水体生态工程.docx

生态环境工程设计的步骤1. 系统边界确定任何一项生态工程在设计前首先要做的就是对目标系统进行界定，特别 是系统的边界2. 生态系统分析对选定的生态系统进行调查、分析，了解该生态系统的发展历史、结构 及其变化3. 生态过程影响驱动因子及响应对影响该生态系统的所有环境及生态因子进行分析，找 出关键性的驱动因子，并对这些因子改变下的系统响应做出分析4. 系统工程目标设定及工程方案构建确定工程的目标，初步够将实现该目标的不同工程 方案，包括具体的工艺路线和工艺流程以及采取的工艺技术5. 生态工程方案的论证与修订组织相关学科专家，对提出的不同工艺设计方案进行论证， 并吸收政府、企业、民间的修改意见，进行统一修改，形成最终统一的工艺方案6. 生态工程方案的实施选定实施地点，按照确定工艺进行施工7. 工程运行记录及反馈建立全面的工程跟踪记录，并对工程出现的问题进行完善和修正， 验证工程的可行性8. 工程验收及评价水生生态系统维持全球物质循环和水循环，承担水源地、动力源、交通运输、污染净化场所等功能 水域生态系统 aquatic ecosystem 水生生态系统 是地球表面各类水域生态系统的总称水生生态系统中栖息着自养生物 （藻类、水草等）、异养生物（各种无脊椎和脊椎动物）和分解者生物（各种微生物） 群落。

各种生物群落及其与水环境之间相互作用，维持着特定的物质循环与能量流动， 构成了完整的生态单元基本特征：（一）水生生态系统的环境特点与陆地生态系统的环境相比，水生生态系统又因其以水作为系统的环境因素而又具有一 些共同特征，这些共同特征在很大程度上都与水的理化特性有关而且，正是由于水的这些 理化特征使水陆两类生态系统在系统的结构和功能上存在着许多明显的差异水的密度大于空气，许多小型生物如浮游生物可以悬浮在水中，借助水的浮力渡过它们 的一生水生生物除少数广盐性种类能调节体内渗透压而自由往来于淡水、海水之间外，一 般只能适应于一定盐度范围的环境，因而有淡水生物和海洋生物之分水的比热较大，导热率低，因此水温的升降变化比较缓慢，温度相对稳定，通常不会出 现陆地那样强烈的温度变化在海洋中至今还保留着原始的软骨鱼类和有活化石之称的矛尾 鱼等古老的生物类群，这与海洋的水温均匀和环境无大的变化有关光线在水中的穿透力比在空气中小日光射入水体后衰减较快特别是在海洋中，只有 最上层海水中才有足够的光照保证植物进行光合作用在某一深度处，光照的强度减弱至植 物光合作用生产的有机物质适足以补偿其自身的呼吸作用的消耗，这一深度称为补偿深度。

补偿深度以上的水层称为真光带真光带的深度,在某些透明度较大的热带水域可达200 米 以上；而在比较混浊的近岸水域,有时仅约数米,是水生动物富集和最活跃的区域水是一种良好的溶剂，不但酸、碱、盐可以溶解于其中，一些有机物也能为水所溶解， 从而为水生生物的生长发育提供丰富的营养源 此外，在江河与湖泊、河川与海洋之间的水的运动，使不同的水体相互联系，构成水域生态 系统与陆地生态系统显然不同的特点特别是大洋环流与水团的结构，更是决定海域状况的 动力因素，对生物的分布、组成与数量起重要作用海洋生态系统由于陆地淡水溶解物质和 悬浮物的不断输入，其开放性特点更为显著二）水生生态系统的营养结构特点除一部分水生高等植物外，各类水域的生产者主要是体型微小但数量惊人的浮游植物 这类生产者的特征是代谢率高、繁殖速度快，种群更新周期短，能量的大部分用于新个体的 繁殖生物圈中最大的生态系统是海洋，固定的能量占生物圈各类生态系统总量的33％左右， 但生产者的个体小，寿命短，其生物量还不及陆地森林生态系统的1／500消费者层次的组成状况在淡水和海洋两类生态系统中的差别较大在淡水水域，消费者 一般是体型较小、生物学分类地位较低的变温动物，新陈代谢过程中所需热量比常温动物少， 热能代谢受外界环境变化的影响较大。

三）水生生态系统的功能特点 水生生态系统初级生产者对光能的利用率比较低据奥德姆对佛罗里达中部某银泉的能 流研究，太阳总有效能中75．9％不能为初级生产者所利用，22．88％呈不稳定状态，而实 际用于总生产力的有效太阳能仅有 1.22％，除去生产者自身呼吸消耗的 0.7％，初级生产者 净生产力所利用的光能只有 0．52％能量从一个营养级流向另一个营养级时，其数量急剧减少，原因是生物呼吸的能量消耗和有 相当数量的初级生产量（57%）没有被消费者利用，而是通过分解者分解了以至于能量不 能维持第五个营养级，如果要增加营养级数目必须增加生产者的生产量营养级GP 和 NP:R.NPA?PVGP^OS.l—1NP=88:.3^119.80.426IIGP=33.71 ^NP=14.8孑.13.90.440GP=3.81 —NP=0QT .'3.16'0.176■IVGP=0.211 ^NP=0.06* 0.130.2^分解者L^GF=50.61 NP=4.80.091^15-30银泉的能疣分析〔单位：1於大卡冰2 ■年)诃 I 自H. T. Odum, 1957)霍华德 奥德姆，福罗里达州大学的名誉教授，湿地中心和环境政策中心的创始人，开 创了生态系统生态学、能量生态学，对银泉(sliver spring)生态系统的能流收支的研究， 是当今生态系统水平上能量流动分析的一个范例。

曾致力于佛罗里达州海岸线湿地的研究 1987 年瑞典皇家学院授予他们克拉福德奖，“生态学领域”的诺贝尔奖四) 水生生态系统类型 淡水生态系统和海洋生态系统 淡水生态系统分为流动水生态系统和静水生态系统 流动水主要是河流、溪流、水渠等水体特点：谁的流动性受落差垂直变化的影响，硫素受 流量及河床大小之间比率的影响初级生插着为藻类构成的黏附性群落、水生植物等，另外 陆地植物叶片的掉落物也是水生生态系统重要的物质和能量来源，消费者主要是一些昆虫、 无脊椎动物、两栖类以及鱼类静水生态系统指陆地上的淡水湖泊、沼泽、池塘和水库等不流动的水体所形成的生态系统 静水相对的，水流非常缓慢湖泊生态系统典型的静水生态系统海洋生态系统海岸带浅海带上涌带远洋带远洋表层带 m极深海带湖泊水体生态环境工程 污染源：城市生活污水、工业废水、污水处理厂排放物、地表径流、农业生产排水、大气干 湿沉降一、湖泊水体污染生态环境修复 要充分了解湖泊的生态功能和系统结构，分析其功能退化或受损的原因，根据目标和功能来 确定如何调整生态系统结构，从而有针对性地实施生态恢复或修复工作.全国84个代表性湖泊营养状况评价结果表明：全年44 个湖泊成富营养状态，占52.4% （一） 污染来源1. 富营养化：富营养化是湖泊水体由于接纳过多的氮、磷等植物营养盐物质、使湖泊生产力 水平异常提高的过程,表现为藻类及其他生物异常繁殖,水体透明度和溶解氧含量下降,导致 水质恶化,影响了湖泊的供水、养殖和娱乐等功能。

水生植物的大量繁殖,还加速湖泊的淤积、 沼泽化过程2. 有毒有机污染 有机物通过地表径流、大气—水体交换、大气干湿沉降和地下水渗入而进入湖泊生物迁移 和转化是湖泊系统中有毒有机污染物产生环境危害的重要方式,这些物质具有疏水性,可以 在生物脂肪中富集因此,即使湖泊中含量很低,也可以通过水生食物链,造成持续性的毒性作 用,甚至通过食物链为害人体健康3. 重金属污染 水环境中的重金属倾向于从溶解相转移到固相湖泊中的悬浮颗粒物吸附重金属而沉积到底 泥中对于扰动强烈的湖泊,沉积物的再悬浮使重金属回到上覆水体,增加了水体中重金属的 生物有效毒性,成为污染内源4. 湖泊酸化工业生产和生活中各种能源使用产生的SO2、氮氧化合物被氧化后产生的酸性物质,通过大 气干湿沉降进入水体,当湖泊水体的 pH 值小于5.6 时,水体呈酸化状态水体酸化,主要对水 生生物造成危害,当 pH 值小于 5.5 时,鱼类生长会受阻,甚至造成鱼类生殖功能失调,繁殖停 止同时,还会引起沉积物中有毒重金属元素的活化,导致湖泊水环境中重金属浓度升高和生 物活性增强二） 实施定位：修复（remediatio n）,恢复（restoratio n）,重建（rec on structio n）物理方法：（ 1 ） 机械清淤成本高。

以昆明滇池草海为例,近年来共挖底泥400 万吨耗资 2.4 亿元,折合 62.5 元 /吨,不能从根本上控制水体富营养化（ 2 ） 引水冲洗、深层排水成本高,水资源紧缺（ 3 ） 曝气充氧 适用于小型水体,放置因藻类而导致的鱼类死亡,维持水体平衡 4 ） 底泥清除处理 加入凝聚剂（粉煤灰）,塑料薄膜覆盖但大量使用会破坏水体生态系统的种群结果及生存 环境,削弱自净力,费用高 5 ） 疏浚工程 使用挖泥船或其他工具、设备开挖水下的土、石以增加水深或清除淤积的工程措施湖泊沉积物疏浚被认为是降低湖泊污染物负荷最有效、直接的措施瑞典Trummen湖通过 疏浚工程降低90%总磷负荷，而美国的Lilly湖疏浚后总磷的消减率达到55%但是,并不是 所有的疏浚都能达到理想的效果,1998 年南京玄武湖清淤,采取沿湖污水停止输入、抽干水清 淤的方法,清淤后半年内湖水的透明度、 COD 和总磷基本不变疏浚底泥的环境效果与疏浚 方法有关,疏浚主要考虑降低沉积物中的污染负荷因此,要对沉积物中的污染物种类、含量 分布、剖面特征、沉积速率、化学及生态效应有详细的调查和分析,确定疏浚的范围和深度化学方法（ 1） 除藻剂：硫酸铜,含铜的有机螯合物,氯等尹澄清研究发现含铁盐、铝盐增效剂的0.2-0.3mg/L的铜离子可控制藻类水花的生长，但硫 酸铜可使藻细胞破坏,细胞内毒素释放到水中,造成二次污染。

二氧化氯除藻效果较好,但成本较高,同时也会产生次氯酸盐总之使用药剂杀藻一定要评 估其风险（ 2） 混凝沉淀除磷 水体直接投入铝盐、铁盐、石灰和牡蛎壳等来沉淀水体营养物质（磷）,效率高,达 75%-85%, 稳定可靠生物及生态方法 通过改变食物链的结构控制富营养化,保持生物多样性和水质良好1 水生植被恢复 原位水生植被恢复系统主要有沉水、浮水、挺水植物及组合水生系统,可以有效降低水体营 养盐,控制浮游植物增长其中常用的为沉水植物系统,有选择地人工引进耐受性较高的先锋 物种,主要包括夏季利用的凤眼莲,冬季的耐寒型伊乐藻,它们在净化水质、维持水质理化性质 稳定和提高透明度方面作用显著水生植被恢复过程中受影响的物理因素有光强、水温、 pH 值、无机营养物质、溶解氧等;（结合物化方法）生物因素为微生物、着生藻类其中,富营养化越严重的水域,其水生植物 上的附着生物对其生长的影响越大［2］而营养盐的负荷是决定草型或藻型生态系统是否稳 定的先决条件，草型转化为藻型的营养盐浓度阈值大约在120~150p g/L,修复的阈值大约在 70~90p g/L而沉水植物系统只有在磷浓度降到0・1~0・25mg/L时，而且仅仅在该范围时, 才能够实现湖泊生态恢复。

所以,入湖前的处理对磷浓度的降低很重要水生植物,尤其是大 型植物,会影响湖泊内底泥对磷的释放对太湖流域常见3 种水生植物(芦苇、苦草和菱白) 根部底泥及无植物底泥进行磷释放特性的模拟试验结果表明, pH 增大、温度升高、厌氧状 态均可增加底泥磷释放,pH在弱酸至中性范围内底泥释磷量较小，酸性和碱性条件都有利于 磷的释放从模拟试验结果来看，水生植物能在一定程度上降低湖泊底泥的总可溶性磷(TDP) 含量,。