一种沉水植物恢复条件评估及其构建方法与流程

本发明属于环境工程，具体涉及一种沉水植物恢复条件评估及其构建方法。

背景技术：

1、生态修复是改善富营养化和黑臭问题、提升水体自净能力的有效手段，而沉水植物群落的恢复是生态修复的关键环节。沉水植物可以减少营养因子、控制藻类爆发、改善水体透明度、优化生物群落结构，为其它生物提供生存空间等作用。由于水体黑臭、富营养化、淤积等问题导致生境失衡，沉水植物群落退化严重。因此，在水环境综合治理及生态修复工程中，沉水植物群落恢复是重要组成部分。

2、目前在工程实践过程中，沉水植物恢复技术相对单一，多将其简单视为作物种植，通过简单地水深控制，估算透明度不小于0.5倍水深即进行种植施工，少数施工过程中考虑基底改善措施或制成植被毯形式，提高植被存活率。但实际施工过程中，植被存活率仍较低。沉水植物恢复工程技术需要更加科学、精细地管理和实施。

3、尽管现有技术充分考虑了沉水植物所需的生存条件，并选择适宜恢复区域、恢复品种或进行更为精确地水质阈值判定，但仍旧存在现场实施困难、数据收集时效性差、处理方法繁琐、部分条件模糊无实际指导意义等限制，如需要对水下光强进行测定、拟合，并与透明度观测数据进行回归分析，关于沉水植物适宜光强没有考虑光强阈值，且针对不适宜恢复区域，构建适宜恢复条件的措施不系统、成本高。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术当中存在的问题，公开了一种沉水植物恢复条件评估及构建方法，该方法通过评估、构建恢复区水下光照条件，提高沉水植物恢复成功率。包括水下光强计算方法、沉水植物恢复临界条件评估、多因素水体透明度综合改善方法。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种沉水植物恢复条件评估及其构建方法，包括以下步骤：

3、s1、测量或估算水面光照强度；

4、s2、测量水体透明度sd水下光照强度分布计算：

5、

6、rsd为相对透明度，即水深与透明度之比；ir为相对光照强度，即深度h处的光照强度与水面光照强度之比称为相对光照强度。

7、s3、评估沉水植物恢复条件，通过比较物种的光补偿点和恢复区水深的光照强度，评估当前是否满足植物恢复条件：当ih≥ec时，满足该物种的沉水植物恢复条件；ec≥ih≥ep时，该物种恢复效果不佳；当ih≤ep时，恢复区不满足该物种的恢复条件；

8、s4、构建沉水植物恢复条件，优选对光照条件适应性更好的先锋物种进行恢复，并且进一步改善水体透明度。

9、优选的方案中，针对风浪因素引起的水体透明度条件差的问题，通过风浪切应力公式和沉积物临界起动应力公式评估风浪对恢复区的影响，风浪切应力计算公式为：

10、

11、其中，τw为风浪切应力；f为吹程；h为水深；u为风速。p1、p2、p3、p4为系数；

12、沉积物临界起动应力计算公式：

13、

14、其中，τc为沉积物临界切应力；k为起动状态系数；ρ、ρs分别为水和沉积物密度；d为沉积物中值粒径；βw波浪作用下的颗粒松动系数；γ0为床面泥沙干容重，γ0*为泥沙颗粒的稳定干容重；d`为参考粒径；δ为薄膜水厚度参数，具有长度量纲，当τw＞τc时，沉积物受风浪影响发生再悬浮；当τw≤τc时，沉积物不受风浪影响；

15、通过上述公式改变吹程来优化布设生态围隔，进而减弱风浪对沉积物的扰动作用。

16、优选的方案中，针对鱼类因素引起的水体透明度条件差的问题，通过密网驱赶、捕捞或分区围养方式降低鱼类因素对沉水植物恢复的影响。

17、优选的方案中，通过在易受风浪影响的滨岸浅水区域抛洒底质改良药剂、复合微生物菌剂，提升水体透明度、促进营养物质转化以及抑制磷的释放来改善水质。

18、优选的方案中，种植施工时可通过优选施工日期进一步提高植被生存环境。

19、优选的方案中，优选对光照条件适应性更好的先锋物种进行恢复。

20、优选的方案中，为了表征沉水植物恢复光照阈值，还通过比较物种的光补偿点和恢复区水深的光照强度，可以评估当前是否满足植物恢复条件。当恢复区水深为h处的光照强度不小于群落光补偿点时，满足该物种的沉水植物恢复条件；当恢复区水深为h处的光照强度不大于群落光补偿点且不小于物种光补偿点时，该物种可以存活但恢复效果不佳；当恢复区水深为h处的光照强度不小于物种光补偿点时，恢复区不满足该物种的恢复条件。

21、优选的方案中，采用光强测量仪测量或根据当前季节和天气估算恢复区域的水面光照强度；

22、水体透明度测量一般采用塞奇盘进行测量。

23、本发明具有以下的有益效果：

24、（1）充分考虑了不同沉水植物种群和群落恢复过程中对光照条件的要求，并提出了水下光场计算方法，该方法无需对水下光场进行长序列多点位监测，无需长序列现场观测和复杂的数据处理；

25、（2）提出了不同因素下沉水植物恢复条件的构建方法，综合考虑了风浪、鱼类活动和水质等其它因素对沉水植物恢复的影响，提出了风浪再悬浮影响评估简化计算方法，无需波浪仪及adcp测流仪，经济、简便、高效。并提出了生态围隔抑制风浪影响的量化计算方法，可为生态围隔布设提供理论决策依据；

26、（3）本方法提出的综合采用生态围隔、综合底质改良剂和复合微生物菌剂组合措施，改善水体透明度等水质条件，大大降低了药剂施洒范围，降低了药剂使用的潜在环境风险并减少了药剂使用成本，抑制风浪引起的沉积物再悬浮的效果显著，可快速实现湖泊透明度、水质改善，有利于湖泊生态恢复的目的；

27、（4）该方法可为生态修复工程提供参考，并可为湖泊内源污染治理（原位修复或清淤）工程设计提供理论决策依据。

技术特征：

1.一种沉水植物恢复条件评估及其构建方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述一种沉水植物恢复条件评估及其构建方法，其特征在于：针对风浪因素引起的水体透明度条件差的问题，通过风浪切应力公式和沉积物临界起动应力公式评估风浪对恢复区的影响，风浪切应力计算公式为：

3.根据权利要求1所述一种沉水植物恢复条件评估及其构建方法，其特征在于：针对鱼类因素引起的水体透明度条件差的问题，通过密网驱赶、捕捞或分区围养方式降低鱼类因素对沉水植物恢复的影响。

4.根据权利要求1所述一种沉水植物恢复条件评估及其构建方法，其特征在于：通过在易受风浪影响的滨岸浅水区域抛洒底质改良药剂、复合微生物菌剂，提升水体透明度、促进营养物质转化以及抑制磷的释放来改善水质。

5.根据权利要求1所述一种沉水植物恢复条件评估及其构建方法，其特征在于：种植施工时通过优选施工日期进一步提高植被生存环境。

6.根据权利要求1所述一种沉水植物恢复条件评估及其构建方法，其特征在于：，优选对光照条件适应性更好的先锋物种进行恢复。

7.根据权利要求1所述一种沉水植物恢复条件评估及其构建方法，其特征在于：为了表征沉水植物恢复光照阈值，还通过比较物种的光补偿点和恢复区水深的光照强度，评估当前是否满足植物恢复条件；

8.根据权利要求1所述一种沉水植物恢复条件评估及其构建方法，其特征在于：采用光强测量仪测量或根据当前季节和天气估算恢复区域的水面光照强度；

技术总结
本发明公开了一种沉水植物恢复条件评估及其构建方法，属于环境工程技术领域，步骤如下：测量或估算水面光照强度并测量水体透明度；基于水下光场计算方法获取恢复区水下光场信息；结合植物种群和群落光补偿点数据评估是否具备恢复条件；对不具备条件的区域，采用风浪对沉积物影响评估方法评估风浪影响，并结合生态围隔、鱼类清除、底质综合改良助剂和微生物复合菌剂措施，提升水体透明度等水质条件，完成沉水植物恢复。本发明评估简便、高效，构建措施科学合理、经济便捷，可有效提高沉水植物成活率。

技术研发人员：陈文峰,黄胜,冯立辉,徐扬帆,王龙涛,李世汨,夏新星,张洋,万沙,张旭
受保护的技术使用者：中交第二航务工程局有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11