浑河沈抚段河岸缓冲带组成调查和结构配置模式优化研究以及优势植被缓冲能力分析

发布时间：2020-09-03 08:02

　　沈阳位于我国东北地区南部,地处东北亚经济圈和环渤海经济圈的中心,是东北地区的综合枢纽城市。浑河发源于长白山支脉——辽宁抚顺清原县的滚马岭,自东向西穿行而过沈阳市区,将沈阳市分为浑北和浑南,是沈阳的母亲河。浑河以其优美的河岸线和丰富的自然资源,成为沈阳发展最具特色、活力、丰富多彩的都会中心区域,把沈阳变成一座滨水花园城市。因此,浑河滨水区和河岸带的景观状态、植被生态组成优劣,不仅是简单的环境问题,也对沿河社会发展,沈阳市世纪城市开发建设提供重要的支撑保障作用。河岸带是河流水——陆地交界区域的两边,直至河水影响消失为止的地带。河岸带是水陆生态系统共同作用的区域,具有独特的空间结构和生态功能。河岸带通过过滤和截留沉积物、水分调控以及营养物质的再分配等过程,来协调河流横向和纵向的物质和能量流。河岸带受河流水生生境的影响,具有地下水浅,土壤肥力较高,空气湿度较高,易受洪水泛滥影响,水域陆域系统共同作用的特点。一定宽度的河岸缓冲带经过水、土壤、植被综合生态系统的过滤、渗透、吸收、滞留等物理、化学作用,具有控制面源污染、净化水质等多种生态环境功能。本实验从三个方面开展分析,首先,开展以浑河沿河植被带植被构成及群落分布状况的调研。在快速城市化的进程中,浑河已演变为沈阳市内河,河岸带原有的自然植被群落经人工选择、景观修建、土地开发等影响已基本不复存在,在灌木与乔木组成上更多成为以人工选择为主的植被群落,草本植物除本地常见的土著物种还存在入侵性较强的植物物种。开展植被及群落分布状况调研,获得第一手资料,明确植被构成,群落分布,为植物群落优化和合理配置植物组成,促进该区域的水生态建设和河岸缓冲带生态功能恢复提供基础支撑。另一方面,开展河岸缓冲带优势植被缓冲能力的分析。河流按其存在环境一般分为城市河流和自然河流。浑河沈抚段是典型的北方城市河流。浑河的河岸缓冲带以人工构建为主,在特定河段,浑河河岸缓冲带的宽度、坡度等指标无法更改。在长冬季的气候特点下,从植被构成的角度筛选出提高河岸缓冲带生态环境功能的植被组成,以此提高其生态环境功能。通过实地调查、室内外模拟实验相结合的手段,对浑河沈抚城市段常见的绿化草本和灌木植物对地表径流的缓冲能力进行了分析,以期在满足景观美化的前提下,筛选出对地表径流能力强的植物品种,为浑河城市段生态功能的提升提供选择依据。最后开展浑河沈抚段植被缓冲带结构配置模式优化研究。植被过滤带(Vegetative Filter Strips,VFS)是位于污染源与水体之间,一般呈条状分布的乔木、灌木或草地,可显著降低氮、磷等面源污染物对水体的影响。河岸缓存带是植被过滤带在河流面源污染防控上的常见应用。河岸缓存带的设计及结构优化是达成缓存带预定生态功能的主要环节,也是影响缓存带对污染物截留、缓存能力的主要因素。河岸缓存带的设计主要针对特定地段的污染物来源组成,地形提出最优的结构、植物组成和相应的管护措施。宽度、坡度、土壤条件、气候因素是河岸缓存带设计中需考虑的主要因素。据前期调研表明河岸带周边道路、城市社区地表能够产生面源污染物,并表现出高SS,高COD,高TN和低TP的特点,本研究中运用VFSMOD模型(VFSMOD模型是由美国Florida大学的Carpena等人于1999年提出的一个基于降雨田间尺度机制的数学模型,主要用于模拟植被过滤带对坡面地表径流中泥沙和污染物的净化效果)获得河岸植被缓存带阻控效果的限值,并基于浑河沈抚城市段区域(气候、土壤、微地形)特点,对不同植被构成的植被缓冲带对地表径流的泥沙拦截与径流削减效果进行了模拟,获得缓存带最适宽度、带长等指标。根据模拟结果,利用小试的方法进行植被配置模式模拟,获得植被配置组成和植被群落构成的消减效果,并基于以上结果对浑河沈抚城市段河岸缓冲带的设计参数提出了优化建议,形成了相应的设计图,以期为利用河岸缓冲带提升浑河城市段景观生态功能,减少横向面源污染物入河提供设计依据和技术参考。
【学位单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：Q948;X52
【部分图文】：

分布图,分布图,植被群落

主要植被群落分布图

缓冲能力,实验模拟,植被,培养箱

图 3-1 植被缓冲能力实验模拟装置结构图实验时水流通过溢流的方式进入培养箱，一部分通过下渗作用渗流进入装置；另一部分在表面形成径流，最终溢流进入出水集水槽，从底端集水槽处离开培养箱并通过分流装置分别收集在对应水桶中。试验开展前，原状选取浑河河岸带土壤于培养箱内，土层厚度 40cm，并通过灌溉、晾干等反复操作恢复原有土壤结构。实验时，首先对筛选出的草本植物进行育苗，待小苗生长到一定的氋度，移栽至培养箱内，每个箱体内植被种苗数量一定，均为 120 棵。正常抚育生长 3个月，开始植被缓冲带植被缓冲能力实验。实验所用模拟污水，参照北方地区道路地表径流进行配置（表 1），用过 100 目筛的土壤颗粒、碳酸氢铵、过磷酸钙、邻苯二甲酸氢钾配置模拟污水。在常温实验条件下将称取完成的化学药品进行溶解，分批次逐渐加入到配水桶中。实际配置模拟污水成分范围见表 3-3。

草本植被,总氮,去除率,荷兰菊

图 3-2 不同草本植被对模拟污水中总氮的去除率显的种类差异有很大关系，早熟禾和三叶草植株生长高度较低并且地面率较大，植被密度较高，增加了径流流动阻力，延长了滞留时间，使径的下渗至深层土壤；对于淋溶态总氮的去除，各类植物的去除效果均除率在 9%-16%之间，相比于对径流总氮的高效处理效果，三叶草对淋氮的去除效果不佳，去除率仅为 12%左右，这与三叶草较为发达的根系于径流入渗有关，荷兰菊获得了最高的淋溶液中总氮的去除效果，其根于荷兰菊直根系及根系较短。通过对总氮去除率的排序，各植物对径流缓冲能力排序依次为三叶草>早熟禾>荷兰菊>肥皂草>狼尾草>千蕨菜。.3.3 植物对总磷和 SS 的去除率在对总磷的去除上，各植物均表现出较好的去除效果（70%以上），溶液的去除效果也普遍高于 80%，这与磷的化学形态有关。

【参考文献】