《河湖生態(tài)修復(fù)技術(shù)》課程教案課題：河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)教學(xué)目的：分析河流生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。列舉河流生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)查手段。掌握河流生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)方法?？偨Y(jié)河流生態(tài)系統(tǒng)的評估標準。課型：新授課課時：本章安排4個課時。教學(xué)重點：重點：分析河流生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。教學(xué)難點：難點：掌握河流生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)方法。教學(xué)過程：教學(xué)形式：講授課，教學(xué)組織采用課堂整體講授和分組演示。教學(xué)媒體：采用啟發(fā)式教學(xué)、案例教學(xué)等教學(xué)方法。教學(xué)手段采用多媒體課件、視頻等媒體技術(shù)。板書設(shè)計：本課標題河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)課次2授課方式理論課□討論課□習(xí)題課□其他□課時安排4學(xué)分共2分授課對象普通高等院校學(xué)生任課教師教材及參考資料1.《河湖生態(tài)修復(fù)技術(shù)》；電子工業(yè)出版社。2.本教材配套視頻教程及學(xué)習(xí)檢查等資源。3.與本課程相關(guān)的其他資源。教學(xué)基本內(nèi)容教學(xué)方法及教學(xué)手段課程引入河流是地球上最重要的淡水資源和生態(tài)系統(tǒng)之一，在維持生物多樣性、調(diào)節(jié)氣候、提供生態(tài)服務(wù)等方面發(fā)揮著不可替代的作用。然而，在人類活動和氣候變化雙重壓力下，全球河流生態(tài)系統(tǒng)正面臨前所未有的退化威脅。本文系統(tǒng)梳理了河流生態(tài)修復(fù)的理論基礎(chǔ)、技術(shù)方法體系、實踐應(yīng)用案例及未來發(fā)展趨勢，旨在為河流生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)管理提供科學(xué)依據(jù)。參考以下形式：1.銜接導(dǎo)入2.懸念導(dǎo)入3.情景導(dǎo)入4.激疑導(dǎo)入5.演示導(dǎo)入6.實例導(dǎo)入7.其他形式任務(wù)1分析河流生態(tài)特征3.1.1水文結(jié)構(gòu)1．水文循環(huán)水文循環(huán)是聯(lián)系地球水圈、大氣圈、巖石圈和生物圈的紐帶。水文循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的核心，是一切生命運動的基本保障。一方面，從河流、湖泊、水庫及地下水層中取水，以滿足工農(nóng)業(yè)發(fā)展和生活需求；另一方面，將含有污染物的廢水、污水排到河流、湖泊中，造成水體污染。2．河川徑流徑流是水文循環(huán)中的重要組成部分。徑流包括坡面徑流、地下潛流、飽和坡面徑流和河川徑流等多種形式，這幾種產(chǎn)流機制可以單獨存在，也可以組合存在。在規(guī)劃設(shè)計工作中，通常把時間-流量過程線劃分為兩部分：第一部分是基流，是指在小雨或無雨時期水體從河床周圍介質(zhì)中緩慢滲入河床形成的徑流。在時間-流量過程線中，基流過程線較為平緩；第二部分是暴雨徑流，是指短期發(fā)生的強降雨產(chǎn)生的徑流。在暴雨徑流過程中，水體通過地面或地下介質(zhì)進入河床。暴雨徑流過程線較為陡峭。3．水量平衡水量平衡概念為實施水資源管理提供了一種有效工具。水量平衡是針對特定的體積單元而言的，所謂體積單元，既可以指整個地球，也可以指流域甚至河流集水區(qū)。4．物質(zhì)循環(huán)和營養(yǎng)物質(zhì)輸移生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)過程與水文循環(huán)過程密切相關(guān)。分解者包括細菌、土壤原生動物和部分小型無脊椎動物，它們的作用是對落葉、枯草、動物殘肢、死亡的藻類等連續(xù)地進行分解，把復(fù)雜的有機物轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵蔚臒o機物，再回歸到大自然中，從而完成物質(zhì)循環(huán)的全過程。河流的一項重要功能是通過水文過程輸送泥沙、植物營養(yǎng)物質(zhì)和有機物進入湖泊、濕地、海洋。5．水文過程的生態(tài)功能基于水文過程的生態(tài)影響，可以把河流年內(nèi)水文過程線劃分為三種水流組分，即低流量、高流量和洪水脈沖。低流量是指枯水期的基流；高流量是指發(fā)生在暴雨期、高于低流量且低于平灘流量的流量；洪水脈沖是指高于平灘流量的流量。3.1.2地貌結(jié)構(gòu)河流地貌結(jié)構(gòu)的形成是一個長期的動態(tài)過程。多樣的河流地貌結(jié)構(gòu)決定了棲息地的多樣性特征，為生態(tài)過程提供了物理基礎(chǔ)。1．河流泥沙運動水流在流域范圍內(nèi)對土壤的侵蝕、對河床的沖刷及對泥沙的輸移和淤積作用，是河流地貌結(jié)構(gòu)演變的主要原因。流域侵蝕是產(chǎn)生河流泥沙的根源。泥沙的物理化學(xué)性質(zhì)包括泥沙顆粒的大小、形狀、單位體積質(zhì)量、礦物成分及泥沙混合物的性質(zhì)，其中泥沙粒徑指標最為重要。紊流對于泥沙顆粒起動、懸浮和輸移具有重要意義。總輸沙量的推算方法有3種：①根據(jù)水文站實測泥沙資料推算總輸沙量，主要是指根據(jù)不同流量下的實測泥沙資料，應(yīng)用流量-輸沙率關(guān)系曲線及流量-頻率關(guān)系曲線，推算總輸沙量；②由流域的土壤侵蝕量推算總輸沙量；③根據(jù)水庫淤積量推算總輸沙量。2．河床演變河床演變是指河床受自然因素或水工建筑物的影響而發(fā)生沖淤變化。河床演變是諸多因素綜合作用的結(jié)果，與流域地質(zhì)、地貌、氣候、土壤和植被密切相關(guān)，其主要影響因素有4個：①水流及其變化過程；②流域來沙量及其級配；③河流縱比降；④河床地質(zhì)。彎道環(huán)流是一種重要的次生流，它是水流在彎道中因流線彎曲形成的環(huán)形流動。彎道水流受河灣的制約，在離心慣性力的作用下產(chǎn)生水面橫比降和彎道橫向環(huán)流運動。彎道橫向環(huán)流和縱向流動合成螺旋流，直接影響彎道的泥沙運動。3．河流的自調(diào)整河流系統(tǒng)總是趨于在水流運動、泥沙輸移和河床形態(tài)變化之間達到平衡。河流的自調(diào)整功能是通過水流作用下的泥沙沖刷、輸移和淤積過程實現(xiàn)的。4．河道穩(wěn)定性河道穩(wěn)定性包括河道平面形態(tài)側(cè)向穩(wěn)定性、縱坡穩(wěn)定性和河道岸坡局部穩(wěn)定性。保證河道穩(wěn)定性，既是防洪的需要，也是維持生物棲息地可持續(xù)性的需要。河道平面形態(tài)側(cè)向穩(wěn)定性主要取決于河道縱比降、泥沙特性和岸坡的抗沖性。3.1.3物理化學(xué)結(jié)構(gòu)河流中的水流運動、水溫及泥沙為水生生物提供了重要的生境條件。河流水體中的溶解氧是生物呼吸的必要條件。包括氨氮在內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)和金屬被水生生物吸收，經(jīng)歷復(fù)雜的遷移轉(zhuǎn)化，完成物質(zhì)循環(huán)的全過程。1．物理結(jié)構(gòu)1）水流運動水流運動是河流最重要的物理過程之一。河流通過水流運動，向下游輸送營養(yǎng)物質(zhì)和溶解物質(zhì)。同時，水動力挾帶泥沙運動是塑造河道及河漫灘的驅(qū)動力。描述水流運動的水力要素包括水深、流速和流量。2）水溫河流水溫變化對于所有水生生物的初級生產(chǎn)力、分解、呼吸、營養(yǎng)循環(huán)、生長率、新陳代謝等生態(tài)過程都具有重要影響。水溫變化對河流生態(tài)系統(tǒng)會產(chǎn)生重要影響，其直接影響包括：①所有淡水生物都有其獨特的生存水溫承受范圍，水溫在生物群落結(jié)構(gòu)形成方面起到關(guān)鍵作用；②水溫升高將提高整個食物鏈的代謝率和繁殖率；③對無脊椎動物、魚類來說，水溫變化是其生命史中的外部環(huán)境信號。水溫變化的間接影響包括：①水溫升高會使水體中的溶解氧濃度降低，溶解氧是水生生物生存的基本條件之一，魚類和其他水生生物如果長期暴露在溶解氧濃度為2mg/L或更低的條件下，則會死亡；②耗氧污染物對水體的脅迫作用隨著水溫升高而增強；③水溫升高會導(dǎo)致有毒化合物增加。這些間接影響都會對水生生物的生存環(huán)境構(gòu)成威脅。3）泥沙泥沙在河流中輸移和淤積，直接影響河流形態(tài)和水生生物棲息地的質(zhì)量與數(shù)量。2．化學(xué)結(jié)構(gòu)河流水體中的溶解氧、營養(yǎng)物質(zhì)和重金屬等被水生生物利用或吸收，經(jīng)歷復(fù)雜的遷移轉(zhuǎn)化，完成物質(zhì)循環(huán)的全過程。1）pH、堿度、酸度水的酸性或堿性一般通過pH來量化。pH為7代表中性條件，pH小于5代表中等酸性條件，pH大于9代表中等堿性條件。2）溶解氧溶解氧反映水生生態(tài)系統(tǒng)中的新陳代謝狀況。溶解氧濃度可以說明大氣溶解過程、植物光合作用放氧過程和生物呼吸耗氧過程之間的暫時平衡。中小型河流濱水樹木遮陰作用也有利于復(fù)氧。論其機理，一方面，樹冠可以起到遮擋太陽輻射的作用；另一方面，樹冠下空氣溫度降低，也可以起到水體降溫作用。3）營養(yǎng)物質(zhì)除二氧化碳和水以外，水生植物（包括藻類和高等植物）還需要營養(yǎng)物質(zhì)支持其組織生長和新陳代謝，氮、磷是水生植物和微生物需求量較大的元素。水體中的磷主要來自流域。天然水體中一般都有維持藻類正常生長所需的各種營養(yǎng)物質(zhì)類（主要是氮、磷、鉀、鈣、鎂等元素）。4）重金屬在環(huán)境污染方面所說的重金屬主要是指汞、鎘、鉛、鋅等生物毒性顯著的元素。重金屬污染物有如下特征：①重金屬在水中主要以顆粒態(tài)存在、遷移、轉(zhuǎn)化，其過程包括物理、化學(xué)和生物學(xué)過程；②多種重金屬元素具有多種價態(tài)和較高的活性，能參與各種化學(xué)反應(yīng)，隨著環(huán)境變化，其形態(tài)和毒性也發(fā)生變化；③重金屬易被生物攝食吸收、濃縮和富集，還可以通過食物鏈逐級擴大，達到危害頂級生物的水平；④重金屬在遷移、轉(zhuǎn)化過程中，在某些條件下，形態(tài)轉(zhuǎn)化或物相轉(zhuǎn)移具有一定可逆性，但重金屬是非降解有毒物質(zhì)，不會因化合物結(jié)構(gòu)被破壞而喪失毒性。5）有毒有機化學(xué)品有毒有機化學(xué)品（ToxicOrganicChemicals，TOC）是指含碳的化合物，如多氯聯(lián)苯、大多數(shù)殺蟲劑和除草劑。有機污染物在水環(huán)境中的遷移、轉(zhuǎn)化過程包括溶解、沉淀、吸附、揮發(fā)、降解及生物富集。3.1.4生物結(jié)構(gòu)河流生物結(jié)構(gòu)的研究重點是淡水生物多樣性、河流生態(tài)系統(tǒng)中生物的交互作用及河流生物群落。1．淡水生物多樣性生物多樣性是指各種生命形式的資源，是生物與環(huán)境形成的生態(tài)復(fù)合體及與此相關(guān)的各種生態(tài)過程的總和。1）淡水生物多樣性的分布格局淡水生物多樣性的分布格局與陸地或海洋生物多樣性有著根本的區(qū)別。相比陸地或海洋生境，淡水生境是相對孤立的。水生維管植物的祖先是陸地植物。2）淡水生物多樣性的適應(yīng)性和豐度淡水生物在長期的進化過程中適應(yīng)了淡水生境條件，形成了許多獨特的適應(yīng)能力。2．河流生態(tài)系統(tǒng)中生物的交互作用1）河流生態(tài)系統(tǒng)的能源就能量生產(chǎn)而言，河流中的生物主要分為兩大類：自養(yǎng)生物和異養(yǎng)生物。河流初級生產(chǎn)的能量主要有兩個來源：①河流內(nèi)通過光合作用生產(chǎn)有機物；②由陸地環(huán)境進入河流的外來物質(zhì)，如落葉、殘枝等。植物是河流內(nèi)的主要初級生產(chǎn)者，主要有三種類型：藻類、苔蘚和大型植物。藻類主要有兩種：一種是絲狀綠藻，它以長卷須形態(tài)出現(xiàn)；另一種是硅藻，數(shù)量巨大的硅藻是河流大型無脊椎動物最重要的食物來源。由陸地環(huán)境進入河流的外來物質(zhì)是重要的初級生產(chǎn)食物來源。2）河流食物網(wǎng)生物可以按照食物來源和在食物網(wǎng)中的位置進行分類，在進行生物分類時還需要考慮食物的獲取位置、季節(jié)、可達性及其變化。（1）碎食者。（2）食植者。（3）收集者。（4）捕食者。（5）魚類。3）河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3．河流生物群落由于生物在空間上有競爭和補償關(guān)系，在營養(yǎng)方面有依賴和控制關(guān)系，因此生物間存在不可分割的聯(lián)系。（1）Margalef指數(shù)。（2）Simpson指數(shù)。（3）Shannon指數(shù)?？梢詫⑸锶郝涑蓡T按照重要性分為兩大類，即優(yōu)勢種類和從屬種類。任務(wù)2調(diào)查河流生態(tài)現(xiàn)狀3.2.1河流調(diào)查與分析河流調(diào)查內(nèi)容包括流域社會經(jīng)濟調(diào)查、水資源開發(fā)利用情況調(diào)查、水文信息采集分析、泥沙測驗與計算、水質(zhì)狀況調(diào)查與監(jiān)測及水質(zhì)評價、河流地貌調(diào)查等。1．地圖測繪河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃需要收集與繪制的地圖包括流域地圖、規(guī)劃區(qū)現(xiàn)狀圖、規(guī)劃方案圖和項目河段地形地貌圖。2．水文信息采集分析水文資料是生態(tài)水利工程規(guī)劃設(shè)計需要的基礎(chǔ)資料。主要有兩個方面的需求：一是提供典型年、月徑流量過程數(shù)據(jù)，用于環(huán)境流計算、水庫生態(tài)調(diào)度方案制訂、河岸帶植被恢復(fù)設(shè)計及水文情勢變化生物響應(yīng)研究；二是提供設(shè)計洪水?dāng)?shù)據(jù)，用于生態(tài)水工建筑物設(shè)計，保證建筑物的防洪安全。水文信息采集涵蓋水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)、水溫、冰凌、水質(zhì)和地下水等多個要素。1）降水觀測降水觀測的內(nèi)容包括降雨、降雪、降雹的水量。降水量單位為mm。觀測儀器包括傳統(tǒng)的雨量計、虹吸式自記雨量計和翻斗式自記雨量計等。采用新技術(shù)的觀測儀器有光學(xué)雨量計和雷達雨量計。2）水位觀測水位是指河流、湖泊、水庫等水體的自由表面離開固定基面的高程，單位為m。我國統(tǒng)一采用黃?；孀鳛楣潭ɑ?。3）流量測驗流量是指單位時間內(nèi)流過河流某一橫斷面的水量，單位為m3/s。流量是反映河流、湖泊、水庫等水體水量變化的基本數(shù)據(jù)，是河流最重要的水文特征值。測流工作包括河流橫斷面測量和流速測量兩部分。（1）河流橫斷面測量。（2）流速測量。（3）流量計算。分析法的具體步驟如下。①依據(jù)測速垂線上的布點狀況，用相關(guān)技術(shù)規(guī)范中的經(jīng)驗公式計算測速垂線上的平均流速。②部分面積計算。③部分平均流速計算。④部分流量計算。⑤全斷面流量計算。4）水文調(diào)查和水文遙感水文調(diào)查的內(nèi)容包括流域調(diào)查、洪水及暴雨調(diào)查、漫灘流量調(diào)查等。利用水文遙感技術(shù)，可以進行以下5個方面的調(diào)查：①流域調(diào)查，根據(jù)衛(wèi)星影像可以準確查清流域范圍、流域面積、流域覆蓋類型、河長、河網(wǎng)密度、河流彎曲度等；②水資源調(diào)查，使用不同波段、不同類型的遙感資料，可以判讀各類地表水，如河流、湖泊、水庫、沼澤、冰川、凍土和積雪的分布，還可以分析飽和土壤面積、含水層分布，以及估算地下水儲量；③水質(zhì)監(jiān)測，可以識別水污染類型，如熱污染、油污染、工業(yè)或生活廢水污染、農(nóng)業(yè)污染，以及懸移質(zhì)泥沙、藻類繁殖等；④洪澇災(zāi)害監(jiān)測，判讀洪水淹沒范圍；⑤泥沙淤積監(jiān)測，包括河口、湖泊、水庫淤積及河道演變。3．泥沙測驗與計算河流中的泥沙按照運動形式可分為懸移質(zhì)和推移質(zhì)。1）含沙量和輸沙率的測驗在進行含沙量測驗時，使用采樣器采集河流渾水水樣。采樣器有橫式采樣器和瓶式采樣器兩種。輸沙率測驗包括含沙量測定和流量測定兩部分。2）單位含沙量為了簡化輸沙率測驗工作，從實踐中發(fā)現(xiàn)，在斷面穩(wěn)定、主流擺動不大的前提下，能夠找到斷面某條垂線的平均含沙量與斷面平均含沙量之間具有穩(wěn)定關(guān)系。3）泥沙顆粒分析和泥沙粒徑分布曲線泥沙顆粒分析的具體內(nèi)容是將有代表性的沙樣按照顆粒大小分級，分別求出小于各級粒徑泥沙的質(zhì)量百分數(shù)。4．水質(zhì)狀況調(diào)查與監(jiān)測及水質(zhì)評價水質(zhì)狀況調(diào)查與監(jiān)測的內(nèi)容包括水質(zhì)監(jiān)測、沉積物污染調(diào)查和污染源調(diào)查。1）水質(zhì)監(jiān)測水質(zhì)監(jiān)測的任務(wù)包括提供水質(zhì)當(dāng)前狀況數(shù)據(jù)，判斷水質(zhì)是否符合國家規(guī)定的質(zhì)量標準；確定水體污染物時空分布及遷移、轉(zhuǎn)化規(guī)律；追蹤污染物的來源；收集和積累長期監(jiān)測資料，為制定規(guī)劃提供依據(jù)。2）污染源調(diào)查河流污染源調(diào)查的主要內(nèi)容：①入河排污口調(diào)查，包括污水排放通道和排放路徑，排污口位置及排入納污水體的方式，污染物類型和排放量，排污口調(diào)查表如表3.2.4所示；②水體污染源的環(huán)境狀況調(diào)查，包括地理位置及氣象、地形、地貌、植被狀況；③社會經(jīng)濟和水資源利用狀況，包括工業(yè)區(qū)、居民區(qū)、農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)的分布，人均水資源量及生產(chǎn)、生活、生態(tài)用水量；④年度污水總量及其所含污染物成分和總量；⑤水污染危害，包括對人體健康、生物生存的危害程度，污染事故發(fā)生時間、地點、原因及其后果。3）水質(zhì)評價水質(zhì)評價的相關(guān)項目應(yīng)包括水溫、濁度、pH、溶解氧、TP、TN、TOC、重金屬、BOD、懸浮顆粒物等。地表水水質(zhì)評價的要點如下。①評價標準。②評價參數(shù)。③評價方法。④單個斷面水質(zhì)評價。⑤單個水功能區(qū)水質(zhì)評價。⑥流域及區(qū)域水質(zhì)評價。⑦評價結(jié)果。5．河流地貌調(diào)查河流地貌特征直接影響棲息地質(zhì)量。河流地貌調(diào)查的內(nèi)容包括河流地貌基本情況和河流地貌演變。1）調(diào)查技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用的遙感技術(shù)可以獲取多種河流地貌信息。2）河流地貌特征參數(shù)河流地貌特征按照河流橫斷面、河流平面形態(tài)和河道縱剖面三維方向描述。3）河床基質(zhì)調(diào)查河床基質(zhì)調(diào)查要點如下。①基質(zhì)組成。②卵石計數(shù)調(diào)查法。③測量數(shù)據(jù)處理。④大顆粒被覆蓋程度。4）河流演變調(diào)查河流演變調(diào)查內(nèi)容如下：①通過收集、整理歷史記錄和現(xiàn)場調(diào)查，繪制歷史河流形態(tài)平面圖和典型橫斷面圖；②調(diào)查由建設(shè)大壩、堤防、船閘等建筑物引起的河流地貌形態(tài)的變化；③調(diào)查由采砂、取土、疏浚等引起的河流地貌形態(tài)的變化。3.2.2野外調(diào)查勘察方法野外調(diào)查勘察包括水文地貌勘察和水生生物調(diào)查兩部分。進行野外調(diào)查勘察的目的有三個：一是調(diào)查河流棲息地現(xiàn)狀，這些信息是評價棲息地是否退化及其退化程度的主要依據(jù)；二是調(diào)查水生生物狀況，目的是評價棲息地退化對生物區(qū)系的影響；三是調(diào)查人類活動，包括建壩、筑堤、河漫灘開發(fā)、渠道化、采砂生產(chǎn)、航道疏浚等，以便評價這些活動對棲息地的影響。1．水文地貌勘察技術(shù)1）河流棲息地單元構(gòu)成河流棲息地是由不同單元構(gòu)成的。小型河流棲息地的構(gòu)成，一般按照水力學(xué)條件劃分；大中型河流棲息地的構(gòu)成，一般按照地貌單元劃分。小型河流棲息地劃分為動水和靜水兩大類。大中型河流棲息地按地貌劃分為干流河床和河漫灘兩大類。干流河床包括河道和河濱帶；河漫灘包括動水區(qū)和靜水區(qū)。2）沿河踏勘和斷面勘察水文地貌勘察方法有兩類：一類是沿河踏勘，主要記錄棲息地外觀；另一類是斷面勘察，使用儀器測量橫斷面地貌特征。2．大型水生植物野外調(diào)查技術(shù)1）踏勘法踏勘法是指沿河行走，使用便攜式GPS定位，目測配合拍照，實時進行記錄。2）樣方法（1）河漫灘樣方。（2）河流橫斷面樣方。3）采樣和測量任務(wù)3修復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)3.3.1河流自然化修復(fù)技術(shù)1．河道縱剖面設(shè)計確定河段縱比降有如下途徑。（1）如果在修復(fù)工程附近存在一段天然河道，并且其具有近似的流量和泥沙特征，則可以參考該河段進行修復(fù)設(shè)計。（2）根據(jù)待修復(fù)河段附近的河谷縱比降和蜿蜒度確定河段縱比降。2．蜿蜒型河道平面形態(tài)設(shè)計蜿蜒型河道修復(fù)設(shè)計包括蜿蜒型河道平面形態(tài)設(shè)計、斷面設(shè)計及河床基質(zhì)材料設(shè)計。1）水文-地貌經(jīng)驗公式蜿蜒型河道的河寬、深度、縱比降和平面形態(tài)是相互關(guān)聯(lián)的變量。2）蜿蜒型河道平面形態(tài)參數(shù)計算3．自然型河道斷面設(shè)計1）河道斷面設(shè)計原則河道斷面設(shè)計原則如下：①河道斷面應(yīng)能確保滿足行洪需要，特別是設(shè)有堤防的河道，應(yīng)保證在設(shè)計洪水作用下的行洪安全；②盡可能采用接近自然型河道的幾何非對稱斷面，即使采取對稱斷面也應(yīng)采取復(fù)式斷面；③選擇適宜的斷面寬深比，防止淤積或沖刷；④蜿蜒型河道布局設(shè)計應(yīng)符合深潭—淺灘序列規(guī)律，形成緩流與急流相間、深潭與淺灘交錯的格局；⑤根據(jù)河流允許流速選擇河床材料類型和粒徑；⑥河道斷面設(shè)計應(yīng)綜合考慮河濱帶植被恢復(fù)或重建；⑦通過歷史文獻分析和野外調(diào)查獲得的數(shù)據(jù)資料是河道斷面設(shè)計的重要依據(jù)。2）斷面寬深比斷面寬深比是一個控制性指標。3）斷面尺寸4）深潭—淺灘序列格局特征深潭具有以下特征：①深潭位于蜿蜒型河道的頂點，水深相對較大，流速緩慢。②深潭斷面多為非對稱形狀，通常比淺灘斷面狹窄25%左右。③深潭河床由松散砂礫石構(gòu)成，當(dāng)流量較小時顯露出砂礫石淺灘及沙洲。④深潭周期性被泥沙填充，特別是當(dāng)上游河岸因侵蝕崩塌形成的大量泥沙輸移到下游時，泥沙會充滿深潭。⑤深潭對于大型植物和魚類尤為重要。⑥縱比降較大的山區(qū)河流也有深潭依次分布格局，但是沒有淺灘分布，水體從一個深潭到下一個深潭靠跌水銜接，形成深潭—跌水深潭序列格局，這種格局有利于水體曝氣，增加水體中的溶解氧。淺灘具有以下特征：①淺灘段起點位于蜿蜒型河道的彎段末端，其長度取決于縱比降，縱比降越大，淺灘段越短。淺灘斷面形狀大體是對稱的。②淺灘水深較小，流速相對較高，枯水期表現(xiàn)出紊流特征。③淺灘河床是由粗糙而密實的卵石構(gòu)成的。④淺灘地貌是一個動態(tài)過程。⑤淺灘占河流棲息地的30%～40%。5）深潭與淺灘斷面參數(shù)計算蜿蜒型河道斷面可分為三種類型：等河寬蜿蜒模式（Te型蜿蜒模式）；有邊灘蜿蜒模式（Tb型蜿蜒模式）；有邊灘和深槽的蜿蜒模式（Tc型蜿蜒模式）。6）河床基質(zhì)鋪設(shè)鋪設(shè)河床基質(zhì)的原則：①具有足夠的穩(wěn)定性，保持河道泥沙沖淤平衡；竣工后經(jīng)長期運行，河段縱坡和橫斷面都不會發(fā)生重大變化。②提高河流棲息地質(zhì)量，為保護物種提供良好的棲息地條件；③提高美學(xué)價值，創(chuàng)造優(yōu)美的水景觀環(huán)境。河床基質(zhì)鋪設(shè)的一般步驟：①調(diào)查評估河床基質(zhì)現(xiàn)狀，包括河床基質(zhì)材料構(gòu)成、材料類型（卵石、砂礫石、沙質(zhì)土、砂黏土、淤泥等）、材料特征（粒徑、角狀、嵌入程度等）；②調(diào)查河床基質(zhì)的歷史狀況和發(fā)生的變化，如渠道化、泥沙淤積、建筑垃圾傾倒，調(diào)查評估河床穩(wěn)定性和河勢穩(wěn)定性，主要包括河段的沖刷和淤積狀況；③選擇同一流域未被干擾的河段，要求其河床穩(wěn)定且河道地貌具有多樣性特征，比照該河段設(shè)計河床基質(zhì)材料類型、級配；④列出目標河段生物種群清單，明確保護物種及其棲息地需求，按照物種的生活習(xí)性，選擇適宜的基質(zhì)構(gòu)建相關(guān)棲息地，如魚類產(chǎn)卵棲息地、濾食動物棲息地及水禽自由漫步的鵝卵石條件；⑤當(dāng)?shù)厣奥咽Y源評估，包括化學(xué)成分、粒徑、級配、資源規(guī)模及開發(fā)可能性等評估；⑥明確河段的修復(fù)目標。4．城市河道修復(fù)設(shè)計1）城市河道現(xiàn)狀2）城市河道治理規(guī)劃設(shè)計要點城市河道治理規(guī)劃設(shè)計要點如下。（1）城市河道治理規(guī)劃要與城市總體規(guī)劃和城市功能定位一致，并與防洪規(guī)劃、水污染防治規(guī)劃、城市交通規(guī)劃、綠化規(guī)劃和各類管線建設(shè)規(guī)劃相協(xié)調(diào)。（2）明確城市河道功能定位，確定河流空間總體布局，形成河道—湖泊—濕地連通的河流廊道系統(tǒng)。（3）進行防洪排澇、防污治污、生態(tài)保護修復(fù)和自然景觀修復(fù)一體化的綜合治理。（4）恢復(fù)城市水面，主要是指恢復(fù)河湖改造前的水面，把改造成地下涵管的河道恢復(fù)成地面河道，以及恢復(fù)原有的湖泊濕地。（5）采用多樣化的河道斷面。（6）采用活植物及其他輔助材料構(gòu)筑河湖堤岸護岸結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)穩(wěn)定邊坡、減少水土流失和改善棲息地等多重目標。（7）植物修復(fù)設(shè)計。（8）通盤考慮道路、交通、停車場布置。（9）提高水動力性。3）城市河道斷面設(shè)計（1）仿自然斷面。（2）復(fù)式斷面。（3）覆土工法。（4）親水平臺和濱水棧道。3.3.2自然型河道護岸技術(shù)以下是自然型河道護岸技術(shù)的具體實施方式。1．天然植物護岸1）維護自然河岸對于下列河道部位可以考慮不實施人工護坡工程：①堅硬完整巖石裸露的山腳；②河道凹岸緩流部位；③高程較高的河濱帶；④天然植物茂盛，可以發(fā)揮防沖刷作用；⑤V形河谷。2）蘆葦和柳樹的種植（1）功能。（2）適用范圍。（3）施工要點。（4）維護管理。3）聯(lián)排條捆（1）構(gòu)造。（2）功能。（3）適用范圍。（4）維護管理。4）植物纖維墊（1）構(gòu)造。（2）功能。（3）適用范圍。（4）設(shè)計要點。（5）施工要點。5）植物梢料（1）構(gòu)造。（2）功能。（3）施工要點。梢料排、梢料層和梢料捆的施工要點如下。①梢料排施工一般在植物休眠季節(jié)（通常是秋、冬季）進行。②在進行梢料層施工時，首先要將活枝條（長0.8～1.0m、直徑為10～25mm）置于填土土層之間或埋置于開挖溝渠內(nèi)。③在進行梢料捆施工時，枝條用粗麻繩綁成直徑為150～300mm的梢料捆，從邊坡底部開始，沿著等高線開挖一條輪廓稍小于枝條捆尺寸的溝。6）土工織物扁袋（1）構(gòu)造。（2）功能。（3）適用范圍。（4）施工要點。7）植被卷（1）構(gòu)造。（2）功能。（3）適用范圍。（4）施工要點。①植被卷的設(shè)置高度以高出夏季平均水位5cm左右為宜。②根據(jù)流速和沖刷狀況，選擇用木樁、石塊或麻繩固定植被卷。2．石籠類護岸1）鉛絲籠（1）構(gòu)造。（2）功能。（3）適用范圍。（4）材料。①鉛絲籠。②石塊。③木樁。④反濾層。⑤施工現(xiàn)場的混凝土棄渣和塊體可用作鉛絲籠填石，實現(xiàn)廢物利用。（5）施工要點。（6）維護管理。2）石籠墊（1）構(gòu)造。（2）功能。（3）適用范圍。（4）設(shè)計要點。（5）施工要點。3）拋石（1）功能。（2）適用范圍。（3）設(shè)計要點。①拋石護腳范圍的確定。②拋石粒徑的選擇。③拋石堆積厚度和穩(wěn)定性坡度要求。④拋石區(qū)反濾層設(shè)置。（4）施工要點。①拋石位移估算。②通常由上游向下游拋石，可先拋小碎石，然后在其下游拋大石塊，以發(fā)揮碎石墊底作用。③拋石護腳施工應(yīng)在枯水期組織實施，事先設(shè)計好拋石船位置，按照規(guī)定的順序拋石。④施工前后均應(yīng)進行水下拋護斷面測量。3．木材塊石類護岸1）木框塊石護坡（1）構(gòu)造。（2）功能。（3）適用范圍。（4）材料。（5）設(shè)計、施工要點。（6）維護管理。①完全浸泡在水中不接觸空氣的木材不會腐爛。②木材和金屬部件若發(fā)生腐爛損壞，則應(yīng)進行更換和修補。③結(jié)構(gòu)件間空隙多，易掛水草和污物，要及時清理以保持美觀。2）木工沉排（1）構(gòu)造。（2）功能。（3）適用范圍。（4）材料。①木材。②石料。③組裝框架連接用鋼筋（直徑為16mm），綁扎柵欄用12號鉛絲。（5）施工要點。①施工期間應(yīng)采取圍堰截流和排水等方法，保持現(xiàn)場干燥或低水位。②將柵欄下部河底整平，在河底與柵欄間用砂石填實。③在水流湍急部位，塊石有可能被水流沖走，應(yīng)在木工沉排上部設(shè)置由原木制作的壓梁以約束塊石，也可以選擇大塊石或混凝土塊覆蓋表面。④在水流淘沖嚴重、河底有下降趨勢的部位，需要先開挖到?jīng)_刷深度以下，然后拋石護腳，或者增加木工沉排長度，使其伸進河床，以預(yù)防淘沖。4．多孔透水混凝土構(gòu)件1）鉸接混凝土塊護岸（1）構(gòu)造。（2）功能。（3）適用范圍。（4）材料。（5）施工要點。2）生態(tài)磚和魚巢磚（1）構(gòu)造。（2）功能。（3）適用范圍。（4）材料。（5）設(shè)計要點。5．半干砌石（1）構(gòu)造。（2）功能。（3）施工要點。6．組合式護岸結(jié)構(gòu)在實際護岸工程設(shè)計中，常把各種護岸技術(shù)綜合應(yīng)用，形成組合式護岸結(jié)構(gòu)。設(shè)計者應(yīng)根據(jù)工程現(xiàn)場流速、水深、沖刷、滑坡風(fēng)險、材料來源等多種因素，因地制宜地設(shè)計組合式護岸結(jié)構(gòu)。3.3.3河道內(nèi)棲息地改善技術(shù)河道內(nèi)棲息地是指具有生物個體和種群賴以生存的物理化學(xué)特征的河流區(qū)域。河道內(nèi)棲息地根據(jù)空間尺度大致可分為宏觀棲息地、中觀棲息地和微觀棲息地三種類型。河流生物群落的時空變化是對生境因子變化的響應(yīng)，生境因子包括水質(zhì)、溶解氧、水溫、流速、流態(tài)、流量、底質(zhì)、食物供給、通道、避難所等，這些生境因子將影響水生生物的繁殖、發(fā)育和生存。1．卵石群卵石群是最常見的河道內(nèi)遮蔽物。水流在通過卵石群時，受到擾動消耗能量，使河段局部流速下降，卵石周圍形成沖坑。2．樹墩和原木構(gòu)筑物1）半原木掩蔽物半原木掩蔽結(jié)構(gòu)是河底的架空結(jié)構(gòu)，在河道中順長設(shè)置，為鱒魚和其他魚類提供掩蔽物。2）魚類避難所用原木、木樁和塊石構(gòu)筑的掩蔽物，為魚類提供了遮陰環(huán)境，成為魚類躲避食肉魚類和高速水流的避難所。3）樹墩護岸樹墩護岸結(jié)構(gòu)能夠控導(dǎo)水流，保護岸坡，抵御水流沖刷，形成多樣的水力學(xué)條件，為魚類和其他水生生物提供棲息地。樹墩護岸結(jié)構(gòu)施工方法有兩種：一種是插入法；另一種是開挖法。3．丁壩1）功能在傳統(tǒng)意義上，丁壩是防洪護岸構(gòu)筑物。丁壩能改變洪水方向，防止洪水直接沖刷岸坡造成破壞，同時具有維持航道的功能。2）丁壩的布置丁壩一般布置在河道縱坡較緩、河道較寬且水流平緩的河段。通常沿河道兩岸交錯布置，也可以成對布置在順直河段的兩岸。3）丁壩的種類傳統(tǒng)意義上的丁壩按照壩頂高程與水位的關(guān)系可以分為淹沒式丁壩和非淹沒式丁壩兩種，按照功能可以分為控導(dǎo)型丁壩和治導(dǎo)型丁壩兩種。在生態(tài)工程中，丁壩按照功能可以分為改善棲息地的丁壩、調(diào)節(jié)河勢的丁壩等。（1）原木框—塊石丁壩。（2）塊石丁壩。（3）混凝土塊體丁壩。4．堰山區(qū)河流自然形成的跌水—深潭地貌具有多種功能：①跌水—深潭具有曝氧作用，可有效增加水體中的溶解氧；②跌水—深潭具有顯著的消能作用，通過跌水—深潭的水流會受到強烈擾動；③跌水—深潭會形成多樣化的水力學(xué)條件，能夠滿足不同生物的需求；④跌水—深潭的固體表面有利于苔蘚、地衣和藻類生長，這些自養(yǎng)生物作為初級生產(chǎn)者，在食物網(wǎng)中成為異養(yǎng)生物的食物，尤其數(shù)量巨大的硅藻是河流大型無脊椎動物最重要的食物來源。堰作為一種重要的棲息地加強結(jié)構(gòu)，其作用主要表現(xiàn)在5個方面：①上游的靜水區(qū)和下游的深潭周邊區(qū)域有利于有機質(zhì)的沉淀，可為無脊椎動物提供營養(yǎng)；②因為靠近河岸區(qū)域的水位有不同程度的提高，所以增加了河岸遮蔽物；③堰下游所形成的深潭有助于魚類等生物的滯留，在洪水期和枯水期為魚類提供了避難所；④深潭平流層是適宜的產(chǎn)卵棲息地；⑤在枯水期，堰能夠縮窄水流，以保證生物存活的最低水位。在這樣的河段設(shè)置堰的目的：一是用多級小型跌水方式調(diào)節(jié)縱坡；二是發(fā)揮堰的消能作用；三是創(chuàng)造多樣化的水力學(xué)條件；四是營造自然景觀。筑堰材料包括塊石、卵石、原木、鉛絲籠等。根據(jù)不同的地形地質(zhì)條件，堰可以采用不同的結(jié)構(gòu)形式，在平面上呈I形、J形、V形、U形或W形等。（1）W形堰。（2）圓木堰。任務(wù)4評估河流生態(tài)健康3.4.1河流生態(tài)監(jiān)測體系1．概述監(jiān)測與評估方案設(shè)計是生態(tài)修復(fù)項目規(guī)劃設(shè)計的重要組成部分。1）河湖生態(tài)修復(fù)項目監(jiān)測與評估的目的有效性評估可分兩個階段進行，第一個階段是項目完工后的初期階段，監(jiān)測與評估重點是水生態(tài)系統(tǒng)物理特征的變化。第二個階段是項目完工初期以后階段，監(jiān)測與評估重點是生物要素的變化。2）監(jiān)測類型①基線監(jiān)測。②有效性監(jiān)測。③生態(tài)演變趨勢監(jiān)測。3）制訂監(jiān)測與評估方案的步驟監(jiān)測方法通常包括定性描述和定量測量。2．監(jiān)測與評估方案概要1）提出生境-生物關(guān)系假定眾所周知，生態(tài)系統(tǒng)是由生物和生境兩大部分組成的，生物是生態(tài)系統(tǒng)的主體，生境是生命支持系統(tǒng)。項目生境因子改變與生物響應(yīng)關(guān)系假定，是設(shè)計監(jiān)測方案的基礎(chǔ)。2）確定監(jiān)測范圍在監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計中，建議采用流域和河段兩種尺度。在確定監(jiān)測范圍時有兩種尺度需要界定：一種是修復(fù)項目實施的范圍（或稱為項目區(qū)）；另一種是修復(fù)項目實際影響的范圍。3）選擇監(jiān)測設(shè)計方法（1）前后對比設(shè)計法和綜合設(shè)計法。（2）擴展修復(fù)后設(shè)計法。4）選擇監(jiān)測參數(shù)選擇合適的監(jiān)測參數(shù)是監(jiān)測方案設(shè)計成功的關(guān)鍵。監(jiān)測參數(shù)分為兩種：一種是可以簡單度量的變量，如魚類多度、水塘面積等；另一種是較為復(fù)雜的變量，如生物區(qū)系綜合性指數(shù)。修復(fù)項目監(jiān)測參數(shù)應(yīng)該具備下列特征：①聚焦于修復(fù)項目的目標；②對于修復(fù)行動具有敏感響應(yīng)；③可開展有效的測量，數(shù)據(jù)具有可達性；④數(shù)值波動性有限。5）監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制應(yīng)貫穿整個調(diào)查監(jiān)測分析工作的全過程。為了保證監(jiān)測數(shù)據(jù)能準確地反映河湖生態(tài)現(xiàn)