我国的淡水资源总量2.8万亿m~3,占全球水资源的6%,居世界第六位。据《中国统计年鉴》(2018年)显示:我国2017年用水总量6043.4亿m~3,人均水资源占有量仅为世界人均水平的1/4,是全球人均水资源最贫乏的国家之一。水资源是我国经济发展最基本的要素,在生产生活中都发挥着极其重要的作用。我国北方属于干旱半干旱地区,水资源更加贫瘠,近年来随着人口剧增,工农业用水不断提高,加上水体浪费、污染等原因,使水资源愈加短缺,地下水超采严重,问题突出的区域甚至出现河流断流的情况,河道基流得不到满足,严重影响了河流生态系统的健康状况。为满足河流生态基流需求,维持河流基本形态和功能,营造适合动植物生长的栖息环境,在有限的水资源条件下,河流减渗处理显得尤为重要。本文以北京市永定河河流生态修复为背景,选取卢沟桥~屈家店为典型区,研究适合砂质河床的减渗方案。基于现场调研、资料收集,提出了6种不同土体处理方式的减渗方案,通过室内一维土柱入渗试验对减渗材料的减渗效果加以研究,并借助ESEM进行图像扫描,采用Image-pro Plus分析软件对扫描图像的微观结构进行分析,研究渗透系数变化的微观机理,最后通过层次分析法综合考虑多种影响因素提出适合砂质河床的最优减渗方案。主要研究内容及成果如下:(1)通过野外调查及室内试验,对土样的基本物理性质、渗透系数进行研究,以此了解永定河河床基质现状,进而明确了需要采取减渗措施的河段:卢沟桥~立垡村段。(2)基于一维土柱入渗试验,对砂土中分别掺加水泥、膨润土、黏土、石灰、三七灰土、二八灰土的6种减渗方案进行研究,筛选出每种方案中最经济且渗透性能良好的配比:水泥掺量8%,容重1.8g/cm~3;膨润土掺量5%,容重1.6g/cm~3;黏土掺量30%,容重1.8g/cm~3;石灰掺量20%,容重1.8g/cm~3;三七灰土掺量30%,容重1.8g/cm~3;二八灰土掺量30%,容重1.8g/cm~3。(3)利用环境扫描电子显微镜(ESEM)和Image-pro Plus图像分析软件对河床原状土壤及减渗材料进行对比分析,研究渗透系数变化的微观机理。研究发现,与原状土相比,随着减渗材料掺量的增加及容重的增大,孔隙面积及孔隙平均直径都逐渐减小,与渗透系数变化趋势一致;孔隙平均平面形状系数逐渐减小;孔隙分形维数也呈现减小的趋势,孔隙的分布面积逐渐减小,多孔介质的渗流输运能力越弱,渗透系数便越小;孔隙的排列特征无明显规律性。(4)采用层次分析法,选取环境影响程度、减渗效果、工程成本、施工工期、施工难易程度、运行后风险6种影响因子对减渗方案进行评估,筛选出适合砂质河床的最优减渗方案:膨润土掺量5%,容重1.6g/cm~3;黏土掺量30%,容重1.8g/cm~3。