生态潜坝措施下城市景观河流有机物滞留效应的物理模型试验

石 宁

(辽宁省营口水文局，辽宁 营口 115003)

城市景观河流既要考虑城市景观也需要对河流的生态功能进行综合规划。当前，由于城市景观河流渠化作用，使得河流的流速加大，而河流流速的加大，使得河流中的有机质滞留效益降低，影响城市景观河流的生态功能。近些年来，对于城市景观河流生态功能的研究得到国内许多学者的关注[1-7]，其中生态潜坝成为当前城市景观河流生态功能改善的一种有效措施。但是生态潜坝如何设置才能使得城市景观河流有机质滞留比例达到最优是当前一个较难的科学问题。物理模型试验的方式是解决此类问题既经济又科学的有效途径[7-9]，为此本文结合物理模型试验方式探讨不同生态潜坝措施下有机物滞留和遗失比例，从而寻求最优的城市景观河流生态潜坝设置方式。

1 模型试验方法

模型试验有机质材料采用树叶木棍进行铺设，树叶密度和宽度分别为400g/cm3和4cm，木棍的总体直径在0.7～0.8cm之间。结合有机物质滞留系数评价方程来对生态潜育坝下的有机质滞留效应进行评价，有机质加权平均运移方程为：

(1)

国外学者针对有机质传输呈现指数分布，进行方程的拟合，拟合方程为：

k=-ln(Lx/Li)/x

(2)

式中，x—有机质释放的起点距离，m；Lx—有机质滞留的比例，%；Li—有机质遗失的比例，%；x—有机质滞留评价系数。

2 试验概况

在进行模型试验时，生态潜育坝在铺设时考虑设定上、中、下游4个断面，且考虑横向范围内有机质的滞留试验，模型试验工况如图1所示。设定的来水量为400、500、600、700、800、1000L/h。在模型起点处主要释放50份树叶和人工木棍后，等待放水试验30min后，待水面平稳后，沿纵向和横向断面分析有机质的数量，每次试验时间为30min。

3 试验结果

3.1 生态潜坝措施纵向范围有机质滞留试验结果

分析纵向4个断面下生态潜坝有机质的滞留结果，见表1、如图2所示。

从纵向断面滞留试验结果可以看出，随着断面比降的加大，有机质滞留的比例有所加大，而遗失比例有所减少，这主要是因为断面比降的增加其流速有所增加，使得有机质快速向下游流动，使得下游有机质的滞留比例加大。树棍相比于人工树叶，其对有机质滞留比例影响要大。从图2中可以看出，从上到下断面，纵向上两种有机质滞留比例的差值逐步加大。

图1 物理模型试验现场图

图2 各纵断面有机质滞留试验结果

3.2 生态潜坝下横向范围有机质滞留试验结果

试验分析横向范围内生态潜坝措施下有机质的滞留结果，见表2、如图3所示。

从试验结果可以看出，横向范围内有机质滞留比例不如纵向范围内有机质滞留比例，相比于纵向断面，横向范围滞留比例均值低15%，这主要是因为城市景观河流横向扩散效应不如其纵向扩散效应。且从图3中可看出，两种有机质在生态潜坝措施下的差值大于其纵向范围内的差值。

表1纵向断面有机质滞留试验结果单位：%

表2横向范围各区域有机质滞留试验结果单位：%

3.3 不同流量下生态潜坝措施下的有机质滞留试验结果

试验分析不同流量下生态潜坝措施下有机质滞留试验，试验结果见表3、如图4所示。

表3 不同流量条件下生态潜坝措施下有机质滞留系数结果

从试验结果中可发现，河流中水量的增加，其对纵向断面有机质滞留的影响比例较小，达到20%，而对横向范围内的有机质滞留影响比例较高，达到60%，因此在城市景观河流中设置生态潜坝进行有机质滞留时，在丰水期，应重点考虑横向范围内的有机质滞留，而在枯水期时，重点考虑纵向范围的有机质的滞留效应。

图3 不同横向范围内有机质滞留试验结果

图4 不同流量条件下生态潜坝措施下的有机质滞留系数对比结果

4 结语

(1)随着断面纵向比降的加大，相比于非生态潜坝措施，生态潜坝措施下有机质的滞留比例有所增加，平均运移的距离加长，因此在城市景观河流生态潜坝设置中，应重点考虑上、中、下比降较大的区域进行设置，可实现城市景观河流生态功能的优化。

(2)随着河流水量的加大，其有机质滞留的系数逐渐加大，比较容易在其局部形成密集的有机质群。