湖泊岸坡带地表/地下水动力交互作用及其营养物质入湖规律

湖泊岸坡带是地表/地下径流-湖泊水体的重要过渡区，其水动力交互作用和营养物质运移转化规律直接影响近岸水体流动及水质。本项目以湖泊岸坡带为对象，拟通过理论分析、室内土槽试验、现场监测和数值模拟等方法，研究湖岸型态、波流作用对地表、地下径流及其营养物质（N、P）在岸坡带的生物地球化学作用和入湖特征的影响。重点揭示湖岸型态对地下渗流在界面上流速、通量分布；地下水中营养物质在渗流界面上的浓度、通量分布；地表径流及营养物质在岸坡带的运移转化特征；地下渗流对水-沉积物界面营养物质生物地球化学作用影响；波流对地表径流及其营养物质运移转化的影响；波流对地下渗流及营养物质入湖特征的影响。.通过本项目研究，拟在湖岸带地表/地下径流及营养物质入湖方面做出创新成果，为湖泊岸坡型态、湿地构建及其水力循环、污染阻截提供理论依据。

湖泊岸坡带是地表/地下径流-湖泊水体的重要过渡区，其水动力交互作用和营养物质运移转化规律直接影响近岸水体流动及水质。本项目以湖泊岸坡带为对象，通过理论分析、室内土槽试验、现场监测和数值模拟等方法，研究湖岸型态、波流作用对地表、地下径流及其营养物质氮素在岸坡带的生物地球化学作用和入湖特征的影响。主要包括以下四个方面的研究内容。（1）岸坡形态对径流和下渗水中氮素的运移转化的影响。通过对直线斜坡型、上凸型和阶梯型三种岸坡形态比较研究，降雨强度较大和有植被覆盖时，岸坡对氮素的运移转化作用越强，各种形态岸坡之间的差异就越大，表明不同形态的岸坡截留与吸收的污染物质是不同的。岸坡带土壤特性和降水情况的不同会造成氮素随径流和下渗分配的不同。阶梯型岸坡对径流中氮素的截留去除效果最好，其次是上凸形岸坡，最后是直线型岸坡。（2）护岸材料对岸坡带渗流及其溶质运移的影响。通过对自然土壤、砂浆和混凝土三种护岸材料对岸坡带渗流及溶质运移的影响分析。地下水渗流在岸坡界面上（湖泊水位面以下部分）渗流速度符合指数函数分布，即与湖底离岸距离成正比，峰值出现在湖泊水位面附近的渗出点处。砂浆和混凝土护岸时，在岸坡界面附近形成地下水位的局部隆起，一定程度上减缓了地下水向湖泊水体渗出。同样，不同护岸材料还对随地下水渗流的溶质运移和转化产生影响。（3）非饱和带对水流和溶质运移的作用。从水流的运动来看，非饱水带中的水流平均占到整个水流运移的7.2–10.1%；而非饱水带中的硝态氮平均占到总体的26.9–31.3%。因此，在研究湖泊周边稻田和鱼塘氮磷物质入渗进入地表水体时，须重视溶质通过非饱水区运动的部分。这部分物质未及时下渗进入浅层地下水中，而通过地下水位之上的非饱和带中向湖泊等地表水体传输。（4）波流对岸坡带渗流及其溶质运移的影响。波流作用使得湖泊岸坡带内在靠近岸坡界面附近形成地下水位局部隆起，对地下水入湖渗流起到减缓的作用。连续的波流对岸坡带渗流产生连续循环变化，并在岸坡上形成局部的循环水流，而溶质在岸坡界面上的浓度则保持恒定的双峰值分布。波流作用在岸坡上往复运动产生的岸坡界面处含水率的变化同时使得硝态氮的反硝化作用发生了变化。岸坡形态、护岸材料、非饱和带及波流等对岸坡带地下水与地表水体交互作用及其溶质运移的影响研究，将有助于水体岸坡带规划整治、水体周边缓冲带或湿地设计时充分考虑其水文循环和溶质传输特征。