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当前,社会经济不断进步,人口规模提高,城市化进程不断推进,人民更加注重水资源的质量。不过考虑到大量自然以及人为因素的共同影响,河道长期接纳农田及周边环境水土流失与植物腐败物而形成淤积,淤污物富含各种营养元素、重金属等多种有害物质,随着淤积的不断增加,污染物累积使河水污染现象日趋严重,一定程度上阻碍了河道的正常功能,还使本来紧缺的洁净水资源更加稀缺;因此,提高水资源质量、恢复河道生态系统、减少污染源是生态环境保护的根本要求,开展河道清污治理意义重大。本文针对南方小型河道的特点,提出了一种适合南方小型河道清淤及泥污水农田利用系统,其主要由河底漏斗状吸污口、吸污管道、出污池、进水池、小型电灌站、出水池、渠道等构成,形成了河道清淤的集吸污、输送、利用于一体的整套系统。该系统固定设置于河道内,可对河道底部絮状沉积物的定期清理,并将吸出的絮状沉积物随水流稀释后由水泵输入农田内利用,同时实现既净化河水,美化环境,又可以为农田输送有机肥料,为农作物的生长提供营养。本研究意在改变现状排干清淤或吸(挖)泥船清淤的费力、费时、影响环境生态的方法,又可避免对清出的污泥无处存放、利用较难的尴尬状况。本论文主要研究内容及分析成果如下:(1)在对南方小型河道淤积特征进行分析基础上,运用Hakanson生态危机指数法、地质积累指数法对河道淤积及淤积风险进行评估,为河道清淤及泥污利用奠定基础。①经多地调查分析,南方小型河道的河底淤积特征由上到下主要分为:絮状沉积层、淤泥质沉积层和固化沉积底层。絮状沉积层厚度一般随河道水温的变化而变化,夏季水温高沉积物随水上浮,絮状物厚度在8～10cm,平均容重1.15mg/l;冬季水温降低沉积物下沉,絮状物厚度在4～6cm,平均容重1.45mg/l。淤泥质沉积层厚度随沉积年份加大而增加,一般厚度20～50cm,平均每年沉积3～5cm,平均容重1.9mg/l。固化沉积底层为最底层沉积物,是由几十年沉积叠压形成的固化底层,平均容重2.5mg/l。②对河道淤积风险的评估,主要是针对重金属等10多个有害沉积物的评估,借助Hakanson生态危机指数法,结合专业的地质积累指数法,判断主要重金属污染物浓度是否会对田间农作物造成风险,无风险可将有机肥料水直接通过清淤及农田利用系统输送至田间利用;倘若有风险,需通过化学转化法、生物淋滤法、植物修复法降低重金属浓度。③为对小型河道底泥淤积状况及水质的准确采样,本文还研制了一种新型河道底泥及水样原样采集器,可以方便控制采集整个水层及水底沉积物的表层、中层以及底层,实现各层沉积物的物理化学性质的准确采集。(2)对构建的南方小型河道清淤及泥污水农田利用系统进行清淤效果分析和优化设计。本文引入了三维湍流计算流体力学的理论方法,针对不同的设计方案对河道底部吸污口附近水流数学模型进行三维水流数值模拟计算,控制方程采用Reynolds平均Navier-Stokes方程(RANS)和标准k-ε方程组,在明确边界的基础上凭借SIMPLEC算法求解。通过实例分析,对6组设计方案进行数值模拟计算,综合河道清淤系统底部吸污口水流流态、断面流速分布均匀度、断面过水量三个指标分析认为,方案六(B1=5m、N=1)为最优方案。为今后该系统的设计实践提供了科学依据。