[科普中国]-河流自净作用

河流自净作用是指河水中污染物的浓度在河水向下游流动的过程中自然降低的现象，可分为三类：1.物理净化，污染物质由于稀释、扩散、沉淀等物理过程而降低浓度；2.化学净化，污染物质由于氧化、还原、吸附、凝聚等化学或物理化学作用而降低浓度；3.生物净化，有机污染物由于微生物的作用而分解使浓度降低。上述作用往往交织进行。若河流流星大。流速快和流域面积广，则其自净作用显著。河流自净作用的研究，在环境保护工作‘归占重要地位1。

简介河道作为流域系统的一部分，具有净化水体、营养物质输送、水路运输、生态保护等功能。前期都柳江的研究表明，天然河道由“深潭-急流-河滩”系统结构单元构成，并随着河流向上下游延伸，该基本结构单元不断重复出现，研究还认识了“深潭-急流-河滩”系统基本结构形态结构和河流水质自净功能、底质污染物释放关系理论模型。然而，“深潭-急流-河滩”系统基本结构单元在其他河流是否也普遍存在，以及该系统与水质、底质的关系还需进一步研究，为最终建立天然河流“深潭-急流-河滩”系统基本结构单元流域生态功能模型提供基础资料。因此，本次研究在赤水河上、中、下游河段，通过野外调查证明赤水河也存在“深潭-急流-河滩”系统基本结构单元基础上，选取上、中、下游 9 个急流-深潭-河滩系统单元，对不同水期深潭和急流水质指标进行测定，分析河道形态结构变化与河流水质的关系，并测定深潭、急流、河滩底质中营养盐和重金属污染状况，分析“急流-深潭-河滩”系统中不同结构成分营养盐和重金属含量的变异性，实验室静态模拟不同环境影响因子条件下底质氮磷内源污染释放特征，评价底质重金属污染状况2。

研究意义赤水河是长江干流的一级支流，发源于乌蒙山北侧，云南省镇雄县的北部,由西向东流经贵州、四川两省边界至茅台镇后，转为西北和北向，途经赤水市，在四川省合江县汇入长江。赤水河具有丰富的水能资源，具有重要的开发利用价值（翟红娟等，2011）。赤水河水资源还对支撑流域白酒产业发展具有不可替代的作用。对赤水河形态结构与水体自净能力关系研究可获得河流环境的数据，为保护河流环境提供理论依据，并直接支撑水能开发和白酒产业发展。

从河流环境科学学科发展角度，本研究对学科发展也具有重要的意义。随着经济的快速发展，城市化水平越来越高，河流水网形态结构也随之发生巨大改变，自然状态下的河流因人为对河道的改造而发生变化，造成河流生态系统平衡的破坏，最终导致河道自净能力下降，水体生态系统遭受严重破坏，这不仅使河流的天然结构和河型遭到破坏，也影响了河流的自然流动状态，使其河流功能减弱，甚至消亡。河道改变和污染导致人类生活的生产都受到影响。许多专家学者们提出各种工程来治理河道污染，但由于工程要改变河道形态结构，工程建设有好的一面，同时也不可避免造成环境问题。河道与水体自净的关系十分复杂，因为河道是受其形态结构、水文气候条件和周围社会环境条件共同影响的，一个因素的改变，都会对河道造成变化，影响河道的自净能力。目前河道环境科学的研究多关注改造过的河道及污染严重的河道，天然性高的河道研究很少(张亮等，2008)。天然河道的研究是改造过的河道的对照和样本，获得的资料具有背景性特征，而且环境科学工作者可以向自然学习，认识河道形态结构与自净能力间最本质的关系，建立理论，丰富河道环境科学，然后应用到人工河道。另外，相关数据和结果也能完善流域生态学，因为流域生态学在网间带的研究如不同土地利用类型生态功能、地表物质过程研究比较多，湖泊部分的研究如湖泊结构与功能方面也比较多，相比而言，河网生态系统的研究比较薄弱。

典型自然河道形态结构研究现状阶梯-深潭系统对河道具有调控作用。首先，山区河流通过发育阶梯-深潭系统，在垂向上对河床进行调整来消耗水能，区别于平原河道横向冲积河流发育弯曲型河道来消耗能量。同时阶梯-深潭结构对水流阻力有明显的增大作用。其次，阶梯-深潭结构可以稳定山区河道的河床。当流量较小时，水流缓慢绕过阶梯流入深潭；当流量增大时，水流以急流状态越过阶梯连续过渡到深潭中的缓流状态，这一阶梯-深潭结构对水能的消耗保障了河床免受较大冲刷，从而稳固了河床。因此，从河流环境学角度，认识山区河道阶梯-深潭系统形态结构，对治理山区河流，实现河道稳定，维持较高的生物多样性，保持健康河流生态系统具有现实意义。

王震洪教授在“阶梯-深潭”理论基础上，通过实地考察提出天然河流中“急流-深潭-河滩系统”是河流基本结构单元的观点。认为天然河流在一定的距离内具有连续的“急流-深潭及沿岸河滩”这一结构单元，三个组成部分之间的关系是相辅相成的，由于水动力学的作用，它们从产生、发展到形成过程互为因果，并且这一结构单元随着河流的上下延伸会不断的重复出现。“急流-深潭-河滩”系统在天然河流中存在普遍性，在河道的上游，特别是河源，河道坡降大，由于河道中水环境动力学的差异，“急流-深潭-河滩系统”简化成了“阶梯-深潭系统”。河道水流越过阶梯注入下边深潭为急流和缓流交替过程。水流在阶梯上是急流，在深潭中变为缓流。

水体自净的定义及评价水体自净能力的指标广义的水体自净是指水体受到污染后，由于物理作用(混合、稀释、扩散、挥发、沉淀等)、化学作用(氧化、还原、中和、吸附、凝聚、离子交换等)、生物作用( 生物的吸收和降解作用等)（Frimmel，2003；Vagnetti etal，2003），使污染物的浓度和毒性逐渐降低，经过一段时间，恢复到受污染以前状态的自然过程（Kideys，2002; 杨丽蓉等，2009）。狭义的水体自净作用指的是水体中微生物氧化分解有机污染物而使水质净化的作用。在水体自净的能力内，水体存在着这种正常的生态平衡，但是如果进入水体的污染物超过了水体的自净能力，破坏了这种平衡，水质就会变坏，污染也就不可避免。目前，许多河道治理手段如人工曝气复氧、清淤、投加复合微生物等，其最终目的都是使河道水体恢复自我净化的能力，对外来污染物和自身产生的污染物能进行有效吸收和降解，使河道具备一定的纳污能力。影响水体自净的因素很多，其中主要因素有：受纳水体的地理、水文条件、微生物的种类与数量、水温、复氧能力、水化学条件以及水体和污染物的性质、污染物浓度等，这几种过程是同时发生、相互影响的。一般情况下水体净化以物理和生物化学过程为主3。

河道形态结构与水体自净的关系河道与水体自净的的关系十分复杂，因为河道是受其形态结构、水文气候条件和周围社会环境条件共同作用的影响，其中一个因素的改变，都会对河道的特征造成变化，从而影响河道的自净能力。

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黄头生 - 副教授 - 华北电力大学