CN110745955A - 平原浅水湖泊生态水位调控方法 - Google Patents

平原浅水湖泊生态水位调控方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种平原浅水湖泊生态水位调控方法，包括以下步骤：根据平原浅水湖泊多年平均水位和湖滨湿地高程确定湿地水深；根据湿地水深和湖泊污染状况配置适应特性的植物；对比区域内最低水位与湿地高程，根据对比结果在相应区域配置植物，确定配置植物的生长周期，根据配置的植物的生长周期设置水位。本发明保证湖滨湿地植物的萌芽率，为后期植物的生长恢复奠定基础；本发明促进湖滨湿地植物的生长，提高根系污染物吸收量和吸收效果；本发明还提高了植物收割量，提高了湖泊污染物移除率。

Description

平原浅水湖泊生态水位调控方法
技术领域
本发明涉及湖滨生态修复方法，具体涉及一种平原浅水湖泊生态水位调控方法。
背景技术
在全球湖泊富营养化和污染问题严峻的形势下，湖滨生态修复与管理一直为国内外研究的热点。湖滨湿地具有良好的污染物截留与净化、捕集和抑制藻类、提高湖滨生物多样性、控制沉积和侵蚀及调蓄洪水的功能，是健康湖泊生态系统不可或缺的有机组成部分。湖泊水位调控及湖滨植物管理是保持湖滨湿地功能的两个关键要素。水位波动是湿地最重要的水文情势，水位调控产生的湿地干湿交替周期和最高水深变化直接影响了湿地植物的个体生长及湿地的水质净化效果，因此，加强水位调控及确定适宜水位技术方法在湖滨湿地恢复与治理中的作用显得尤为重要。此外，植物管理对湿地水质的净化效果的影响不容忽视，植物收割和湿地基质表层堵塞显著地影响着湿地水质净化效果。目前，对湖泊水位调控所采取的方法主要为水文学法、生物空间法、湖泊形态分析法，着重考虑对湖泊最低生态需水量对应的最低生态水位的维持，而极少考虑水位对湖滨湿地植物及其污染物吸收效果的影响。在湿地植物管理方面，对植物收割留茬高度与水位的关系考虑不足。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种平原浅水湖泊生态水位调控方法，解决现有调控方法不考虑对植物的影响，调控不到位，影响植物生长的问题。
技术方案：本发明所述的平原浅水湖泊生态水位调控方法，包括以下步骤：
(1)根据平原浅水湖泊年平均水位和湖滨湿地高程确定湿地水深；
(2)根据湿地水深和湖泊污染状况配置适应特性的植物；
(3)对比区域内最低水位与湿地高程，根据对比结果在相应区域配置植物，
(4)确定配置植物的生长周期，根据配置的植物的生长周期设置水位。
其中，所述步骤(1)中湿地水深为h＝X-H，其中X为平原浅水湖泊水位，H为湖滨湿地高程。
所述步骤(3)中，在最低水位高于湿地高程情况下，区域内配置水生植物为主；最低水位低于湿地高程情况，区域内配置旱生植物。
所述步骤(4)中植物的生长周期为萌芽期、生长繁殖期和休眠期。
所述植物萌芽期的水位设置为Ⅰ≤X≤Ⅱ，生长繁殖期的水位设置为Ⅲ≤X≤Ⅳ，休眠期的水位设置为Ⅴ≤X≤Ⅵ，其中，I为保证湖区其他生物如鱼类等生存和水环境容量等的最低水位，II为保证植物萌发率的最高水位；III是保证植物生长和湖泊最低生态需水量的最低水位；Ⅳ是保证植物水质净化效果的最高水位；Ⅵ是保证湖泊最低生态需水量的水位；Ⅵ是保证植物收割和收割后植物存活的最高水位。
有益效果：本发明保证湖滨湿地植物的萌芽率，为后期植物的生长恢复奠定基础；本发明促进湖滨湿地植物的生长，提高根系污染物吸收量和吸收效果；本发明通过同步调低水位与植物收割时间的方案，提高污染物移除率和植物存活率；本发明在枯水位特定时期或植物收割期进行湿地强制落干，以缓解基质上部由于细菌生长引起的堵塞，保证湖滨湿地生态功能的有效发挥。
附图说明
图1是本发明的流程示意图；
图2是湖滨湿地植物结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
湖泊生态水位调控方法，包括以下步骤：
(1)根据平原浅水湖泊年平均水位和湖滨湿地高程确定湿地水深；
(2)根据湿地水深配置适应特性的植物；
(3)对比区域内最低水位与湿地高程的对比，根据对比结果在相应区域配置植物，
(4)确定配置植物的生长周期，根据配置的植物的生长周期设置水位。
其中，步骤(1)中湿地水深为h＝X-H，其中X为平原浅水湖泊水位，H为湖滨湿地高程。步骤(3)中，在最低水位高于湿地高程情况下，区域内配置水生植物为主；最低水位低于湿地高程情况，区域内配置旱生植物。步骤(4)中植物的生长周期为萌芽期、生长繁殖期和休眠期。植物萌芽期的水位设置为Ⅰ≤X≤Ⅱ，生长繁殖期的水位设置为Ⅲ≤X≤Ⅳ，休眠期的水位设置为Ⅴ≤X≤Ⅵ，I为保证湖区其他生物如鱼类等生存和水环境容量等的最低水位，II为保证植物萌发率的最高水位；III是保证植物生长和湖泊最低生态需水量的最低水位；Ⅳ是保证植物水质净化效果的最高水位；Ⅵ是保证湖泊最低生态需水量的水位；Ⅵ是保证植物收割和收割后植物存活的最高水位。
下面以某平原浅水湖泊为例进行具体解释，该湖泊年平均水位变幅为3.0～3.6m，湖滨湿地高程为3.0m。6～9月为丰水期，最高水位一般出现在7～8月；11月至次年3月为枯水期，水位在3.1m上下波动；其它月份为平水期。该湖泊湖滨湿地主要植物有芦苇、茭草、菖蒲、香蒲、水葱等。
(1)基于湖滨湿地植物萌芽的水位调控：
五种挺水植物萌芽期在3～4月，生长繁殖期多在5～10月，适宜水深变化范围为0.2～0.6m。其中，在生长繁殖期，芦苇、水葱、茭草适宜水深相对较浅，分别为0.2～0.5m、0.1～0.6m、0.1～0.5m；菖蒲、香蒲适宜水深相对较深，分别为0.2～0.8m、0～0.6m。萌芽期对湿地植物的生长恢复非常关键，上述五种植物适宜水深约为0.2m。因此，若湖泊水位在3～4月设定为3.0～3.2m，可基本满足湿地植物生长恢复。
(2)基于湖滨湿地植物生长繁殖的水位调控：
不同水深梯度下的植物生长及其根际微环境的生物地球化学过程，影响着水-土界面和根-土界面营养盐的迁移转化，进而影响到湿地水质的净化效果。以芦苇为例，由于受芦苇生长的影响，在水深0.1m时根际溶液中NH4 +和PO4 3-含量下降最为明显，而在水深0.7m时NO3 -升高最为显著。芦苇根际沉积物-水界面NH4 +、PO4 3-的扩散通量均低于非根际，随水深增大PO4 3-的释放通量最多可增幅40％～47％。水深变化对NO3 -的扩散通量影响最大，在0.1m～0.7m随水深增大沉积物吸收水中NO3 -的效率显著下降，而水深进一步增加到1.0m时开始回升。因此，当芦苇淹水深度增大时，PO4 3-和NH4 +的释放通量有增大趋势，湿地植物根际削减水体氮磷的效率逐渐下降，这增大了沉积物向水体释放氮磷的风险。综上，将湖泊水位在5～10月设定为3.2～3.6m，可满足湿地植物生长繁殖同时保持较高水质净化效果。
(3)基于湖滨湿地植物收割的生态水位调控：
湿地植物在11月初湖泊开始进入枯水期时进行收割。生长初期(5～6月)进行湿地植物收割，将诱发湿地系统藻类的增殖和引起植物地下组织的衰退，导致水质净化效果降低。此外，此时湖泊刚进入丰水期，水位较高不利于水位调控和大生物量移除。而11月以后，部分植物已衰败进入湿地土壤。11月初进行收割，一方面植物通过有性繁殖的种子已成熟，收割后留存部分作为无性繁殖体进入休眠；另一方面，湖泊此时开始进入枯水期，可通过微调湖泊水位降低留茬高度，以提高收割强度移除更多污染物。为避免水体沿破损的茎秆或叶柄进入地下组织，引起植物根茎坏死，留茬高度在水面上15cm。为移除更多污染物，保证收割生物量，11～2月湖泊水位应控制在3.05～3.2m，接近湖泊枯水期平均水位3.1m。
(4)基于湖滨湿地基质落干的水位调控：
强制落干期的应用能有效缓解湿地堵塞，恢复湿地水质净化效果。湿地进入落干期后，氧浓度随着深度的增加而降低。湿地落干1、3、7、10天后土壤氧渗透深度分别为10、15、20、30cm。当土壤含水量较高时，土壤孔隙边界被水覆盖阻碍了氧气进入生物膜层，影响了生物膜氧化。随着土壤水分含量的降低，土壤颗粒间的空间增加，生物膜收缩，蒸腾作用使得氧气更易于扩散到土壤介质中并加速生物膜氧化。表层土壤干燥第1天氧的渗入即可支持10cm以内表层微生物活动。5～10天的落干可以有效的缓解基质上部由于细菌生长引起的堵塞。湖泊在11月至次年3月为枯水期，偶尔存在落干期，可考虑在水位接近落干水位时(即湿地高程3.0m)，降低水位至3.0m并维持5～10天，以达到落干效果，保持湖滨湿地生态功能。此外，为方便植物收割，可将湿地落干期移至植物收割期。
综上，为维持某平原浅水湖泊滨岸湿地生态功能，依据植物生长发育及水质净化效果，可在3～4月调节水位为3.0～3.2m；5～10月保持水位3.2～3.6m；依据植物收割和休眠，在11～2月水位控制在3.05～3.2m；在休眠期水位较低时，可进行一次5～10天落干，以保证湿地水质净化效果。此外，为方便植物收割，也可将湿地落干期移至植物收割期。

Claims (5)

1.一种平原浅水湖泊生态水位调控方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据平原浅水湖泊年平均水位和湖滨湿地高程确定湿地水深；
(2)根据湿地水深和湖泊污染状况配置适应特性的植物；
(3)对比区域内最低水位与湿地高程，根据对比结果在相应区域配置植物，
(4)确定配置植物的生长周期，根据配置的植物的生长周期设置水位。
2.根据权利要求1所述的平原浅水湖泊生态水位调控方法，其特征在于，所述步骤(1)中湿地水深为h＝X-H，其中X为平原浅水湖泊水位，H为湖滨湿地高程。
3.根据权利要求1所述的平原浅水湖泊生态水位调控方法，其特征在于，所述步骤(3)中，在最低水位高于湿地高程情况下，区域内配置水生植物为主；最低水位低于湿地高程情况，区域内配置旱生植物。
4.根据权利要求1所述的平原浅水湖泊生态水位调控方法，其特征在于，所述步骤(4)中植物的生长周期为萌芽期、生长繁殖期和休眠期。
5.根据权利要求4所述的平原浅水湖泊生态水位调控方法，其特征在于，所述植物萌芽期的水位设置为Ⅰ≤X≤Ⅱ，生长繁殖期的水位设置为Ⅲ≤X≤Ⅳ，休眠期的水位设置为Ⅴ≤X≤Ⅵ，其中，I为保证湖区其他生物如鱼类等生存和水环境容量等的最低水位，II为保证植物萌发率的最高水位；III是保证植物生长和湖泊最低生态需水量的最低水位；Ⅳ是保证植物水质净化效果的最高水位；Ⅵ是保证湖泊最低生态需水量的水位；Ⅵ是保证植物收割和收割后植物存活的最高水位。
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