一种湖泊水源保护区的保护方法

本发明涉及生态环境保护，具体为一种湖泊水源保护区的保护方法。

背景技术：

1、湖泊(水库)水源地保护区主要位于湖体内部距离湖岸带比较近的水域，如太湖金墅湾水源地、太湖贡湖锡东水源地，巢湖水源地，长荡湖水源地等。这些水源地均位于湖泊内部，取水口深入湖体内部，由于水源地附近有河道入湖，因此岸上污染物如农业面源污染、生活污水排放、入湖河道支浜污染会通过河道汇入湖体，从而极易对水源保护区水体产生不利影响。此外由于湖泊水源保护区水域较为开阔，其受风浪扰动作用强烈，湖底淤泥由于水动力强烈扰动导致内源的动态释放较为强烈，也极易对水源地水体产生不利影响。因此为保障湖泊水源地水质安全，迫切需要开展水源地长效保护技术体系研究，通过限制上述外源和内源对水源保护区的直接影响来长期保障和改善湖泊水源保护区水体质量。

2、现有中国专利(申请号：cn116377943a)公开了一种干旱地区河流湖泊保护方法，提出了对水体的水质信息、水量信息，通过制定水资源监测标准，根据不同的水资源环境和用途，对地区内实时监测的数据与监测标准进行全面对比，得到对比结果，以防止水源枯竭或污染问题出现，主要适用于干旱地区的河流湖泊。

3、也有中国专利(申请号：cn114282720a)公开了一种面向草型湖泊水质提升的生态补水优化方法，提出了考虑湖泊水文条件与植物生长过程间的交互影响机制，充分利用植物自身的营养盐吸收能力，同时调控植物面积以减少蒸散发所导致的水量损失，以最少的生态补水量达成湖泊水质提升的目标，主要适用于草型湖泊水质的提升。

4、上述两种方案，均没有考虑人类活动等对湖泊的影响因素，而湖泊水源地由于其特殊地理位置，具有易受入湖水体污染和湖泊本底内源污染的双重影响，另外由于取水管道建设等经济原因，水源地取水口不可能无限制深入湖体内部，因此水源保护区一般是毗邻岸边的湖体水域，其存在与陆域人类活动直接毗邻的问题，极易受人类活动的影响，现有的技术还不能做到对湖泊水源地保护区的长效保护，存在技术空白。

技术实现思路

1、基于上述背景技术中提出的技术问题，本发明提出一种湖泊水源保护区的保护方法，该方案通过在近岸带进行物理生境营造、水力优化联通和植被群落重构等技术集成，形成一道缓冲隔离保护带屏障，在此基础上针对水源保护区的内源，设置减浪与捕泥措施，抑制内源释放强度，从而形成一套适用于湖泊水源保护区的外源缓冲隔离与内源长效限制的技术方案。

2、具体的，本构造方法由附图1辅助说明，其包括步骤：

3、s1.分析入湖河流对湖泊水质的影响程度，根据影响程度的排序筛选出若干河流，作为重点河流；

4、s2.在湖泊的近岸水域内设置消浪设施，在近岸水域获得适宜水生植被生长的风浪条件，消浪设施为水下浅滩、消浪排、生态钵等中的一种或多种；

5、s3.清理消浪设施内侧的高污染湖底沉积物，并回填土质，在近岸水域获得适宜水生植被生长的水深条件和基底条件，作为植被恢复区，植被恢复区在延伸方向上覆盖所有重点河流的入湖口；

6、s4.在植被恢复区内种植水生植被；

7、s5.在消浪设施内侧设置导流槽，导流槽沿着植被恢复区延伸。

8、上述步骤s1～s5充分考虑了入湖河流(即人类活动)、风浪强度、湖内污染物对湖泊水源保护区的影响，在这些影响的基础上种植用以净化水体的水生植被，并设置导流槽以利用入湖水体移动路径和水生植被净化功能来净化河道进入的水体，重新构建了缓冲隔离保护带屏障，适于湖泊水源保护区的水质保护。

9、优选的，步骤s1具体包括：每月不少于一次，获取若干组一个完整水文年内湖泊和入湖河流的水质数据，水质数据包括有总氮、氨氮、硝酸氮、亚硝酸氮、总磷、磷酸盐、悬浮物浓度；对不同入湖河流与湖泊同步监测的水质数据，利用origin、spss等数据统计软件展开皮尔逊相关性分析，建立方程：

10、y＝af(x)+b(r＝c,p＝d)；

11、其中，y为湖泊水质，x为河流水质，a、b为常数，r为相关系数，p为显著性值；

12、若d＜0.05，则河流水质与湖泊水质显著相关，即该河流水质显著影响水源保护区水质；若r值越大，则相关性越强，表示该河流水质对水源保护区水质影响越明显；若a＞0，表示该河流对水源保护区水质具有正的影响，若a＜0，表示该河流对水源保护区水质具有负的影响，即水源保护区地水质反过来影响河道水质；基于此来确定不同河流对水源保护区水质的影响程度；

13、当满足d＜0.05,且a＞0时，表明河道对水源保护区水质产生显著的不利影响，为重点河流；r值越大，河道影响越明显，河道重要性越大，按r值从大到小排序，确定河道影响的重要性程度。

14、优选的，步骤s2中消浪设施的设置方式为：利用风浪模型开展不同高程和不同宽度的消浪设施下，近岸1km水域内风浪模拟，得到湖泊近岸1km水域内利于水生植被生长的有利风浪强度或有利水域面积，利用origin、spss等数据统计软件，对有利风浪强度或有利水域面积、以及消浪设施的高程、宽度数据展开皮尔逊相关性分析，建立方程：

15、y1＝a1f(x1)+b1f(x2)，

16、y2＝a2f(x1)+b2f(x2)；

17、其中，y1表示有利风浪强度或有利水域面积，y2为消浪设施的经济成本，x1为消浪设施高程，x2为消浪设施宽度，a1、a2、b1、b2为常数系数；

18、在满足湖泊管理要求的前提下(如浅滩高程不能高于某一水位值)，获取y2最小、y1最优时x1、x2的值，从而获得消浪设施的宽度和高程，其中，y1为有利风浪强度时，y1最小为最优，y1为有利水域面积时，y1最大为最优。

19、优选的，风浪模型的建立具体为：在湖泊水源保护区水体毗水域选择固定风浪监测点，利用坐底式、浮标式或水面固定平台式波浪仪开展波高、波周期监测，监测时间不少于3天，并利用湖面风速仪同步监测水面风速变化，风速变化应覆盖该区域25％保证率风速大小范围内的风速变化过程，若监测期间风速不满足要求，可适当延长波浪和风速监测时长；同步收集该水域最近的国家气象监测站风速、风向数据；

20、建立该湖泊风浪数学模型(如swan、mike-sw等波浪模型)，驱动风场采用前述中收集的该湖泊最近的国家气象监测站风速、风向数据，利用前述中监测的波高、波周期对风浪模型进行率定与验证。

21、优选的，步骤s2中有利于水生植被生长的有利水域面积为波高小于0.24m、湖底扰动强度小于1.5的水域，该水域内对应的风浪强度为有利风浪强度。

22、优选的，步骤s2中有利水域面积的获取方法为：收集不少于5年的长时间序列的国家气象监测站风速、风向数据，开展统计分析，得到该湖泊的盛行风向和10％保证率风速，将湖泊的盛行风向以及10％保证率风速代入风浪数学模型，得到不同盛行风向下湖泊及其近岸带的波高、以及风浪对湖底的扰动强度，获取水生植被在湖泊内的有利水域面积。

23、优选的，步骤s3中回填的土质自陆地和消浪设施处由水体携带向植被恢复区缓慢过渡形成。

24、优选的，步骤s3中回填土质的选择方式为：获取湖泊内不同类型水生植被出现频率和个体数，按照频率大小和个体数占比排序，选择前若干名出现频率高和个体数占比高的水生植被作为优势物种，获取优势物种的适宜生存湖底高程、底质粒径和营养盐水平条件，根据该湖底高程、底质粒径和营养盐水平选择回填土质，形成可适宜挺水、浮叶和沉水植物生存的有利水深条件，从而形成有利于近岸1km范围内水生植被生长与恢复的基底、水深、波浪强度等生境环境。

25、优选的，步骤s4中水生植被类型的选择方式为：在优势物种中选择挺水植物、浮叶植物、沉水植物，并引入其它耐污的水生植被，具体的，在调查的本地物种情况(植被类型、植被覆盖度)和优势物种情况的基础上，以本地现有的挺水植物、浮叶植物和沉水植物优势物种为基准，适当引入其他耐污的水生植被物种，以优势物种适宜生长的高程为基础，在重塑的消浪设施和回填土质上，确定植被恢复物种群落组成、植被覆盖度以及生物量参数方案。

26、优选的，步骤s5中，导流槽在确定的植被恢复方案基础上设置，其为1.5m深、顶宽20、底宽10m的梯形导流槽，该导流槽横穿整个消浪设施内侧植被恢复区，并蜿蜒通过整个区域，从而通过辅助入湖水体移动路径和水生植被净化功能来辅助净化河道进入的水体。

27、优选的，本构造方法还包括步骤s6.在湖泊水源保护区内设置水下浅滩，利用水下浅滩的消浪作用来降低湖底扰动，削减内源释放，初步打造水源保护区内源污染的长效控制。

28、优选的，步骤s6中浅滩的位置选择方式为：在风浪扰动强度大于1.5、湖流输移路径垂直方向上、污染底泥淤积厚度大于0.2m、中值粒径值小于该地区平均值、污染物含量大于区域平均值中至少三个因素的重合区域中设置水下浅滩，浅滩高程为不高于湖泊平均水位，宽度不少于五倍盛行风下平均波长；

29、优选的，风浪扰动强度的获取方式为：基于不同盛行风下湖泊风浪模拟结果，根据风浪扰动强度(即半波长/水深)等值线分布图，提取出风浪扰动强度大于1.0、1.2、1.5、1.8、2.0的水域，值越大表明风浪扰动强度大越大；

30、优选的，大通量湖流输移通道的获取方式为：建立水源地湖泊水动力水质生态模型(如ecolake模型、mike-eco lab模型等)，对水源保护区附近水域进行网格加密，模型充分考虑导流槽的导流方案、消浪设施和其内侧的地形重塑方案、水生植被的配置方案，开展水源地湖泊水动力水质生态模型，进行入湖河道汛期平均入湖流量和盛行风平均风速工况下水源保护区高精度风浪与湖流模拟，根据稳定后的湖泊湖流矢量分布图，利用图像分析提取出水源保护区大通量水流输移通道，即较大湖流输移的路径；

31、优选的，污染底泥淤积厚度、中值粒径、污染物含量的获取方式为：利用柱状采样器按每5cm一层开展水源保护区湖底沉积物现状垂向和水平空间调查，调查要求和原则按照《湖泊富营养化调查规范》开展，并对沉积物样品进行分析，利用自动激光粒度仪得到表层沉积物的中值粒径，利用argis反距离插值工具获得水源保护区范围内表层沉积物粒径空间分布情况，得到水源保护区细颗粒物的分布特征；依据土壤全氮测定法(半微量开氏法)、土壤全磷的测定、土壤有机质的测定等规范得到不同深度层和水平空间沉积物的总氮、总磷和有机质含量，利用argis反距离插值工具获得水源保护区范围内沉积物总氮、总磷和有机质垂向空间和水平空间分布规律；

32、在上述五个因素的图像交汇对比下，得到浅滩的设置位置。

33、优选的，步骤s6中浅滩顶部及边坡上可以布置挺水植被和/或浮叶植被。

34、优选的，本构造方法还包括有步骤s7.在大于水源保护区内平均流速值的湖流(v＞v均，其中v为湖流值，v均为区域平均值)输移路径的截面处设置流泥捕获，流泥捕获槽捕获随水流输移的富含高营养盐的流泥；

35、具体的，大通量水流输移通道的选择方式为：利用建立的水源保护区湖泊水动力水质生态模型(如ecolake模型、mike-eco lab模型等)开展水下浅滩布置后，水源地湖流场数值模拟，基于新的湖流矢量分布图，提取出新地形下大通量水流输移通道(即较大湖流输移的路径)。

36、优选的，流泥捕获槽的深度大于2m，宽度不小于20m。