水生態(tài)修復工程技術
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水生態(tài)修復工程技術范文第1篇
1 概念、定義及主要特點
何謂“生物-生態(tài)修復”，它的內涵和外延應該如何確定，以及不同技術措施的作用、效果和聯(lián)系如何，等等?；卮疬@些問題對推進和實施河流生物-生態(tài)修復工作具有重要意義。
1.1 河流生物修復
生物——系指有生命的物體。一般指動物、植物和微生物。有時專指微生物，如生物制劑、生物制品等等。污水生物處理和河流生物修復中的“生物”，一般專指“微生物”，不包括“植物”和“動物”。廣義的生物修復也包括“動物”和“植物”修復。
生物修復——是指利用微生物的生命代謝活動減少存于環(huán)境中有毒有害物質的濃度或使其完全無害化，使污染了的環(huán)境能部分或完全恢復到原始狀態(tài)的過程。它包括：①污染土壤的生物修復；②污染河流的生物修復；③污染湖泊的生物修復；④污染地下水的生物修復；⑤污染海洋的生物修復；⑥污染大氣的生物修復；⑦固體廢物污染的生物修復等。
河流生物修復——是指用微生物或微生物菌群來降解河流水體中的有機物或有毒有害物質，如COD、BOD5、有機氮或氨氮、石油類、揮發(fā)酚等，或使這類物質變成無毒的、無害的，如二氧化碳、氮氣或水等，從而使河流水質得到改善，河流生態(tài)得到恢復或修復。生物修復已成功應用于土壤、地下水、河道和近海洋面的污染治理。
河流生物修復工程——是指利用生物修復技術在河道內或河道傍側修建或實施的旨在改善河流水質、治理河流污染的工程或非工程的技術手段。它包括：河道或水庫內，以及壩、陂前的增氧曝氣工程，用于改善或處理河流水質的河流傍側工程、河流底部工程，以及直接向河道內投放特種、高效菌種或利用特種、高效菌種直接凈化河流水質的工程技術等。
1.2 河流生態(tài)修復
生態(tài)——指生物在一定自然環(huán)境下生存和發(fā)展的狀態(tài)，也指生物的生理特性和生活習性。此概念下的“生物”，一般不包含“微生物”。
生態(tài)修復——是指利用生態(tài)工程學或生態(tài)平衡、物質循環(huán)的原理和技術方法或手段，對受污染或受破壞、受脅迫環(huán)境下的生物（包括生物群體，下同）生存和發(fā)展狀態(tài)的改善、改良或恢復、重現。其中包含對生物生存物理、化學環(huán)境的改善和對生物生存“鄰里”、食物鏈環(huán)境的改善等。
河流生態(tài)修復措施主要包含：①工程措施。如：生態(tài)河道、生態(tài)堤岸、人工濕地和人工產卵場、越冬場、育幼場、回游通道，以及河道內增氧曝氣等等；②生物措施。如：植物生態(tài)修復措施，動物生態(tài)修復措施，生物增殖、放流技術等；③綜合措施。如：微生物修復與植物、動物修復的結合，微生物修復與生態(tài)河道、生態(tài)堤岸的結合，生態(tài)、生物修復與保育、管理措施的結合，河道內生態(tài)修復與河道外濕地修復的結合，陸地水土保持、生態(tài)修復與河流生態(tài)修復的結合，等等。
1.3 河流生物修復與河流生態(tài)修復的異同
目標和對象不同：河流生物修復的對象是水質；目標是改善河流水生生物生存、生活和繁衍、發(fā)展的水質條件。河流生態(tài)修復的對象是水生生物生存和發(fā)展的整個環(huán)境，包括水量、水質、水位、流速、水深、水溫、水面寬度，漲水、落水時間，以及產卵場、越冬場、育肥場、回游通道的修復或恢復等等；目標是為水生生物或特有的生物種群提供良好的生和發(fā)展環(huán)境。
所采用的技術和手段不同：生物修復的技術核心是微生物及微生物使用和利用等。生態(tài)修復的核心技術是生態(tài)工程學和生物、生命科學等。
兩者的共同點和不同點：生態(tài)修復可以包含生物修復，生物修復可以是生態(tài)修復的一個部分或一項主要內容；兩者的共同點或共同目標都是改善或改良生物的生存和發(fā)展環(huán)境。不同點是：生物修復是針對水體污染的修復，生態(tài)修復是針對水生生物及其生存環(huán)境的整體修復。
對于污染嚴重，并有產卵場、育幼場、越冬場或回游通道損傷及破壞的河流，一般應首先采取生物修復技術恢復河流水質，然后采取生態(tài)修復措施恢復河流生物棲息地和回游通道等。
1.4 河流生物修復工程與城鎮(zhèn)污水處理廠的異同
相同點和不同點：河流生物修復是利用微生物凈化污水的特點和規(guī)律，對受污染水體（河流）進行凈化處理的技術；城鎮(zhèn)污水處理廠是利用微生物凈化污水的特點和規(guī)律，對用管道收集到的社區(qū)污水進行凈化處理的技術。城鎮(zhèn)污水處理廠的出水可排入河流，也可用作市政回用、沖廁、農灌等等；河流生物修復工程處理過的河水一般必須重新流入河道。兩者的相同點是技術內涵完全一致，不同點是工作對象的來源和工作成果的服務對象。
由于污水處理廠工程和生物修復工程所處理或針對的水源不同和處理后的水量所服務對象不同，從而導致了污水處理廠工程與河流生態(tài)修復工程在建設地點、規(guī)模、工藝流程、產品形態(tài)、表現形式等諸多方面的差別。一般情況下，城市污水處理廠的進水污染物濃度高、變化小，河流生物修復工程所針對的河水濃度相對較低、變幅很大；在水量方面，河流生物修復工程面臨的變化更大。因而，在工藝設計中，一般要求河流生物修復工程具有更強的耐沖擊能力和防堵塞能力等。
1.5 河流生物修復與河湖污染直接凈化和“就地生物處理”的異同
除了河流生物-生態(tài)修復之外，河湖污染直接凈化、“就地生物處理”等詞語也經常被有關專家推崇和一些學者“炒作”。筆者認為：河湖污染生物修復工程技術與河湖污染生物直接凈化工程技術、河湖污染“就地生物處理”工程技術，在內涵和外延方面沒有明顯的區(qū)別，其實質都是利用生物處理技術就地治理河湖水質污染，其表現形式也是相互包含或完全一致的。
1.6 河流生態(tài)修復與傳統(tǒng)河流整治工程的異同
河流生態(tài)修復工程的目標是：修復或恢復受到污染、破壞或工程脅迫的水生生物的生存和繁衍的物理、化學和水文環(huán)境，及其“鄰里”依存和食物鏈的關系。傳統(tǒng)河流整治工程的目標是：防治洪水決堤、漫溢和確保人類社會、經濟和生命財產安全；或者是保證河流的航運能力等經濟功能。兩者的直接目的和目標雖然相差甚遠，但其工作的對象卻完全一致，即都是將工程的措施作用于河流或河道。因而兩者的設計和實施過程，必然會存在著諸多的不同、對立和矛盾。這種對立和矛盾必須通過目標分析和不同學科人員之間的溝通、協(xié)調和共同努力進行解決。因為兩者的最終目標都是為了人類自己。
為此，從20世紀70年代開始，發(fā)達國家科技界和工程界針對水利工程對河流生態(tài)系統(tǒng)的負面影響，開發(fā)研究了河流生態(tài)恢復的理論和技術。從而，確立了解決這種矛盾和對立的基本方法和規(guī)則。河流生態(tài)工程在德國稱為“河流生態(tài)自然工程”，日本稱為“多自然型建設工法”，美國稱為“自然河道設計技術”。與之相應，一些發(fā)達國家在河道整治工程和堤防工程設計、施工規(guī)范中增加了河流生態(tài)建設的內容，或者頒布了專門的河流生態(tài)工程設計導則。依據這些導則和方法，河道水利工程在滿足防洪、防災和經濟目標的同時，可以兼顧河流生態(tài)修復和恢復需求。 2 不同技術措施的適應性評價及其合理使用
2.1 對受污染河流的適應性
河流污染治理一般應從源頭做起。但源頭治理能力也是有限的。以深圳河（含深圳灣，下同）的污染治理為例，截止2003年底，該流域已建污水處理廠四座，設計污水處理能力為142萬m3/d，比當年實際污水排放量125萬m3/d高 16.6%。然而，深圳河水質依然黑臭，常年處于劣Ⅴ類的狀態(tài)。通過分析認為：污水截流不徹底和深圳河納污能力過小是主要原因，除此之外，還有城市面源和部分城區(qū)尚未截流等原因。一般認為，對于類似深圳市自然環(huán)境和社區(qū)經濟布局的城市，污水截流管網健全，城市污水截流率可以達到90%，最高很難超過95%。深圳市河流枯水期的污水量遠遠大于徑流水量，有10%的未截流污水，加上面源污染等因素，河流依然黑臭，應該是在情理之中的。除此之外，還有城市污水管網收集不到的邊緣村鎮(zhèn)污水，以及城市污水處理廠對氨氮、總氮、總磷的去處能力十分有限等，也是需要實施河流污染生物-生態(tài)修復的主要原因。
河流污染生物-生態(tài)修復與城市污水處理廠相比，主要優(yōu)點在于：①不需要占用城區(qū)土地或優(yōu)質耕地；②不需要高于城市污水廠投資數倍的管道網絡及其維護；③距城市居民區(qū)一般相對較遠，不擾民或者較少擾民等。然而，河流污染生物-生態(tài)修復在治理污染方面，僅僅是對城市污水處理廠的補充，而不能代替城市污水處理廠。因為大量、高濃度城市污水采用污水處理廠治理比采用河流生物-生態(tài)修復治理經濟的多。
在河流生物-生態(tài)修復措施中，對于污染相對嚴重的河流，使用生物（微生物）修復比生態(tài)修復工程措施要優(yōu)越得多。在生物修復工程中，河底工程和河道傍側工程一般有微生物固定化的措施，比采用沒有微生物固定化措施的河中曝氣或直接投加微生物的效果好得多。在使用的微生物菌種方面，使用有針對性的高科技微生物菌種，比使用自然微生物菌種的效果好得多。
2.2 對富營養(yǎng)化水體的適應性
湖泊、水庫和河口、海灣、近海的富營養(yǎng)化，是人類社會的一個難題。城市污水處理廠和河流生物修復的辦法，對有機污染物的治理效果十分顯著，但當有機物被氧化、分解和揮發(fā)、無害化之后，總是仍有相當部分已經無機化的氮、磷營養(yǎng)物質不能得到去除。對于無機磷污染物，采用化學的辦法基本可以得到有效；對于無機氮污染物，目前還沒有比較好的處理方法。這些營養(yǎng)物質進入湖泊、水庫、河口、海灣、近海等緩流水體后，在適宜的環(huán)境條件下，會使水體中某些藻類或植物瘋長，產生水華、赤潮和富營養(yǎng)化，從而導致嚴重的生態(tài)災難和水生生物死亡，以及造成湖泊水面萎縮、甚至消失等。
氮、磷元素是植物生長必需的營養(yǎng)物質。因而，治理氮、磷最好辦法是植物生態(tài)處理或植物生態(tài)修復。對于城市而言，土地是制約植物生態(tài)處理和修復的重要因素。充分利用河灘、湖灘、海灘、海灣及其它濕地，以及荒地、林地、草地等治理氮、磷污染是重要的。對專門用于治理氮、磷污染的濕地而言，在海灘、海灣、河口和淺海，以紅樹林和海帶植物比較好；對陸域濕地，以蘆葦、茭草、蒲草、茭白等植物比較好。對河、湖、水庫、海灣、海岸進行生態(tài)修復，必須滿足防洪、防潮和景觀等要求。
2.3 對水利工程脅迫的適應性
水利工程對河流生態(tài)的脅迫主要表現在兩方面：一是河道、航道整治使自然河流渠道化，從而破壞水生生物的產卵場、棲息地和河流形態(tài)的多樣化，以及減弱河流的自然凈化能力和破壞岸邊生態(tài)系統(tǒng)；二是水壩建設使自然河流非連續(xù)化，從而淹沒生物產卵場、棲息地和阻斷魚類的回游通道，以及降低河流的自然凈化能力和破壞河流形態(tài)的多樣性等等。對此，可采用河道、河型多樣化的生態(tài)修復措施，設置人工產卵床，建設人工產卵場、棲息地和回游通道，以及人工放流等措施緩解。水利工程對河流生態(tài)的脅迫主要是生物生境和生態(tài)條件的改變，因而，修復的措施以河流生態(tài)水工學和水生生物增殖、放流措施為主。
3 河流生物修復的技術類型及其應用
3.1 河道底部生物處理修復工程
以深圳市大沙河河底式生物處理工程為例。該工程坐落在深圳市南山區(qū)大沙河大學城河段，設計污水處理能為4000m3/d，設計水流停留時間4.8h。采用的處理技術為日本 “自然循環(huán)方式水處理系統(tǒng)技術”。該技術的創(chuàng)新特點是利用自然土壤和水田對污水凈化的原理，不使用任何化學藥品，通過使用石頭、木炭、塑料球以及經過特殊加工的木炭（生物炭），作為凈化過濾材料達到綜合凈化污水的目的。
該工程的主要設施由6個單元組成，分別為污泥儲存單元、水量分流單元、接觸沉淀單元、接觸曝氣單元1、接觸曝氣單元2和出水整理脫色脫臭單元等。通過這幾個單元的組合，可以高度去除污水中的BOD、COD、SS和LAS（陰離子界面活性物質），同時，也能有效去除氨態(tài)氮。處理效果見表1。 3.2 河道傍側生物處理修復工程
北京二道河傍側生物處理與修復工程。該工程坐落在北京市順義區(qū)首都機場附近，設計日處理污水量1.7萬m3/d，采用的處理技術為固定化高效微生物—曝氣生物濾池（簡稱I-BAF）。該工程屬實驗工程，僅有一個長100m、寬6m、有效水深5.5m的長條形曝氣生物濾池，有效池容3300m3，停留時間4.7h。濾池內填裝網狀懸浮大孔載體，載體高度3.2m。工程的前處理部分僅有一個格柵和一個用堆石壩攔截污水形成的回水區(qū)，依次起到穩(wěn)定取水和沉淀泥沙的目的。處理效果見表2。
另外，日本江戶川支流坂川古崎凈化場，韓國漢江支流良才川水質凈化廠等河道傍側工程的處理效果也很好。
3.3 河道內曝氣和高效微生物處理修復工程
河道水體人工曝氣復氧是一種有效的河流生物-生態(tài)修復技術。20世紀60年代起，國外已有不少國家應用人工曝氣復氧改善河流水質和生態(tài)環(huán)境。如，德國的魯爾河、萊茵河，英國的泰晤士河、特倫物河，美國的?？怂购印⒎鸩┖蛹巴箍敌呛拥?，均有成功的工程范例。在國內，上海環(huán)境科學研究院對蘇州河水體進行了實驗室研究，結果表明，即使黑臭程度高的河水，在有氧條件下20小時后臭味也可基本去除，水體顏色明顯改觀，COD、BOD濃度大幅下降。
微生物作為河流生物修復技術的核心，國外的開發(fā)研究很多。美國、英國、加拿大、日本、巴西等國家，已有上百種商品化的微生物制劑可供選用。根據實驗結果，在處理特種廢水方面，高效微生物比普通微生物高幾倍到十幾倍，而且還能夠處理普通生物法不能處理的廢水。在城市污水方面，使用高效微生物除具有良好的COD、BOD5去除效果外，還具有良好的脫氮除鱗效果。將高效微生物直接用于河流水質修復，成本較高，容易造成流失和浪費，目前國內使用的不多。但通過微生物固定化技術或生物濾池技術，使用高效為生物的實例國內已有許多。
4 河流生態(tài)修復的技術類型及其應用
4.1 山區(qū)河流的生態(tài)修復
山區(qū)河流比降大、水流急，寬深比小，來沙量遠遠小于挾沙量，河床往往有大石塊和不均勻的麻砂組成。經過自然發(fā)育后，往往形成階梯—深潭結構的河道形態(tài)。階梯－深潭結構穩(wěn)定了河床，從而穩(wěn)定了岸坡，在一定的溫度和降雨條件下兩岸有發(fā)育良好的植被，河流底棲動物密度比鄰近的具有同樣氣候水文條件但不發(fā)育階梯-深潭結構的河流高出1000多倍，生物多樣性指數也大得多。這是由于階梯-深潭創(chuàng)造了多樣性的生物棲息地的緣故。
目前，德國、日本和我國的臺灣等，都在模擬使用階梯-深潭結構治理山區(qū)河流和修復河流生態(tài)。 4.2 生態(tài)護岸工程
生態(tài)護岸的目的在于為野生動物提供棲息地和隱蔽場所，保障自然環(huán)境和人居環(huán)境的和諧統(tǒng)一，對河岸進行加固，防治河道淤積、侵蝕和下切等。生態(tài)護岸材料主要有：石頭、木材、多孔混凝土構件和自然材質制成的柔性結構等等。在設計新材料護岸時，應確保水流作用下的結構安全，選擇能夠適應河流長期演變的結構形式，與河灘地和丁壩組合在一起保護護岸穩(wěn)定。
我國深圳市已建人工濕地生態(tài)修復與處理工程數座，對COD的去除率一般可達70%~80%，對氨氮的去除率一般可達50%~60%。每1m3/d處理能力的占地面積大約為3m2。
4.4 人工產卵場、棲息地和回游通道工程
過魚設施的基本原理是利用魚類的向流（逆流）行為，人工創(chuàng)造更大的流速，將魚誘入進口，讓魚類自行溯游過壩，或運用各種手段運送過壩，主要有魚道、魚閘、升魚機、集運魚船等。
人工模擬產卵場、棲息地是指在壩下附近的支流或人工渠道內，模擬產卵場、棲息地要求的環(huán)境，讓魚類自行進入產卵場或棲息地（下圖為某河流上的魚類洄游通道）。
4.5 人工增殖站和生物放流工程
人工繁殖放流是指建立人工產卵場，收集和培育親魚，人工催青，人工孵化育苗，培育魚種，將一定規(guī)格的幼魚放入壩下河流，讓其下海生長。目前國內外都十分重視設置人工增殖站，開展人工增殖、放流工作，用于解決水壩對水生生物的阻隔。
水庫修建后，營養(yǎng)物質在庫內富集，浮游生物迅速生長，如果不能很好利用，將會自然死亡，惡性循環(huán)，從而造成富營養(yǎng)化和水質污染等。按照生態(tài)平衡原理，合理投放食用不同浮游生物的魚種進庫，進行生態(tài)修復，用產品的形式讓富營養(yǎng)物質出庫，既能清潔水庫，又能收獲魚產，可以做到一舉兩得。所有這些，都需要有生命科學和生物、生態(tài)技術作為支撐。
主要參考文獻：
1 上海辭書編輯委員會，辭海，上海辭書出版社，1979年；
2 中國大百科全書編輯部，中國大百科全書（環(huán)境卷），1980年；
3 董哲仁等，受污染水體的生態(tài)修復技術，水利水電技術，2002，(2)；
4 董哲仁，生態(tài)水工學的理論框架．水利學報．2003，(1)；
5 Loftin KA，Toth LA．Kissimmee River Restoration：Alternative Plan Evaluation andPreliminary Design Report[R]. South Florida Watermanagement District，West Palm Beach，Fla．1990；
6 National Research Council，
水生態(tài)修復工程技術范文第2篇
關鍵詞景觀水體；修復；處理方法；
前言
近年來，隨著社會的不斷發(fā)展和人們生活條件的不斷改善，景觀水已經融入了人們的生活，日益關注以水景為主題的小區(qū)、園林、城鎮(zhèn)等建設。然而，由于污染導致一些景觀水的水質已開始發(fā)生變化，湖水正在變黑發(fā)臭，某些湖泊還出現了觀賞魚大量死亡的現象，水體的富營養(yǎng)化成為景觀水體亟待解決的問題。
景觀水體的水質維護主要是控制水體中COD、BOD、TN、TP等污染物的含量及藻類等的生長(使其不過度繁殖)，保持水體的清澈、潔凈，而景觀水體的修復是針對已受污染的水體如何恢復正常功能。任何修復技術必須在可行性研究基礎上進行選擇，主要考慮的問題包括：技術的有效性；水環(huán)境被修復的程度；投資和成本，以及可能的替代方案的有效性與成本比較等[1]。
當前景觀水體治理技術可歸結為以下幾種類型。
1.控制營養(yǎng)物質來源的技術
主要是控制外源性污染：對于工業(yè)廢水和生活污水這樣的點源，應排入城市污水處理系統(tǒng)，嚴禁排入景觀水體；對初期雨水應適當進行處理后，再排入水體；嚴格控制景
觀水體周圍化肥農藥使用量和使用時間；杜絕生活污水、垃圾進入水體，嚴禁在河堤、湖岸傾倒堆放垃圾；定期對水面漂浮的樹枝敗葉及雜物進行清理。只有從根本上控制了外源性污染，才能為內源性污染的治理提供可靠保證。
2.控制藻類的技術
2.1 機械除藻
利用撈藻船、吸藻泵等機械設備捕撈水面上的藻類,間接去除水體氮、磷營養(yǎng)鹽。中科院水生生物研究所于2001~2002 年對滇池水華藍藻進行機械清除,共清除藍藻360.83t( 干重),相當于從水體中去除了氮37.33t、磷2.71t、有機質200.32t, 水體中的重金屬也被部分去除。
2.2 殺菌消毒及除藻技術
為了抑制水中藻類的生長,可加入一定量的硫酸銅 (銅離子含量為1mg/L左右)。當水體滋生了菌類時可向水體中投加氧化劑,如次氯酸鈉、液氯、漂白粉、臭氧、異噻唑啉酮等進行殺菌消毒。
藥劑殺藻是一種快速見效的技術。昆明世博會期間, 為消除滇池草海藍藻水華, 采取了一系列應急措施, 包括投加化學藥劑殺藻, 基本控制了水華和惡臭，改善了水體景觀。
3.生物控制技術
3.1水生生物修復法
水生生物修復法是利用生態(tài)系統(tǒng)食物鏈攝取原理和生物相生相克關系, 通過改變水體的生物群落結構來有效地回收和利用資源,取得水質的凈化、資源化和景觀效果等綜合效益。
3.1.1 水生植物修復法
多種高等水生植物能夠有效的吸收水中氮磷等污染物質，抑制藻類的繁殖。水生植物可分為挺水植物、浮葉植物、沉水植物和漂浮植物。南京莫愁湖通過種植蓮藕,年產蓮藕25萬kg ,帶出的氮有60多t ,磷達1t多,浮萍在1個月內能將污水中的磷去除90%。北京動物園水體通過種植荷花、水葫蘆及蘆葦等水生植物，明顯提高了水體的透明度和溶解氧，抑制了藻類的生長繁殖，還能帶來一定經濟效益。利用水生高等植物組建人工復合植被在富營養(yǎng)化水體治理中具有獨特優(yōu)勢, 但要注意防止大型植物的過量生長,應及時收割，避免其腐爛。
3.1.2 水生動物修復法
水生動物是以游離細菌、浮游藻類、有機碎屑等為食,通過營養(yǎng)鏈進行控制，能夠在一定程度上調控景觀水體的水質。水生動物包括浮游動物、游泳動物和底棲動物。通過定期對游泳動物和底棲動物進行打撈,可以防止其過量繁殖造成的內源污染,同時也將已轉化成生物有機體的有機質和氮磷等營養(yǎng)鹽從水體中徹底輸出。武漢東湖富營養(yǎng)化水體中引入50g/m3的鰱或鳙,使微囊藻水華得到有效抑制。揚州海德公園人工湖、新城河等景觀水體內放養(yǎng)了白鯰、螺螄等能濾食浮游藻類和有機碎屑的水生動物, 用它們攝食水中浮游藻類, 同時還能分泌一些促絮凝物質,使湖水中懸浮物質絮凝,使景觀水體透明度提高, 改善了公園內水體水質。
3.2微生物凈化技術
景觀水體中污染物高效降解菌很少, 補充有益微生物和促進其生長的營養(yǎng)劑可加速水體中污染物的降解,也有助于加快底泥中污染物的分解轉化。
3.2.1 投菌法
采用投加菌種方法進行景觀水體的生物修復近年來成為國內外研究的熱點, 在日本、韓國、澳大利亞等應用較多。人工選育培養(yǎng)出的光合細菌、硝化細菌等復合高效微生物, 能夠有效去除氮、磷營養(yǎng)元素和有機污染物, 抑制藻類生長, 增加水體溶解氧, 改善水質。目前較為成熟的投菌技術有美國CBS公司開發(fā)研制的CBS技術和日本琉球大學教授比嘉照夫先生開發(fā)EM技術。
3.2.2 生物激活法
生物激活法是通過向水體中投加生物促生劑來刺激土著微生物的迅速繁殖,增強水體的自凈能力。主要有以下幾種投加方式：投加微生物營養(yǎng)鹽、投加電子受體與共代謝基質、投加表面活性劑。通過純天然物質制成的生物激活劑Bio OxidatorTM(Bo)，Nutra Complex TM(Nc)對上海植物園蘭室和牡丹園湖水進行修復，結果表明，Bo和Nc對水體COD、BOD、TP、濁度等均有顯著的去除效果，并可顯著提高水中DO。
5.2.3 水生微生物修復技術
水生微生物修復技術包括生物接觸氧化法、曝氣生物濾池和膜生物反應器等，其中以生物接觸氧化法和曝氣生物濾池運用廣泛。劉書宇[2]等以沸石和煤渣為主要基質，從土著微生物中篩選馴化優(yōu)勢菌群掛膜于基質內構建復合生態(tài)床修復黑龍江省太陽島天鵝湖富營養(yǎng)化景觀水體，結果表明：優(yōu)勢菌群使系統(tǒng)很好完成對氮的循環(huán)去除，且優(yōu)勢菌群強化系統(tǒng)離子交換去除率及消化去除率延程均顯著提高。陸洪宇[3]采用A/O一體式懸浮曝氣生物濾池處理蘇州園林景觀水, COD、NH3-N、TN和TP的去除率分別為56%左右、90%以上、40%左右和接近30%, 出水濁度低于2NTU。
4 生態(tài)控制技術
4.1生態(tài)穩(wěn)定塘
穩(wěn)定塘是經過人工適當修整，設圍堤和防滲層的污水池塘，主要依靠自然凈化功能使污水得到凈化。何龍[4]采用生態(tài)礫石接觸氧化/穩(wěn)定塘處理微污染景觀水,COD、濁度、TN、TP和藍綠藻的去除率分別為56%～68%、80.6%左右、44.8%～48.3%、24.6%～31.4%和85%左右。穩(wěn)定塘運行成本低,但占地面積大,處理周期長,適于附近有天然池塘可以利用的景觀水體。此外，穩(wěn)定塘內也可種植水生植物、放養(yǎng)水生動物以形成多級食物鏈，組成復合的生態(tài)系統(tǒng)。
4.2 “生態(tài)島”修復法
生態(tài)島法就是往景觀水體中投入臨時性的人工設施來改善、創(chuàng)造一個完整的生態(tài)系統(tǒng)，利用厭氧微生物、好氧微生物以及微小動物、植物等組成的生態(tài)系統(tǒng)將有機物進行強化分解，最終成為簡單的含C、N、P 等無機物，達到凈化水質的目的。目前植物浮島技術已成功應用于滇池草海水域生態(tài)修復工程, 建設了植物浮島生態(tài)區(qū)78畝, 用毛竹或水竹制成框架, 其底部用聚乙烯網兜住的圍欄形成植物載體,其上種植匍匐莖草本植物如鳳眼蓮等，挺水植物主要為狹葉香蒲、蘆葦及風車草等及藤本植物，具有植物根系密實、抗風浪能力強、凈水作用明顯、景觀效果好、維護管理方便等特點。
4.3人工濕地處理系統(tǒng)
人工濕地是利用土壤填料-微生物-水生動植物復合生態(tài)系統(tǒng)進行物理、化學和生物的協(xié)同凈化,通過過濾、吸附、沉淀、植物吸收和微生物分解實現對營養(yǎng)鹽和有機物的去除。美國佛羅里達州大型淺水湖―Apopka湖，利用人工濕地去除湖中的懸浮物、氮、磷等，取得了很好的效果。經過29 個月的運行，主要污染物的去除率分別是：總懸浮物89%~99%，總磷30%~67%，總氮30%～52%[5-6]。TANNER等[7]在使用表面流人工濕地對新西蘭北部放牧草地潛水徑流處理中發(fā)現，占徑流面積1%的人工濕地可有效降低徑流水體的TN和TP。目前,我國的城市濕地已初具規(guī)模，有常德市西洞庭湖青山湖國家城市濕地公園等十數處。城市濕地作為城市稀有的自然落資源, 是城市綠地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,在提供水資源、調節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、降低洪水危害、降解污染物、保護生物多樣性等方面,發(fā)揮著重要作用。
4.4地下滲濾系統(tǒng)
地下滲濾系統(tǒng)主要由潛水泵、布水系統(tǒng)、滲濾池、收集管與草坪等組成。原水在滲濾池中通過礫石層的再分布,在土壤毛細作用下上升至植物根區(qū),經過土壤的物理、化學作用和微生物的生化作用以及植物吸收利用后得到處理和凈化。在微生物作用下, 有機污染物被吸附、降解,達到凈化除臭的目的,通過表面植草來吸收降解后的營養(yǎng)物質如N、P等, 既滿足了自身生長的需要,又去除了水中的污染物質。王紹春[8]等將該系統(tǒng)運用于蘇州拙政園景觀水，測試表明：出水濁度在4～10NTU之間，高錳酸鹽去除率穩(wěn)定在10%～35%，氨氮及正磷酸鹽濃度下降，出水水質可達到園林景觀水水質標準的B類。
4.5生物柵技術
生物柵技術是利用植物、微生物、水生動物和底棲動物等生態(tài)要素的協(xié)同作用來實現生態(tài)修復功能，在有限的空問內富集巨大的生物量，以達到快速、高效的處理效果[9]。楊清海[10]等設計的生物柵是一種不需要人工曝氣的原位修復水體裝置，生物柵的水生植物選用根系發(fā)達的黃花美人蕉(Canna indica)，其發(fā)達的二級、三級根系與填料纖維交織在一起，起到固定植物、提供強大的生物附著載體以及為其他生態(tài)要素提供氧氣的重要作用。用該裝置處理上海市蘇州河支流華東師范大學校園內麗娃河河水(富營養(yǎng)化水體)，在HRT=72h時，TOC、COD、TN和TP的去除率分別為52.2%、57.6%、60.9%和82.4%。NH4+-N在HRT=24h時去除率為32.4%。
5.結論
物化方法凈化景觀水是目前常規(guī)的處理方法,但其前期投資費用相對較高，后期維護費用也較高，且能源消耗較大，并不能從源頭上進行控制，是一種治標不治本的方式。且隨著耐藥性藻類的出現，需要頻繁地變換化學藥劑，同時藥的投加量也會更大，處理費用也較高，且造成二次污染。生物、生態(tài)技術則是以生物學以及生態(tài)學理論為基礎，改善水生生物的生存環(huán)境，優(yōu)化水生生物群落，提高水生態(tài)系統(tǒng)的自凈能力，維持水生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定健康發(fā)展，是治理富營養(yǎng)化景觀水體的有效途徑。生態(tài)修復的方法作為一種治理景觀水體的新技術，克服了物理、化學方法的不足，因此成為目前景觀水處理的應用熱點。
參考文獻
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水生態(tài)修復工程技術范文第3篇
關鍵詞：生態(tài)系統(tǒng)健康；生態(tài)恢復；生態(tài)修復；生態(tài)重建；生態(tài)工程
中圖分類號：F205文獻標識碼： A
1生態(tài)系統(tǒng)健康及其診斷
1.1 生態(tài)系統(tǒng)健康的提出及涵義
從生態(tài)系統(tǒng)觀點出發(fā)，一個健康的生態(tài)系統(tǒng)是穩(wěn)定和可持續(xù)的，能夠維持其組織機構、自給及對脅迫的恢復力；從人類需求考慮，健康的生態(tài)系統(tǒng)能提供維持生態(tài)系統(tǒng)服務能力等。所以，，健康的生態(tài)系統(tǒng)不僅在生態(tài)學意義上是健康的，而且有利于社會經濟的發(fā)展，并能維持人類群體的健康。
1.2 生態(tài)系統(tǒng)健康的類型
1.2.1 生態(tài)系統(tǒng)健康為一級區(qū)
生態(tài)組織結構十分完整合理，系統(tǒng)活力極強，外界壓力小，無生態(tài)異常出現，生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)功能極其完善，系統(tǒng)極其穩(wěn)定，處于可持續(xù)狀態(tài)。
1.2.2 生態(tài)系統(tǒng)較健康為二級區(qū)
生態(tài)組織結構合理，系統(tǒng)活力較強，外界壓力較小，無生態(tài)異常，生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)功能較完善，系統(tǒng)尚穩(wěn)定，處于可持續(xù)狀態(tài)。
1.2.3 生態(tài)系統(tǒng)亞健康為三級區(qū)
生態(tài)組織結構完整，具有一定的生態(tài)系統(tǒng)活力，外界壓力較大，接近生態(tài)閾值，系統(tǒng)尚穩(wěn)定，但敏感地帶多，已有少量的生態(tài)異常出現，可發(fā)揮基本的生態(tài)功能，生態(tài)系統(tǒng)尚可維持。
1.2.4 生態(tài)系統(tǒng)不健康為四級區(qū)
生態(tài)組織結構出現缺陷，系統(tǒng)活力較低，外界壓力大，生態(tài)異常較多，生態(tài)功能已經不能滿足維持生態(tài)需要，生態(tài)系統(tǒng)已經退化。
1.2.5 生態(tài)系統(tǒng)患病為五級區(qū)
生態(tài)組織結構極不完整合理，自然植被被斑塊破碎化嚴重，活力極低，出現大面積的生態(tài)異常區(qū)，生態(tài)系統(tǒng)已經惡化。
2生態(tài)恢復及其類型與相應的生態(tài)工程
2.1 生態(tài)恢復的含義
國際恢復生態(tài)學會提出以下三個定義：①生態(tài)恢復是修復被人類損壞的原生生態(tài)系統(tǒng)的多樣性的動態(tài)過程；②生態(tài)恢復是維持生態(tài)系統(tǒng)健康及更新的過程；③生態(tài)恢復是幫助生態(tài)整合的恢復和管理過程的科學，生態(tài)系統(tǒng)整合性包括生物多樣性、生態(tài)過程的結構、區(qū)域及歷史情況、可持續(xù)的社會實踐等廣泛的范圍。
2.2 生態(tài)恢復的類型與相應的生態(tài)工程
2.2.1 生態(tài)預防和自然保護區(qū)
生態(tài)良好區(qū)域及重要生態(tài)功能區(qū)采取生態(tài)預防，要充分保護和利用生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力，建立自己自然保護區(qū)是最有效的保護形式。
2.2.2 自然恢復與封育
自然生態(tài)系統(tǒng)的進化具有可持續(xù)性，就是因為其具有一定的依靠自身力量實現生態(tài)自我恢復的能力。天然的生態(tài)系統(tǒng)已受到人為干擾影響，但其受害只要是不超負荷的，壓力和干擾被解除后，就可以逐步恢復其結構和功能。對此區(qū)域，要重視自然封育，充分利用生態(tài)系統(tǒng)的天然恢復能力。因此，“自然恢復”就是依靠自然演替來恢復已退化的生態(tài)系統(tǒng)。
2.2.3 生態(tài)修復與補播、放流
如果生態(tài)系統(tǒng)的受害是超負荷的，在解除干擾或減輕干擾的情況下，只依靠自然過程并不能使系統(tǒng)恢復到初始狀態(tài)，這就必須采取人為的措施幫助恢復其組織機構和功能。自然生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)修復的主要措施是施以人工更新或人工促進更新，如草場的補播改良；在更新能力缺乏的林地應用飛播補植一些樹種；在沿海及江湖實施人工放流生物幼苗等。
2.2.4 生態(tài)重建與人工生態(tài)工程
生態(tài)恢復最本質的目的就是恢復生態(tài)系統(tǒng)的必要功能并達到系統(tǒng)自己能夠維持的狀態(tài)。當自然生態(tài)系統(tǒng)的組織機構和功能受到嚴重干擾和破壞，依靠自然演替恢復或生態(tài)修復都不可能使生態(tài)系統(tǒng)恢復到原始狀態(tài)時，對這樣的區(qū)域就必須進行人工生態(tài)設計，實行生態(tài)重建。如對嚴重退化的草場，可以引進適合當地氣候的草種，通過建設人工草場增加地面的植被覆蓋，在此基礎上在進行更進一步的改良；在宜林荒山、荒坡、荒灘、則可營造人工林，增加森林覆蓋率，改善生態(tài)環(huán)境；
3生態(tài)系統(tǒng)健康與生態(tài)恢復及工程的相應關系
3.1 生態(tài)系統(tǒng)健康采取生態(tài)預防、建立自然保護區(qū)等措施
自然生態(tài)系統(tǒng)處于健康狀態(tài)，應當充分利用和保護其抵抗力，采取生態(tài)預防的對策，如建立自然保護區(qū)、森林公園、濕地公園或重要生態(tài)功能保護區(qū)等。
3.2生態(tài)系統(tǒng)較健康采取自然恢復、實施封育措施
自然生態(tài)系統(tǒng)處于較健康的狀態(tài)，應當充分發(fā)揮、利用和保護其恢復力，采取自然恢復的對策，實施封育措施；森林生態(tài)系統(tǒng)處于較健康狀態(tài)，應當采取封山育林的措施；草原生態(tài)系統(tǒng)處于較健康狀態(tài)，應當采取草原封育的措施；荒漠生態(tài)系統(tǒng)處于較健康狀態(tài)，也應當采取封育的措施；海洋和海岸生態(tài)系統(tǒng)及陸地水生生態(tài)系統(tǒng)處于較健康狀態(tài)，則應采取禁漁或季節(jié)性禁漁的措施；濕地生態(tài)系統(tǒng)處于較健康狀態(tài)時也應采取相應的封育措施。
3.3生態(tài)系統(tǒng)亞健康狀態(tài)采取生態(tài)修復，實施補播、放流等措施
自然生態(tài)系統(tǒng)處于亞健康狀態(tài)，應當采取生態(tài)修復，實施補播、放流等措施。森林生態(tài)系統(tǒng)處于亞健康狀態(tài)，應采取飛播造林措施；草原生態(tài)系統(tǒng)處于亞健康狀態(tài)，應采取補播、飛播牧草等措施；海洋生態(tài)系統(tǒng)和陸地水生生態(tài)系統(tǒng)處于亞健康狀態(tài)，則采取放流的措施。近年來我國在沿海和一些河流、湖泊都采取了放流措施。
3.4生態(tài)系統(tǒng)不健康或患病，采取生態(tài)重建方式
自然生態(tài)系統(tǒng)處于不健康狀態(tài)或患病狀態(tài)，其恢復力已很弱或沒有，因此必須依靠人為的作用使生態(tài)系統(tǒng)重建，就是說要采取生態(tài)重建的對策，采取建設人工林、人工草場、人工濕地、人工綠洲等工程措施。
4結論
4.1 各種生態(tài)系統(tǒng)的健康與生態(tài)恢復及工程的關系不盡相同
各種生態(tài)系統(tǒng)的健康與生態(tài)恢復及工程的關系大同小異，又不盡相同。如荒漠生態(tài)系統(tǒng)處于不健康或患病狀態(tài)，不同于森林、草原生態(tài)系統(tǒng)采取生態(tài)重建對策和建設人工林、人工草原的措施，而是采取自然恢復與封育的措施即可；海洋生態(tài)系統(tǒng)和陸地水生生態(tài)系統(tǒng)處于不健康或患病的情況下也很難采取生態(tài)重建及建設人工生態(tài)系統(tǒng)的對策，而往往采取自然恢復和生態(tài)修復的對策及休漁與放流的措施。
4.2生態(tài)監(jiān)測與調查是基礎，生態(tài)系統(tǒng)健康評價是關鍵
只有通過生態(tài)監(jiān)測與調查才能獲得大量必要的信息與資料，并對此進一步分析與評價，但自然生態(tài)系統(tǒng)類型很多，若采取不同的評價體系和方法，勢必難以取得可比性，難以決定相應的對策與措施。生態(tài)系統(tǒng)健康的理論和方法，為將不同生態(tài)系統(tǒng)的狀況統(tǒng)一標準進行評價提供了可能。
4.3根據“診斷”，采取相應生態(tài)恢復對策及工程措施
根據對生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)的“診斷”，對癥施醫(yī)，采取相應的生態(tài)恢復對策及工程措施，是生態(tài)保護的總體思路。
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水生態(tài)修復工程技術范文第4篇
【關鍵詞】生態(tài)水利工程；設計；耐久性
生態(tài)水利工程是一項綜合性工程，既要符合水利工程學原理，也要符合生態(tài)學原理。生態(tài)水利工程的工程設施必須符合水文學和工程力學的規(guī)律，以確保工程設施的安全、穩(wěn)定和耐久性。
1 生態(tài)水利工程學的內涵
1.1 傳統(tǒng)意義的水利工程學
對于新建工程，是指進行傳統(tǒng)水利建設的同時兼顧河流生態(tài)修復的目標。對于已建工程，則是對于被嚴重干擾河流重點進行生態(tài)修復。傳統(tǒng)意義上的水利工程可以簡單理解為人類為實現水資源的再分配和水資源的利用而采取的工程措施或行為。水利工程最初主要用來為人類：
1.1.1 提供穩(wěn)定的水源（如修建水庫、打井）；
1.1.2 減緩或去除農作物旱澇漬災害（如修建提水泵站、排水溝、灌溉渠道等）。
1.1.3 提供清潔能源（修建水電站）；
1.1.4 提供水利旅游景點（如修建水庫、人工湖泊等），這主要體現了水利工程的資源、經濟與社會性。
1.2 生態(tài)水利工程學的概念
生態(tài)水利工程學作為水利工程學的一個新的分支，是研究水利工程在滿足人類社會需求的同時，兼顧水域生態(tài)系統(tǒng)健康與可持續(xù)性需求的原理和技術方法的工程學。它包含以下4個方面的科學內涵：
1.2.1 生態(tài)水利工程的開發(fā)應強調生態(tài)系統(tǒng)的自組織原理。在設計階段，應當將生態(tài)系統(tǒng)健康過程的維持置于重要位置，并作為設計制約因子，使水利工程能滿足適宜的生態(tài)水文過程要求；
1.2.2 生態(tài)水利工程強調施工過程的環(huán)境友好性，防止在施工過程中造成巨大的環(huán)境成本付出；
1.2. 3 生態(tài)水利工程更強調基于生態(tài)需水規(guī)律的運行管理。如水庫要有效地發(fā)揮其生態(tài)功能，可能需要一個符合下游生態(tài)需水規(guī)律的水資源調配方案與制度；
1.2.4 生態(tài)水利工程選址或布局，強調工程生態(tài)負面影響最小化原則。這可能是生態(tài)工程最難以操作的一個內容，但又是最為關鍵的一個方面，需要基于系統(tǒng)多目標決策方法與技術進行科學比選。
2 生態(tài)水利工程學的基本原則
2.1 工程安全性和經濟性原則
生態(tài)水利工程既要符合水利工程學原理，也要符合生態(tài)學原理。生態(tài)水利工程的工程設施必須符合水文學和工程力學的規(guī)律，以確保工程設施的安全、穩(wěn)定和耐久性。必須充分考慮河流泥沙輸移、淤積及河流侵蝕、沖刷等河流特征。動態(tài)地研究河勢變化規(guī)律，保證河流修復工程的穩(wěn)定性。對于生態(tài)水利工程的經濟合理性分析，應遵循投入最小而經濟效益和生態(tài)效益最大的原則。
2.2 保持和恢復河流形態(tài)的空間異質性原則
有關生物群落研究的大量資料表明，生物群落多樣性與非生物環(huán)境空間異質性存在正相關關系。非生物環(huán)境的空間異質性與生物群落多樣性的關系反映了非生命系統(tǒng)與生命系統(tǒng)之間的依存和耦合關系。一個地區(qū)的生境空間異質性越高，意味著創(chuàng)造了多樣的小生境，能夠允許更多的物種共存。反之，如果非生物環(huán)境變得單調，生物群落多樣性必然會下降，生物群落的性質、密度和比例等都會發(fā)生變化，造成生態(tài)系統(tǒng)的某種程度的退化。
2.3 生態(tài)系統(tǒng)自設計、自我恢復原則
生態(tài)系統(tǒng)的自組織功能表現為生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性。自組織的機理是物種的自然選擇，某些與生態(tài)系統(tǒng)友好的物種，能夠經受自然選擇的考驗，尋找到相應的能源與合適的環(huán)境條件。在這種情況下，生境就可以支持一個具有足夠數量并能進行繁衍的種群。依靠生態(tài)系統(tǒng)自設計、自組織功能，可以由自然界選擇合適的物種，形成合理的結構，從而實現設計。成功的生態(tài)工程經驗表明，人工與自然力的貢獻各占1/2。在利用自設計理論時，需要注意充分利用鄉(xiāng)土種。引進外來物種時要持慎重態(tài)度，防止生物入侵。
2.4 流域尺度及整體性原則
河流生態(tài)修復規(guī)劃應該在流域尺度和長期的時間尺度上進行，而不是在河段或局部區(qū)域的空間尺度和短期的時間尺度上進行。所謂“整體性”是指從生態(tài)系統(tǒng)結構和功能出發(fā)，掌握生態(tài)系統(tǒng)各個要素間的交互作用，提出修復河流生態(tài)系統(tǒng)的整體、綜合的系統(tǒng)方法，而不是僅僅考慮河道水文系統(tǒng)的修復問題，也不僅僅是修復單一動物或修復河岸植被。水域生態(tài)系統(tǒng)是一個大系統(tǒng)，其子系統(tǒng)包括生物系統(tǒng)、廣義水文系統(tǒng)和工程設施系統(tǒng)。
2.5 反饋調整式設計原則
生態(tài)系統(tǒng)和社會系統(tǒng)都不是靜止的，在時間與空間上常具有不確定性。除了自然系統(tǒng)的演替外。人類系統(tǒng)的變化及干擾也導致了生態(tài)系統(tǒng)的調整。這種不確定性使生態(tài)水利工程設計呈一種反饋調整式的設計方法。是按照“設計-執(zhí)行-監(jiān)測-評估-調整”流程以反復循環(huán)的方式進行的。在這個流程中，監(jiān)測工作是基礎。監(jiān)測工作包括生物監(jiān)測和水文觀測，需要在項目初期建立完善的監(jiān)測系統(tǒng)，進行長期觀測。同時還需要建立一套河流健康的評估體系，用以評估河流生態(tài)系統(tǒng)的結構與功能的狀況及發(fā)展趨勢。
3 生態(tài)水利工程設計基本理論和方法
隨著生態(tài)學的發(fā)展，人們對于河流治理有了新的認識，認識到水利工程除了要滿足人類社會的需求外，還要滿足維護生物多樣性的需求，相應發(fā)展了生態(tài)工程技術和理論。生態(tài)水利工程設計應遵循如下三個方面的理論與技術路線。
3.1 以生態(tài)水文與工程水文為基礎進行水文過程的分析與計算
將生態(tài)水文學應用于工程設計在當前還較少見。這可能與從事生態(tài)水文的科技工作者不從事實際水利工程的設計有關。但今后應當高度重視生態(tài)水文學與工程水文學的結合，這樣才能為生態(tài)水利工程的設計提供基礎。因為生態(tài)水利工程的服務對象比較廣，往往同時涉及濕地、林業(yè)、草原、農業(yè)、畜牧業(yè)和江河湖泊等生態(tài)用水和工業(yè)、城鎮(zhèn)、消防、居民等經濟社會生活用水，所以弄清楚生態(tài)目標對水資源的時空要求規(guī)律，才能使生態(tài)水利工程的設計建立在科學的基礎上。
3.2 應識別工程可能影響的關鍵生態(tài)敏感目標
生態(tài)水利工程的設計應當能準確識別受工程直接或間接影響的生態(tài)目標，并在工程規(guī)劃階段給予充分考慮。但當前在許多水利工程的設計中很少或沒有對流域生態(tài)敏感點加以考慮。又如三江平原早期實施的防洪治澇工程中，有的地方出現了跨流域排水。
3.3 生態(tài)水利工程的設計要與環(huán)境工程設計進行有機結合
生態(tài)水利工程的設計應當充分吸收環(huán)境科學與工程的理論和技術，實現水量與水質同步科學配置的目的，尤其是應與水污染防治工程進行有機的結合。為了減緩旱田排水挾帶泥沙或污染物進入下游湖泊或天然濕地，可以在進入湖泊或濕地的過渡帶設計生態(tài)處理溝渠或氧化塘。對于水田排水溝渠可以充分利用其生長季節(jié)蓄水，利用人工溝渠濕地對有機污染物質進行降解，其實，人工溝渠在蓄水狀況下，如果溝渠兩坡生長有水生植被，對水質處理效果較為明顯。所以，在缺水地區(qū)種植水稻，特別是開采地下水種植水稻的地區(qū)，應當進行以水量高效利用與水質凈化為目的的生態(tài)水利工程設計。這種設計思路應該來源于水污染的自然穩(wěn)定塘處理理論與工藝。
4 結語
總之，發(fā)展生態(tài)水利工程學，需要鼓勵多學科的合作與融合；需要積極借鑒發(fā)達國家的經驗。立足自主創(chuàng)新。同時還要不斷改進工程規(guī)劃設計理念和技術，在工程示范和實踐的基礎上提升理論，總結技術標準和規(guī)范.探索、發(fā)展與生態(tài)友好的水利工程技術體系。在設計過程中，要提倡科學家、管理者和當地居民及社會各界的廣泛參與，通過對話、協(xié)商，以尋求共同利益。提倡多學科的交流和融合，提高設計的科學性。
水生態(tài)修復工程技術范文第5篇
關鍵詞:海洋漁業(yè)水域環(huán)境;現狀;保護;修復
海洋漁業(yè)水域環(huán)境是海洋漁業(yè)資源賴以生存和發(fā)展的重要物質基礎，為魚類的生長和繁殖提供了必要的生存空間和適宜的生態(tài)條件，其狀況和變化更是對漁業(yè)生產發(fā)展起著決定性的作用。保護海洋漁業(yè)水域環(huán)境不僅是海洋漁業(yè)生產可持續(xù)發(fā)展的需要，也是確保人民群眾身體健康的需要。
當前中國海洋漁業(yè)水域環(huán)境惡化、漁業(yè)資源衰退，嚴重制約了海洋漁業(yè)的健康發(fā)展。按照科學發(fā)展觀的要求，必須加強對海洋漁業(yè)水域環(huán)境的保護，建立并完善海洋漁業(yè)水域環(huán)境保護的法律制度，維護海洋漁業(yè)水域的生態(tài)平衡，防止海洋漁業(yè)水域環(huán)境的污染，改善海洋漁業(yè)生物資源的養(yǎng)護載體，實現海洋漁業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1]。為此，本文以中國海洋漁業(yè)水域環(huán)境的研究現狀為中心，從面臨的問題、破壞的原因及保護、修復研究等方面就目前中國海洋漁業(yè)水域環(huán)境的研究及存在的不足加以綜合評述，以期對以后的研究工作有所啟示。
1中國海洋漁業(yè)水域環(huán)境現狀
由圖1可知，2001~2008年，中國未達到清潔水質標準的海域總面積在上下波動中呈現出一定的下降趨勢。但是在未達到清潔水質標準的海域總面積下降的表象下，伴隨著的卻是較清潔海域面積的大幅下降。
污染海域面積特別是中度及嚴重污染海域面積的比重持續(xù)較高。如: 2008年，中國未達到清潔水質標準的海域總面積約為7·2萬km2，比2007年減少約2·2萬km2，但中度及嚴重污染海域面積的比重達到31%，與2007年基本持平?？梢?，中國海洋環(huán)境的質量并未出現明顯的好轉。
圖1 2001 ~ 2008年中國不同污染程度海域面積的變化趨勢Fig 1 The trend of sea areawith different levelsofpollution during 2001-2008 in China據《2008年中國海洋環(huán)境質量公報》[2]顯示， 2008年，中國污染海域面積減少，較清潔海域面積增加，但總體污染程度依然較高。全海域未達到清潔海域水質標準面積約13·7萬km2，比2007年減少約0·8萬km2。較清潔海域、輕度污染海域、中度污染海域和嚴重污染海域面積分別約為6·5、2·9、1·7和2·5萬km2。
嚴重污染海域主要分布在遼東灣、渤海灣、萊州灣、長江口、杭州灣、珠江口和部分大中城市近岸局部水域。
另外，據《2008年中國近岸海域環(huán)境質量公報》[3]顯示，中國海洋漁業(yè)水域環(huán)境狀況總體保持穩(wěn)定，局部漁業(yè)水域污染仍比較嚴重，主要污染物為氮、磷、石油類和銅。中國海洋天然重要漁業(yè)水域主要受到無機氮、活性磷酸鹽和石油類的污染。無機氮污染以東海區(qū)、黃渤海區(qū)部分漁業(yè)水域和珠江口相對較重;活性磷酸鹽污染以東海區(qū)、渤海及南海近岸部分漁業(yè)水域相對較重;石油類污染以渤海部分漁業(yè)水域相對較重。
海水重點養(yǎng)殖區(qū)主要受到無機氮、活性磷酸鹽和石油類的污染。無機氮污染以東海區(qū)和南海區(qū)部分養(yǎng)殖水域相對較重;活性磷酸鹽污染以東海區(qū)部分養(yǎng)殖水域相對較重;石油類污染以南海區(qū)和渤海部分養(yǎng)殖水域相對較重。海洋漁業(yè)水域沉積物中，主要受到鎘、砷、銅和鉛的污染。鎘、銅污染以東海區(qū)和南海區(qū)及渤海部分漁業(yè)水域相對較重;砷污染以南海區(qū)和渤海部分漁業(yè)水域相對較重;鉛污染以南海區(qū)部分漁業(yè)水域相對較重。
以上表明，中國海洋漁業(yè)水域環(huán)境狀況總體上保持良好，但局部漁業(yè)水域的污染較為嚴重，海洋漁業(yè)水域環(huán)境嚴重受損，海洋漁業(yè)經濟面臨的生態(tài)環(huán)境十分惡劣(表1)。
2中國海洋漁業(yè)水域面臨的主要問題及原因2.1中國海洋漁業(yè)水域面臨的主要問題2. 1. 1漁業(yè)水域富營養(yǎng)化，赤潮頻發(fā)環(huán)境污染引起的富營養(yǎng)化使得近年來中國沿海赤潮發(fā)生次數增多，發(fā)生時間提前或者延長，主要赤潮生物種類增多，總次數和累計影響面積逐年大幅度增加。2008年，中國海域共發(fā)生赤潮68次，累計發(fā)生面積達到約1·4萬km2，造成的直接經濟損失約為0·02億元[4]。赤潮的多發(fā)海域北移，已逐漸影響到黃海和渤海海域，且持續(xù)的時間呈上升趨勢。如:2008年2月，在遼寧省大連灣附近海域就發(fā)生了面積達到108 km2的赤潮[4]。赤潮的頻繁發(fā)生對海洋漁業(yè)水域的生態(tài)平衡，海洋漁業(yè)資源以及人類健康起著巨大的破壞作用。
2.1.2 水產品質量下降，經濟損失嚴重由于海洋漁業(yè)水域環(huán)境受到污染，一些水產品受到汞、鎘、病原體等污染;此外，養(yǎng)殖水體環(huán)境惡化，導致病害頻繁發(fā)生，水產品中的殘留污染物出現了致癌物和對人體健康造成嚴重危害的物質。由漁業(yè)水域環(huán)境引發(fā)的水產品質量問題，已經開始導致中國水產品市場競爭力下降，喪失了部分市場的準入資格，造成了巨大的經濟損失。
2.1.3 漁業(yè)水域污染事故頻繁，漁業(yè)損失巨大污染事故主要有溢油污染、化學危險品污染、液化氣船重大事故污染等[5]。污染事故對漁業(yè)水域環(huán)境造成的危害特別大。由此還引發(fā)許多社會矛盾，影響漁區(qū)的社會穩(wěn)定。2008年，全國共發(fā)生海洋漁業(yè)水域污染事故88次，污染面積約1814hm2，造成直接經濟損失約3680萬元。其中，影響最大的海洋漁業(yè)污染事故為: 2008年9月24日，在廣東江門川島以東飛沙州海域，韓國籍貨輪“ZEUS”因遭遇臺風“黑格比”襲擊發(fā)生斷裂翻沉溢油，造成該海域42家養(yǎng)殖戶約4000 m2網箱養(yǎng)殖魚類受到不同程度的污染，其主要養(yǎng)殖品種芝麻斑、青斑、紅魚、紅魷等大量死亡，經濟損失達800萬元[4]。
2.1.4 漁業(yè)水域生態(tài)功能退化，漁業(yè)資源衰退海洋漁業(yè)資源棲息環(huán)境的破壞導致了生物組成結構的變化，生物種群結構趨向單一，生物多樣性在不同程度上遭到破壞。監(jiān)測資料表明:中國海洋生物多樣性指數明顯降低，生物物種減少;底棲生物生物量下降;傳統(tǒng)主要經濟魚類資源先后衰退;水生野生物種、國家保護的水生生物急劇減少和消失[6]。如曾是渤海最重要漁業(yè)種類的對蝦、小黃魚、帶魚資源已經嚴重衰退，而小型中上層魚類成為渤海的優(yōu)勢種，渤海生物資源結構發(fā)生了變化[7]。又如東海傳統(tǒng)的漁獲物小型化、低齡化和性成熟提早的現象日趨嚴重，其中小黃魚和帶魚年漁獲量中均以補充群體和幼魚為主[8]。種類交替、數量下降、漁獲個體小型和低質化，嚴重制約了漁業(yè)資源的可持續(xù)利用。
2.2中國海洋漁業(yè)水域環(huán)境破壞原因2.2.1 陸源污染陸源污染是指從陸地向海域排放的對海洋漁業(yè)的生長、增殖、索餌造成或者可能造成威脅的污染物，包括工業(yè)廢水、城鎮(zhèn)生活污水、農業(yè)廢水等點源污染和非點源污染[9]。海洋污染物總量的85%以上來自于陸源污染物[5]。工業(yè)廢水是漁業(yè)水域最嚴重的污染源，其含有大量的懸浮物、有機物和還原性物質，以及多量的有毒有害物質，工業(yè)廢水導致的漁業(yè)污染事故占總發(fā)案率的70%[9]。生活廢水來源于人們日常生活中產生的各種混合性污水，其中含無機鹽類、有機物及多種致病性微生物，是造成漁業(yè)水質有機污染、生物污染和產生富營養(yǎng)化作用的主要來源。
農業(yè)廢水是指通過大氣降水、地表徑流的沖刷進入漁業(yè)水域的含有大量農藥、化肥的廢水，其加速水體富營養(yǎng)化進程，該非點源污染對近岸海域的氮、磷污染較大。
2.2.2 養(yǎng)殖業(yè)自身污染一方面，海水養(yǎng)殖的生產過程和發(fā)展需要清潔、未污染的水質;另一方面，隨著近年來養(yǎng)殖產業(yè)規(guī)模不斷擴大，養(yǎng)殖方式由半集約化向高度集約化發(fā)展，養(yǎng)殖自身污染問題顯露且日漸突出。
養(yǎng)殖區(qū)殘存的餌料、排泄的廢物、施用的化肥等直接影響水體富營養(yǎng)化產生過程，成為誘發(fā)局部海域赤潮的原因之一;其次，在養(yǎng)殖的過程中，為預防養(yǎng)殖疾病、清除敵害生物、消毒和抑制有毒有害生物而大量使用化學藥品，這些含有不同程度毒物的治療藥物、消毒劑和防腐劑已成為直接影響海洋漁業(yè)水域環(huán)境的重要因子。
2.2.3 海上事故及不合理的海洋開發(fā)由于不可抗力致使船舶觸礁、碰撞、擱淺、爆炸等事故，使有害物質進入海洋，對局部海域造成重大污染，這類事故對海洋漁業(yè)水域環(huán)境造成的危害特別巨大[3]。此外，由于缺乏嚴格的法規(guī)規(guī)范和宏觀調控，各行業(yè)和各類工程建設對海洋水域環(huán)境的影響日益加重，尤其是不合理的圍涂造地、河口造田、炸島采石、海底挖砂、海洋傾廢排污及違法捕撈，改變了海域的自然地形地貌、底質分布和潮(水)流條件，導致億萬年來自然形成的優(yōu)越的水產動物產卵場、育肥場和越冬場等逐漸消失，近岸海域生物種類不斷減少，海洋和漁業(yè)資源日趨衰退，海洋漁業(yè)水域環(huán)境遭到了不可逆轉的損害[9]。例如:中國曾在20世紀50年代和80年代分別掀起了圍海造田和發(fā)展養(yǎng)蝦業(yè)兩次大規(guī)模圍海建設熱潮，使沿海自然灘涂濕地總面積縮減了約一半。灘涂濕地的自然景觀遭到了嚴重破壞，重要經濟魚、蝦、蟹、貝類生息繁衍場所消失，而且大大降低了灘涂濕地調節(jié)氣候、儲水分洪、抵御風暴潮及護岸保田等能力。據不完全統(tǒng)計，中國沿海地區(qū)累計已喪失濱海灘涂濕地面積約119萬hm2，另因城鄉(xiāng)工礦占用濕地約100萬hm2，兩項之和相當于沿海濕地總面積的50%。對沿海灘涂的破壞面積仍呈逐年上升趨勢[5]。
3 海洋漁業(yè)水域環(huán)境的研究
3.1海洋漁業(yè)水域環(huán)境保護的研究為維護海洋漁業(yè)資源的生態(tài)平衡，促進資源、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，實現海洋漁業(yè)水域環(huán)境狀況的根本好轉和漁業(yè)經濟的健康、快速增長，必須加強對海洋漁業(yè)水域環(huán)境的保護措施。中國在水域環(huán)境污染控制和保護治理方面的研究起步較晚，從目前保護措施的研究成果來看，概況起來主要有如下幾點:3.1.1 加強宣傳力度，樹立可持續(xù)發(fā)展觀念海洋漁業(yè)水域環(huán)境保護是關系到漁業(yè)經濟可持續(xù)發(fā)展的大事，要開展持續(xù)的、形式多樣的普法宣傳教育活動，努力增強全社會的漁業(yè)水域環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展意識，形成全民的懂水、愛水、護水、富水意識，爭取社會各界對海洋漁業(yè)水域環(huán)境保護工作的關注和支持，為海洋漁業(yè)經濟的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造良好的社會環(huán)境，在全社會形成人人理解、關心和支持水域環(huán)境保護工作的良好氛圍。
3.1.2 完善保護法規(guī)，加強污染源的控制漁業(yè)水域環(huán)境是一個有機統(tǒng)一體，漁業(yè)水域環(huán)境保護方面的法規(guī)不應僅限于單項的管理控制，而要考慮引起污染的每一方面。中國現有涉及水域環(huán)境保護的法規(guī)多為單項法規(guī)。因此要加快環(huán)境保護綜合性法規(guī)的制訂，以法規(guī)的形式規(guī)定管理機關的責任與權力，建立完善的監(jiān)督管理約束機制，加強對污染源的控制，實現對污染事故的事后治理向事前防范的轉變。
3.1.3 加強修復技術的研究海洋漁業(yè)水域環(huán)境的惡化已成為制約中國海洋漁業(yè)持續(xù)發(fā)展的主要因素之一，實施海洋漁業(yè)水域環(huán)境修復工程，恢復海洋漁業(yè)水域環(huán)境的正常功能將是中國海洋漁業(yè)發(fā)展亟待解決的非常關鍵的問題之一。環(huán)境修復技術是近年來伴隨著環(huán)境污染和環(huán)境大規(guī)模治理的實施而發(fā)展起來的。中國的環(huán)境修復技術還剛剛起步，但在許多方面已取得了相當的成績。
3.2海洋漁業(yè)水域環(huán)境修復的研究環(huán)境修復技術有物理修復、化學修復及生物修復。
其中，生物修復方法是利用微生物、植物及其他生物，將環(huán)境中的危險性污染物降解為二氧化碳和水或轉化為其他無害物質的工程技術系統(tǒng)。相對于物理和化學修復技術來說，具有費用低廉，處理操作簡單以及安全性較高等優(yōu)點，是一項發(fā)展?jié)摿^大、環(huán)境友好的處理技術，已成為當前環(huán)境修復研究的熱點及趨勢[10]。根據生物修復的生物類群，目前的生物修復可分為:微生物修復、植物修復、動物修復等其他修復技術。
3.2.1 微生物修復技術微生物修復技術就是利用水中的異養(yǎng)微生物分解有機物質。有機物質在微生物特別是細菌產生的各種酶的作用下，經過好氧或厭氧過程，發(fā)生一系列化學反應，被逐步降解，最后轉化成無機元素(礦化)而被植物吸收利用的技術。Pritchard等[11]利用微生物進行阿拉斯加石油泄漏后的環(huán)境修復，取得很好的效果。有學者在篩選環(huán)境微生物的基礎上尋找功能基因，對構建超級工程菌進行大尺度生態(tài)修復進行研究[12-13]。中國也在該基礎上啟動了渤海典型海岸帶生物環(huán)境修復技術。在菌類篩選方面，Chakrabarty[14]使用具有四種降解質粒的“多質粒超級菌”，使海上浮油在幾個小時內即可降解。李秋芬等[15]從蝦池底泥中篩選到10株有機降解菌， 72h內化學耗氧量(COD)去除率分別達到60%和70%以上。
于明等[16]使用光合細菌在富營養(yǎng)化水體治理中也顯示出良好的效果。
微生物修復技術在受污染水域的凈化和水生生態(tài)系統(tǒng)的恢復中具有巨大的功效和獨特的優(yōu)勢，優(yōu)點明顯。不過，微生物修復對磷的處理效果有限，而且微生物處理相對于物理化學方法來說處理速度較慢，受處理環(huán)境變化的影響較大[17]。目前，微生物修復技術正逐漸從應用機理和基礎研究轉向實際應用方面，并取得了明顯的效果，但仍未真正大規(guī)模、大范圍地應用到海洋漁業(yè)水域環(huán)境修復工程中。
3.2.2 植物修復技術植物修復就是利用植物根系(或莖葉)吸收、富集、降解或固定受污染土壤、水體、空氣中的污染物，以實現消除或降低污染環(huán)境的污染強度，達到修復環(huán)境的目的[18]。在該研究過程中，一些大型海藻因特殊的生理功能而受到關注。與浮游植物和其他清潔生物相比，大型藻類體內的營養(yǎng)貯存機制使其更適合在營養(yǎng)鹽波動的水體環(huán)境中生長，其不僅能夠凈化水質，還能與赤潮微藻進行營養(yǎng)競爭，向環(huán)境中分泌相生相克類的化合物，抑制赤潮微藻的生長，起到防止赤潮生物爆發(fā)性繁殖與增長的作用。Nakai等[19]發(fā)現大型海藻海膜(Halymenia floresia)能夠持續(xù)分泌一種不穩(wěn)定的、對藍藻生長具有抑制作用的化合物。Jin等[20]發(fā)現石莼(Ulva lactuca)分泌一些化合物，抑制共培養(yǎng)體系中赤潮異灣藻(Heterosigma akashiwo)和塔瑪亞歷山大藻(Alexandrium tamarense)的生長。Hogetsu等[21]研究發(fā)現，大藻(Pistia stratiotes)分泌的相生相克類化合物能夠抑制其它藻類的生長，并首次提出利用大藻的克生作用作為微藻生長的控制手段。
植物修復相對于其他修復技術方式有著自身的優(yōu)點，其適用于大面積、低濃度的污染，成本低，適用范圍廣，可處理多種污染物和多種環(huán)境;是一個自然過程，安全性較高;收獲相對容易，而且有相當多的種類可獲得額外的經濟效益。植物修復的優(yōu)點讓植物修復技術的研究得到不斷的加強。但是植物修復過程較慢，營養(yǎng)物質集中在植物體內并沒有真正去除，植物的收獲需要增加額外的費用，環(huán)境因子對植物的生長和去除效率影響較大[17]。
3.2.3 其他生物修復技術除了微生物修復以及植物修復以外，還有動物修復以及一些特殊的生物應用到水域環(huán)境中的修復方式，這一類的修復技術主要是通過一些底棲生物或者濾食性生物的攝食習性對水域環(huán)境中的有機物利用。已有報道指出[22]，濾食性貝類、某些棘皮動物等可以去除富營養(yǎng)化水中的營養(yǎng)物質，進而凈化水環(huán)境。沈新強等[23]通過投放以巨牡蠣(Crassostrea sp·)為主的底棲動物在長江口水域開展底棲生物修復試驗的效果明顯。此外，多毛類(Poly-chaetes)在海洋生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的能量流動和物質循環(huán)中處于關鍵環(huán)節(jié)，可很好地利用底質中的有機污染物和一些重金屬轉化為自身的生產力，其作為海洋食物鏈中的一個分室且生產單元，能夠凈化底質，使系統(tǒng)內部的廢棄物再利用和循環(huán)，增加環(huán)境生態(tài)效益，是海洋漁業(yè)水域環(huán)境中原位生物修復的重要生物種類[24]。
相對于微生物和植物修復技術來說，目前此類生物修復技術的研究報道較少，多集中在養(yǎng)殖區(qū)水域環(huán)境，且使用要求較高，單獨使用難度較大。
4 展望
良好的海洋漁業(yè)水域環(huán)境是中國漁業(yè)穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展的基本保證。事實表明，漁業(yè)水域環(huán)境惡化已經成為新時期中國海洋漁業(yè)發(fā)展的最主要、最突出的制約因素;是中國海洋漁業(yè)由數量型向質量效益型轉變的最大障礙;是中國海洋漁業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略調整中最急需解決的關鍵問題。因此，正確認識中國海洋漁業(yè)水域環(huán)境現狀，加強海洋漁業(yè)水域環(huán)境的保護、修復及相關領域的研究，是中國漁業(yè)發(fā)展刻不容緩亟待解決的重大關鍵問題。
4.1 保護措施的研究
漁業(yè)水域環(huán)境監(jiān)測為漁政機構對漁業(yè)環(huán)境的管理提供科學的數據與評價資料，為執(zhí)法提供可靠的依據，對海洋漁業(yè)水域環(huán)境保護具有特別重要的意義。中國海洋漁業(yè)水域環(huán)境監(jiān)測網絡還有待健全，集中的海洋環(huán)境監(jiān)測管理機構也有待建立。今后的研究工作應主要圍繞漁業(yè)環(huán)境有害物質和有害生物有效監(jiān)測體系的設計和建立，各類環(huán)境樣品中痕量污染物質快速分析方法的開發(fā)，生態(tài)環(huán)境影響綜合評價方法等。
從海洋漁業(yè)水域環(huán)境保護出發(fā)，重點對需優(yōu)先控制的污染物(有機氯化合物和其它有機污染物、重金屬、石油烴、天然毒素、人工藥物、病原菌等)開展研究，掌握其在自然水域中對海洋漁業(yè)水域環(huán)境結構和功能的不利影響。此外，漁業(yè)水域環(huán)境質量管理是漁業(yè)水域生態(tài)環(huán)境保護工作的一個重要組成部分。今后可通過對漁業(yè)環(huán)境質量管理技術和措施兩方面的研究，為漁業(yè)行政主管部門制定漁業(yè)環(huán)境質量標準體系和相關的法律、法規(guī)提供重要的理論支持。
4.2修復技術的研究
在海洋漁業(yè)水域環(huán)境修復技術的具體使用上，由于各種修復技術都有一定的缺點，一定要合理選取最適合的應用方法。鑒于生物修復的巨大優(yōu)勢，應著重加強這方面的研究工作。如可以把現代生物技術應用到修復生物的改良中，加快生物修復技術規(guī)?；⒐こ袒嘤葢眉夹g以及相關領域的研究。
從海洋漁業(yè)水域環(huán)境修復出發(fā)，今后應重點加強修復作用菌的研究，篩選出高效作用菌或利用現代生物技術構建高效基因工程菌;加強環(huán)境因子對修復菌的修復能力影響的研究，提高微生物修復在實際應用中的效率;加強微生物修復技術的應用性和大范圍推廣的研究以及微生物技術在海洋漁業(yè)水域環(huán)境修復的應用;選擇高效、高適應性植物修復品種或通過現代生物技術研究篩選新型修復植物;加強經濟修復植物的研究，降低處理成本;加強修復植物的大規(guī)模生產培育技術以及實際應用過程中的工程管理技術的研究和推廣;結合各種生物修復技術的優(yōu)缺點，加強對新的生物修復技術及高效綜合生物修復技術的研究等。
參考文獻
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