清潩河流域（许昌段）河道物理生境改善研究

摘要

本文选择清潩河流域（许昌段）为研究区域，针对清潩河流域（许昌段）河道流速、水深均一化，河床生境单一等物理生境问题，以改善河道物理生境为目的，首先，对流域内水生生物、河道物理生境和流速、水深及底质现状进行调查和评估，提出物理生境改善对策;其次，通过MIKE21二维水动力模型，模拟优化调整各生境改善技术的构筑参数;最后，利用River2D鱼类栖息地二维数值模型，模拟生境改善整体措施对指示鱼类的栖息地加权可利用面积(Weighted Usable Area，WUA)的影响变化，以验证物理生境改善的效果。为将来的河流生境改善工程提供理论依据与数据支撑。
　　(1)对流域内的水生生物进行现状调查，发现流域内水生植物优势种群为篦齿眼子菜、芦苇、香蒲和菹草，底栖动物优势种群为摇蚊幼虫、霍甫水丝蚓、梨形环棱螺和耳萝卜螺，鲫鱼和麦穗鱼在鱼类种群中占有绝对优势。以上种群均为适应范围广、繁殖能力强的本土优势类群，因此本研究将其作为生境改善的目标物种;选用河流快速生物评价（Rapid Bioassessment Protocols，RBPs）方法，对研究区域的河流物理生境现状和流速、水深及底质进行调查与评估，结果发现清潩河上游和灞陵河-小泥河中游河段的物理生境质量较差，亟需得到改善;流域物理生境存在的问题如下:①清潩河上游干涸，缺乏生态流量;②流域整体上流速较慢，水位较浅，缺乏水生动植物所需的急流区和深水区生境;③河床底质多为淤泥，缺乏细砾和坚实的沙砾;④缺乏深潭-浅滩序列;⑤河道经人工干预较为严重，生境退化程度较明显，顺直且无边滩，缺少裸露基岩、漂砾等河面覆盖物，生境类型较为单一，且质量较差等。针对以上问题，本研究选取丁坝群、深槽-浅滩和堰/砾石群三种技术，通过改变河道多缓流、多浅水和流速、水深均一化的现状，构建砾石等河面覆盖物，恢复河道蜿蜒性等，提升物理生境质量。
　　(2)采用MIKE21水动力模型，对比优化了丁坝群、深槽-浅滩和堰/砾石群的构建参数。丁坝优化后的措施参数为:坝间距为10m（约为丁坝长度的2倍），迎、背水面与水流方向夹角分别为30°和120°的梯形丁坝群;深槽-浅滩优化后的措施参数为:深槽为长轴8m，短轴5m，深2.5m的类椭圆形，底部铺设泥沙和卵石底质，浅滩为水深0.3m，长轴8m，短轴5m的凸起，浅滩带河床铺设漂砾、圆石和块石基质。堰/砾石群优化后的措施参数为:堰体高0.8m，上底宽2.0m，下底宽4.4m，迎水面1∶2，背水面1∶1，堰体由不同粒径的块石基质组成，上层是大粒径块石(粒径20～30cm)、下层为小粒径块石(粒径10～20cm);每个砾石群由4块直径为1.0m的不规则大棱角砾石构成，砾石之间的间距为0.5m;砾石群之间的间距10m左右，砾石放置在深泓线两侧各1/3的范围。参数优化模拟研究结果表明:丁坝群、深槽-浅滩和堰/砾石群能够增加河道局部流速和水深的多样性、增加深水区和急流区，从而改善水深和流速均一化、流态单一、缺乏河面覆盖物等生境现状。
　　(3)通过River2D鱼类栖息地二维数值模型，在灞陵河模拟河段内设置参数优化后的生境改善措施，模拟验证其对WUA的改善效果。结果表明，丁坝群等物理生境改善措施构建后，WUA为原河道的15.4倍，丁坝群和砾石群对鲤科鱼类栖息地的改善情况更为明显，经参数优化的丁坝群、深槽-浅滩和堰/砾石群整体上对物理生境的改善效果较好。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外相关研究进展

1．2．1 河流生境评价方法研究进展

1．2．2 河道生境改善技术研究进展

1．2．3 存在问题

1．3 研究目的与意义

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究意义

1．4 研究内容与技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

1．5 创新点

2 现状调查评估与对策

2．1 调查与评估方法

2．1．1 水生生物调查方法

2．1．2 生境现状调查与评估方法

2．1．3 流速、水深和底质调查方法

2．2 调查与评估结果

2．2．1 水生生物调查结果

2．2．2 RBPs生境调查与评价结果

2．2．3 流速、水深和底质调查结果

2．3 生境改善的需求与对策

2．4 小结

3 物理生境改善技术参数优化模拟研究

3．1 研究方法

3．1．1 数学模型理论背景与模型建立

3．1．2 模拟条件设置

3．2 结果与分析

3．2．1 丁坝群模拟结果与分析

3．2．2 砾石群模拟结果与分析

3．2．3 深槽-浅滩模拟结果与分析

3．2．4 堰模拟结果与分析

3．2．5 生境改善措施对物理生境因子改善效果总结

3．3 小结

4 基于River2D的生境改善效果验证

4．1 研究方法

4．1．1 模型理论背景

4．1．2 模拟河段的选取

4．1．3 目标物种的选取及其适宜性曲线

4．1．4 生境改善措施的布置

4．1．5 基础资料的收集

4．1．6 模型的建立

4．2 结果与分析

4．3 小结

5 结论及展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果

致谢