鱼类栖息环境的破坏并可能导致局部河段鱼类数量下降但这种影响仅限于工程局部河段且作用时间短会随着施工活动的结束而立刻消失不会对青龙河鱼类资源造成明显的不利影响在运行期工程对鱼类则会在产卵、繁殖、觅食等方面产生长期的有利影响 因此在施工期对鱼类的不利影响程度有限从长远的角度看工程的建设对青龙河鱼类资源有利 水动力模型.数学模型 水动力模型的控制方程包括连续性方程和 方向、方向的动量方程具体方程详见参考 年第 期 水土保持应用技术文献.参数设置在 系统中导入凌源市青龙河段地形数据考虑地形特征合理划分网格采用三角形网格以保证计算精度和运行时间符合要求通过调整大小使其尽可能与三角形相近以防出现过大或过小的情况 根据以上要求采用 模型将研究河段划分成 个网格共计 个节点数上下边界条件取河道上、下游界限汇入口设置在河道中间段并适当调整河岸带植被、河床粗糙度、粘性系数等水动力学模型参数不同流量()条件下模型计算情景如表 表 不同情景设计流量情景情景 情景 情景 /(/).结果与分析.流速分析采用 水动力模型计算不同情景设计流量下 河道生态修复后的过流断面较窄在枯水期最小流量./条件下仅能维持基本过流能力 随着流量的增加河道水流速度表现出多样化变化特征在较高流量./条件下上游河道水流速度明显变化且分布较为平均未出现局部河段流速过大或过小的情况 生态修复在不同程度上提高了河口处与河道区流速在./、./、./流量条件下河道区流速分别增大./、./和./河口处流速分别增大./、./和./由于河道治理前大量采砂活动致使水流速度减小过水面积增加局部河段流速降低近 在很大程度上影响着河道原始形态 不同流量条件下生态修复会在一定程度上增大河道流速如./流量条件下河道区流速较生态修复前增加.在./、./、./流量条件下河口处流速较生态修复前分别增加.、.、.平均增幅.鱼类栖息环境从高等、中 等 和 低 等 生 境 个 层 次 运 用 水动力模型模拟计算不同情景设计流量下河道区鱼类栖息环境面积变化情况 通过对比分析可知虽然生态修复在一定程度上减少了河道鱼类栖息环境面积但高等生境面积明显增加这是由于生态修复前河道具有较大水域及过水断面面积但鱼类栖息环境质量较差或大部分环境不适合栖息虽然生态修复减少了总的栖息面积但适宜鱼类生长繁衍的高等生境明显增大为鱼类提供了良好的生长空间如./流量条件下高等生境面积明显增加 在./、./、./流量条件下高等生境面积较生态修复前分别增加 万、万 和 万 增幅达到.、.和.生态修复有效恢复了河流的生态功能为河道内鱼类的健康发展提供了有利条件 结论本文运用 水动力模型模拟计算了凌源市青龙河段生态修复前后的鱼类栖息环境面积流速变化情况主要结论如下:()生态修复明显改变了凌源市青龙河的水流速度./、./、./流量条件下河道区流速分别增大./、./和./河口处流速分别增大./、./和./()虽然生态修复减少了总的栖息面积但适宜鱼类生长繁衍的高等生境明显增大为鱼类提供了良好的生长空间./、./、./流量条件下高等生境面积较生态修复前分别增加 万、万 和 万 增幅达到.、.和.()综合考虑鱼类栖息环境和水流速度变化情况最终认为生态修复治理有利于促进凌源市青龙河的长效协调发展参考文献 蔡玉鹏万力杨宇等.基于栖息地模拟法的中华鲟自然繁殖适合生态流量分析.水生态学杂志():.王松.河道生态治理工程绩效评价研究.水土保持应用技术():.李春江.抚顺山地丘陵区小河道生态整治初探.水土保持应用技术():.收稿日期:作者简介:陈艳东()女本科工程师 研究方向:水利水电工程、水土保持、水文水资源、河道、农业水利工程、移民、监理(责任编辑 郑娟 责任校对 赵旭珍)水土保持应用技术 年第 期