沉水植被对河道悬沙输运过程影响试验研究.pdf

第４４卷 第７期 人　民　长　江 Ｖｏｌ．４４，Ｎｏ．７ ２０１３年 ４月　 　 Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　 　 Ａｐｒ．， ２０１３ 　　文章编号：１００１－４１７９（２０１３）０７－００８７－０４ 沉水植被对河道悬沙输运过程影响试验研究 １，２，３ ４ ２，３ １ 武　迪 ，庞 翠超 ，赖锡 军 ，汪德  （１．河海大学 力学与材料学院，江苏 南京 ２１００９８；　２．中国科学院 南京地理与湖泊研究所，江苏 南京 ２１０００８；　３．中国科学院 湖泊与环境国家重点实验室，江苏 南京 ２１０００８；　４．南京水利科学研究院 水工水 力学研究所，江苏 南京 ２１００２９） 摘要：河流悬沙可影响水体中动、植物生存和生长，并造成生态污染，威胁河道生态系统的健康。水生植被可 以减缓悬沙带来的生态危害。为了探求水生植被环境和生态效应的产生机理，并使其更有效地发挥作用，开 展了室内水槽试验，从时均流速、紊动强度、切应力等方面，科学解释了沉水植被抑制泥沙起动、减缓泥沙运 输、加快泥沙止动的原理。试验表明，在所研究的植株密度范围内，植株密度与对悬沙沉降并不成线性比例。 因此，沉水植被（苦草）用于治理水流悬沙时，可适度选取植株密度，使其既发挥治理成效，又节约经济成本。 关　键　词：河流生态系统；沉水植被；城市河道；悬沙治理 中图法分类号：Ｘ１７１　　　文献标志码：Ａ 　　河流为人类提供了多样的生态服务功能，在点源 固化和新沉积的底泥则易于被再悬浮［６］。王忖和王 污染得到有效管理控制的大背景下，非点源污染降雨 超也依据植物使渠底切应力变小来解释了植物对底泥 径流已成为造成城市地表水环境污染 的主要原 ［７］ 再悬浮的影响 。而水体的浊度除与沉积物再悬浮 因［１－２］。水体中的污染物质通常可以通过河道的自净 有关，更与悬浮物的输运密切相关。河道内存在的水 能力而减少甚至消除，而由径流引入的泥沙等固体颗 生植物对泥沙输运和止动有着显著的影响。为此，本 粒则不易去除。部分密度大、质量重的颗粒沉降至河 文开展了沉水植被影响下的泥沙输移试验研究。 底，许多密度小和质量轻的颗粒则悬浮于水体中，降低 苦草植株叶长、翠绿、丛生，是良好的城市河道、风 水体可见度，影响水体中植物、动物，乃至整个河道生 景区水景、庭院水池水下绿化、净化水质植被。故选取 态系统的健康，造成生态污染［３－４］。调查发现，在大型 苦草作为试验用草，开展室内水槽试验，研究沉水植被 水生植被大面积生长的水域，营养盐浓度低，浊度和悬 对水流结构的影响，以期找到沉水植被降低水体浊度 沙浓度也明显低于无植被生长的水域。鉴于水生植物 的作用机理。 在水生生态系统中的重要位置，大型水生植被在城市 １　泥沙起动、输运、止动原理 内河河网重建与修复中得到广为应用。但是，河流水 生植被降低水体浊度的环境和生态效应的产生机理目 水体底部边界层的流速越小、紊动切应力和紊动 前仍未得到全面的科学解释。针对降低浊度的产生机 强度越小，泥沙等沉积物起动越不易。悬浮的泥沙除 理，前人通常专注于泥沙等沉积物的再悬浮研究，认为 了依靠惯性向前迁移外，还通过切应力补充其动能，而 当动力因素对底泥的切应力超过了底泥起动切应力的 植物阻力可削弱其动能。沿水流主方向的切应力是起 临界值时，就会使沉积物再悬浮［５］，底泥的临界