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河道作为流域系统的一部分,具有净化水体、营养物质输送、水路运输、生态保护等功能。前期都柳江的研究表明,天然河道由“深潭-急流-河滩”系统结构单元构成,并随着河流向上下游延伸,该基本结构单元不断重复出现,研究还认识了“深潭-急流-河滩”系统基本结构形态结构和河流水质自净功能、底质污染物释放关系理论模型。然而,“深潭-急流-河滩”系统基本结构单元在其他河流是否也普遍存在,以及该系统与水质、底质的关系还需进一步研究,为最终建立天然河流“深潭-急流-河滩”系统基本结构单元流域生态功能模型提供基础资料。因此,本次研究在赤水河上、中、下游河段,通过野外调查证明赤水河也存在“深潭-急流-河滩”系统基本结构单元基础上,选取上、中、下游9个急流-深潭-河滩系统单元,对不同水期深潭和急流水质指标进行测定,分析河道形态结构变化与河流水质的关系,并测定深潭、急流、河滩底质中营养盐和重金属污染状况,分析“急流-深潭-河滩”系统中不同结构成分营养盐和重金属含量的变异性,实验室静态模拟不同环境影响因子条件下底质氮磷内源污染释放特征,评价底质重金属污染状况。结果表明:(1)赤水河各水质指标均表现为:枯水期>平水期>丰水期。其中总氮(TN)、硝酸盐氮(NO3--N)、氨氮(NH4+-N)在不同采样时期均表现为:深潭>急流。总氮在深潭中平均浓度为0.43mg/L,在急流中平均浓度为0.41mg/L;硝酸盐氮在深潭中平均浓度为0.17mg/L,在急流中平均浓度为0.13mg/L。氨氮在深潭中平均浓度为0.108mg/L,在急流中平均浓度为0.089mg/L。总磷(TN)、化学需氧量(COD)、溶解氧(DO)、五日生化需氧量(BOD5)在不同采样时期均表现为:急流>深潭。总磷在深潭中平均浓度为0.018mg/L,在急流中平均浓度为0.027mg/L;化学需氧量在深潭中平均浓度为15.72mg/L,在急流中平均浓度为30.32mg/L;溶解氧在深潭中平均浓度为6.59mg/L,在急流中平均浓度为6.91mg/L;五日生化需氧量在深潭中平均浓度为1.54mg/L,在急流中平均浓度为1.84mg/L。通过对赤水河上、中、下游水体3个采样时期进行水质分析,结果表明赤水河各采样点水质指标均能达到地表水II类标准以上。(2)在室内模拟不同环境条件对底质氮磷释放的结果表明:(1)上覆水营养程度低有利于底质氮磷释放。当上覆水为原河水时,深潭总氮的平均释放速率为28.86mg/m2/d,总磷的平均释放速率为0.986mg/m2/d。急流总氮的平均释放速率为45.465mg/m2/d,总磷的平均释放速率为0.493mg/m2/d;当上覆水为蒸馏水时,深潭总氮的平均释放速率为31.7mg/m2/d,总磷的平均释放速率为1.214mg/m2/d。急流总氮的平均释放速率为38.35mg/m2/d,总磷的平均释放速率为1.01mg/m2/d。(2)避光条件下有利于底质氮磷释放。在光照条件下,深潭总氮的平均释放速率为23.36mg/m2/d,总磷的平均释放速率为0.979mg/m2/d。急流总氮的平均释放速率为21.41mg/m2/d,总磷的平均释放速率为0.815mg/m2/d;在避光条件下,深潭总氮的平均释放速率为31.46mg/m2/d,总磷的平均释放速率为1.16mg/m2/d。急流总氮的平均释放速率为24.3mg/m2/d,总磷的平均释放速率为1.14mg/m2/d。(3)赤水河“深潭-急流-河滩”系统5种重金属含量由大到小依次表现为:Zn>Cu>Pb>As>Hg。通过综合污染指数(P)评价表明赤水河处于微污染到轻度污染状态;赤水河流域5种重金属潜在生态风险较低,除个别位于城镇的采样点外,流域没有明显的重金属污染;地累积指数方法(Igeo)表明5种重金属无污染频率介于67.54%~87.28%,可见赤水河流域底质受重金属污染较少,保留了河流底质原背景的特征。综上所述,赤水河具备明显的“深潭-急流-河滩”系统基本结构单元,“深潭-急流-河滩”系统基本结构单元的不断重复出现,对河流水质指标、底质污染物释放具有显著影响,河流形态结构的多样性和复杂性对提高河流水体的自净能力,改善河流环境具有重要的生态意义。天然河流深潭-急流-河滩系统结构与功能关系为退化河流生态修复提供了理论依据。