10-水环境修复-湖泊水库水环境修复

第八章污染水环境修复技术2湖泊水库水环境修复邓欢欢目录湖泊污染概述湖泊环境修复初论湖泊和水库都是流域中主要的汇水体，作为流域中物质的“汇”，自然侵蚀过程和人为排放的污染物都将进入湖泊水库，导致水环境污染的现象。主要污染问题：水质污染、富营养化、水质酸化、湖泊水库萎缩一、湖泊水库水环境污染湖泊水库污染的来源外源与内源污染来源污染类型外源污染点源生活污水、工业废水、养殖污水面源农田径流、地表径流、水产养殖、降雨内源污染底泥污染释放定义：通过人为调控，使受污染损害的生态系统恢复到受干扰前的自然状态，恢复其合理的内部结构、高效的系统功能和协调的内在关系。两方面的内容：一是通过一定的修复措施尽可能抵消或减轻一部分已被证明对环境和人类有害活动的负面效应，修复生态系统的服务功能，使湖泊水库能够满足人类的需要；另一方面使受损或受干扰湖泊水库生态系统在结构和生态功能上恢复到破坏前的“完美”状态。二、湖泊水库水环境修复初论1.湖泊水库水环境修复的原则生态、社会、经济和文化的需求以及恢复技术的有效性Important确定目标：尺度上、规模上、目标上整体性。由诸多物理化学要素和生物要素组成的复杂生态系统，修复应具有整体性概念，全面考虑生态系统结构和功能。修复技术措施包括湖泊水库主要环境要素（大气、水、沉积物等）的改善与生物因素（生态系统的结构和功能）的修复两方面遵守自然法则。生态学的基本理论是生态恢复的理论基础：限制因子理论、生态适应性、生态位、自然演替、集合规则、自我设计和人为设计、生物多样性及恢复阀值理论等2.湖泊水库水环境综合评价可行性研究内容：调查进入湖泊水库的营养元素、悬浮泥沙、有机物的定量负荷或者速率；调查湖泊水库的状态和周期性变化规律；确定适合湖泊水路的最有效的修复技术以利于湖泊水库的长期保护和修复等。目的：水体的基本用途、历史、存在的问题以及修复技术是否可行。2.1基础资料收集地理地质数据：气温、蒸发量与降水量、汇水面积、土壤与植被、污染状况水文学数据：容积、面积、水量变化、水深剖面、水力停留时间、水流动力学特征、水体温度分层、底泥水体理化参数生物学参数：藻类、植物、动物、底栖生物、微生物等。2.2参数计算水量动态平衡：得到水体交换时间、水深变化等热量衡算：太阳辐射引起的水体水温分布不均，从而引起水体运动及水环境的变化污染物负荷衡算：主要是氮磷的元素输入输出自净速率水生态系统：生态系统结构的变化，其趋势是最大限度吸收外部的能量与物质，能量是驱动生态系统中各种物质转化的动力，物质的转化印象到生态系统的结构组成。理化因子及变化生物组分与演替规律3.湖泊水库的基础知识远离岸带滨岸带光合作用带深层带黑暗无光带温跃层界限光合作用界线3.1湖泊水库的重要理化因素光照与温度的变化趋势并不一致，光照较为线性，而温度变化存在跃层现象表层水变温层均温层表层水变温层均温层正常贫营养湖泊生产力很高的富营养化湖泊富营养化开始爆发的湖泊含冷且有富氧水系注入的湖泊二氧化碳•有明显的时空变化•湖泊底层由于光合作用减弱或完全没有光合作用。加上沉积物的分解，二氧化碳含量较高；相反，溶解氧和pH值则较低。富营养化湖泊这种差异尤其明显。营养盐类•N、P、Si、Fe、Cu、Zn、Mn、Mo等多种生物营养元素•N、P是植物最主要的营养物质，其含量水平决定水生生物的生产力营养盐类(1)－氮•水中氮的主要形式有N2、NH4+、NO2-、NO3-和有机氮•氮的主要来源是废污水诽放、地表径流、水生生物的代谢和微生物分解作用•水生植物可直接吸收无机氯(NH4+、NO3-)，一部分细菌和蓝藻可固定N2营养盐类(2)－磷•水中的磷主要以正磷酸盐、缩合磷酸盐和有机磷磷酸形式存在•水体中的磷主要来自地表径流、生活污水、工业废水或生物转化N：P比值藻类体内C：N：P原子比为106:16:1，N：P质量比为7.2：1水中N：P比值影响藻类生长，也是水体营养状况的指标N:P＜7:1，N成为限制因子；反之，P成为限制因子N:P比值随水体营养水平的增加而下降，N：P＞16:1为贫营养，＜16:1为富营养。P是水体富营养化的主要影响因素3.2水域生态系统的生物组分包括生产者、消费者和分解者（金字塔）生产者•藻类和维管束植物，吸收水中碳、氮、磷等生物营养物质，在阳光的作用下合成复杂的有机物，把太阳能转化为化学能•淡水藻类：蓝藻门、隐藻门、甲藻门、金藻门、黄藻门、硅藻门、裸藻门、绿藻门、轮藻门水生植物漂浮植物：凤眼莲、水浮莲、浮萍、紫萍等•浮叶植物：眼子菜、睡莲、莼菜和菱睡莲子午莲沉水植物：狐尾藻、苦草、黑藻、茨藻、苴藻、金鱼藻•要求水体较清，有较高的透明度，使光线能透射进水层以供进行光合作用苦草马来眼子菜伊乐藻挺水植物：菖蒲、香蒲、芦苇等•耐有机污染能力强香蒲水菖蒲消费者自身不能合成营养物质，靠捕食其他生物或其碎屑维持生命活动原生动物、轮虫、浮游甲壳动物、底栖动物、鱼类及其他脊椎动物分解者包括各种水生细菌和真菌，能将死亡有机体、有机碎片等分解成碳、氮、磷、硫等简单无机物，使物质得以循环往复•细菌：小球菌、链球菌、杆菌、螺旋菌、球衣菌、贝氏硫细菌及菌胶团等•真菌：枝水霉菌群落概念•特定空间或特定生境下生物种群有规律的组合特征•具有一定的物种组成•不同物种之间的相互影响•具有形成群落环境的功能•具有一定的外貌和结构•一定的动态特征•一定的分布范围•群落的边缘特征群落演替季节演替•藻类的季节演替底栖动物的季节演替蜉蝣目、双翅目、毛翅目、膜翅目幼虫等都有这种现象。不同种类的羽化季节不同，有的在夏季，也有的在秋季鱼类种群与水温的关系鱼类对环境温度有不同的适应范围，随水温的改变，种类组成发生变化水平演替河流生物的纵向演替•由于海拔高度、流速、底质、水温、透明度等因素的差异，河流上、下游生物种类、数量有很大不同•河流中鱼类也有明显的分带现象。上游多为冷水性种类．如鲑、鳟鱼等，下游种类则较多，如鲤鱼、鲫鱼等湖泊生物群落的水平与垂直演替•按水平分，可分为沿岸带和湖心带。前者包括沉水植物和挺水植物生长的浅水区，后者为湖中央无水草部分的开阔水面•按垂直分，湖泊可分为湖上层或营养层和湖下层，以光照补偿层为界。湖上层光线充足，藻类主要分布在湖上层；湖下层光线微弱或没有光线，绿色藻类不能生存。但湖上层沉降下来的碎屑为厌氧微生物分解活动提供了物质条件概叙植物修复4.湖泊水库的生态恢复技术我国水体污染的主要特征：由人类生产、生活活动引起的水体有机污染和富营养化现象。关键：削减水体和底泥的有机物、N、P的负荷对策：（1）消除点源：截污及雨污分流（2）控制面源：农业面源污染防治（3）直接工程技术：清淤、调水、生物修复技术生物修复技术：植物技术、微生物技术、综合处理技术等针对国情的对策及技术途径4.1生态恢复与植物修复恢复湖泊水生植物（1）概念植物的构成：沉水植物、浮叶植物、漂浮植物、挺水植物及湿生植物湖泊富营养化治理必须建好植物群落水生植物修复包括：人工强化自然修复与人工重建水生植被两条途径。目标：重新设计和建设全新的能够稳定生存的水生植被和以水生植被为核心的湖泊良性生态系统。（2）水生植被优化设计基础由湖盆形态、底质条件和水文条件决定的水生植被面积、类型和分布格局湿生植物：季节性显露的滩地挺水植物：注意上下限浮叶植物：《3m沉水植物：《10m强烈的风浪扰动决定水生植被的分布格局和面积水质和透明度决定分布深度和面积定期收割有助于植物旺盛生长人类的使用需求：按照生态功能划分调蓄型湖泊：沿岸带的护坡护岸功能－挺水植物和湿生植物。水源型湖泊：保护水质，沉水植物，注意收割和管理。运动娱乐型湖泊：沿岸带，注意湖面开敞，沉水植物太多不好观光游览型湖泊：注重景观性，各种均可水质保障的营养平衡和生态平衡原则（3）优化设计①先锋物种的选择：首先建立植物生态群落物种选择原则：适应性、本土性、强净化能力、可操作性选择植物种类：根据选择原则选择适当物种，最好能做一些围栏试验做一些尝试再推广应用优化设计②群落配置：通过人为设计，将欲恢复重建的水生植物群落根据环境条件和植物特征按一定比例在空间、时间分布方面进行安排布置。水平空间配置：生态型和经济型垂直空间配置：根据水深从湖岸－浅水区－深水区分别配置。湿生植物－挺水植物－浮叶植物，沉水植物（4）修复水生植物植被基本条件的创建①蓝藻水华的控制：全湖性控制和局部湖区控制②风浪的控制：消浪带的建立③沿岸带浅滩环境的创建：人工工程，退耕还湖④底泥的清除⑤水深的调控⑥水质改善：透明度、有机物浓度、pH（5）修复水生植物植被的技术途径挺水植物：直接种植和移栽浮叶植物：直接抛投沉水植物：低水位时候选择从水浅地带开始太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目（6）水生植被的收割利用收割的重要性：控制植物生长，避免消极影响手工收割机械收割：机拖收割、机械收割、先进专用收割设备二、其它植物技术简介小型水塘，种植植物或藻类，处理受污染水缺点：季节性、植物必须人工控制1、水生植物塘水葫芦塘或浮萍等使用人工浮床强化2、水生漂浮植物种植P1563、富营养化海域栽培大型海藻湖泊水库水环境修复技术控制营养物质来源控制藻类和植物水动力学和消除内源污染湖泊水库环境修复2一、控制营养物质来源点源污染控制：明确的、相对固定的污染来源，一般采取“末端处理技术”和执行严格的排放标准来进行控制；如污水处理厂站及环境管理；非点源（面源）控制：面源是湖泊水库污染物的重要来源。国外研究占全部污染50%以上，农村非点源问题尤其突出。如滇池，90%以上的入湖泥沙来自农村面源，其中N/P可能占总污染的40~80%。1、外源污染控制技术4阶段理论非点源负荷量及特征调查计算水体非点源允许入湖负荷量确定污染控制最佳方案涉及湖泊水库非点源污染控制的最佳总体方案非点源控制技术难以采取点源污染控制的集中处理方式根据湖泊水库流域不同生态位和污染物性质，设计各类污染控制工程、环境治理工程、水质净化工程和生态修复工程。总的来说分为工程技术和管理技术两大类分类措施简介工程技术工程修复，拦沙坝等技术结合草林复合系统，覆土植被针对山地水土流失及侵蚀区，通过土石工程结合生态工程，控制水土流失前置库和沉砂池工程技术应用于台地及入湖支流自然汇水区，沉降泥沙兼生物吸附降解污染物拦沙植物带技术和绿化技术生物拦截吸附净化，应用于堤岸保护、坡地农田防护等人工湿地、氧化塘等应用于污染农业区，处理农田废水和农村废水生物净化及农田工程技术适用于土地利用强度大，施肥量大的湖流农田区农田径流污染控制和农业生态工程技术将农业污染物输入生态循环中，从而减少污染物排放农村垃圾与固体废弃物处理技术适用于农村垃圾处理，地表径流污染物流失治理林、草、农、林网作技术应用于山地水土流失去，主要用于解决生态性质的立体条件截沙工程，截洪沟、土石工程、沟头防护等应用与强侵蚀地区污染控制和生态恢复分类措施简介管理技术退耕还林坡地坡度大于25度，应退耕还林还草，湖滨裸露耕地也应采取相同措施休耕或轮作通过农田耕作管理，减少农田污染径流的产生施肥管理通过建设优化配肥系统，加强对施肥方式管理，减少过度施肥农业面源的监测与监理设立农田土壤环境定位监测系统加强对农田径流水量水质等监测，及时提出应对措施，提高土壤肥力，减轻污染负荷土地科学利用根据流域土地利用现状及各类用地的需水情况，以水定地，控制用地发展，合理配置