一种高含沙洪水胁迫下鱼类庇护所的构建方法
【专利摘要】本发明提供一种高含沙洪水胁迫下鱼类庇护所的构建方法，按如下步骤进行：根据水域鱼类资源状况选择适宜河段，采用一生态工程措施人工营造河漫滩滨岸湿地系统，提高河漫滩湿地水文连通性，以躲避高含沙洪水对鱼类的胁迫，具体步骤为：A确定所需保护的鱼类及目标鱼类所需要的生境条件；B庇护场所场址选择；C庇护所的创建；本发明可以在不影响洪水下泄的情况下，在河床一侧天然河曲与湿地的宽河道作为构建区域，开挖溢流堰恢复河道的连续性，增加河道的复杂度和水文条件多样性，为鱼类等水生动物提供躲避高含沙洪水的避难场所，有利于河流水生生物物种的保育，可有效缓解河流水沙调控与鱼类栖息地保护之间的矛盾。
【专利说明】
一种高含沙洪水胁迫下鱼类庇护所的构建方法
技术领域
[0001]本发明属于多泥沙河流生态修复领域，具体涉及一种高含沙洪水胁迫下鱼类庇护所的构建，同时还涉及采用生态工程措施人工营造河漫滩滨岸湿地系统的鱼类资源养护技术。
【背景技术】
[0002]—般河流根据平面形态分为游荡型、弯曲型、顺直型和分汊型四类，游荡型河床宽浅，沙滩众多，洪水时汪洋一片，枯水时河汊密布，而相对稳定的顺直型河床洪水期水流淹没交错分布的边滩，河水顺直奔流。天然河流被裁弯取直，河道束窄加深，起到增大水流速度，以利于冲刷淤积，有效疏通河道的作用。但是窄深河槽的形成对河道水生态保护带来严重的负面效应。主槽过流能力增大，洪水漫滩机会减少，切断了调水期间主流的侧向漫溢，使得主流与河漫滩、湿地、静水区和河汊之间无法联系，使得河流附近水流旁路湿地的营养物质过滤和吸收过程受到阻碍，鱼类无法在洪水期内进入滩地产卵、觅食，也丧失了躲避洪水风险的避难所。
[0003]大多数河流廊道由主河槽和河漫滩组成，河流一河漫滩系统形成了多样化的栖息地，能够满足鱼类生活史的各种生境需求。根据河床水文和地貌条件，河漫滩包括河流故道(牛轭湖或牛轭弯道)、河漫滩上所形成的次级河道和局部封闭小水域及沼泽地等微地貌单元。主河槽和河漫滩构成的河道-滩区系统的连通性是维持河流生态系统结构和功能的重要基础。通常主河道作为生物迀移的路线，洪泛滩区则提供了水生动物洪水避难所。洪泛区是鱼类和无脊椎动物良好的栖息地，是产卵、觅食和幼鱼成长的场所。在汛期干流洪水漫溢到洪泛区，干流与河汊、水潭和泥沼相互联通，鱼类游到洪泛区避难，幼鱼和无脊椎动物在退水时从洪泛区进入干流主河槽。
[0004]多泥沙河流为防洪、减淤、水资源合理配置和高效利用的多重目的，通过调水塑造人工洪水过程，使下游河槽由淤积转为冲刷，在防止河道主槽萎缩，维持水库长期有效库容和中水河槽的行洪输沙能力方面起到关键作用。高含沙洪水的脉冲作用增加了水流中含沙量，引起流体的粘性大幅度增大、容重增加及水流紊动的共同作用，对河流生态系统可能产生破坏作用甚至引起灾难性的后果。河水含沙量剧增，溶解氧骤降，泥沙黏附于鱼鳃无法呼吸而使鱼处于缺氧“浮头”状态。随着高含沙洪水向下游推进，鱼类等水生动物和卵及幼体被动迀移，下游相继出现“流鱼”现象，或因泥沙或因河口盐度而死亡。
[0005]德国20世纪50年代就创立了近自然河道治理工程，提出了河道的整治要符合植物化和生命化的原理，是最早进行河流近自然生态修复相关研究的国家。美国把河流近自然生态修复技术称作“自然河道设计技术”，日本被称作“多自然河川工法”。1983年，Bidner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。同时，这些国家也相继颁布了河流治理的生态工程相关的技术规范和导则。如美国的《河流管理-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》。涉及河流蜿蜒性修复和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。目前，国外的河流生态修复研究和实践已经有了较好的基础，重点在河流和洪泛平原区的大尺度、长时间水文过程和生态过程研究，实践上恢复自然河流，河道加宽与河漫滩湿地恢复。英国实施河堤去除后，增加了洪泛平原湿地的面积，河道生境结构与河流水文动态恢复不仅对生态恢复有利，而且可减少洪峰10%?15%。
[0006]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、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。整体上，国内对河道生态修复与功能重建的工作处于起步阶段。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，并且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。目前，我国开展了一系列重建自然河道和恢复自然水文过程的研究，建立了大量的生态养护工程，但还需要大量的工程实践检验，以便筛选出适宜的资源养护技术创新，保障河流水生动物多样性和渔业资源。
【发明内容】
[0007]为了解决当前多泥沙河流调水调沙对渔业资源产生的生态胁迫，本发明通过一系列生态工程手段恢复河流自然形态，对鱼类栖息地进行横向连通和植被修复，从而实现对鱼类资源的保护和河流生态环境的改善。
[0008]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
一种高含沙洪水胁迫下鱼类庇护所的构建方法，其特征在于:按如下步骤进行:根据水域鱼类资源状况选择适宜河段，采用一生态工程措施人工营造河漫滩滨岸湿地系统，提高河漫滩湿地水文连通性，以躲避高含沙洪水对鱼类的胁迫，具体步骤为:
A确定所需保护的鱼类及目标鱼类所需要的生态条件:包括:
①野外现场调查和观测河道物理生态环境数据，考虑河势、河床地质构造性状，了解拟建庇护所河段生态环境状况，包括河段内的水位、流量、流速、含沙量等水文特征;②了解目标鱼类的生态习性，包括鱼类种群结构，仔稚鱼栖息场所，产卵季节产卵场水温、流速、溶氧度和透明度等环境需求;③根据历史和现状调查资料，分析该河段鱼类资源调查结果和历次水沙变化过程中鱼类损失以及逃避情况，筛选出对栖息地变化最敏感的、或在经济价值和种群结构上有重要贡献的代表性物种，确定庇护所目标鱼类；
B庇护场所场址选择，所述庇护场场址所应符合以下条件:①河道一侧有大于500m2的河漫滩系统，所述河漫滩系统为鬃岗地形、小型封闭水域、牛轭湖、河滩、次级河流等微地貌单元;②河道流速为0.2m/s-l.0m/s;③河漫滩系统距离水坝、水电站的距离大于100公里;C庇护所的创建，在河漫滩一侧河道开挖溢流堰，所述溢流堰采用双排木粧打入河床，所述溢流堰呈类U型，所述双排木粧之间铺设土工织物，土工织物内填充天然泥沙;溢流堰下接现有河道或挖设新的溢流河道连通河漫滩系统，所述溢流堰基质材料为松木、土工织物、石块、泥沙和水生植被。
[0009]进一步，设置溢流堰及溢流河道提高主河槽-河漫滩系统的连通度;根据河段平面形态、宽度、长度、形状、纵坡降、河湾半径和河岸形状，以及不同流量及泥沙条件下河漫滩是否被淹没及淹没的水深，对已有水流通道汇合点进行连通，或布设新的水流通道汇合点，然后开挖新的水流通道与已有水流通道进行连通。
[0010]进一步，所述溢流堰所采用的木粧为直径12-15cm，长度为1.8m的松木粧，所述松木粧在河床上以间隔1.5m打设两排木粧，木粧呈U形排列，中央部分木粧的粧头低于粧头55cm，所述溢流口的宽度按流量20?40m3/s设置，一般为侧槽水深的3~5倍或水宽的1/3?I/5。
[0011]作为优选，在基本不改变现有河床的情况下，庇护所尽量利用河床现有地形地貌，使河漫滩系统在一定的空间内冲淤塑造，保持一定的浅滩宽度和植被空间，保留天然河流自然弯曲的河势，人工营造浅滩、支流和沼泽湿地。
[0012]进一步，所述溢流河道两侧用用土工织物装泥沙袋压紧夯实。
[0013]进一步，所述溢流河道上种植有芦苇、柽柳、香蒲、红寥、荆三棱等植物。
[0014]本发明与现有技术相比的有益效果为:
溢流堰是布置在主河道侧边的一种溢流堰形式，溢流堰设计除满足稳定和强度要求夕卜，同时具有较高的流量系数，保证下游水流流态平顺，不影响主河槽的正常运行，确保下游河床不产生危及坝体安全的局部冲刷。当洪峰来临时，该结构能有效地排走洪水，缓解洪峰压力，同时为鱼类提供产卵场和仔稚鱼的避难所。该装置结构简单，造价低，施工方便，对溢流堰下方河床的冲击性减小，对防洪工程的改变最小，因此比较容易实施。
[0015]洪水脉冲是河道-滩区系统连通的驱动力，水流从溢流堰流经河漫滩系统，溢洪漫滩系统包括河滩地、沼泽湿地、局部封闭水域和牛轭河道等微地貌单元，用于宣泄高含沙洪水。在满足防洪标准的前提下，采用土工织物、植被等自然材料对河段进行近自然生态修复，维持天然河道的蜿蜒性，控制河道坡降，进行岸坡生态防护，因地制宜种植当地植被，利用野生植被植物组成复式植物群落，退水时水流归槽的时间也相应延长。
[0016]溢流堰增加河流的蜿蜒性，使之具有不同的水深、流场和流速，营造空间异质性多样化的栖息生境，利用河床多种平面形态因势利导恢复河漫滩湿地缓冲带，营造缓流区，促进河岸植被生长。
[0017]土工织物加草土复合结构具有良好的抗拉性、延展性和导水性，形成土工材料固土种植的复合护坡既能满足洪峰来临时河岸的抗冲刷，又能有效地维持河漫滩湿地系统鱼类栖息生境和植被恢复。
【附图说明】
[0018]为对本发明做进一步说明下面列举附图和【具体实施方式】。
[0019]图1为本发明庇护所平面结构示意图。
[0020]图2为本发明庇护所剖面示意图。
[0021 ]图3为溢流堰剖面结构示意图。
[0022]图4为溢流口结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]如图1-3所示，一种高含沙洪水胁迫下鱼类庇护所的构建方法，其特征在于:按如下步骤进行:根据水域鱼类资源状况选择适宜河段，采用一生态工程措施人工营造河漫滩滨岸湿地系统，提高河漫滩湿地水文连通性，以躲避高含沙洪水对鱼类的胁迫，具体步骤为:
A确定所需保护的鱼类及目标鱼类所需要的生态条件:包括:
①野外现场调查和观测河道物理生态环境数据，考虑河势、河床地质构造性状，了解拟建庇护所河段生态环境状况，包括河段内的水位、流量、流速、含沙量等水文特征;②了解目标鱼类的生态习性，包括鱼类种群结构，仔稚鱼栖息场所，产卵季节产卵场水温、流速、溶氧度和透明度等环境需求;③根据历史和现状调查资料，分析该河段鱼类资源调查结果和历次水沙变化过程中鱼类损失以及逃避情况，筛选出对栖息地变化最敏感的、或在经济价值和种群结构上有重要贡献的代表性物种，确定庇护所目标鱼类；
B庇护场所场址选择，所述庇护场场址所应符合以下条件:①河道I 一侧有大于500m2的河漫滩系统，所述河漫滩系统11为鬃岗地形、小型封闭水域2、牛轭湖3、河滩、次级河流4等微地貌单元;②河道I流速为0.2m/s-l.0m/s;③河漫滩系统距离水坝、水电站的距离大于100公里;C庇护所的创建，在河漫滩系统11 一侧河道开挖溢流堰5，所述溢流堰5采用双排木粧打入河床，所述溢流堰5呈类U型，所述双排木粧之间铺设土工织物6，土工织物6内填充天然泥沙7;溢流堰5下接现有河道或挖设新的溢流河道8连通河漫滩系统11，所述溢流堰5基质材料为松木、土工织物、石块、泥沙和水生植被;优选的，土工织物6上方宜叠加沙石布袋10，以求增加稳定。
[0024]进一步，设置溢流堰5及溢流河道8提高主河槽-河漫滩系统11的连通度;根据河段平面形态、宽度、长度、形状、纵坡降、河湾半径和河岸形状，以及不同流量及泥沙条件下河漫滩是否被淹没及淹没的水深，对已有水流通道汇合点进行连通，或布设新的水流通道汇合点，然后开挖新的水流通道与已有水流通道进行连通。
[0025]进一步，所述溢流堰5所采用的木粧为直径12-15cm，长度为1.8m的松木粧9，所述松木粧9在河床上以间隔1.5m打设两排木粧，木粧呈U形排列，中央部分木粧的粧头低于粧头55cm，溢流口的宽度按流量20?40m3/s设置，一般为侧槽水深的3~5倍或水宽的1/3?I/5。
[0026]作为优选，在基本不改变现有河床的情况下，庇护所尽量利用河床现有地形地貌，使河漫滩系统在一定的空间内冲淤塑造，保持一定的浅滩宽度和植被空间，保留天然河流自然弯曲的河势，人工营造浅滩、支流和沼泽湿地。
[0027]进一步，所述溢流河道6两侧用用土工织物装泥沙袋压紧夯实。
[0028]进一步，所述溢流河道6上种植有芦苇、柽柳、香蒲、红寥、荆三棱等植物。
[0029]显而易见，以上显示和描述了本发明的基本结构和主要特性及本发明的优点。对发明的具体实施方案进行了描述，但并未对本发明保护范围的限制，本行业的技术人员应该了解，上述实施例与说明中描述的只是本发明基本的操作步骤，不脱离发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求及其等效物界定。
【主权项】
1.一种高含沙洪水胁迫下鱼类庇护所的构建方法，其特征在于:按如下步骤进行:根据水域鱼类资源状况，选择适宜河段，采用生态工程措施人工营造河漫滩滨岸湿地系统，提高河漫滩湿地水文连通性，以躲避高含沙洪水对鱼类的胁迫，具体步骤为: A确定所需保护的鱼类及目标鱼类所需要的生态条件，包括:①野外现场调查和观测河道物理生态环境数据，考虑河势、河床地质构造性状，了解拟建庇护所河段生态环境状况，包括河段内的水位、流量、流速、含沙量等水文特征;②了解目标鱼类的生态习性，包括鱼类种群结构，仔稚鱼栖息场所，产卵季节产卵场水温、流速、溶氧度和透明度等环境需求;③根据历史和现状调查资料，分析该河段鱼类资源调查结果和历次水沙变化过程中鱼类损失以及逃避情况，筛选出对栖息地变化最敏感的、或在经济价值和种群结构上有重要贡献的代表性物种，确定庇护所目标鱼类； B庇护场所场址选择，所述庇护场场址所设置应具备以下条件:①河道一侧有大于500m2的河漫滩系统，所述河漫滩系统为局部封闭水域、牛轭弯道、沼泽湿地或次级河流等微地貌单元，；②河道流速为0.2m/s-1.0m/s;③河漫滩系统距离水坝、水电站的距离大于100公里； C庇护所的创建，在河漫滩一侧河道开挖溢流堰，所述溢流堰采用双排木粧打入河床，所述溢流堰呈类U型，所述双排木粧之间铺设土工织物，土工织物内填充天然泥沙;溢流堰下接现有河道或挖设新的溢流河道连通河漫滩系统，所述溢流堰基质材料为松木、土工织物、石块、泥沙和水生植被。2.根据权利要求1所述的一种高含沙洪水胁迫下鱼类庇护所的构建方法，其特征在于设置溢流堰及溢流河道提高主河槽-河漫滩系统的连通度;根据河段平面形态、宽度、长度、形状、纵坡降、河湾半径和河岸形状，以及不同流量及泥沙条件下河漫滩是否被淹没及淹没的水深，对已有水流通道汇合点进行连通，或布设新的水流通道汇合点，然后开挖新的水流通道与已有水流通道进行连通。3.根据权利要求1所述的一种高含沙洪水胁迫下鱼类庇护所的构建方法，其特征在于所述溢流堰所采用的木粧为直径12-15cm，长度为1.8m的松木粧，所述松木粧在河床上以间隔1.5m打设两排木粧，木粧呈U形排列，中央部分木粧的粧头低于粧头55cm，溢流口的宽度按流量20?40m3/s设置，一般为侧槽水深的3~5倍或水宽的1/3?1/5。4.根据权利要求1所述的一种高含沙洪水胁迫下鱼类庇护所的构建方法，其特征在于在基本不改变现有河床的情况下，庇护所尽量利用河床现有地形地貌，使河漫滩系统在一定的空间内冲淤塑造，保持一定的浅滩宽度和植被空间，保留天然河流自然弯曲的河势，人工营造浅滩、支流和沼泽湿地。
【文档编号】E02B7/16GK106049347SQ201610354121
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】李秀启, 刘超, 客涵, 王亚楠, 师吉华, 丛旭日
【申请人】山东省淡水渔业研究院