基于四大家鱼生境水力学指标的丁坝布置型式及在长江中游戴家洲河段应用研究

摘要

丁坝作为一种传统的航道整治建筑物，通过改变所在河段的流场分布、水深条件，使河床冲淤、底质情况发生变化，进而影响多种生境因子，从而对底栖动物和鱼类生存环境产生影响。传统丁坝起到了防洪护岸、维持航路等作用，同时也会对汊道连通性、航道滩槽形态、水动力条件、河湖生态环境、水环境功能等产生影响。不同的丁坝布置形式会产生不同的水流流态结构，剧烈变化的水动力环境或是准静水环境对水生植物、水生动物等生境环境需求提出了新的考验。因此，合理配置丁坝能够使丁坝附近的区域产生适宜鱼类生存的流态结构，提高四大家鱼所在栖息地的适宜度及面积，即研究生态丁坝对水流流态及生境的影响尤为重要。基于上述背景，本文利用概化水槽模型的方法，模拟不同丁坝布设方式和水流条件下的水流流态，分析不同的丁坝布设方式所产生的生态水力学效果，为长江武安段航道整治工程布设方式优化提供相应的支撑。论文的主要内容和研究成果如下：　　（1）建立概化水槽的紊流模型、水流模型、水槽模型和四大家鱼生态水力学模型，对水槽中不同丁坝布设方式和水流条件下的水流流态进行模拟。　　（2）利用所建立的水槽模型，分析了丁坝布置形式对传统水流流态和紊动动能的影响。研究结果表明随着丁坝长度的增加，坝前水位壅高的程度更大，坝头的紊动效果也更加明显。丁坝长度的增加、丁坝数量的增加和大于1.5倍坝长的丁坝间距的增加均会使坝后的低速大环流区和高速流区的范围变大；大水流条件会大幅增强流速分区现象和坝头的紊动效果；丁坝数量的增加也会增加挡水效果，也会减缓单一坝体坝头的紊动效果；1.5倍坝长间距的间距布置河道适宜度最大，丁坝间距的增加会分散坝头的紊动效果。　　（3）在四大家鱼生态水力学模型基础上，将传统的水流流态的水力学特征，包括流速和水深特征，转化为可评价四大家鱼栖息地适宜度的生态因子进行分析。研究结果表明长丁坝表现出对较高适宜度指数面积有积极的影响效果，在枯水期的栖息地适宜度普遍比大水流条件下的适宜度高，且短丁坝在枯水期适宜度较高，长丁坝在洪水期适宜度较高。除此之外，在2m宽水槽的丁坝布置中，0.7m~0.85m坝长的丁坝在综合栖息地适宜程度上表现出较好的生态效果。　　（4）选取长江中游正在实施的戴家洲河段6.0m水深航道整治工程为对象，以四大家鱼产卵生境水力学指标为参照，模拟了戴家洲河段航道整治工程实施前后四大家鱼产卵生境水力学指标的变化，研究结果表明戴家洲河段工程实施后四大家鱼产卵栖息地适宜指数(HSI)、微生境适宜性面积(WUA)均增大，说明工程实施为四大家鱼产卵创造了更多的生境空间。

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