（生态学专业论文）入库河道近自然生态修复实验研究.pdf

摘要 本实验以长春市水源地( 石头口门水库) 上游2 0 0 米受损河段为研究对象，采用生 态工程技术，对受损河段进行了近自然生态修复。并且在工程完工两个月后，对实验河 段物理生境恢复状况、鱼类栖息状况、河岸带植被恢复状况以及河岸土壤侵蚀状况进行 了跟踪调查，并对调查数据进行分析研究，结果表明： 1 、通过实验区( a 区、b 区、c 区) 与对照区河道比较可知，河道中采用抛石加 木桩的方法布设的透水坝通过影响洪水时水流的流态，进而影响透水坝坝后河床泥沙的 冲刷与堆积，从而改变单调的河床结构，形成具有多样的流速、水深、浅滩、深潭的物 理生境。并且通过对透水坝的透水率大小、出水口个数、位置进行不同的配置，能够形 成具有不同水深、流速、浅滩深潭分布状况的多样的物理生境。 对河床底质粒径组成进行调查分析，并采用物理生境底质适宜性指数k 进行河流物 理生境评价。分析得知实验区物理生境底质适宜性指数k 的值均比对照区略低，表明河 床底质在较短的时间内还未恢复到近自然状态，河流物理生境质量还未恢复到较高水 平。 2 、对实验区河流鱼类栖息数量实际调查可知，深潭区有大量的鱼类栖息，而浅滩 区栖息的鱼类则很少。对照区由于地形条件限制无法进行正常调查，经粗略观测发现： ( 1 ) 在可观测到的区域内鱼类数量很少。( 2 ) 鱼类多栖息在由倒伏的河岸带植物在水 面形成的日荫空间内。 通过对实验区、对照区的调查分析可知，鱼类适宜在日荫、水深、食物丰富、具有 掩蔽物的区域栖息。与对照区相比，浅滩深潭区由于具有深潭、块石掩蔽物、以及由河 岸植被在水面形成的日荫等多样的生境条件，能给鱼类提供良好的栖息环境，更加适宜 鱼类的生存。 3 、通过实验调查分析可知，1 区河岸近水区远水区植被总盖度分别达到8 5 和 7 3 ，而2 区河岸近水区远水区植被总盖度分别为5 1 和4 8 ，与1 区存在明显差距； 1 区当地种频度均大于2 区，1 区2 区紫花苜蓿的频度均为1 0 0 ，但1 区人工栽植的河 柳与芦苇的频度却小于2 区，均未达到1 0 0 ，对照区频度除黄花蒿以外均未达到1 0 0 ； 1 区的物种数与生物多样性指数均高于2 区，且1 区河岸近水区的生物多样性指数高于 对照区。 从以上分析结果可知，由于进行了表土回填的缘故，1 区的河岸植被在较短时间内 得到了恢复，总盖度、频度、物种数、生物多样性指数，都比未进行表土回填的2 区有 较大的优势，而且1 区近水区的生物多样性指数高于对照区。因此可以说，在进行河流 近自然生态修复时，表土回填可以使河岸带的植被在较短的时间内得到较好的恢复，是 一项经济、实用的施工方法。 4 、经过实验调查，在8 月9 月两个月间，监测到实验区与对照区的土壤侵蚀厚度 分别为1 区0 3 c m 、2 区0 4 c m 、对照区0 4 c m ，土壤侵蚀量分别为1 区3 7 5 0t k m 、2 区5 0 0 0t k m - 2 、对照区5 0 0 0t k m 。 在实验区土壤侵蚀量对比中，1 区由于进行了表土回填，植被的恢复状况好于2 区， 因此1 区河岸抗侵蚀效果也优于2 区。实验区由于采用力学构件( 块石) 耦合植物构件 的方法进行护岸，使实验区内河岸坡脚未出现崩塌现象，起到了保护河岸的效果。未进 行护岸的对照区则发生了河岸坡脚崩塌。实验区土壤侵蚀量较高的原因是由于实验区刚 刚构建完成，河岸植被还未恢复到较高的水平，因此导致实验区抗土壤侵蚀效果未能得 到很好的改善。 关键词：河流生态修复；物理生境；河岸带；土壤侵蚀；表土 a b s t r a c t i nt h i sa r t i c l e ，t h ed a m a g e df i v e r , w a t e rs o u r c eo fc h a n g c h u n ，w h i c hi sa tt h eu p p e r r e a c h e so fr e s e r v o i rs h i t o u k o u m e nn e a rh i l ll i a n h u ai nc h a n g c h u nw a st a k e na st h es t u d y s u b j e c t ae x p e r i m e n t a lr i v e rw h i c hi s 2 0 0m e t e r sl o n gw a sc o n s t r u c t e db ye c o l o g i c a l e n g i n e e r i n g t h es u b j e c tw a sc o m p l e t e dt w om o n t h sl a t e r , p h ) r s i c a lh a b i t a t ，s t a t u so ff i s h h a b i t a t ，r i p a r i a nv e g e t a t i o na n ds o i le r o s i o nw e r er e s e a r c h e dp r i m a r i l y t h es u r v e yd a t aw h i c h w a sa n a l y s e ds h o w e dt h a t ： 1 t h r o u g ht h ei n v e s t i g a t i o na n dc o n t r a s to fw a t e r c o u r s ei nt h et h r e ee x p e r i m e n t a la r e a s ( m a k e da 、b 、c ) a n dc o n t r o la r e a ，i ts h o w st h a tt h ep e r m e a b l ed a ml a i db ys t o n e sa n dt i m b e r s c a ni n f l u e n c et h ew a t e rf l o wa n dr i v e r b e ds o i le r o s i o na n ds e d i m e n t ，c h a n g et h em o n o t o n o u s s t r u c t u r eo ft h er i v e r b e d ，f o r mp h y s i c a lh a b i t a t sw h i c ha b o u n d sav a r i e t yo ff l o wr a t e ，w a t e r d e p t h ，r i f f l e ，s t e p - p 0 0 1 t h r o u g ht h es t u d yo fr a t eo fp e r m e a b i l i t y ，t h ew a t e ro u t l e tn u m b e r so f t h ed a m ，t h ed i f f e r e n tl o c a t i o n so ft h ed a m s ，i ts h o w st h a tt h e yc a nf o r mav a r i e t yo f p h y s i c a l h a b i t a t sw h i c hh a v ed i f f e r e n tw a t e rd e p t h ，f l o wr a t e ，f o r da n dd e e pp 0 0 1 w ei n v e s t i g a t e dt h ep a r t i c l es i z eo ft h er i v e r b e ds e d i m e n ta n da d o p ti n d e xka st h e e v a l u a t i o no ff i v e rp h y s i c a lh a b i t a ts u i t a b i l i t y b e c a u s eo ft h a tt h ee x p e r i m e n tf i v e rh a sj u s t b e e nb u i l ta n dr i v e r b e ds e d i m e n th a sn o tb e e nr e s t o r e dt oah i g h e rl e v e l ，a n dp h y r s i c a lh a b i t a t h a sn o tr e a c h e dt h eh i g hl e v e r s ot h ei n d e xki nt h ee x p e r i m e n t a la r e ai ss l i g h t l yl o w e rt h a n t h o s ei nt h ec o n t r o la r e a b u ti nt h ee x p e r i m e n t a la r e a sa n dt h ec o n t r o la r e a ，t h ei n d e xko f s a n d b a ra r e ai sh i g h e rt h a nt h eo n eo fd e e pp o o la r e a 2 t h r o u g ht h ei n v e s t i g a t i o no ft h ef i s hi nt h ee x p e r i m e n t a lf i v e r ，t h e r ea r el o t so ff i s hi n t h es t e pp o o lb u tf e wi nt h er i f f l e w ec a l ln o ts u r v e yt h ef i s hi nt h ec o n t r o la r e ab e c a u s eo f t h et e r r a i nr e s t r i c t i o n ；i ts h o w s t h a t ：( 1 ) af e wf i s hc a na l s ob ef o u n di nt h eo b s e r v i n gr e g i o n ( 2 ) f i s h e su s u a l l yp r e f e rt ol i v ei nt h ec l o s e ds p a c ef o r m e db yt h el o d g i n go fr i p a r i a nv e g e t a t i o n s t h r o u g ht h ei n v e s t i g a t i o na n da n a l y s i sb e t w e e ne x p e r i m e n t a la r e aa n dc o n t r o la r e a ，w e k n o wt h a tf i s hu s u a l l yl i v e si nt h ea r e a sw h i c hc o n s i s ts h a d e ，r i c hf o o da n dd e e pw a t e r b e c a u s eo fav a r i e t yo fh a b i t a t sf o r m e db yd e e pp o o l s ，r o c ks h e l t e r s ，a sw e l la sc l o s e ds p a c e ， t h ea r e ao f f o r d - d e e pp o o lp r o v i d e san i c e rh a b i t a tf o rf i s ha n da r em o r es u i t a b l et os u r v i v e t h a nc o n t r o la r e a 3 t h r o u g ht h ei n v e s t i g a t i o na n da n a l y s i s ，r i p a r i a nv e g e t a t i o nt o t a lc o v e r a g ei nt h ea r e a s n e a rw a t e ra n do n e sr e m o v e dw a t e ro fs q u a r eli sr e s p e c t i v e l y8 5 a n d7 3 ，b u tt h et o t a l c o v e r a g ei nt h ea r e a sn e a rw a t e ra n do n e sr e m o v e dw a t e ro fs q u a r e2i sr e s p e c t i v e l y51 a n d 4 8 t h ef r e q u e n c yo fn a t i v es p e c i e so fs q u a r e1i sh i g h e rt h a nt h eo n eo fs q u a r e2 ，b u tt h e f r e q u e n c yo fm e d i c a g os a t i v al i s10 0 i nb o t hs q u a r e1a n ds q u a r e2 h o w e v e r , t h e i i i f r e q u e n c yo fs a l i xm a t s u d a n a k o i d za n dp h r a g m i t e sa u s t r a l i si nt h es q u a r e1i sl e s st h a nt h a t i ns q u a r e2 ，b o t ho ft h ef r e q u e n c yd on o tr e a c ht o10 0 ，a tt h es a m et i m e ，e x p e c ta r t e m i s i a a n n u al ，t h ef r e q u e n c yi sa l l10 0 t h en u m b e ro fs p e c i e sa n dt h eb i o d i v e r s i t yi nt h es q u a r e 1i sh i g h e rt h a nt h a ti ns q u a r e2 ，a n dt h eb i o d i v e r s i t yi nt h es q u a r e1n e a rt h er i v e ri sh i g h e r t h a nt h ec o n t r o la r e a a c c o r d i n gt ot h ea n a l y z i n gr e s u l t sa b o v e ，w ec a ns e e ：o w i n gt o s u r f a c es o i lw h i c hi s f i l l e db a c k ，t h er i p a r i a nv e g e t a t i o n si nt h es q u a r e1h a sb e e nr e s t o r e di nar e l a t i v e l ys h o r tt i m e t h ei n d e xo ft o t a lc o v e r a g e ，t h ef r e q u e n c y ，t h en u m b e ro fs p e c i e sa n dt h eb i o d i v e r s i t ya r e h i g h e rt h a ns q u a r e2w h e r es u r f a c es o i li sn o tf i l l e db a c k s o ，w h e nc a r r y i n go u te c o l o g i c a l r e s t o r a t i o no fr i v e r s ，s u r f a c es o i lb a c k f i l l i n gt h a tc a nm a k ev e g e t a t i o n sa tt h el a n d i n l a n d w a t e ra c e t o n e sr e s t o r ew e l l i l las h o r tt i m ei sa ne c o n o m i ca n dp r a c t i c a lm e t h o d 4 t h ee x p e r i m e n tp r o v e dt h et h i c k n e s so fs o i le r o s i o ni sr e s p e c t i v e l y0 3 c mi ns q u a r e1 ， 0 4 c mi ns q u a r e2a n d0 4 c mi nc o n t r o la r e aa n dt h ea m o u n to fs o i le r o s i o ni sr e s p e c t i v e l y 3 7 5 0t k m 。2i ns q u a r e1 ：5 0 0 0t - k m - 2i ns q u a r e2a n d5 0 0 0t o k m - 2i nc o n t r o la r e ab e t w e e n a u g a n ds e p a sar e s u l to ft o p s o i lb a c k f i l li ns q u a r e1a n dt h ev e g e t a t i o nr e c o v e r yi sb e t t e r t h a ns q u a r e2 , s ot h er i p a r i a ne f f e c to fa n t i s o i le r o s i o ni s ：s q u a r e1 s q u a r e2 c o m p a r e dw i t h t h ee x p e r i m e n t a la r e a s ，t h ec o n t r o la r e ao c c u r r e dp a r t i a lc o l l a p s ei nt h er i p a r i a nt o eo fs l o p e d u et on ob a n ks t r e n g t h e n i n g ，b u tt h ee x p e r i m e n t a la r e a sw e r ec a l m a l t h o u g ht h ee x p e r i m e n t w a si nas h o r tp e r i o d ，t h et e c h n o l o g yt h a tm e c h a n i c a lc o m p o n e n t sc o u p l i n gp l a n tc o m p o n e n t s c a ne f f e c t i v e l yp r e v e n ts o i le r o s i o n ，r e d u c es o i la n dw a t e rl o s s a n dt h eh i g h e rt h ev e g e t a t i o n c o v e r a g ei s ，t h es t r o n g e rt h ee f f e c to f a n t i e r o s i o ni s k e y w o r d s ：r i v e rr e s t o r a t i o n ；p h y s i c a lh a b i t a t ；r i p a r i a nz o n e ；s o i le r o s i o n ；s u r f a c e s o i l i v 独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究工作所 取得的成果。据我所知，除了特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果。对本人的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中作了明确的说明。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：日期： 学位论文使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇 编本学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：重! 隧魄 指导教师签名： 日 期：趟3 ：幻p 日 期： 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 东北师范大学硕士学位论文 1 。1 选题依据、目的和意义 1 绪论 1 1 1 选题依据 河流不仅是各种水生生物生存的自然空间，也是人类文明产生和发展的源泉。改革 开放以来，我国进入高速发展阶段，人民的生活水平不断提高。但是，在经济高速发展 的同时，环境也受到了前所未有的破坏，特别是河流水环境受到了严重的破坏。其表现 主要集中在以下几个方面： ( 1 ) 河道的直线化或渠道化 以治水、利水为目标，传统的水利工程认为直线化的河道有利于洪水的快速通过， 利于洪水的防范，所以将很多的河段进行裁弯取直或直线化处理。为了水土保持以及灌 溉需要，将农村小流域沟道也进行渠道化改造。原始河流具有的蜿蜒的河流形态，浅滩 深潭、滞水、河湾等多样的空间，都随着河道的直线化而消失n 。3 1 。 ( 2 ) 河床、护岸材料的硬质化 为了确保河床、护岸的稳固，为了确保河流周边群众的人身、财产安全，河道的改 修一般采用较高的防洪标准，河床和护岸材料一般采用抗水流冲击、抗侵蚀性及耐久性 好的混凝土或钢筋混凝土。这样做对于小流域输水渠道还可以减少渗透损失，提高输水 效率。但是刚性的钢筋混凝土材料，隔断了河流生态系统与陆地生态系统的联系，切断 了水循环的途径，破坏河流的各种生态过程，导致河流失去自我净化及恢复能力，使河 流生态环境恶化口门1 。 ( 3 ) 河流水质恶化 由于工业废水、生活污水的随意排放，以及农田过度施用化肥、农药造成的面源污 染，使河流水质严重恶化。从国家环保总局材料可知，2 0 0 3 年度我国七大水系4 0 7 个重 点监测断面中，3 2 2 的断面属、v 类水质，2 9 7 的断面属于劣v 类水质。各水系干 流水质好于支流水质，也就是说小流域河流水质污染情况更加严重h 1 。 ( 4 ) 河流生物多样性锐减 河道直线化、河床护岸材料硬质化、水质污染加剧这一系列的因素，导致河流中的 动植物失去了原有的生息空间，生存环境恶化，使原本丰富的河流生物多样性锐减，很 多物种消失，引起河流生态系统不同程度的退化n 2 4 引。 1 东北师范大学硕士学位论文 ( 5 ) 河流景观缺乏 河流是动植物的栖息场所，同时也是人类的生存空间，河流具有解除人类精神和肉 体各种烦恼的特殊功效。良好的河流景观，能给人们带来身心的愉悦。但是传统的河流 治理工程只注重河流在泄洪、灌溉上的作用，视了河流景观的保护、建设和管理，使河 流失去了一个重要的功能n 4 吲。 河流水环境的破坏和丧失，归根结底，是由传统水利工程设计思想造成的。目前， 河流的退化与功能丧失已经成为全球性的环境问题，关于修复和重建受损的河流生态系 统，恢复河流功能的研究和实践已经越来越受到国际社会的关注和重视。 近几年来，我国政府、民众对河流生态环境的重视程度大大提高，都迫切的希望能 够恢复良好的河流生态环境牛2 0 0 6 年国家水利部为了实现小流域出水清洁的目标，已经 在全国开展了建设生态清洁型小流域工作，对新型的小流域治理之路进行探索。与此同 时，从2 0 0 6 年开始，国家计划投资3 0 0 个亿用1 5 年的时间开展水专项计划，目的就是 为了使河流水质与生态坏境得到良好恢复。在这些大背景下开展本研究，作为东北黑土 区水土流失综合防治一期工程饮马河流域吉林省长春市莲花山流域项目区面源污染净 化带项目的子项目，具有重要的意义。 1 1 2 研究目的与研究意义 本实验在满足防洪标准的前提下，采用抛石、木桩、植被等自然材料对长春市莲花 山石头口门水库上游2 0 0 米入库河道进行近自然生态修复，利用自然材料对河流进行适 当的改造，诱导河流最终利用其自我恢复能力，还原河流健康自然的生态环境。并在河 段修复两个月后，对河段生态环境恢复状况进行调查和研究，进而对河流近自然生态修 复的效果进行评价。 本实验作为对修复后河流生态系统恢复过程与效果跟踪监测研究的一个阶段，即对 河流生态系统恢复过程中的恢复机理进行了研究，丰富了河流近自然生态修复的理论及 方法，同时对河流近自然生态修复效果进行了评价，为今后的相关研究提供了参考与借 鉴。通过在国内比较早的开展河流近自然生态修复工程及相关研究，以期推动国内河流 近自然生态修复事业的发展。 1 2 国内外研究进展 河流近自然生态修复技术，在德国被称作“河流生态自然工法( n a t u r n a h e ) ，在美 国被称作“自然河道设计技术( n a t u r lc h a n n e ld e s i g nt e c h n i q u e s ) ，在日本被称作“多自 然河川工法”，在我国台湾被称作“生态工法”h h 1 。 德国是最早进行河流近自然生态修复相关研究的国家。1 9 3 8 年德国s e i f e r t 提出近 自然河流治理的概念。它是指在保证完成传统河道治理任务的基础上，同时也达到近自 然、经济并保持景观美的一种治理方案。并且在2 0 世纪5 0 年代正式创立了“近自然河 2 东北师范大学硕士学位论文 道治理工程”，提出河道的整治要符合植物化和生命化的原理，随后将其应用于河流治 理的生态工程实践，并称之为“重新自然化n 2 l 。 1 9 6 2 年，h t o d u m 提出了生态系统自组织原理( s e l f - o r g a n i z i n ga c t i v i t i e s ) ，并提 出将生态学原理应用到工程中去，首次提出了“生态工程”( e c o l i g i c a le n g i n e e r i n g ) 一 词，为以后的河流近自然生态修复理论的提出奠定了基础n 卜“1 。 随着生态学的发展，2 0 世纪8 0 年代开始，河流管理者才真正将河流治理的目标定 义在恢复河流生态系统的健康和可持续性上。1 9 8 3 年，b i d n e r 提出河流整治首先要考虑 河道的水力学特征、地貌学特点与河流生态环境多样性、物种多样性及其河流生态系统 的平衡。1 9 8 5 年，h o l z m a n n 提出人为河流整治要注重工程治理与周围自然景观的和谐 性。1 9 8 9 年，生态学家m i t s c h 及j o r g e n s n 正式探讨“生态工程( e c o l o g i c a le n g i n e e r i n g ) 这个概念，并给与相应的定义，生态工程理论正式诞生。它强调生态修复要以“自我设 计能力为基础，最终达到人为环境与自然环境统一与协调h j l 1 5 】。 自2 0 世纪8 0 年代开始的河流近自然修复工程，在短短的2 0 多年时间里已经取得 了不菲的成绩。如2 0 世纪8 0 年代欧洲多个国家共同进行的莱茵河治理工程，使原本污 染严重的莱茵河恢复了清澈的水质，还原了鲑鱼、鸟类良好的栖息环境h j 6 ，川。 日本从1 9 9 0 年实施了“创造“多自然型河川计划” ( p r o j e c tf o rc r e a t i o no f r i c h i n n a t u r e ) ，仅在1 9 9 1 年全国就有6 0 0 多处实验工程兴建。1 9 9 7 年，日本颁布了新的河 川法，将保护、创造河流环境作为水利工程的目标写进法律，这标志着河流近自然生态 修复在日本全面的展开。截止2 0 0 2 年日本累计对2 8 0 0 0 多条河流进行了近自然生态修 复呻川。 美国1 9 8 6 年提出“恢复河流绿色走廊计划，旨在对洪泛平原进行生态恢复，计划 恢复1 3 9 万h i i l 2 河流湿地，河流绿色走廊总长度约6 4 万千米h 1 。 在很多大工程陆续开展之后，各个国家也相继颁布了相关的技术规范和导则。如美 国的河流调查与河岸加固手册和河流管理一河流保护和恢复的概念和方法、澳大 利亚的河流生态修复、日本的河川沙防技术标准( 案) 及解说、英国的河流恢 复技术手册。内容涉及河流演变、河流基本功能、水力水文学基本知识，河流蜿蜒性 修复技术、河岸坡生态防护技术，生态修复工程规划、设计、施工、监测管理等方面， 旨在更好的指导和规范河流近自然生态修复工作h 2 毗1 。 从2 0 世纪5 0 年代的以河流水质恢复为重点，到2 0 世纪8 0 年代开始着眼于恢复河 流健康生态系统和可持续性，再到现今的以流域尺度为目标进行河流生态修复，总体来 说，国外发达国家如美国、日本、德国等，对河流生态修复理论进行了多方面的研究， 取得了很多成果，但是也存在着一些没有解决的问题。比如说，先前的研究多是集中于 河道形态的修复、河岸带植被的恢复、护岸新材料的开发，大多是以工程实例为主。其 中涉及河流水动力学的研究相对较少，没有能够按照河流自身的情况、特点、水动力学 特征，对河流进行有针对性的修复，使修复后的河流真正恢复自然的状态。并且对修复 后河流恢复状况的监控不够，这也影响了河流近自然生态修复理论的发展。 我国与发达国家相比，在河流近自然生态修复领域起步比较晚，但近几年随着国家、 3 东北师范大学硕士学位论文 民众对河流环境健康问题越来越重视，河流近自然生态修复方面相关的研究也越来越 多。 我国的河流近自然生态修复研究最早是从研究河溪生态系统开始的。早在1 9 9 6 年， 陈吉泉就对河溪生态系统进行了研究，对河岸植被在河溪生态系统、景观中的功能进行 了概括总结。1 9 9 9 年，高甲荣从景观生态学角度，分析了传统荒溪治理工程对生态系统 的影响，提出了以景观生态学为基础的荒溪治理工程的规划方法和应用注意问题u o 一3 | 。 2 0 0 3 年，董哲仁首次提出“生态水工学 ，在水利学、水工学的基础上吸收、融合 生态学理论，在水利工程中综合考虑环境的因素瞳4 2 副。 从2 0 0 1 年开始，杨海军借鉴日本经验，开展了将生态学原理应用于水利工程中的 河流生态修复的理论与技术研究。并先后对长春市东北师范大学( 2 0 0 1 2 0 0 4 ) 、深圳市 西丽水库( 2 0 0 5 - 2 0 0 7 ) 、长春市莲花山( 2 0 0 8 一) 等地的受损河流，采用力学构件( 块 石、木桩) 耦合植物构件的生态工程技术进行近自然生态修复，并对修复效果、水动力 模式进行了研究。另外将国外近自然生态修复技术与中国河流实验相结合，出版了专著 河流生态修复的理论与技术口，舢8 i 。 我国的河流生态修复研究，目前主要集中在以下三个方面： 河岸带研究方面，邓红兵、王青春( 2 0 0 1 ) 对国外河岸带管理相关研究进行总结， 指出有必要在国内尽快开展河岸带管理的研究。郭怀成( 2 0 0 7 ) 从河岸带生态系统管理 的角度识别出河岸带研究的四个关键问题：研究尺度问题、河岸管理宽度问题、协调生 态价值冲突问题、国内特殊的河岸生态系统管理问题。张建春( 2 0 0 3 ) 分析了河岸带重 建理论与技术方法，证明在亚热带湿润山丘区进行退化河岸带生态重建是可行的。通过 施加优化的人为生态工程措施，可明显缩短重建时间，增加生物多样性。罗晓娟( 2 0 0 6 ) 通过实验研究得出，河岸缓冲带可以有效固定土壤，减少侵蚀作用，并且能够消除大部 分面源污染物。王芳、高甲荣( 2 0 0 6 ) 对河岸带的功能、护岸植被选择、施工技术等河 岸带研究热点进行了探讨。刘昌明、杨天胜( 2 0 0 7 ) 从河岸带的定义，结构、功能管理、 保护和恢复四个方面对河岸带进行了综述，认为我国目前多是在河岸带对污染物的去除 方面进行研究，且大多是模拟研究，虽然取得了一定得成绩，但是缺少从系统角度，流 域尺度进行的研究汹。3 5 1 。 河流水质净化研究方面，刘蓓、董哲仁( 2 0 0 2 ) 研究了人工培育生物或微生物对水 中污染物进行转移、转化、降解的作用。牟溥、王庆成( 2 0 0 4 ) 研究了土地利用、溪流 级别与溪流河水理化性质的关系。胡洪营( 2 0 0 5 ) 在分析了我国北方河流的物理结构与 生态特点的基础上，提出以生物、生态技术为核心的污染河水水质净化与生态修复综合 技术方案。李睿华、管运涛( 2 0 0 6 ) 研究了美人蕉、香根草、芦苇、香蒲、茭白、荆三 棱植物带处理受污染河水的效果。秦伯强、胡维平( 2 0 0 6 ) 在太湖梅梁湾水源地通过恢 复水生植物进行水质净化实验，经过三年的修复，水质改善取得了初步的成功。何淑英、 李继香( 2 0 0 8 ) 对污染河流治理技术的进展进行研究，认为目前国内河流水质净化主要 利用植物或接种的微生物或微生物菌群的生命活动来净化水质，恢复河流健康生态系统 一4 2 o 4 东北师范大学硕士学位论文 生态河流健康评价研究方面，2 0 0 5 年，董哲仁、周怀东、赵进勇、李文奇、彭文启、 张祥伟、孙东亚等进一步阐述了河流健康的内涵、评估的原则方法和技术、河流生态修 复工程的评估准则等。杨文慧，王薇、李传奇( 2 0 0 5 ) 分别对河流健康评价的对象、指 标、内容以及维持河流健康的途径进行了研究。吴阿娜等( 2 0 0 6 ) 以河流水文、河流形 态、河岸带状况、水质理化参数、河流生物5 类指标对上海市的河流进行了健康评价。 赵彦伟( 2 0 0 5 ) 概括了河流健康的概念，介绍了河流健康评价的生物监测法与综合指标 法的优缺点，认为今后的研究重点是评价标准、指标的确定，以及流域尺度上的研究 2 4 ，4 3 - 4 9 o 除此之外，不同的学者还对河流近自然生态修复技术的其他方面进行了研究。如王 薇、李传奇( 2 0 0 3 ) 提出从安全性、自然性、生态性、观赏性、文化性、亲水性六个方 面对城市河流景观效果进行分析。张晶、董哲仁( 2 0 0 8 ) 研究了洪水脉冲的生态效应及 其在河流生态修复中的应用嘞刚。 综上所述，我国的河流生态修复相关理论研究在近几年取得了很多成绩，不同专业 领域的学者从不同的角度对河流近自然生态修复进行了研究，国内相关研究主要集中于 对河岸带植被恢复、河岸带管理的研究、河流污染水体净化的研究、河流健康评价的研 究等方面。相关研究虽然取得了很多成绩，但是也存在很多的问题。如国内多是针对河 流生态修复中某一问题进行研究，对河流近自然生态修复整个过程进行系统研究的还较 少。研究多以实验研究为主，在实际河流中进行实验的较少，河流近自然生态修复工程 实例较少。近几年只有北京转河、重庆市苦溪河、深圳市西丽水库田下河等为数不多的 几例，而且工程的规模也相对较小，并且对工程施工后生态系统恢复情况的跟踪监测研 究较少h 5 2 1 。 1 3 研究内容、技术路线禾l ：3 f i l j 新点 1 3 1 主要研究内容 ( 1 ) 浅滩深潭区平水期河流物理生境多样性调查及质量评价 河流物理生境是水生动、植物赖以生存的栖息环境。物理生境的形成，主要是受水 流、泥沙协同作用的影响。研究表明，非恒定流条件下( 洪水) ，水流把泥沙从一个地 方搬运到另一个地方，具有很大的移床力。相反，在恒定流条件下，水流移床力几乎为 零，并且河流流量脉冲强度越大，移床力越大。因此可以认为洪水是河流物理生境变化 的重要影响因素h 5 妇。 生态河道浅滩深潭区构建后，在木桩抛石的诱导下，经过2 0 0 8 年7 月至8 月汛期 洪水的作用，使河流形成了具有浅滩深潭交替分布的多样物理生境。本实验通过对汛期 后平水期河流物理生境的调查，分析研究透水坝对改变河流物理生境的作用，以及不同 配置的透水坝对其后河床物理生境形成产生的影响，从本质上研究多样的物理生境适合 多样生物栖息的原因。 s 东北师范大学硕士学位论文 河床底质、流速以及水深条件都对河流栖息地有影响，但适宜的河床底质能够为底 栖动物提供良好的生息空间，所以河床底质的组成结构成为影响河流物理生境质量最重 要的因素。因此本实验对实验区对照区河床底质粒径组成进行调查，并采用物理生境底 质适宜性指数k 对河流物理生境质量进行评价h ，7 1 引。 ( 2 ) 浅滩深潭区鱼类栖息情况调查 鱼类作为河流食物网中高级营养阶层的消费者，整个生命周期皆在水里完成，生命 周期可长达数年。鱼类数量的多少能在一定程度上反映河流生境的好坏，并且鱼类个体 较大，目标明显，在野外容易辨识。基于鱼类的上述特点，选择鱼类作为指标物种，对 浅滩深潭区及对照区鱼类的栖息情况进行调查，统计不同区域鱼类数量，进而得出不同 生境条件与鱼类栖息情况的关系呻1 。 ( 3 ) 不同条件下河岸植被恢复情况调查 河岸带是指高低水位之间的河床及高水位之上直至河水影响完全消失为止的地带， 是陆地生态系统和水生生态系统的交错区。河岸带植被作为河岸带重要的组成部分，具 有减缓水流冲刷侵蚀、控制水土流失、提高河岸稳定性、保护物种多样性、自然缓冲以 及减轻污染等作用d 卜3 3 3 5 1 。 表土是指河岸表层的土壤，其中常富含当地植物的根系、种子、以及微生物、营养 物质等多种成分，对河道施工后河岸植被的恢复具有重要的作用，是经济有效的环境复 育材料。日本等国家在进行河流近自然生态修复时非常重视表土的保存与回填，但目前 国内的水利工程在施工过程中对表土的重视程度却不够。本实验通过对回填表土和未回 填表土的浅滩深潭区( 1 区) 、抛石丁坝区( 2 区) 河岸植被恢复情况的调查，研究表土 回填在河流近自然生态修复工程中的作用阳瑚制。 ( 4 ) 河岸侵蚀程度调查 国家实施小流域综合整治工程中的一个重要目的就是减少土壤侵蚀，控制水土流 失。本实验通过力学构件( 块石) 耦合植物构件的护岸工程方法对河岸进行生态修复， 并监测修复后河岸的土壤侵蚀状况，评价抛石加植被护岸在减少土壤侵蚀，控制水土流 失方面的作用n ，砥5 7 。 1 3 2 创新点和关键的科学问题 ( 1 ) 创新点 研究了透水坝在河流物理生境改造中的作用，并初步探讨了不同类型的透水坝对坝 后河床物理生境形成效果的影响。 首次对表土回填在河流近自然生态修复工程中的作用进行了研究。 ( 2 ) 关键的科学问题 6 东北师范大学硕士学位论文 河流生态修复后，在水流泥沙协调作用下河床物理生境的变化；在此物理生境条件 下鱼类的栖息状况；不同恢复措施条件下，河岸带植被恢复状况以及河岸土壤侵蚀状况。 经 验 积 累 图i 技术路线图 7 技 术 改 进 东北师范大学硕士学位论文 2 1 实验地概况 2 实验地概况与研究方法 图2 实验区位置图 实验区( 图2 ) 位于吉林省长春市莲花山石头口门水库附近，年平均气温4 8 c ， 最高温度3 9 5 c ，最低温度- 3 9 8 。c ，日照时间2 6 8 8 小时。夏季温热多雨，冬季漫长寒 冷。年平均降水量5 2 2 至6 1 5 m e ，夏季降水量占全年降水量的6 0 以上( 图3 ) ，最热月 ( 7 月) 平均气温2 3 。 2 5 0 2 0 0 吕 31 5 0 皿圈 窿1 0 0 遨 5 0 o 1234567891 01 11 2 月 图32 0 0 7 、2 0 0 8 年实验区降雨量月份分布图 8 东北师范大学硕士学位论文 实验河段选择长春市莲花山石头口门水库上游一段2 0 0 米长未经修复的受损河段， 河道上游集水区主要汇集林地、农地地表径流。河道两旁皆是农地，河岸近水区有大量 鸭趾草( c o m m e l i n 口c o m m u n i sl ) 、稗草( e c h i n o c h l o ac r u s g a l l i 仁夕n e a u v ) 、黄花蒿 ( a r t e m 凼i aa n n u al ) 、野大豆( g l y e m es o j as i e b e tz u c c ) 、水莎草( c y p e r u sg l o m e r a t u s l ) 分布。 2 2 研究方法 2 2 1 生态河道构建 2 2 1 1 生态河道设计理念 ( 1 ) 增强河岸稳固性，控制土壤侵蚀、防止水土流失 土地是农村发展的生命线。但目前农地水土流失非常严重，己成为最重要的农业非 点源污染之一。因此山区或者农村的河流治理必须对河床、河岸带进行合理的设计，减 少土壤侵蚀，防止水土流失h t5 5 5 羽。 ( 2 ) 保护、复原、创造蜿蜒的河流形态 进行河流生态修复时，在确保泄洪能力的同时，还要努力保护生物多样的生息、生 育场所。与直线化河道相比，蜿蜒的河道，能够降低河道坡降，流速以及泥沙输移能力。 为此，要努力避免简单的河道直线化、标准断面化，要最大限度的利用河流的自我恢复 能力，保护、复原多样的河流形态n ，4 ，硇枷1 。 ( 3 ) 确保水循环 雨水从地表向地下渗透，变成地下水或涌水，经过一定的时间，慢慢的流入河中。 由于水质清澈，并且水温大致恒定，形成与干流不同的环境，是河流环境多样性增加的 重要因素。因此，为了不切断从陆域到水域的这种自然的水循环，可以通过采用透水性 的河岸修复材料等方法，努力确保水循环的畅通n 6 1 6 刳。 ( 4 ) 努力创造浅滩、深潭 河流中，水深浅、流速快的区域被称作“浅滩 。浅滩多出现在砾石河床部分，特 别是险滩，河床中细粒径的部分随水流流走，河