河流是社会发展之源,是地貌演变和生态系统中最具活力的部分。河流系统中的水沙、河床边界、河流水环境、生态系统是一个有机整体,各要素间存在着作用和制约的关系。对河流系统的整体性尤其是水沙过程与河流生态环境间的作用认识不深入,引起了开发利用的“短视”效应,导致河流健康的损害。因此,无论是解决水资源开发利用与河流生态环境之间的矛盾,实现流域持续开发,还是实践当前流域治理的新思路,维护河流健康,对河流生态环境问题开展深入的研究都具有重要的理论和实践意义。 河流生态环境是河流系统中重要的组成部分,也是人们对河流健康最为关注的内容。长期以来水环境学家和生态学家对此开展了广泛而深入的研究。但这些研究多数是从学科自身的角度出发,对河流系统间各要素间的相互作用,尤其是河流生态环境与水沙运动、河床演变间的作用缺乏深入的认识,在一定程度上制约了河流生态环境的研究。 本文以水沙过程及其变异为主线,以水沙输移和河床演变规律为基础,从微观方面探讨河流污染物迁移转化规律,从宏观方面总结河流生态系统及其调整响应特点,建立了水沙过程——河床演变——河流生态环境响应之间的联系,并对水沙变异下河流生态环境变化进行预测,提出了河流健康的评价方法和维护对策。 文中主要讨论了以下几个方面的问题: (1)对开发治理下河流生态环境问题产生的原因进行了分析,阐明了研究的目的和意义;在总结河流水环境、生态系统研究现状的基础上,指出对河流生态环境的研究必须强调河流系统的整体性和内在联系性,开展多学科交叉研究。 (2)总结了河流水沙输移及河床演变的特点,指出自然河流的径流、洪水呈现出一定的规律,水沙搭配关系能够综合反映水沙过程对河段冲淤的长期作用;分析水库调节的特点,认为水文特征及水沙搭配关系的变化将对水库下游产生普遍的影响;根据水库下游冲刷和含沙量恢复的特点,提出了冲刷距离的确定方法,指出冲刷将降低枯水期水位,加大河道滩槽高差;总结水库下游河床演变的特点。 (3)由于河流水体中的污染物迁移与水流、泥沙之间相互作用的复杂性,已有的研究对泥沙和泥沙运动的影响考虑不足。文中深入分析了污染物与泥沙作用关系,确定了泥沙沉淀和再悬浮过程中污染物迁移量,建立了反映底泥动态释放的计算模式。根据污染物的特性,分别建立了难降解的重金属污染物迁移转化一维水质模型和一般可降解污染物迁移的二维水质模型,两个模型较好的克服了已有水质模型对泥沙和泥沙运动的影响考虑不足的缺点;分析表明模型能够反映污染物在泥沙上的各种迁移过程,同时具有较好的模拟精度。对水沙变异后河流水环境分析认为:水库下泄含沙量的减少和泥沙粒径的粗化,不利于污染物的吸附和