河流水文特征变化对河岸带环境效应的影响机制研究

在影响河岸带环境效应的众多因素中，河流水文特征变化是最不确定、同时也是最显著的因素。每年河流正常的流量和变化不大的水位会在河岸带产生独特的水文和土壤条件。但随着洪水的到来，河流的流量加大，河流的水位提高，河岸带土壤中氧的含量、化学组成和营养物质等理化指标将会发生改变。另外，洪水发生的频率和持续时间决定了河岸带植物群落类型的分布，植物的根部对河岸带水和土壤的耐受力影响着其对河流水文特征变化的生理响应。基于此，本项目采用野外调查、现场观测、室内实验、理论分析相结合的研究方法，通过分析河流水位变化引起的河岸带土壤理化指标的变化，探讨河流水位变化对河岸带净污效果的影响，剖析河流水位变化引起的河岸带植被的生理响应机制，探求不同水流速度情况下河岸带对河流中悬浮物的截留效应，从而揭示河流水文特征变化对河岸带环境效应的影响机制，为污染河道的河岸带植物修复以及不同水动力河道河岸带设计和建设提供理论依据。

在影响河岸带环境效应的众多因素中，河流水文特征变化是最不确定、同时也是最显著的因素。项目研究了河岸带表土层中N、P元素的形态转化过程及时空分布特征，分析了在不同水位条件下河岸带表土层土壤水中理化特性的变化规律，剖析了不同水流速度条件下底泥的再悬浮规律以及河岸带对河流中悬浮物的截留效应。探讨了水位变化对河岸带植被生长的胁迫机理。研究成果对把握河流水文特征变化对河岸带环境效应的影响机制，特别是对河岸带资源综合利用，河流保护和污染防治等具有重要的理论意义和广泛的应用价值。. 通过室内土槽比较试验发现，低水位条件下在河岸带土壤由“干”变“湿”以及由“湿”变“干”的过程中，各点TN、NH4＋-N的浓度呈现先急剧增加再缓慢降低趋于稳定的变化过程；试验11h时渗流水体TN、NH4＋-N浓度沿坡长方向随运移距离增加而降低，并呈显著相关的幂函数曲线变化关系。. 根据野外现场观测结果，发现河流水位降低，河岸带不同土层土壤含水率、土壤容重呈降低趋势，土壤孔隙度呈增加趋势。低水位条件下，土壤重量含水率、容重分别比高水位平均低3.00%、1.11%；土壤孔隙度相反，平均高1.22%。另外，河流水位降低，河岸带土壤pH、Eh、养分总体呈增加趋势，但不同指标增加的速率不同。其中，低水位条件下土壤pH、Eh、TN、TP、NO3--N、NH4＋-N、AP分别比高水位平均高0.45%、1.69%、13.41%、0.70%、20.90%、8.82%、2.07%。. 通过室内空白水槽和有植物水槽的对比试验发现，空白水槽中的悬浮物含量在流速为v1=1.2 cm/s时下降了2.64%，在流速v2=3.6 cm/s时下降了1.81%；有植物水槽中的悬浮物含量在流速为v1=1.2 cm/s时下降了65.83%，在流速v2=3.6 cm/s时下降了43.90%。这表明，流速越小，河岸带植物对悬浮物的截留效果越好。另外，通过对比总氮与颗粒态氮、以及总磷与颗粒氮浓度的变化发现，河岸带植物对氮的截留效果不明显，对磷的截留作用主要体现在植物对颗粒态磷的截留作用。. 通过改造室内环形风动水槽装置进行试验，实验结果发现，在明渠中流速和水深的分布是不同的，增强水动力因素，水中的悬浮固体浓度（SSC）将相应增加，且沉积物再悬浮的起动流速大约为0.21m/s。同时根据对流速和平均悬浮固体浓度水柱的分析得到的定量关系。