河流自淨作用

河流自淨作用是指河水中污染物的濃度在河水向下游流動的過程中自然降低的現象，可分為三類：1.物理淨化，污染物質由於稀釋、擴散、沉澱等物理過程而降低濃度；2.化學淨化，污染物質由於氧化、還原、吸附、凝聚等化學或物理化學作用而降低濃度；3.生物淨化，有機污染物由於微生物的作用而分解使濃度降低。上述作用往往交織進行。若河流流星大。流速快和流域面積廣，則其自淨作用顯著。河流自淨作用的研究，在環境保護工作‘歸占重要地位。

基本介紹

• 中文名：河流自淨作用
• 外文名：River self-purification
• 學科：生態工程
• 領域：環境科學
• 釋義：污染物在河水向下游流動的過程中自然降低的現象
• 類型：物理淨化，化學淨化，生物淨化

簡介

河道作為流域系統的一部分，具有淨化水體、營養物質輸送、水路運輸、生態保護等功能。前期都柳江的研究表明，天然河道由“深潭-急流-河灘”系統結構單元構成，並隨著河流向上下游延伸，該基本結構單元不斷重複出現，研究還認識了“深潭-急流-河灘”系統基本結構形態結構和河流水質自淨功能、底質污染物釋放關係理論模型。然而，“深潭-急流-河灘”系統基本結構單元在其他河流是否也普遍存在，以及該系統與水質、底質的關係還需進一步研究，為最終建立天然河流“深潭-急流-河灘”系統基本結構單元流域生態功能模型提供基礎資料。因此，本次研究在赤水河上、中、下遊河段，通過野外調查證明赤水河也存在“深潭-急流-河灘”系統基本結構單元基礎上，選取上、中、下游 9 個急流-深潭-河灘系統單元，對不同水期深潭和急流水質指標進行測定，分析河道形態結構變化與河流水質的關係，並測定深潭、急流、河灘底質中營養鹽和重金屬污染狀況，分析“急流-深潭-河灘”系統中不同結構成分營養鹽和重金屬含量的變異性，實驗室靜態模擬不同環境影響因子條件下底質氮磷內源污染釋放特徵，評價底質重金屬污染狀況。

研究意義

赤水河是長江幹流的一級支流，發源於烏蒙山北側，雲南省鎮雄縣的北部,由西向東流經貴州、四川兩省邊界至茅台鎮後，轉為西北和北向，途經赤水市，在四川省合江縣匯入長江。赤水河具有豐富的水能資源，具有重要的開發利用價值（翟紅娟等，2011）。赤水河水資源還對支撐流域白酒產業發展具有不可替代的作用。對赤水河形態結構與水體自淨能力關係研究可獲得河流環境的數據，為保護河流環境提供理論依據，並直接支撐水能開發和白酒產業發展。

從河流環境科學學科發展角度，本研究對學科發展也具有重要的意義。隨著經濟的快速發展，城市化水平越來越高，河流水網形態結構也隨之發生巨大改變，自然狀態下的河流因人為對河道的改造而發生變化，造成河流生態系統平衡的破壞，最終導致河道自淨能力下降，水體生態系統遭受嚴重破壞，這不僅使河流的天然結構和河型遭到破壞，也影響了河流的自然流動狀態，使其河流功能減弱，甚至消亡。河道改變和污染導致人類生活的生產都受到影響。許多專家學者們提出各種工程來治理河道污染，但由於工程要改變河道形態結構，工程建設有好的一面，同時也不可避免造成環境問題。河道與水體自淨的關係十分複雜，因為河道是受其形態結構、水文氣候條件和周圍社會環境條件共同影響的，一個因素的改變，都會對河道造成變化，影響河道的自淨能力。目前河道環境科學的研究多關注改造過的河道及污染嚴重的河道，天然性高的河道研究很少(張亮等，2008)。天然河道的研究是改造過的河道的對照和樣本，獲得的資料具有背景性特徵，而且環境科學工作者可以向自然學習，認識河道形態結構與自淨能力間最本質的關係，建立理論，豐富河道環境科學，然後套用到人工河道。另外，相關數據和結果也能完善流域生態學，因為流域生態學在網間帶的研究如不同土地利用類型生態功能、地表物質過程研究比較多，湖泊部分的研究如湖泊結構與功能方面也比較多，相比而言，河網生態系統的研究比較薄弱。

典型自然河道形態結構研究現狀

階梯-深潭系統對河道具有調控作用。首先，山區河流通過發育階梯-深潭系統，在垂向上對河床進行調整來消耗水能，區別於平原河道橫向沖積河流發育彎曲型河道來消耗能量。同時階梯-深潭結構對水流阻力有明顯的增大作用。其次，階梯-深潭結構可以穩定山區河道的河床。當流量較小時，水流緩慢繞過階梯流入深潭；當流量增大時，水流以急流狀態越過階梯連續過渡到深潭中的緩流狀態，這一階梯-深潭結構對水能的消耗保障了河床免受較大沖刷，從而穩固了河床。因此，從河流環境學角度，認識山區河道階梯-深潭系統形態結構，對治理山區河流，實現河道穩定，維持較高的生物多樣性，保持健康河流生態系統具有現實意義。

王震洪教授在“階梯-深潭”理論基礎上，通過實地考察提出天然河流中“急流-深潭-河灘系統”是河流基本結構單元的觀點。認為天然河流在一定的距離內具有連續的“急流-深潭及沿岸河灘”這一結構單元，三個組成部分之間的關係是相輔相成的，由於水動力學的作用，它們從產生、發展到形成過程互為因果，並且這一結構單元隨著河流的上下延伸會不斷的重複出現。“急流-深潭-河灘”系統在天然河流中存在普遍性，在河道的上游，特別是河源，河道坡降大，由於河道中水環境動力學的差異，“急流-深潭-河灘系統”簡化成了“階梯-深潭系統”。河道水流越過階梯注入下邊深潭為急流和緩流交替過程。水流在階梯上是急流，在深潭中變為緩流。

水體自淨的定義及評價水體自淨能力的指標

廣義的水體自淨是指水體受到污染後，由於物理作用(混合、稀釋、擴散、揮發、沉澱等)、化學作用(氧化、還原、中和、吸附、凝聚、離子交換等)、生物作用( 生物的吸收和降解作用等)（Frimmel，2003；Vagnetti etal，2003），使污染物的濃度和毒性逐漸降低，經過一段時間，恢復到受污染以前狀態的自然過程（Kideys，2002; 楊麗蓉等，2009）。狹義的水體自淨作用指的是水體中微生物氧化分解有機污染物而使水質淨化的作用。在水體自淨的能力內，水體存在著這種正常的生態平衡，但是如果進入水體的污染物超過了水體的自淨能力，破壞了這種平衡，水質就會變壞，污染也就不可避免。目前，許多河道治理手段如人工曝氣復氧、清淤、投加複合微生物等，其最終目的都是使河道水體恢復自我淨化的能力，對外來污染物和自身產生的污染物能進行有效吸收和降解，使河道具備一定的納污能力。影響水體自淨的因素很多，其中主要因素有：受納水體的地理、水文條件、微生物的種類與數量、水溫、復氧能力、水化學條件以及水體和污染物的性質、污染物濃度等，這幾種過程是同時發生、相互影響的。一般情況下水體淨化以物理和生物化學過程為主。

河道形態結構與水體自淨的關係

河道與水體自淨的的關係十分複雜，因為河道是受其形態結構、水文氣候條件和周圍社會環境條件共同作用的影響，其中一個因素的改變，都會對河道的特徵造成變化，從而影響河道的自淨能力。