理论教育 河流需水类型分析-河流生态需水理论、方法与应用

河流需水类型分析-河流生态需水理论、方法与应用

时间:2023-10-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:河道需水关键在于维持河流最基本的功能,如为水生生物提供栖息地、在允许范围内的自净功能、保持河道形态等。为了维持冲刷与侵蚀的动态平衡,就必须在河道内保持有一定的水量,输沙需水是指为了维持河道冲淤平衡所需要的河道流量,简称输沙需水量。河道内水沙冲淤平衡,主要受河道外和河道内两方面因素的制约和影响。

河流需水类型分析-河流生态需水理论、方法与应用

河道需水关键在于维持河流最基本的功能,如为水生生物提供栖息地、在允许范围内的自净功能、保持河道形态等。对应着有基本生态流量、自净需水、输沙需水等。

(1)基本生态流量。河道生态基本流量是对于维持栖息地(包括河道形态和底层),保证水生动物产卵和洄游,能够维持正常的生态演替和生物多样性水平,维持河流所需要的营养结构的河道内流量。当河道流量断流后,河道原有的水生环境就会受到严重破坏,水生生物赖以生存的环境消失,水生生物也随之消亡。对于常年性河流而言,维持河流的基本生态功能不受破坏,就是要求年内各时段的河川径流量都能维持在一定的水平上,不出现诸如断流等可能导致河流生态环境功能破坏的现象。对于季节性河流,应维持其自然的季节性变化特征,在汛期保证河道不断流。

(2)自净需水。自净需水是发挥河流对污染物质的自净作用所需要的河道流量。河流两岸是人类活动的主要场所,河流不仅为社会经济发展提供水资源以及其他服务功能,同时也接纳着人类经济活动所产生的污染物,发挥着消化人类废物的功能,从这个意义上讲,河流的这种环境功能是不可缺少的。水环境是人类污染物排放的主要场所,保持水体的一定环境容量,发挥对污染物的自净功能,对于维持流域生态系统健康具有重要意义。河流在维持一定流量下,可以使污染物在排入水体后,经过物理的、化学的与生物化学的作用,进而将污染物浓度降低或总量减少,受污染水体能够部分地或完全地恢复原状。

水体的净化过程包括3 种方式,即物理净化、化学净化和生物化学净化,其中生物化学净化是水体自净的最重要途径。物理净化是指水体中的污染物通过稀释、混合、沉淀和挥发等,使污染物浓度降低的现象,主要依靠对流和扩散两种运动形式完成。化学净化是水中的污染物通过分解合成、酸碱反应、氧化还原、吸附凝聚等过程,使污染物存在发生变化及浓度降低的现象。生物净化作用是在水生微生物的作用下,水中复杂的有机物逐渐分解为简单的无机物,无机物被藻类和水生植物吸收合成新的有机物,并随食物链迁移转化,使水体得到净化的过程。而这些过程的完成均需要一定的水量及流速才能能够完成。

需要注意的是,在研究自净需水时,要将自净需水和稀释用水加以区别。自净需水是河流的固有特性,是河流生态环境需水的一部分,而稀释用水不是河流的固有特性,而是人类对河流污染状况所采用的一种应急措施,不应属于河道生态环境需水的范畴。(www.daowen.com)

河流的自净需水量大小不仅与河流基本特性、流量状况相关,而且与水体的用途和功能、污染物的排放量、浓度等因素相关。河流所在区域的自然条件以及水体本身的特性,如河宽、河深、流量、流速以及天然水质、水文特征等,对自净需水量的大小也有影响,污染物的特性,包括扩散性、降解性等,也都将影响自净需水量大小。水环境要求的水质目标越高,其水环境容量必将越少,自净需水量也随之增大,反之亦然。因此,在具体研究中,决不能以污染物的多少来确定自净需水的大小,而是通过自净需水量的大小限制污染物的排放。一般采用近10年最枯月平均流量或90%保证率最枯月平均流量来确定自净需水量。

(3)输沙需水。水沙平衡主要指河流中下游的冲淤平衡。为了维持冲刷与侵蚀的动态平衡,就必须在河道内保持有一定的水量,输沙需水是指为了维持河道冲淤平衡所需要的河道流量,简称输沙需水量。

当进入河流的泥沙与河流输沙能力达到平衡时,河道冲淤就会处于一种动态平衡状态。虽然局部地区存在不稳定现象,如浅滩有时也被冲刷成主渠,而主渠有时也会变成浅滩,但是河道形态以及整个河流的断面轮廓基本不变。当河道内泥沙与河流输沙能力存在不平衡时,河流就发生冲刷和淤积。假如流域所产生的泥沙增加,但河流流量却没有增加时,则河流就会发生淤积。当泥沙的来量不变而河流流量的规模和频率减少时,河道同样会发生淤积。淤积造成河道变浅变宽,因此,为了维持冲刷与侵蚀的动态平衡,就必须在河道内保持有一定的水量。

河道内水沙冲淤平衡,主要受河道外和河道内两方面因素的制约和影响。河道外的影响主要包括来水、来沙条件,其与流域土地资源利用、水资源开发利用、生态植被保护建设、水土流失治理,以及河流整治等诸多人工要素有关。河道内的影响主要指河床边界条件,其直接影响水沙动力条件。在输沙总量一定的情况下,输沙需水量主要取决于水流含沙量的大小。由于水流含沙量因流域产沙量的多少、流量的大小以及水沙动力条件的不同而异,因此,输送单位泥沙所需的水量不同。一般情况下,根据来水、来沙条件,可将河道输沙需水量分为汛期输沙需水量、非汛期输沙需水量和洪峰期输沙需水量。对于北方河流系统而言,汛期的输沙量约占全年输沙总量的80%,即河流的输沙功能主要在汛期完成。

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