原木跌水結構對河流潛流帶溫度場的影響

劉佶鑫, 王可健, 劉 瑛, 劉德富, 馮晶紅, 李 毅

(湖北工業大學河湖生態修復與藻類利用湖北省重點實驗室， 湖北 武漢 430068)

河流中的生物體對熱變化比較敏感，只能適應一定范圍內的溫度，因此溫度是影響有機體和生態系統功能的最重要因素之一[1]。河流潛流帶中，溫度可以影響微生物活性、無脊椎動物的發育、部分魚卵的存活，具有重要的生態意義[2]。而潛流交換控制著多種棲息地因子(如溫度、砂礫等)，這些因子直接控制著生物對產卵棲息地的選擇。如，一些蛙和魚將卵產在下降潛流和上升潛流的交界位置，向上的水流會帶來恒定的溫度和豐富的營養，向下的水流則會帶來充足的溶解氧[3]。上覆水和地下水之間的壓力梯度和沉積物的滲透性能是影響潛流交換的兩個主要因素，水壓是局部潛流交換的驅動力[4]。Menichino等[5]研究發現跌水結構可以使潛流帶形成局部水力梯度，在上游產生下行流，在下游產生上行流，進而產生潛流交換，對河流溫度具有一定的調節作用。Sawyer等[6-7]采用實驗室水槽試驗和數值模擬方法對潛流和熱交換進行量化，認為河道中大型枯木結構周圍的河水流動會沿河床產生壓力梯度，從而推動河水與地下水的混合以及潛流帶內的熱傳輸。Malard等[8]研究發現，在較大型河流系統中，由于局部地表-地下水的相互作用，河段內部存在明顯的熱非均質性現象。陳孝兵等[9-10]通過構建循環式水槽裝置和數值模型，研究了不同河床地形、河床滲透特性的潛流交換與地表水動力、河床沉積物非均質性之間的關系?！?br>