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河流是自然界最主要的生态系统之一,对全球的物质、能量和信息的传递与输送起着重要作用,是人类赖以生存的水环境。20世纪中叶以来,随着社会和经济的发展,河流治理过程中采取的水利工程措施,改变了河流的自然水文特征。河流系统破坏主要表现在河道直线化,护岸硬质化,水质恶化,生物多样性低,景观缺乏等。近年来,我国在河流生态修复方面的研究日益增加。目前河流生态修复技术发展迅速,已经开发出许多新的修复技术,但底泥污染修复问题仍是一个世界性的问题,对底泥修复的研究越来越多的,很多处于实验室模拟研究阶段,由于自然环境和河流水体和底泥环境的复杂性以及特异性,很多技术尚未成熟,有待更加深入的研究和加强野外实地的研究。
针对国内外对于城市河流生态修复的研究主要局限于单一技术的应用及野外大型试验研究较少,室内模拟试验影响因子较少,环境条件可控,难以反映野外真实情况等问题。本研究通过室内模拟研究、野外调查研究、野外模拟、工程示范几部分内容分别对城市河流生态修复的几种常见技术进行研究。具体研究内容与结论如下:
1.为了研究锁磷剂对磷的吸附释放影响及河流水流作用对沉积物各种磷形态影响。设计实验研究不同类型的湖泊沉积物的磷吸附释放效果,及添加锁磷剂后对上述结果的影响。实验结果表明东湖深层沉积物磷容易释放,对高浓度的磷吸附较少,而疏浚后的沉积物由于疏浚过程中添加大量絮凝剂导致磷不易释放,对高浓度磷吸附较大。而添加锁磷剂后,上述两种沉积物磷释放能力降低,高浓度磷环境下吸附磷的能力也增强。实验室设计模拟河道装置,利用模拟河道水流,不断冲刷表层沉积物,研究水流对不同形态磷的冲刷能力及添加锁磷剂对各形态磷含量影响及固定磷的效果。结果表明:水流对NaOH-rP、HCl-P和Res-P有冲刷作用,而对其他形态磷影响较小。锁磷剂可导致沉积物中NaOH-rP含量和NaOH-TotP含量的降低,HCl-P含量升高。
2.在室外通过人工构建静态模拟生态系统,研究冬季不同底质、水深、水质条件下,菹草对水体营养盐的吸收净化效果。结果表明,在不同水深或水质污染程度的相应组实验中,添加土壤改良剂的各组实验的TN、TP、NO3--N、高锰酸盐指数去除率均高于相应的未添加组,而NH4+-N去除情况相反;添加土壤改良剂有助于菹草对水体营养盐的综合去除,菹草在水深较深且营养盐负荷较高的水体中对营养盐的去除效果更好;水深35cm比水深25cm更适宜菹草的生长;菹草在实验设计的水质条件下能正常生长和对水质进行高效净化,适合在冬季运用于一般河道的水体修复。
3.通过对滇池一条重要入湖河流—新运粮河的下游及入湖口水质进行长期监测,阐明入滇池河道各月份水质变化,尤其是雨季和旱季污染物浓度的差异,为滇池流域河流入湖污染控制提供依据。结果表明氨氮,总氮,总磷,化学需氧量随时间变化明显。在5-10月的雨季,各指标浓度呈下降趋势,11月至次年4月的旱季,降水量少,各指标浓度呈上升趋势,且显著高于雨季时浓度,监测河段全年水质为劣V类。
通过对河流硬质堤岸内生态修复效果的调查研究,结果表明:河岸带生态修复与传统混凝土护岸河段的TN、TP、NH4+-N、COD去除率明显不同。生态护岸河段各指标去除率显著高于直立混凝土护岸河段,且夏季去除率明显高于冬季。河岸带生态修复能有效增强水体自净功能。
4.通过建立模拟河道生态修复示范工程,研究不同生境条件下,不同植物类型及河岸带类型下河流系统对水质净化效果。结果表明:建立浅滩,深潭交错的生境类型,努力恢复沉水植物和挺水植物植被,对原有的泥土堤岸进行生态修复,整个系统对水质净化效果良好,TN去除率为50%左右,24h后去除率达到90%;TP去除率达到70%左右,24h后去除率达到80%以上;NH4+-N去除率80%左右,24h后去除率在85%以上。对重度污染的河水起一定的净化,稀释作用,减缓对滇池湖泊的直接污染。