近年来,人类过度的干扰使得河川原有的水生生态系统退化,修复被破坏的水域环境已是人们的迫切需要。丁坝是一种传统的水工治理构筑物,其广泛应用于防洪护岸、航道整治和取水工程中;同样地在改善河流的亲水功能及生态环境方面也发挥着重要作用,是河流环境修复的一种有效手段。经过前人的研究和实践,丁坝的水利功能已经基本清楚,然而其在环境修复方面的机制尚不明确。本研究以日本高知县国分川流域的一组丁坝群为对象,于2016年进行丁坝群周围水样与沉积物样品的采集分析、河床高程与流量水位测定,阐明了丁坝群周围的局部地形特性、河床泥沙级配、水流流场结构和以磷为代表的营养盐的分布特性。营养盐作为河流物理环境和生态环境的纽带,在维系生态活动中起着至关重要的作用,本研究侧重于讨论主要由农业排水引起的并且对水生生物生长起着重要作用的生物可利用磷(BAP)的时空分布特性。在此基础上,将丁坝群周围磷营养盐浓度与地形和流场分布相结合,探究丁坝在河流环境修复方面的机制。首先,选取典型的丁坝群作为研究对象进行地形测量和流场解析。通过地形等高图与流场分布图,可知丁坝群能够极大地改变其周围的水流结构、泥沙输送和局部地形。丁坝的挑流作用使河流深泓线远离河岸,形成高速主流区和低速坝田区。丁坝的坝头区域形成了明显的涡流结构和水流分离现象,造成坝身的局部冲刷。在坝田区域以及丁坝下游的回流区域,流速明显趋缓,存在各种规模的涡流结构,造成坝田区域特别是近岸区域的泥沙淤积。进一步验证了丁坝群使得周围河床深浅交替,水流缓急并存,能够更好的改善河流的生境多样性。其次,研究了丁坝群周围不同形态磷营养盐在水体与沉积物中的时空分布特性。结果表明,研究河段水体中总磷(TP)的主要存在形态是颗粒态磷(PP)。研究河段中BAP的主要存在形态是生物可利用颗粒磷(BPP),其中溶解性活性磷(DRP)在BAP中所占比例较小。丁坝群尾部回流区中沉积物的BAP含量显著大于其他区域,四种不同类别的BAP在TP中所占比例按照大小排序为:AAP(藻类可利用磷)>Olsen-P(NaHCO3提取磷)>WSP(水溶性磷)>RDP(易解吸磷)。由此可知,通过检测沉积物中AAP与TP的含量可以准确预知河床沉积物的磷释放能力及其对藻类等水生物种的供磷效应。沉积物BAP含量随着季节变化而改变,WSP和RDP含量在1月份较大8月份较小,AAP和Olsen-P含量在8月份较大1月份较小,表明沉积物中BAP含量的变化影响了藻类等浮游植物及其他水生生物的生长状况。最后,分析了丁坝群周围河床的泥沙级配以及其与营养盐分布特性的关系。结果表明,主流区附近和坝田区泥沙分布特性明显不同。丁坝根部靠近河岸区域的沉积物以细颗粒泥沙为主,中值粒径D50相对较小,但是粒径分布较广,几何均方差σg的值相对较大;坝头处则以粗颗粒泥沙为主,由于细颗粒泥沙被高速水流冲刷带走,床沙中值粒径D50较大,级配相对单一,几何均方差σg较小。通过分析丁坝周围不同断面水体与沉积物中的磷营养盐浓度可知,坝田区水体营养盐浓度从上游至下游逐渐减小,因为农业排水口的汇入形成扇形扩散流区域,靠近农业排水口的丁坝坝身后侧区域的浓度最大。丁坝背水面地形变化较大,此处冲刷严重磷营养盐浓度偏高,下游主流区与丁坝尾部区域的磷营养盐浓度相近。由于细颗粒泥沙在尾部坝田处堆积,因此沉积物磷营养盐浓度从上游至下游呈现逐渐增大的趋势。坝头处受来流冲刷严重,细颗粒泥沙减少磷营养盐浓度较小;坝根处流速较小营养盐堆积浓度较大。丁坝坝身迎水面一侧沉积物中磷营养盐较大;背水面局部冲刷严重,磷营养盐较低。表层沉积物在不同断面中的磷营养盐大小受到绝对高程的影响,随着绝对高程降低营养盐含量减小。综上可知,水体中磷营养盐分布受到农业排水口影响较大;沉积物的磷含量分布受到河床床沙分布影响较大,受到农业排水口的影响较小。