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河流自然生境的调查是河流生态系统修复与保护中不可忽视的环节,它是通过调查某个流量条件下河流水深、水流流速与河床指数等,来评价水生生物的适宜性。随着计算机与数学模拟技术的提高,运用计算机软件模拟河流的自然生境,是当前研究河流生态修复生境模拟的热点,而河流水力模拟是所有工作的基础,它为生境保护与修复研究提供了科学依据。
本文将运用国外以栖息地模拟为核心的水力模拟应用软件River2D模型,对漓江市区约13.04km的河段,进行特定流量条件下河流水深与水流速度分布的初步模拟,目的为漓江流域典型河段的生境保护与修复研究提供科学依据。
River2D模型是一个河流水动力和鱼类生境的二维平均深度模型,它是基于以守恒形式表达的圣维南方程组,可以模拟自然河流的超临界/亚临界水流转换、冰凌覆盖层及可变湿地情况,也可以对局部区域进行单独处理研究。此模型的优点是可以对水深平均速度矢量(大小和方向),水面高程和水深沿河道分布的单个单元进行计算,而且还可以模拟深度和速度的局部变化,能提供较高的空间分辨率和良好的可视化环境,这就为模拟结果的分析提供了方便。
本文首先通过对漓江市区段的河道地形图读取以及对所设的26个实测断面的水下地形测量,获得了模拟河段的河床地形数据,并结合前人对漓江环境流量研究所确定的“最差”等级流量13.3m<3>/s和“极好”等级流量53.0m<3>/s,设定为两种流量模拟条件。结果显示,模拟流量在13.3m<3>/s时,最大水深为7.48m,位于伏波山深潭处,最大流速为3.62m/s,位于起始河段处;模拟流量为53.0m<3>/s时,最大水深为8.76m,位于瓦窑--净瓶山深潭处,最大流速为4.18 m/s,位于解放桥下游河段附近。模拟结果大体上与实际情况相符,模拟效果取决于河床地形的准确掌握以及以后的三角形剖分化质量。
在模拟基础上,文章分析了两个不同模拟流量状态对水源地取水,鱼类生境和旅游景观的影响。模拟流量在13.3m<3>/s时,可能会导致瓦窑水厂取水水质恶化,甚至还会出现停止取水的可能,此外还会影响浅水鱼类的生存环境,更会影响桂林市区旅游通航与景观;模拟流量在53m<3>/s时,水深可以满足游船直接从桂林市区通航到阳朔,改善河流旅游景观;而两种模拟流量情况下对深水鱼类影响不大。本文认为,研究漓江河流修复与保护,水力生境模拟是行之有效的、为科学研究提供必要基础依据的重要手段。