河道修復(fù)-淺塘（水生態(tài)修復(fù)課件）

淺塘-深塘結(jié)構(gòu)一、淺灘-深潭結(jié)構(gòu)1.淺灘-深潭的概念2.淺灘-深潭的形成3.淺灘-深潭的特點(diǎn)4.淺灘-深潭結(jié)構(gòu)的作用5.淺灘-深潭結(jié)構(gòu)的修建1.淺灘-深潭的概念

由于較陡的能坡和顆粒較粗的泥沙，河流將自然地形成深淺交替的河段，稱之為淺灘和深潭。深潭是低于周邊河床0.3m以上的部分，淺灘是高出周邊河床0.3～0.5m的部分，且其頂高程的連線坡度應(yīng)與河道坡降一致。由于深潭和淺灘以及彎曲段使河床的剪力和摩擦力的差異減到最小，因此，在那些坡度較陡和粗顆粒泥沙的河段，應(yīng)把淺灘與深潭作為恢復(fù)河流的措施之一。

天然河流的河床由于水流和泥沙的相互作用，會產(chǎn)生不定期的沖刷和淤積，在彎曲段的凸岸處，泥沙淤積形成邊灘（沙丘），凹岸則會受到?jīng)_刷形成深潭，在順直段會形成淺灘，最終形成交替次序的淺灘-深潭序列，其平面布置圖和沿深泓線的縱向剖面圖如下圖所示。

2.淺灘-深潭的形成

2.淺灘-深潭的形成

淺灘-深潭是一種普遍存在的河床地貌形態(tài)。彎曲型河道的彎頂上下端為深潭，兩彎之間的過渡段為淺灘。一般在蜿蜒河道的凸岸由于泥沙淤積形成淺灘，凹岸則受到?jīng)_刷，形成深潭。順直型河道的深潭出現(xiàn)于主流彎曲的彎頂處，兩個(gè)深潭之間的過渡段為淺灘。

2.淺灘-深潭的形成3.淺灘-深潭的特點(diǎn)

在自然河流中是交互存在的。淺灘和深潭的存在，使河底縱剖面表現(xiàn)出一系列的起伏。其空間分布服從一定的規(guī)律，相鄰兩深潭的平均間距大約相當(dāng)于河寬的5～7倍。深潭-淺灘地形的演變具有多年及年內(nèi)周期性變化，前者與來水來沙的多年周期變化有關(guān)，后者取決于年內(nèi)水流狀況的變化。

大量研究表明，河流淺灘和深潭的位置是相對的，隨河流主河槽的擺動而發(fā)生相應(yīng)改變，但其次序和距離是比較固定的。河床材料組成不同，其深潭和淺灘的特點(diǎn)也有所差異。以礫石和圓石為主要材料的河床，為維持河道在高能量環(huán)境下的穩(wěn)定，具有典型規(guī)則的深潭和淺灘間距，在淺灘區(qū)域是較粗糙泥沙顆粒，在深潭是較細(xì)泥沙顆粒。

3.淺灘-深潭的特點(diǎn)淺灘與深潭結(jié)構(gòu)可以為水生生物提供棲息、繁衍和避難的場所，是底棲動物賴以生存的最佳棲息環(huán)境。交替出現(xiàn)的深潭和淺灘是修復(fù)河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境的一個(gè)重要方法。除了由淺灘段增加的紊動促進(jìn)河水加強(qiáng)充氧外，其砂礫底層是很多水生無脊椎動物的主要棲息地，也是魚類覓食的場所和保護(hù)區(qū)。深潭還是魚類的保護(hù)區(qū)和緩慢釋放到河流的有機(jī)物的儲存區(qū)。4.淺灘-深潭結(jié)構(gòu)的作用淺灘-深潭結(jié)構(gòu)是河流經(jīng)自然發(fā)育后形成的常見河道形態(tài)，有利于穩(wěn)定河床和岸坡，有助于植被的良好發(fā)育和構(gòu)建多樣性的生物棲息地。通過修復(fù)河道系統(tǒng)和營造深潭-淺灘結(jié)構(gòu)，消耗河流能量，減少下游侵蝕，可由淺灘段增加的紊動增加水中溶解氧量，促進(jìn)河流自凈功能的恢復(fù)，能同時(shí)恢復(fù)了河流的天然景觀，并使河流擁有更復(fù)雜的動植物群落。4.淺灘-深潭結(jié)構(gòu)的作用

淺灘和深潭的存在能夠增加河床的比表面積及河道內(nèi)環(huán)境，有利于加快有機(jī)物的氧化作用，促進(jìn)硝化作用和脫氮作用，增強(qiáng)水體的自凈能力。同時(shí)有利于形成水體中的不同流速和生境，使附著在河床上的生物數(shù)量大大增加，增加水生生物多樣性。

4.淺灘-深潭結(jié)構(gòu)的作用恢復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)首先需要恢復(fù)構(gòu)成河流生態(tài)金字塔底邊的底棲動物。只有底棲動物開始復(fù)活，以其為食物的大型動物才能開始棲息，這樣才能修復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)的健康食物鏈。自然界中的河流的縱斷面通常表現(xiàn)為深淺交替的淺灘和深潭，由于深潭和淺灘可產(chǎn)生急流、緩流等多種水流條件，能形成豐富的生物群落。因此，淺灘-深潭結(jié)構(gòu)的恢復(fù)是河流生態(tài)修復(fù)的原點(diǎn)。5.淺灘-深潭結(jié)構(gòu)的修建

深潭-淺灘序列的修復(fù)和重建必須建立在對河道歷史情況進(jìn)行調(diào)查的基礎(chǔ)上，并應(yīng)根據(jù)河流地貌學(xué)分類，與同一流域內(nèi)其它具有同類地貌特征的未受干擾河段進(jìn)行類比分析。深潭與淺灘的大小及其組合應(yīng)根據(jù)水力學(xué)原理和泥沙輸移理論的一些經(jīng)驗(yàn)公式來確定,按照彎道出現(xiàn)頻率來成對設(shè)計(jì)，即一個(gè)彎曲段，配有一對深潭與淺灘,每對深潭-淺灘可按下游河寬的5～7倍距離來交替布置。

5.淺灘-深潭結(jié)構(gòu)的修建小結(jié)淺灘-深潭結(jié)構(gòu)1.淺灘-深潭的概念2.淺灘-深潭的形成3.淺灘-深潭的特點(diǎn)4.淺灘-深潭結(jié)構(gòu)的作用5.淺灘-深潭結(jié)構(gòu)的修建二、淺灘-深潭結(jié)構(gòu)的修建1.淺灘恢復(fù)2.生態(tài)護(hù)底固槽3.人工魚礁4.生態(tài)丁壩5.潛壩

淺灘的恢復(fù)要選擇級配良好、有棱角的砂礫料，以保證砂礫石顆粒之間相互咬合，確保淺灘的穩(wěn)定。由漂石或卵石組成的河床底質(zhì)粒徑不宜過大，以避免在高速水流作用下失穩(wěn)，并且粒徑太大的底質(zhì)材料也不利于形成適于鮭魚等魚類產(chǎn)卵的棲息地。

1.淺灘恢復(fù)

沙質(zhì)河床河流不適宜使用砂礫石材料，可用大型圓木作為淺灘材料。圓木淺灘的高度以不超過0.3m為宜，以便于魚類的通過?？捎媚緲痘蜾摌豆潭▓A木，并用大塊石壓重。在圓木的上游面安裝土工織物作為反濾材料，以控制水流侵蝕和圓木底部的河床淘刷，土工織物埋深應(yīng)不小于1m。

1.淺灘恢復(fù)1.淺灘恢復(fù)用自然材料創(chuàng)建淺灘

建造利于魚類涸游的生態(tài)工程極其重要，可以通過在河床植入石塊的方式來構(gòu)建，既能形成河床淺灘、深潭的變化，又能在石塊間形成小的生境，同時(shí)也不會對魚類洄游形成阻隔。2.生態(tài)護(hù)底固槽生態(tài)護(hù)底固槽

在河道中使用石頭、混凝土塊等材料創(chuàng)造人工魚礁，既能形成河床深潭、淺灘的變化，又能形成適合生物生存的空間環(huán)境，為水生植物、魚類、底棲和兩棲類動物的生息提供必要空間。人工魚礁3.人工魚礁

人工魚礁的建造要選擇合適的地點(diǎn)，一般選在比較平坦離岸不太遠(yuǎn)的地方，用鋼筋混凝土構(gòu)件制成具有圓洞形、三角形、多面體形、半球形、漏斗形等各種洞穴。魚礁塊的大小也多種多樣，比如日本常用直徑1.5～1.8m，高l～1.8m的圓筒形。3.人工魚礁我國的河流治理一般多采用將自然蛇形河流直線化的設(shè)計(jì)手法，河流的直線化必將導(dǎo)致河流具有的淺灘和深潭交替結(jié)構(gòu)喪失。為了恢復(fù)河流應(yīng)具有的淺灘與深潭交替的多樣性河流生態(tài)環(huán)境，在設(shè)計(jì)上改變傳統(tǒng)的河流直線化設(shè)計(jì)，可采用生態(tài)丁壩改變河流的直線形態(tài)。4.生態(tài)丁壩4.生態(tài)丁壩丁壩平面示意圖4.生態(tài)丁壩

傳統(tǒng)丁壩的主要功能表現(xiàn)在改變洪水的方向和減緩洪水的流速，從而使河岸免受水流的直接沖蝕。生態(tài)丁壩除了具有保護(hù)河岸的功能外，還能形成河流的微地形，合理配置生態(tài)丁壩能夠使其附近區(qū)域產(chǎn)生沖刷和堆積現(xiàn)象，形成深潭和靜水區(qū)。生態(tài)丁壩配置方向不同，發(fā)生沖刷和堆積的位置也就不同，充分利用這種現(xiàn)象就能使河流形態(tài)產(chǎn)生多樣化。

生態(tài)丁壩容易建造，根據(jù)使用材料的不同，有樁式丁壩和石丁壩兩種形式。當(dāng)?shù)睾芏嗖牧隙嗫梢猿浞掷玫缴鷳B(tài)丁壩的建設(shè)中，例如石塊、大的塊石和原木等。4.生態(tài)丁壩樁式丁壩（左）和石生丁壩（右）4.生態(tài)丁壩

生態(tài)丁壩的修建，使河流深潭數(shù)量增加，形成了深潭-淺灘結(jié)構(gòu)，散落的石塊為大型無脊椎動物提供了良好的棲息環(huán)境，并形成了穩(wěn)定的魚類群落，增加了生物的多樣性。國外己有大量的研究證明生態(tài)丁壩對提高河流生物多樣性有明顯的效果。

潛壩構(gòu)建后形成結(jié)構(gòu)與自然的淺灘-深潭十分相似。壩體的下游由于水流的擾動，沖刷出深潭。在流速大的河段，修建潛壩后就可以降低流速，滯留含有魚卵的泥沙，增加無脊椎動物的繁殖機(jī)率。潛壩一般橫穿河流而建,在平緩、低流速的河段常留一小槽以集中水流,利于形成淺灘-深潭結(jié)構(gòu)。5.潛壩石質(zhì)潛壩示意圖5.潛壩

調(diào)查發(fā)現(xiàn)潛壩的修建能在短時(shí)間內(nèi)增加魚類的數(shù)量，許多國家利用此方法創(chuàng)造河流生物的棲息環(huán)境并取得了成功。在高流速河段，建筑物常被湍急水流沖垮，石塊會沖散在河床內(nèi)，這就增加河床形態(tài)的多樣性，為水生生物提供了良好的棲息場所，從而提高棲息地的生物多樣性。5.潛壩

修建潛壩所用材料成木便宜，圓木和大的塊石等許多自然的材料都可以得到充分利用。潛壩的修建要求河流比降小，最好能建在順直的河段上。