用生态修复调控红枫湖为例
- 格式:pdf
- 大小:418.96 KB
- 文档页数:10
健康水生态系统的退化及其修复———理论、技术及应用濮培民 王国祥 李正魁 胡春华 陈宝君成小英 李 波 张圣照 范云崎(中国科学院南京地理与湖泊研究所,南京210008)提 要 由于人口增加和工农业生产的发展,人类赖以生存的淡水生态系统日益退化,特别是富营养化问题,已严重威胁社会经济的持续发展和人类健康.如何在强污染负荷下修复水生态系统具有重大理论和现实意义.本文总结了自1990年以来在淡水湖泊中进行的物理生态工程(Physico -Ecological Engineering ,PEEN )实验研究实践.主要结论为:(1)地表水环境治理的主要目标是修复为稳定健康的水生态系统;(2)主要方法是与污染源治理相结合实践物理生态工程(PEEN )和生物环保产业(Bio -Environmental Enterprise ,BEE );(3)实现目标的主要途径是星火燎原,从局部到大范围乃至全流域;(4)实现目标的主要关键是抓住四个环节(4M ):高等水生植物(M acrophy te ),宏观仿生学(M acro -bioimitation ),微生物(M icroorg anism ),及管理(M anagement );(5)山清水秀,人杰地灵,社会经济生态协调发展的美好未来有可能在不远的将来实现.关键词 健康水生态系统 生态系统修复技术 湖泊富营养化控制 物理生态工程分类号 Q147水是生命之源.对人类而言,健康水更是生存的必要资源.人类社会文明通常是在优良水生态系统周边首先发展起来的.由于地表水生态系统结构多种多样,用于水质评价的指标各异,作者认为判别孰优孰劣的标准要以人为本,综合性地考虑.对人类和高等生物健康有利的水生态系统可称谓健康水生态系统.历史和现实证明,山清水秀,人杰地灵,健康水生态系统是哺育人类文明的摇篮,是现代社会持续发展的重要保障,也是人们向往和追求的美好目标.由于人口增加和工农业生产的发展,进入地表水的污染物质比数十年前有了很大增加,人类赖以生存的淡水生态系统日益退化,特别是富营养化问题,已严重威胁社会经济的持续发展和人类健康.我国淡水湖泊及平原河网大多为浅水水体.历史上水体内有丰富的高等水生植物及相应的鱼、虾、贝、蚌等高等水生动物.许多城镇的饮用水源区大多选择在这种生物多样性丰富的水体内[1].随着水体污染负荷的增加,历史上的这些清洁水源区逐渐退化为缺少水生高等生物的以藻类和微生物为主的“荒漠化”水域.由贫营养型向富营养型发展是湖泊自然演变的过程.沉水植物的出现是湖泊富营养化发展过程中自然选择的结果.沉水植物吸收底泥和水中的营养盐生长,分泌的化学信息素(info -chemical substances )可遏制浮游植物生长,并共生有利于有机物矿化分解的微生物群落,其生第13卷第3期2001年9月 湖 泊 科 学JOURNAL OF LAKE SCIENCES Vol .13,N o .3Sep .,2001 本文主要内容发表在香山科学会议(2001年4月16-18日,北京).收稿日期:2001-04-30;收到修改稿日期:2001-06-10.濮培民,男,1936年生,研究员,博士生导师.194湖 泊 科 学 13卷长周期以月和季节为主,不同沉水植物优势种群的生长季节往往交叉演替,在年度内形成适宜于高等水生生物生存的环境,对水质起持续的净化作用.当水体营养程度进一步提高后,在某种水生高等植物生长的不利季节,特别在其机体的萎缩部位,着生藻类容易孳生.着生藻类、生物残体和颗粒悬移质的增加使水体透明度减少,沉水植物生长率减弱,遏制浮游植物的化学信息素减少,浮游植物种群和生物量进一步发展,水下光照进一步减弱,沉水植物种群逐渐减少,最后甚至全部消失,其它水生生物种类也相应减少,成为以浮游植物为主的生物多样性少的富营养化湖泊.由于浮游植物生长周期以旬为主,其死亡分解时易形成缺氧条件,并经常含有毒素,对高等水生动物的生存构成威胁,这是一种不健康的水体.所以,高等沉水植物种群的减少是健康水生态系统退化的重要指标.在较高营养盐负荷下,浅水水体可以有浮游植物为主的(藻型)不健康水体和以沉水植物为主体的(草型)健康水体两种稳定状态[2].后者在历史上是太湖流域的主导景观,而且在现实条件下,尽管污染负荷与其它已成为以浮游植物为主体的湖区类似,也仍然在东太湖、长荡湖、固城湖等湖荡、湖区存在.因此,历史和现实说明,建设健康水生态系统既是目标也是主要手段,是改善水质的主要途径.对退化的健康水生态系统进行修复犹如“逆水行舟”,不进则退.某种稳定的生态系统是在一定污染负荷下调整适应的结果.水质指标是水生态系统指标的组成部分,水质问题是水生态问题,生态问题应该用生态方法来解决.要获取稳定的健康的自然水环境,只有修复已退化的水生态系统.在高污染负荷下如何修复已退化的水生态系统,其理论与技术已成为问题的关键和研究的热点.1 对传统改善水环境方法的评价1.1 转移污染源和稀释扩散的道路几乎已走到了尽头转移污染和稀释扩散对于局部地区讲常常被视为解决污染相对简单、易行和代价较低的办法,但这是一种以邻为壑的办法.就全国来说,我国近海已经受到了相当程度的污染,退路已断.从另一角度看,污水本来也可视为一种资源,特别在有些地区,将污水排掉,既损失了水资源,又损失了其中携带的其它物质资源.在有些地区,一面挖渠(隧)道把污水排掉,一面挖渠(隧)道从远地另寻水源.这样化费的代价是非常昂贵的.实际上,从污染治理来说,是与稀释扩散相反的浓缩富集收集取出水体的过程.因此,要采取措施,污水就地截留,越浓越治理,这样的代价越低.变污染物为资源,在除去污染物获取资源的同时,将污水变为较清洁水.水是可以循环使用的资源.一定要转变观念,把推卸责任变为“各家自扫门前雪”.实际上,工业污染排放标准,远高出地表水Ⅲ类标准.目前我国许多地区地表水系统已劣于或大大劣于Ⅲ类标准.当务之急是将地表水尽快就地治理为不劣于Ⅲ类水.1.2 投放化学物质对生态系统会带来负面影响若干化学物质有絮凝、杀藻和除臭等功能,为了提高水体透明度和改善水体观感效果,也有被采用的试验.这种办法除了在时效和在大水域或水体流动性大处有其局限性外,还必须注意其可能的负面影响.尤其是大规模人工合成物的利用破坏了自然环境,必需特别注意其长期的负面效应.1.3 疏浚底泥可用于水利工程和交通航运需要,但不是控制湖泊富营养化的充要条件一般情况下湖底是污染物储存库,而不是污染源,在输入污染负荷没有得到明显控制情况下,需要大量经费投入的大规模疏浚对生态系统的负面影响不容忽视.犹如用挖沙无法治理沙漠和风沙一样,底泥疏浚无法控制水体富营养化[3].我国若干湖泊和城市河道已经疏浚,但未见水质稳定改善,许多情况下水质仍继续恶化.例如,太湖流域在1999年底前完成了对14406km 河道的清淤,挖泥量约14×106m 3.尽管同时已实行了洗衣粉中的“禁磷”政策,但20条主要入太湖河道的年平均总磷(TP )浓度由1998年的0.149mg /L 上升为2000年的0.175mg /L ,即增加了17%.太湖湖心区的TP 浓度也由1998年的0.069mg /L 上升为2000年的0.100mg /L ,增幅达45%①.滇池草海在耗资人民币2.5亿元,完成2.828km 2上的4.24×106m 3挖泥工程后,1999年5月,草海中心的总氮、总磷和叶绿素a 浓度分别达13.03mg /L ,1.2mg /L 和639.41mg /m 3,与挖泥前1994-1996三年平均值的4.21mg /L ,0.60mg /L ,119.17mg /m 3相比均有大幅度增加②.2000年平均BOD 5,COD Mn ,TN ,TP 与1998年相比分别增加了15%,60%,57%和92%③.我国已在较大规模上进行了需要巨大资金投入的疏浚底泥工程,其对控制水体富营养化的正面和负面效果及其投入效益比如何,是值得认真予以科学总结的.1.4 生物调控方法过程长,取出营养盐效率低按照生态效率(Ecological efficiency )原理(又称1/10规律),食物链网越长,转换损耗越多.因此取出原初生产物对减少水体中的营养盐有较高的效率,而取出鱼类资源对削减水体中营养物质的效率则要大大低于直接取出藻类和水生高等植物.1.5 简单恢复历史景观难以抵御增大了的环境负荷及环境灾变历史景观和相应的水生态系统是在当时污染负荷下自然选择的结果.自然和人类活动造成的环境变化,特别是环境灾害,从局部到大范围破坏了历史景观,说明历史上的水生态系统不能适应这些环境变化.据国家可持续发展水资源战略研究报告,经过努力,有可能实现如下指标:与1997年比,2010年污染负荷将增加14.6%,到2030年污染负荷将增加1.5%,在2050年可控制到1997年的水平[5].1997年的污染负荷大大高于1990年的水平.在1990年太湖一次藻类爆发,在一周内由于供水不足,部分工厂停产半停产使无锡市的直接经济损失达人民币1.3亿元.据“八·五”攻关资料(目前情况更不容乐观)太湖流域降水和干沉降合成的氮、磷的浓度为1.2mg /L 和0.04mg /L ,比相应的国际通常认为的富营养化标准(TN0.2mg /L 和TP0.02mg /L )要高出2-6倍;滇池(草海)则超过12-13倍.所以,人口的增长、工农业的增长所增加的污染加上大气干湿沉降污染在50年或更长些时期内已不可能再控制到50年以前的情况了.在相当长的时期内简单地恢复的历史景观已不能稳定存在,必需发展非常规的新的理论和技术修复稳定的健康水生态系统,以满足社会持续发展的需要.1990年太湖藻类大爆发后,根据实际需要,作者从此开始了直接治理和控制湖泊富营养化的理论和实验研究.在太湖梅梁湾和五里湖、贵阳红枫湖和南京莫愁湖等水域发展和完善了从局部到大范围治理污染水体的“物理生态工程(Phy sico -Ecological Engineering ,PEEN )”[1].这是主要利用太阳能在局部水域内中性地恢复稳定健康水生生态系统的技术.1953期 濮培民等:健康水生态系统的退化及其修复———理论、技术及应用①②③云南省环保局.云南省环境质量报告书(1996年-2000年度).根据及昆明市环境监测中心站、昆明市环境科学研究所,滇池污染基本状况,1997舒金华,黄文钰,高光等.太湖地区“禁磷”措施效果评估研究报告,2001.2 物理生态工程(PEEN)依据的基本原则2.1 与污染源控制相结合,主要利用太阳能中性地增加自然水体自净能力是基本指导方针自然水体有净化(自净)能力.在太阳能作用下,通过生化过程、生命过程、矿化分解过程、沉降过程将水中悬移质、溶解质转化为生物资源、气体和底泥等物质,使水体得到净化.人们用水过程通常是用比较清洁的水去溶解、运载污染物质,即污染过程,是稀释扩散、熵增加的过程.净化是污染的逆过程,是将污染物富集浓缩起来提高能质的过程,是非开放系统在消耗大量能量提高能质、减少熵的有序化过程.藻类和水生高等植物的生物生命过程利用太阳能将水溶质物质富集浓缩,转化为生物量,消耗了大量太阳能,提高了能质.实际自然水体中太阳能的利用率是较低的,仅1%的量级.通过管理、物理措施和移植生物种群等措施,提高广阔自然水体对太阳能的利用率,提高水体自然净化能力是发展PEEN的指导方针(图1).图1 用PEEN提高水体自净能力,发展生物环保产业(BEE)Fig.1 Development of Bio-Environmental Enterprise (BEE)by using Physico-Ecolog ical Engineering (PEEN)for increasing self-purification of water bodies资源化利用水中污染物发展生物环保产业(Bio-Environmental Enterprise,BEE)是地表水治理的最优目标.主要利用太阳能和生物过程,将水中污染物转化为生物资源,并尽可能将资源取出利用,获取经济效益,形成生物环保产业(图1).在将水中物质取出水体方式中,输出生物资源的方式比用气态逸出和固态沉降更有利于环境保护和获取经济效益.输出水生植物可最直接地输出营养盐.例如,太湖水面在夏季凤眼莲的生产力为0.5kg/(m2·d),蓝藻生产力为6.2g/(m2·d),相应地凤眼莲吸收氮、磷的能力为0.79t/(km2·d)and0.13t (km2·d),是蓝藻的13和21倍[1].生物资源可用作食品、饲料、肥料等,具有经济价值.把环境治理工程变为兼顾环境效益和经济效益的措施,可以星火燎原地推广开来,适合中国国情.2.2 从局部到大范围治理是现实可操作、可实现的途径水污染和水生态系统的退化是从局部到大范围发展起来,目前在许多地区已成为难以全局性改善的程度.如前所述,要等待全局性控制污染源,使进入地表水系统的水都达到健康水要求,在短期内几乎是不可能.在这种情况下,现实可操作、可实现的是在一定财力物力条件下从局部到大范围修复健康的水生态系统.“抓两头(污染源和饮用水源),带中间(所有地表水域)”,从局部到大范围,到全流域.这类似于在不可能控制大范围气候条件下用建造温床的办法,营造小气候,获取在当地气候条件下无法种植的各种新鲜蔬菜水果.这就要求在污染水域的某些重要局部水域,建立保护膜(生物物理膜,Bio-phy sical membrane),控制污染负荷对保护膜内生态系统的影响,减少周围环境灾变对其的危害强度.在该水域修复有特定功能(如饮用水源、游泳、旅游等)的健康的水生态系统,使其能在环境灾变中持续稳定发展.196湖 泊 科 学 13卷2.3 借助物理措施、建设和强化功能群的作用是在高环境压力下生态系统持续稳定的重要举措如前所述,简单地恢复历史景观已不能适应当前和将来50年内环境压力和环境灾变的冲击.在生态系统中如不增加新的结构和子系统,将无法持续稳定地修复健康水生态系统.除了必须有生物物理保护膜外,在保护的系统中应划分和建设若干子系统.首先分析不同水生生物的净化水质功能.挺水植物通过对水流的阻尼和减小风浪扰动使悬移质沉降,并通过与其共生的生物群落有净化水质的作用.但它主要吸取深部底泥中的营养盐,通常不或很少直接吸收水中的营养盐,而其部分残体又往往滞留湖底,矿化分解后又会污染水体.所以挺水植物的功能中,有把下层底泥中的营养转移到表层的一面,不利于直接净化水质.加上收割、水位变化对其生长的影响等问题,限制了它们在净化水质中的作用.必须注意管理、收割利用和防止种群退化.浮叶植物在一般浅水湖泊中有良好的净化水质效果,种植和收获较容易,有经济效益,和观赏效益,在一定季节可以作为重要的支撑系统.需要及时收获.大型飘浮植物在光照和营养盐竞争上比浮游植物有优势,有些种群的耐污性很强(如凤眼莲Eichornia crassipes ,喜旱莲子草Alternanthera philoxeroides 等),已经发展了在大水面大风浪条件下种植的技术[1],是良好的净化水质选择.浮萍生长快,许多种群能在空气中固氮,覆盖水面后与沉水植物在光照等方面有竞争,一般不宜采用.有些飘浮植物和浮体陆生植物[6](加上浮力支撑后可水培的植物)是很好的观赏和食用植物,可在一定条件下组合应用,既有净化水质作用,又有经济效益、环境效益和观赏效益.着生藻类和浮游藻类生长过程中都有净化水质作用.着生藻类的收集也不难,浮游藻类的收集也已发展了捕获技术[7],在一定条件下也可因势利导予以利用,一方面净化水质,另一方面作为资源取出.各种沉水植物是健康水生态系统的重要组成,其耐污程度和对水温、水位、水流、水质、底质等条件各有差异,要根据当地具体自然条件因地制宜、因时制宜在时间空间上予以镶嵌优化组合[7],使各种种群在整体上互补共生适应季节变化和环境灾变.沉水植物和湖底水生植被的存在可吸附储存生物碎屑于植物根部,增加底泥表层溶氧,遏制磷的释放,阻止上层水体动力扰动向湖底的传输,减少湖底水动力交换系数,从而有效地遏制底泥营养盐向水体的释放.螺、蚌等底栖动物可过滤悬移质,摄食生物碎屑,其分泌物有絮凝作用,螺有刮食着生藻类功能,虾和若干种类鱼类可摄食藻类、碎屑、浮游动物等.这些动物,作为健康水生态系统的补充组成,也有重要作用.微生物,特别是氮循环细菌在水体自净能力中具有不可忽视的作用.有机物的矿化分解,氮素的气化,磷盐的沉降和固定在湖底等都与细菌的作用分不开.自然界的水生植物附近共生有多种远比自由水体中丰富的细菌群落.飘浮植物容易种植,采用耐污性强,生长快的飘浮植物作为先锋植物,不仅有植物直接吸收营养盐的作用,而且更重要的是有与其共生的细菌的作用.可以很快增加水的透明度,改善水质.飘浮植物作为细菌的载体极为重要,但飘浮植物受气候条件影响,在有些季节难以发挥作用,因此研制人工载体和优选高效细菌种群极为重要.利用优化的人工载体培养优化的氮循环细菌,释放到自然水体,以自然生物载体、其它人工载体和底泥为二级载体,水中悬浮物为三级载体,将原来荒漠化水域中以水土界面为主的好氧-厌氧,硝化-反硝化条件扩大到水面和水1973期 濮培民等:健康水生态系统的退化及其修复———理论、技术及应用体并加强细菌浓度,从而增加系统净化能力[9-11].利用这些措施的配合和组合,作为历史景观生态系统的补充,这是抵御环境变化和增强系统抗环境灾变能力的不可缺少的组成部分.以饮用水源的净化系统为例,需要依靠物理工程,建设生物物理保护膜,过滤膜,导流带,构建子系统的框架,为漂浮生物在大水面上的生长提供条件,为着生藻类和氮循环细菌的繁殖生长提供条件,为观赏植物提供固定框架等.生物种群的布设要结合气候、水文、水质、地质等自然条件,考虑季节转换时系统有稳定的净化水质功能等情况,因时制宜、因地制宜地综合考虑[7],构建不同子系统,使沿水流过程逐步将水质从Ⅳ-Ⅴ类净化到Ⅱ-Ⅲ类.在以游泳、旅游为目标的工程中,要划分水质净化保护区、观赏区、游泳区、划船区、垂钓区等功能区.在若干区内,游人不得入内,以利生态保护.这类似于在陆地公园的建设中需要规划出绿化区、观赏区、休闲区、道路等功能区,在若干区内游人不得入内.2.4 借鉴历史景观和现实水生态系统发展宏观仿生学健康的水生态系统是一个包括许多子系统的很复杂的系统.每一个子系统担负一定的功能.为了提高整体效率和完成整体功能,将子系统专业化是非常重要的.现代化工业生产中的流水作业法在某一个人和部位从事较单一的工作,然后组合为复杂的系统.这样可大大提高生产效率.每一个局部的水生态子系统可以承受一定的环境压力(输入负荷),将营养盐降低约一个数量级(或将水质改善一级).例如依靠耐污性很强的生物群落可以将重富营养化水体净化图2 载体polyHEA/14G固定化氮循环细菌的总氮(左)及氨氮(右)的去除率Fig.2 Removing ra te for total nitrogen(left)and ammo nia nitrogen(rig ht)by immobilized nitrogen bacteria with carrier made from poly HEA/14G cy cle 到Ⅲ-Ⅳ类水,但无法净化到Ⅰ类水.需要将初步改善的水质输出给下一级子系统,经过若干个子系统,从例如Ⅳ类Ⅴ类水输入直至完成Ⅰ类水的输出.后者要靠适应于清洁水的生物种群来稳定实现.例如,以氮循环细菌的除氮效果为例(图2),在经过8d后,氮浓度水平就维持在一定值上,基本随时间不变.若需要进一步降解,则需要另外的细菌种群组合.构建怎样的水生态子系统呢?依照历史的和现存的自然界的选择是最佳选择.为此发展以组建多样性水生态系统和揭示其结构功 能为主要目标的宏观生学有重大现实意义. 3 物理生态工程(PEEN)的四项主要技术及应用实例3.1 PEEN的主要技术在上述理论指导下,自1990年以来,经过实践再实践,发展了治理局部水域的物理生态工程(PEEN).以饮用水源区的PEEN为例,其结构见[13].它还可获取水生生物资源和直接经济效益,发展生物环保产业(Bio-Environmental Enterprise,BEE).它主要包括四种技术:1)能适应多种底质、风浪、湖流条件的软隔离墙过滤技术(Soft Wall Technology,SWAT) (图3a);在饮用水源区用二道过滤软隔离墙.外软墙阻隔部分悬移污染物进入,内软墙作为最终过滤膜使自来水厂获得优质水源.在二道软墙之间布设各种框架、导流和生物种群.2)水生198湖 泊 科 学 13卷图3 物理生态工程(PEEN)的若干技术Fig.3 Sketch map of some technologies of P EEN 1993期 濮培民等:健康水生态系统的退化及其修复———理论、技术及应用生物群落镶嵌技术(M osaic Technology for Hydro-Biocoen,MOTHB)(图3c)[7].3)捕藻技术(Technology for Reducing Algae Plume,TRAP)(图3b、3d)[8].4)固定化氮循环细菌技术(Im-mobilized Nitrogen Cy cle Bacteria,INCB)[9-10](图3e).图4 红枫湖养殖场污染治理PEEN工程部分Fig.4 A part of PEEN for removing pollutants from the fishery ponds in Hongfeng Lake,G uiy ang 3.2 应用实例———贵阳红枫湖固定化氮细菌技术在贵阳市红枫湖温流水养殖场排污水治理工程中进行了现场实验.红枫湖有水面37km2,也是贵阳市饮用水的水源.近年来,红枫湖的水质有恶化趋势,导致藻类快速生长.污染源是多方面的.其中,位于后午湾中的二个温流水养鱼场,通过鱼类排泄物和未被利用的饵料的分解转化,也给湖泊造成了氮、磷污染.红枫湖主要超标指标是非离子氨和亚硝酸盐氮,这是两项影响人们健康的重要指标.电厂温排水一般增温8℃.按计算,电厂每天流失的余热约相当于1000-3000t煤燃烧的热量.由于其能质低,很难利用.温流水高密图5 红枫湖水质监测点位置(1:偏山寨;2:腰洞;3:大坝;4:花鱼洞;5:后午;6:三岔河;7:焦家桥)Fig.5 Water quality monito ring sitesin Hongfeng Lake度水产养殖是余热利用的有效方式之一.目前两个养鱼场,可为贵阳市提供大量优质水产品,是贵阳市重要的副食品基地.针对这种情况,采取积极的治理措施,达到利用余热水既改善水质,又增加水产资源输出,实现环境效益、社会效益和经济效益的同步发展是符合我国国情的最佳选择.本项治理工程也可为红枫湖水库的全面治理提供科学依据(图4、5).治理方案为以物理生态工程(PEEN)为主的综合治理方案.除了改善养殖结构,提高饲料转化率外,主要是在二个共约12000m2水域内强化PEEN工程.自1999年9月起,建设若干导流软坝和水面分割带,优化实验区的水流环境,使形成多样性水流流态,增加了污水在若干部分水域内的滞留时间.导流软坝与水面分割带是着生藻类、原生生物、细菌作用的载体.水生生物具有很好净化水质能力.除了本身吸收水体中的氮磷外,还能吸附悬浮物;尤其是可成为着生藻类、原生生物以及细菌作用的载体.经测定,凤眼莲投放密度在3.15-6.30kg/m2时,生长率较高,约为1.5kg/(m2·d),是夏季太湖地区的3倍.但综合地看,喜旱莲子草在该区具有最佳的应用前景.在工程区范围内,利用水温相对较高,氮循环细菌生长、繁殖较快的特点,应用固定化细菌200湖 泊 科 学 13卷。
请为红枫湖水库水质的生态修复提出合理建议
对红枫湖水库水质生态修复治理项目管理存在的问题,建议对水生态修复治理项目进行分级分类管理,对大江大河流域治理和国家级重点湖泊治理,纳入中央重大工程项目范围由国家发改委统筹管理,发挥我国集中力量办大事的优势,集中PPT、政府购买服务和生态治理等资金,利用央企综合实力强、社会责任担当和市场影响大的特点,形成以中央企业牵头、各类企业参与的市场运作主体,制定并实施“一河一策、一湖一策”精准治理规划,按照“谁治理,谁受益”原则,以治引产、以产补治,实现环境治理、经济开发和群众致富的综合目标。
毕业设计设计题目:某湖泊的生态修复治理设计方案姓名:学号:院〔系〕:专业:指导教师:某湖泊的生态修复治理设计方案摘要:本文设计的对象是位于省市的红枫湖和百花湖。
针对两湖底泥污染严重,以与生活污水、工业废水未经深层处理就排入湖库,导致湖库氮、磷浓度高等问题,政府与相关部门组织实现流域污水的集中处理再排入湖体,投资大力兴建污水处理厂,对排入两湖的水源进展严厉监管,才能从根本上截断外源。
提出了首先运用机械疏挖的方法,去除重金属元素等长期积蓄的底泥。
其次在湖体应用曝气循环净化系统,主要可抑制微囊藻的增殖释放有毒物质。
这次应用的主要工艺为生态公园水培净化,净化效率高同时也降低了净化本钱。
本设计计划在红枫湖设置250台潜流推流曝气机,在百花湖设置63台潜流推流曝气机用于水湖底曝气循环净化,预计有害藻类的去除率可达86%。
在两湖修建的生态公园预计净化效果:COD去除率达26% ,SS去除率达44% ,BOD去除率达38% ,TP、TN去除率约达20%。
在两湖进展底泥疏挖,可有效的去除了底泥的重金属元素,并且防止它们向湖水上层扩散。
关键词:湖泊富营养化;底泥疏挖;曝气;生态公园修复Ecological restoration management design scheme of a lakeGuo li 090204206(The department of chemical and environmental engineering of Wuhan Polytechnic University , WuhanHubei 430023)Abstract: in this paper, the design of the object is located in Guiyang city in guizhou red maple lake and lake flowers. Based on sediment pollution is serious, as well as sewage and industrial wastewater discharged into lake without deep processing of the rolls, nitrogen and phosphorus concentration is high, lead to lake and related government authorities in organizing basin's centralized disposal of sewage discharged into the lake body again, investment vigorously construction of sewage treatment plants, to strict supervision, into more water could be truncated exogenous from the root. Firstly ,itPut forward by using the method of mechanicaldredge sediment removal of heavy metal elements such as long-term savings. Second application aeration in lake body circulation purification system, mainly inhibits the proliferation of microcystis algae release toxic substances. The application of main technology for water purification ecological park, high purification efficiency of purification at the same time also reduces the cost.This design plan to set 250 units undercurrent push flow aerator in red maple lake, in setting 63 undercurrent push flow aerators baihua lake bottom is used for water circulation purification, expect harmful algae removal rate can reach 86%. Ecological park built in on purifying effect is expected: COD removal rate was 26%, and the removal rate of SS was 44%, and the BOD removal rate was 38%, and TP, TN removal rate is about 20%. In two lakes sediment ShuWa, can be effective in addition to the sediment of heavy metal elements, and to prevent their spread to the upper lake.Key words:Keywords: lake eutrophication; Sediment ShuWa; Aeration; Ecological park to repair目录1.前言 (4) (4) (4) (4) (5)2. 湖泊的概况与其主要的生态问题 (5) (5) (5)3.生态修复设计方案的工艺设计分析 (6) (6)3.2 曝气循环净化系统的选用依据 (6) (7)4 湖泊修复的主要工程措施与规模 (7)4.1 底泥疏挖 (7) (10) (10)5 .湖泊修复的生态措施——生态公园水培净化 (13)5.1 生态公园水培净化系统脱氮除磷的净化机理 (13) (15)5.3 预计净化效果 (15) (15)6. 施工与预算 (16) (16) (17) (19) (19) (19) (20) (20)8 参考文献 (21)1.1 设计背景我国的富营养化湖泊主要分布在长江中下游地区,云贵湖区〔省和省〕,局部东北山地与蒙新湖区〔自治区和维吾尔自治区〕。
生态修复技术的案例分析与探讨在当今社会,随着人类活动的不断扩展和对自然资源的过度开发利用,生态环境受到了前所未有的破坏。
为了保护和恢复我们赖以生存的生态系统,生态修复技术应运而生。
生态修复技术是指通过一系列科学的方法和手段,对受损的生态系统进行修复和重建,使其恢复到原有的生态功能和结构。
下面,我们将通过一些具体的案例来分析和探讨生态修复技术的应用和效果。
一、湿地生态修复案例湿地是地球上重要的生态系统之一,具有调节气候、净化水质、蓄水防洪、维持生物多样性等多种生态功能。
然而,由于城市化进程的加速和农业活动的扩张,许多湿地遭到了破坏和侵占。
以某城市的湿地公园为例,该公园原本是一片天然湿地,但由于周边的房地产开发和污水排放,湿地面积不断缩小,水质恶化,生物多样性急剧减少。
为了恢复湿地的生态功能,当地政府采取了一系列生态修复措施。
首先,对周边的污染源进行了治理,关闭了一些非法排污企业,并建设了污水处理设施,确保排入湿地的污水达到排放标准。
其次,进行了湿地的地形改造和水系疏通,恢复了湿地的自然水流和蓄水功能。
同时,在湿地中种植了大量的水生植物,如芦苇、菖蒲、睡莲等,这些植物不仅能够净化水质,还为湿地中的生物提供了栖息和觅食的场所。
此外,还引入了一些本地的鱼类、鸟类和两栖动物,丰富了湿地的生物多样性。
经过几年的努力,该湿地公园的生态环境得到了显著改善。
水质明显好转,达到了地表水Ⅲ类标准;湿地面积逐渐扩大,新增了许多鸟类和鱼类的栖息地;生物多样性也得到了有效恢复,成为了市民休闲娱乐和科普教育的好去处。
二、矿山生态修复案例矿山开采是人类活动对生态环境破坏较为严重的领域之一。
开采过程中不仅会破坏地表植被和土壤结构,还会产生大量的废渣和废水,对周边的生态环境造成严重影响。
某废弃矿山曾经是一个大型的采石场,由于长期的开采,山体遭到了严重破坏,形成了大面积的裸露岩石和陡坡,土壤贫瘠,植被稀少,水土流失严重。
为了修复矿山的生态环境,当地政府和企业联合采取了多种生态修复技术。
人工浮岛技术简析摘要:富营养化是当前湖泊普遍存在的问题,生态生态浮岛作为新的水质净化载体,在水体生态修复中有着很多优点和非常广泛的应用和开发前景。
关键词:人工浮岛;生态修复人工浮岛也叫生态浮床或生态浮岛,是一种在轻质漂浮材料上种植高等水生植物或喜水性陆生植物,为多种生物提供生境的飘浮结构,主要由浮岛种植基质、植物和固定系统组成,人工浮岛单元易于调整空间配置形式,固定方式多样,近些年在水体生态修复中应用较广。
人工浮岛可用于[1]:(1)具有大水位波动及陡岸深水环境的水域;(2)具有猛浪、高浊度和富营养化状况的湖区;(3)有景观功能需求的池塘和湿地水域等水体的生态修复。
人工浮岛的水质净化主要是针对微污染的水域,通过浮岛上的植物和植物根系所形成的生物膜吸收水体中的N、P等有机物,降低水体中氮、磷的含量,并利于植物。
微生物对各种有机物质进行降解,达到生态修复目的,人工浮岛是防止健康水生态系统在高环境灾变下退化的有力支撑子系统[2]。
人工浮岛植物生长在水面上,克服了水体低透明度、水深及风浪的不利影响,是水生态系统构建的一种补充技术,且人工浮岛的构建和维护均比较方便,景观效果好,一般配合其他的技术来予以集成提高湖泊生态修复的效果[3]。
在我国,人工浮岛大量应用于水体的生态修复,云南滇池草海生态修复、湖北省梁子湖、太湖五里湖工程[1]、武汉东湖、安徽巢湖、北京什刹海等等工程均有应用。
随着人工浮岛技术的推广和研究的深入,为了更好的发挥作用,通过与生物膜、曝气、填料等其他技术的集成,人工浮岛在发展中也出现了诸多的变形[4],发展出组合式的人工浮岛、微动力的生态浮岛、立体生态平台等多种形式,应用于多种不同的需求的场合。
表1是对目前常见的各种浮岛的结构、成本、材质、施工难度做的一个对比。
表1 常见的浮岛对比表浮岛名称结构形式主体材质施工难度平均成本(元/m2)材质环境问题寿命1传统生物浮岛简单发泡塑料二次污染2年低低30~702棕丝椰丝竹筐浮岛复杂天然材料无3年高高380~5503废旧轮胎浮岛复杂废物利用二次污染3年高中220-3504一般塑料制品浮岛简单再生料二次污染2年低中180-2605塑料管框浮岛简单PVC或PPR可回收2年低中80-1506多年生抗风浪型生物浮岛简单HDPE可回收3年低中220-2607复氧型净水生物浮岛简单HDPE可回收4年低中260-3508园艺型净水生物浮岛简单HDPE可回收3年低中220-2809立体生态平台复杂聚酯纤维无15年低高1200-18001 0浮水植物浮床简单PET+不锈钢无5年低低50~801 1组合型生物浮岛复杂复合材料无4年高高350-450但是人工浮岛在设计和应用中还是有以下几个方面需要重点考虑[1,5,6]:1.浮岛的稳定性浮岛载体必须具备一定的强度,在开阔水域的浮岛需具备一定的抗风浪能力。
环境治理对红枫湖水生食物链中汞积累的影响荆敏;林丹;闫海鱼;康静文【摘要】In this study,we analyzed the totalmercury(THg),methylmercury(MeHg),stable carbon and nitrogen isotopes (δ13C and δ15N)for different trophic levels organisms from Hongfeng Reservoir(HF)in bining with previous data of HF in 2007,we compared the variations about the mercury concentrations in organisms,food chain length,and the bio-magnification in aquatic food chain in HF.The results showed that concentrations of THg and MeHg in fishes increased by 140% and 210%,respectively.The ratio of MeHg to THg increased by 18%,and the food chain length increased by one trophic level, while the bio-magnification rate decreased in food chain. There are some possible reasons that,as a result of a comprehensively pollution control by the local government,the eutrophication degree in water body decreased significantly in Hongfeng Reservoir since 2008,which changed plankton community,abundance and fish growth rate. Therefore, mercury concentration in fish increased slightly and low biomagnification due to a weak biodilution effect and small size by high-intensity fishing in HF.%于2015年以贵州省贵阳市饮用水源地红枫湖的水生食物链作为研究对象,通过测定不同营养级生物的汞含量及稳定碳氮同位素,并结合2007年红枫湖的数据,对比红枫湖水体的汞含量及水生食物链中的汞含量、食物链长度及生物放大率的变化.结果发现:相比于2007年,湖水中的总汞浓度降低了40%,但鱼体总汞和甲基汞含量分别增加了140%与210%,甲基汞在总汞中占的比例平均增加了18%.食物链长度增加一级,汞的生物放大率降低.可能的原因是:2008年政府对红枫湖进行综合治理后,水体富营养化程度降低,湖中食物链结构发生改变,鱼类生长速度减慢,使得鱼体内汞的生物稀释作用减弱,鱼体的汞含量相对升高.同时,高强度捕捞,使得鱼样个体普遍偏小,导致生物放大率较低.【期刊名称】《生态毒理学报》【年(卷),期】2017(012)005【总页数】8页(P204-211)【关键词】汞;食物链;生物积累;污染治理【作者】荆敏;林丹;闫海鱼;康静文【作者单位】太原理工大学环境科学与工程学院,太原030024;贵州医科大学公共卫生学院,贵阳550025;中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室,贵阳550081;太原理工大学环境科学与工程学院,太原030024【正文语种】中文【中图分类】X171.5汞(Hg)是环境中引人关注的有毒污染物,而其有机形态——甲基汞(MeHg)因其极强的生物毒性,且极易通过水生食物链传输、累积和放大而长期受到关注。
贵阳市的红枫湖和百花湖生态环境恢复治理方案贵阳市的红枫湖和百花湖生态环境恢复治理方案学院环境与资源学院专业环境工程学号年级 2011级姓名目录第一章总论1.1 任务由来1.2 编制依据1.3 指导思想和基本原则 1.3.1 指导思想1.3.2 基本原则第二章两湖概况2.1 自然条件概况2.2 两湖存在的主要生态问题第三章治理方案3.1 底泥疏挖3.2疏挖的方法3.3工艺选择3.4曝气循环净化系统3.5生态公园水培净化第四章主要任务4.1 底泥疏挖4.1.1 底泥疏挖的工艺流程4.1.2疏挖方法4.1.3疏挖设备选型4.1.4环境疏浚设备的选择原则4.1.5污泥底泥与堆场余水处置4.2周边工厂和生活废水的污水处理4.3循环曝气净化系统4.3.1 循环曝气净化的原理4.3.2潜流推流曝气机净化机理与特点4.3.3潜流推流曝气机的选型4.3.4红枫湖曝气循环净化系统设计计算 4.3.5红枫湖内曝气机的安装及布置4.3.6百花湖曝气循环净化系统的设计计算4.3.7百花湖内曝气机的安装与布置第五章治理工程及投资估算5.1生态公园水培净化工程施工预算5.1.1栽植标准5.1.2植物施工与道路预算5.2底泥疏挖施工预算5.2.1主要施工设备及数量5.2.2主要技术指标5.2.3工程总费用5.3 曝气循环净化系统的工程预算5.3.1 设备投资费用估计5.3.2 工程投资总费用估计第六章方案实施评价6.1从合理性进行评价6.2从经济效益方面评价6.3从创新性评价第七章保障措施7.1 加快湿地保护立法7.2 制定湿地保护与恢复相关标准、规范7.3 开展湿地生态补偿试点及长效管理工作7.4 推进湿地保护队伍能力建设附表:附表一红枫湖和百花湖流域湿地保护与恢复功能分区表附表二2010-2020年红枫湖和百花湖流域湿地保护项目表附表三2010-2020年红枫湖和百花湖流域湿地恢复项目表附表四2010-2020年红枫湖和百花湖流域人工湿地建设项目表附表五2010-2020年红枫湖和百花湖流域湿地保护与恢复机制建设附表六2010-2020年红枫湖和百花湖流域湿地保护与恢复科研监测能力建设附图:附图1 规划区位图附图2 规划范围图附图3 红枫湖和百花湖流域湿地现状图附图4 红枫湖和百花湖流域湿地保护与恢复工程现状示意图附图5 红枫湖和百花湖流域湿地公园现状示意图附图6 红枫湖和百花湖流域湿地保护与恢复规划示意图附图7 红枫湖和百花湖流域湿地保护类工程规划示意图附图8 红枫湖和百花湖流域湿地恢复类工程规划示意图附图9 红枫湖和百花湖流域人工湿地规划示意图1 总论1.1 任务由来贵州省贵阳市的红枫湖和百花湖。
红枫湖风景区生态发展模式
走进风景秀丽的红枫湖畔,水清岸绿的湖岸风光尽收眼底。
正在湖面进行巡湖工作的唐磊就是XX市两湖一库管理局红枫管理处的工
作人员,自XXXX年参加工作以来,他每天都会与同事巡湖四次,对
来湖游泳、钓鱼和烧烤的人进行劝阻劝离,见证了红枫湖从清澈碧透到蓝藻爆发再到水清岸绿的全过程。
作为XX市和贵安新区重要的集中式饮用水源地之一,近年来,
为保护好红枫湖,保护好XX市百万市民的“大水缸”相关部门坚定
不移履行“保湖”使命,打出一套漂亮的生态保护“组合拳”,拳拳有力,成效显著,推动红枫湖及周边生态环境持续改善提升,确保了XX市百万人的饮水安全。
通过这几年的治理,现在湖水从最早的劣五类慢慢上升到四类水、三类水。
现在基本上整个湖区稳定在地表水三类水质标准,取水口附近达到地表水二类水的水质标准,水质现在基本上达到很好的标准。
第一作者:郭 云,女,1982年生,硕士,助理研究员,研究方向为水质监测、生态修复。
#通讯作者。
*贵州省科技厅项目(黔科合J字[2011]2085);贵阳市2012创新人才计划项目(筑科合同[2012HK]209-57号);贵阳市社会发展攻关项目(2011筑科农合同字第59号)。
湖泊富营养化治理成效阶段水环境特征研究*———以贵阳市饮用水源地红枫湖为例郭 云1,2 赵宇中1# 龙胜兴3 李玉麟2 张 波2(1.贵州民族大学化学与环境科学学院,贵州 贵阳550025;2.贵阳市两湖一库环境保护监测站,贵州 贵阳551400;3.贵阳市环境监测中心站,贵州 贵阳550001) 摘要 红枫湖是贵阳市重要的生活饮用水源地,20世纪90年代末期水体污染严重。
从2008年开始进行综合治理,2011年起进入治理成效阶段。
为了对治理成效期的水质状况有全面了解,为进一步污染治理和生态调控提供科学依据和对策,利用富营养化指数法和主成分分析方法对2011—2013年水体富营养化状态特征进行研究分析。
结果表明:(1)在监测期,红枫湖始终保持中营养状态不变,但呈现逐年减弱的趋势,水质达标率逐年升高。
(2)全湖的综合营养状态指数存在明显的时空异质性。
(3)影响红枫湖水体质量的主控因子为叶绿素a、pH、透明度、总磷和高锰酸盐指数,总氮对其影响不显著。
(4)在下一步治理中,继续加强外源性治理的同时,须加强水体内源性污染的治理工作,促进水质进一步好转。
关键词 富营养状态 时空分布 主控因子 红枫湖 DOI:10.15985/j.cnki.1001-3865.2015.06.011Study on water environment characteristics in the stage of governance effect of lake eutrophication:taking drinking watersources of Hongfeng Lake in Guiyang as an example GUO Yun1,2,ZHAO Yuzhong1,LONG Shengxing3,LI Yulin2,ZHANG Bo2.(1.School of Chemistry &Environmental Science,Guizhou Minzu University,Guiyang Guizhou550025;2.Two Lakes and One Reservoir Environmental Protection Monitoring Station in Guiyang,GuiyangGuizhou 551400;3.Environmental Monitoring Center Station in Guiyang,Guiyang Guizhou 550001)Abstract: Hongfeng Lake is an important source of drinking water in Guiyang.In the late 1990s,the lake wasseriously polluted.The comprehensive treatment on the lake was carried out at the beginning of 2008,and then thelake entered into the stage of governance effect in 2011.In order to understand the water quality status of HongfengLake during governance effectiveness period and provide scientific basises and measures for further pollution controland ecological regulation,the characteristics of eutrophication status in water column between 2011and 2013werestudied by using eutrophication index method and the principal component analysis method.It was showed that,(1)during the monitoring period,the lake was mesotrophic,but the water quality became better and the qualification rateof water quality increased year by year.(2)The eutrophication index of lake showed an obvious heterogeneity in timeand space.(3)The main controlling factors affecting the water quality of Hongfeng Lake were chlorophyll a,pH,transparency,total phosphorus and permanganate index.The influence of total nitrogen on the water quality was notsignificant.(4)In the next step of governance,both the exogenous governance and the endogenous pollution treat-ments needed be strengthened for further improving water quality.Keywords: eutrophication status;spatial and temporal distribution;main controlling factors;Hongfeng Lake 湖泊富营养化是全世界面临的主要水污染问题之一,我国已成为湖泊富营养化的重灾区,80%的湖泊受到污染,已成为制约我国社会和国民经济持续发展的重大环境问题[1]。
红枫湖百花湖入库河流水环境状况及生态修复措施夏品华;李秋华【摘要】分析了红枫湖水库和百花湖水库主要入湖河流的总氮和总磷含量以及入湖污染量,概述了目前红枫湖水库和百花湖水库入湖河口生态修复措施,同时提出了开展生态措施的设想,为指导以后红枫湖水库和百花湖水库的生态修复奠定基础.%The concentrations of total nitrogen and total phosphorous and the amount of pollution at the inflow river of Hongfeng and Baihua reservoirs were expounded. The measures of ecological restoration at the estuary of Hongfeng and Baihua Reservoirs were summarized. In the meantime,ideas in carrying out ecological measures were put forward so as to guide the future of the ecological restoration at Hongfeng and Baihua reservoirs.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2011(039)012【总页数】3页(P7344-7346)【关键词】红枫湖;百花湖;河口;生态修复【作者】夏品华;李秋华【作者单位】贵州师范大学,贵州省山地环境信息系统和生态环境保护重点实验室,贵州贵阳,550001;贵州师范大学,贵州省山地环境信息系统和生态环境保护重点实验室,贵州贵阳,550001【正文语种】中文【中图分类】X523水库富营养化的危害较大,不仅在经济上造成损失,而且危害人类健康。
加强富营养化水体综合防治的研究,遏制富营养化趋势势在必行[1-4]。