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基于砾石群布置的裁弯河道内生物栖息地自然化改造研究

来源：花匠小妙招时间：2025-01-03 00:45

基于砾石群布置的裁弯河道内生物栖息地自然化改造研究

【摘要】： 在我国城市化不断发展的过程中,社会经济也得到了空前的发展。为了抵御洪水,或是航道开发,亦或是城市扩张,人们采取了人工裁弯取直的河道整治措施。除此之外,河道自然裁弯亦对生物栖息地造成较大的破坏。为评估城市化进程中河道裁弯取直对生物栖息地的影响,探讨砾石群对河道栖息地自然化改造的效果,研究裁弯砾石群河道的生态需水量。以金沙溪为例,采用文献调研和数值模拟的方法,选择区域优势鱼种——鲢鱼为目标物种,耦合河段的平面二维水动力模拟,研究了河道裁弯取直前后鲢鱼栖息地的质量变化,以及裁弯河道内砾石群布置方式对鲢鱼栖息地的影响特性,并利用栖息地法研究裁弯砾石群河道的生态需水量。研究表明:(1)通过对原河道裁弯取直,进出口断面水位分别降低0.64m和2.23m,20年一遇洪水位大幅回落,有效解决了研究区域防洪问题。裁弯河道鲢鱼栖息地加权可用面积(WUA)大幅减少,且鲢鱼可用面积百分率(PUA)由原河道的17.99%骤减至9.20%,水流Fr在原河道主流线附近有明显的增大,剪切速度值由原河道的横向梯度分布转变为均匀分布。裁弯取直在疏通河道降低洪水位同时也破坏了原河道的流态,使得河道水流流态恶化,鲢鱼可生存空间减小。(2)通过对裁弯河道布置砾石群,位于凹岸且布置密度最大的方式鲢鱼栖息地可用面积百分率由裁弯河道的9.20%增长至15.06%,砾石群下游附近水流的Fr由裁弯河道的0.13～0.40降低至0～0.27之间,剪切速度值由裁弯河道的0.11～0.16降低至0～0.11之间,砾石群下游区域形成低速水流区。且在河道中间设置固定点比较同位置不同布置密度的Fr,分别为0.46、0.47、0.48,认为同一位置随着布置密度的增大,河道主流区流速也将增大,且河道中Fr较小的区域逐渐增大。布置于河道中间及凸岸的砾石群均产生了适宜鲢鱼生存的栖息地,故砾石群的布置创造了适宜鲢鱼的生存环境,对鲢鱼栖息地自然化改造效果显著。(3)基于正交试验设计,通过极差及方差分析,认为各因素对PUA影响大小顺序为:河道流量>砾石堆积体边长>砾石堆积体间距;单体砾石堆积体边长为20m,间距为9m,流量为1418m~3/s时,为最佳砾石群特征及河道流量组合;并通过设置不同的流量工况得出原河道生态需水量为718m~3/s,裁弯砾石群河道生态需水量为618～696m~3/s。砾石群的布置保护了鲢鱼栖息地的稳定性,且达到鲢鱼栖息地最佳状态所需水量减少,为生态保护、水资源利用调度提供了理论依据。

【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2021