秦岭山前典型河流雨洪地下调蓄生态修复技术研究

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水是维持生态系统稳定的核心要素,遵循“山水林田湖草生命共同体”原则,提出典型河流雨洪地下调蓄生态修复技术,对维持良好的生态环境具有重要的意义。鉴于此,本文以涝河流域为研究区,采用资料收集、野外采样、室内试验、数值模拟等方法,调查涝河流域河道工程措施及地下水利用现状,识别流域水文生态问题,通过堵塞实验开展地下水调蓄的生态修复技术研究,结合研究区储水条件及水源条件,分析技术实施的可行性设计地下水调蓄促渗技术并进行效果模拟,最后针对流域的实际情况,提出基于河流与地下水转化的流域生态修复方案与对策,为秦岭山前典型河流保护与修复提供参考依据。主要取得以下成果:(1)识别了典型河流的水文生态问题,揭示了造成水文生态问题的主要影响因素。冲洪积扇区域设置的连续拦河坝破坏了上下游水流的纵向连通性,河道两岸及河床硬质化破坏了水流的横向连通性及纵向连通性,影响地表与地下水的转化关系,同时地下水的过度开采以及降雨量减少等气候因素也造成水位下降、泉水衰减以及溢出带下移等水文生态问题,导致下游水资源短缺,雨洪资源未能充分利用。(2)揭示了河床不同介质的雨洪入渗能力,从储水条件和水源条件论证了雨洪地下调蓄生态修复的可行性。通过室内试验发现细砂介质入渗效率最低,渗透系数低于初始值的5%,在雨洪入渗过程中会产生表层堵塞;中砂介质入渗效率较高,在雨洪入渗过程中会产生表层和内部双重堵塞;粗砂介质入渗效率最高,当入渗水源含沙量小于4kg/m~3时,渗透系数达到初始值的50%以上,且系统运行时间最长,在雨洪入渗过程中会产生内部堵塞。对地下水调蓄的生态修复进行可行性分析,发现研究区内地下储水条件良好,具有可靠的给水来源及入渗条件。(3)针对雨水入渗产生的堵塞问题,研发了地下水的入渗技术,设计了地下水促渗工艺,通过数值模拟论证了雨洪调蓄效果。综合考虑雨水入渗效率、运行时间及清淤复杂程度,选择促渗井作为关键技术,确定填料及结构为上层铺设浅层中砂,下层铺设粗砂,系统前放置可拆卸拦沙消力坎,以延长系统运行时间。通过数值模拟计算,涝河中下游最佳水位为404.45 m,并且促渗井能够有效达到地下调蓄的目的,最佳设置区域为涝河冲积扇中后缘,每隔200 m在河道设置3个口径为6.36 m的促渗井,系统运行四个月即可达到下游最佳水位。(4)从河流与地下水转化的视角出发,以“山水林田湖草命运共同体”的理念为指导,提出了典型河流的“三区”多项措施。以地下水与地表水的转化为依据,提出“水源涵养区—地下水调蓄区—地下水径流转化与利用区”的三区治理思路。水源涵养区主要以增强水土保持能力、提高林分结构以及加强蓄水工程建设为重点;地下水调蓄区主要以地下水库工程建设与增强地下补给为重点;地下水径流转化与利用区主要以增强水系连通性、泄洪工程建设以及水质改善为重点,提出秦岭山前典型河流生态修复的治理措施。
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