CN103739077B - 一种多维生态系统修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多维生态系统修复方法，包括：多维生态水质治理步骤、内部污染控制步骤和外部污染控制步骤：多维生态修复水质治理步骤：主要指构建水体中多维生态系统；内源污染控制步骤：主要为湖体排除底泥营养盐释放带来的污染，对于严重污染的人工湖、原始湖体或河流，进行清淤和底泥修复改良；污染控制步骤：使进入湖体的外源水体主要为雨水和部分生活杂用水，确保入湖水体水质不会对湖体生态系统以及水质效果产生破坏性影响。本发明的有益效果是：从影响水体水质的内源污染和外源污染着手，纵观水源到水体水景功能完成的全过程，结合所有对水体水质维护的有利措施，全方位的保证水体水质效果，实现多维修复。

Description

一种多维生态系统修复方法
技术领域
本发明属于水生生态系统修复领域，尤其涉及一种对自然湖或人工湖生态自净的多维生态系统修复方法。
背景技术
我国湖泊的污染主要是由于工业废水与生活污水的点源污染、过度捕鱼等，对由于这些驱动力所导致的退化河流生态系统进行生态修复，最重要的是要减轻或解除导致河流生态系统退化的驱动力，让河流休养生息。此外，还可采取如下两种方法：一是减少河流人工直线化的程度，增加河流弯曲度，以增加河流生境的多样性，进而增加水生生物多样性；二是在河流两岸种植生物隔离带(种类和宽度应因地制宜)，一方面防治面源污染，另一方面为河流水生生物增加营养源。而目前的修复方法比较单一生态修复方式或注重末端治理。限制了修复方法的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种生态修复技术，该生态修复技术摒弃传统生态修复观念(单一生态修复方式或注重末端治理)，着手于可能带来水体污染的各个环节，综合多方面进行控制，各个击破，从而实现水体多维生态系统的构建，确保水体水质。
一种多维生态系统修复方法，包括：多维生态水质治理步骤、内部污染控制步骤和外部污染控制步骤：
多维生态修复水质治理步骤：主要指构建水体中多维生态系统，包括：立体水生植物群落构建：浅水型沉水植物、深水型潜水植物、挺水植物、浮叶植物；生物多样性群落构建：包括：鱼类、浮游动物、大型底栖动物；通过原生态修复和生物操纵技术，多层次的完善生态系统的构建，提高生态系统的稳定性；通过人工处理修复技术，确保水域水体水质恶化的应急处理和补水净化。
内源污染控制步骤：主要为湖体排除底泥营养盐释放带来的污染，对于严重污染的人工湖、原始湖体或河流，进行清淤和底泥修复改良。
外源污染控制步骤：使进入湖体的外源水体主要为雨水和部分生活杂用水，通过对水体入湖通道设置驳岸渗透缓冲系统以及生态滞留系统，确保入湖水体水质不会对湖体生态系统以及水质效果产生破坏性影响，包含驳岸生物滞流系统、BMP水质控制系统、LID雨水水质控制系统和外源水质控制系统。
驳岸生物滞留系统：湖体或河道驳岸设置雨水滞留功能区，净化入湖雨水，缓冲水体对驳岸的冲刷。
BMP水质控制系统：设置于湖体或河道的支流上，是一种支流水体的水质控制和调蓄洪水流量的高效管理措施，可有效减少支流水体的泥沙、N、P等污染物的含量，并有效削减支流水体暴雨时期洪峰。
LID雨水控制系统：利用改造过的土壤和植被，通过分散的、小规模的源头控制机制，和设计技术来达到对暴雨所产生的径流和面源污染进行控制。LID可以减少暴雨径流30-99％并延迟暴雨径流的峰值5-20min，从而减轻市政排水压力，可以有效去除雨水径流中的N、P、油脂、重金属等污染物含量。LID技术主要包含绿色屋顶、可渗透路面、雨水花园、生态滞留草沟、生态暗沟、雨水花园、自然排水系统等设施。其设置根据项目实际情况和水文布局进行控制。
外源水质控制系统：对于湖体和河道的补水，入湖前进行水质控制(人工干预或生态净化)，严格限制生态环境容量以外的污染水体入湖。
本发明采用以上技术方案，其优点在于，该生态修复技术摒弃传统生态修复观念(单一生态修复方式或注重末端治理)，着手于可能带来水体污染的各个环节，综合多方面进行控制，各个击破，从而实现水体多维生态系统的构建，确保水体水质。
优选的，沉水植物及其种植密度为：苦草50株/m2，金鱼藻15株/m2，轮叶黑藻30丛/m2，伊乐藻20株/m2，竹叶眼子菜25丛/m2，穗状狐尾藻25丛/m2。
优选的，浮叶植物及其种植密度为：睡莲1－2头/m2，荇菜20－30株/m2，芡实1株/4－6m2，萍蓬草1－2头/m2，水皮莲20－25株/m2，莼菜10－16株/m2，菱3－5株/m2.
优选的，浮水植物及其种植密度为：水鳖：60－80株/m2，大漂30－40株/m2，凤眼莲30－40株/m2，槐叶萍100－150株/m2，
优选的，挺水植物及其种植密度为：菖蒲25株/m2，海寿花9丛/m2，旱伞草2株/m2，花叶芦竹9丛/m2，芦苇16株/m2，千屈菜16株/m2，千屈菜25丛/m2，水芋9丛/m2，荷花6株/m2，睡莲4丛/m2，再力花2丛/m2，慈姑10株/m2，水葱12丛/m2，泽泻20株/m2，紫杆芋9丛/m2。
优选的，鱼类及其规格为：鲢鱼20尾/亩，鳙鱼2尾/亩，鲴鱼4尾/亩，鳜鱼4尾/亩，乌鳢7尾/亩，鲈鱼5尾/亩，鲶鱼8尾/亩。
优选的，底栖动物及其规格为：螺2kg/亩，蚌3kg/亩，虾0.5kg/亩。
优选的，浮游动物及其规格为：水蚤0.5kg/亩。
优选的，本方案还包括：长效维护步骤：维护生态系统的长效稳定，并及时实施动态跟踪，对于特殊生态物种。
本发明的有益效果是：多维生态修复技术从影响水体水质的内源污染和外源污染着手，纵观水源到水体水景功能完成的全过程，结合所有对水体水质维护的有利措施，全方位的保证水体水质效果，实现多维修复。
1.源头水质控制——入湖/河驳岸滞留净化控制——水系生态系统自净，实现生态净化能力的最大化。
2.对于严重污染的人工湖、原始湖体或河流，进行清淤和底泥修复改良，营造湖体底部环境，排除底泥营养释放带来的污染。
3.采用人工处理修复技术，确保水体水质恶化的应急处理和补水净化。
4.构建水体中多维生态系统(植物、动物、底栖动物)，并通过生物操纵技术，多层次的完善生态系统的构建，提高生态系统的稳定性。
5.建立系统长效维护机制，不仅注重建设期的构建，也加强后期的运营管理。
附图说明
图1是本发明生态系统一种实施例的结构示意图。
图2是本发明生态自净模式图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明：
如图1，选用某景观自然湖作为实验湖泊，本发明对该湖泊的改善采取以下具体实施步骤：
1、原生态修复技术：利用原生态的植物系统以及底泥生态系统修复湖泊水生态。
2.内源污染控制：主要为湖体排除底泥营养盐释放带来的污染，对于严重污染的人工湖、原始湖体或河流，进行清淤和底泥修复改良。
3.外源污染控制包括：驳岸生物滞流系统、BMP实质控制系统、LID雨水水质控制系统，为的是确保入湖水体水质不会对湖体生态系统以及水质效果产生破坏性影响，进而为实现生态净化能力的最大化提供有利条件。
4.人工水处理修复方法：通过对自然湖或人工湖进行人为干预，采用物理的、化学的或者物化的手段，对水进行的沉降、过滤、混凝、絮凝等水质调理的过程，去除水中污染物或有害物质，进而促进水体生态自净功能以及维护水体水质。
5.生物操纵技术：通过对水生生物群及其栖息地的一系列调节，以增强其中的某些相互作用，促使浮游植物生物量下降。生物操纵的对象主要集中于鱼类，特别是浮游生物食性的鱼类。通过去除食浮游生物者或添加食鱼动物降低浮游生物食性鱼的数量，使浮游动物的生物量增加和体型增大，从而提高浮游动物对浮游植物的摄食效率，降低浮游植物的数量，进而维护湖体生态效益。
6.长效维护及其他应用：维护生态系统的长效稳定，并及时实施动态跟踪，对于特殊生态物种，强化其科研及生态效应功能。
根据发明人常年来的经验数据分析，常见的水生植物的种植密度和鱼类和底栖动物类的规格如表1-8所示：
表1沉水植物
序号 名称 种植密度(株，丛/m2) 规格
1 苦草 50株 ——
2 金鱼藻 15株 ——
3 轮叶黑藻 30丛 10－15芽/丛
4 伊乐藻 20株 10-15芽/丛
5 竹叶眼子菜 25丛 3－4芽/丛
6 穗状狐尾藻 25丛 5－6芽/丛
表2浮叶植物
表3浮水植物
序号 名称 种植密度
1 水鳖 60－80株/m2
2 大漂 30－40株/m2
3 凤眼莲 30－40株/m2
4 槐叶萍 100－150株/m2
表4挺水植物
序号 名称 种植密度(株，丛) 规格
1 菖蒲 25株/m2 2－3芽/丛
2 海寿花 9丛/m2 3－4芽/丛
3 旱伞草 2株/m2 ——
4 花叶芦竹 9丛/m2 4－5芽/丛
5 芦苇 16株/m2 ——
6 千屈菜 25丛/m2 ——
7 水芋 9丛/m2 ——
8 荷花 6株/m2 ——
9 睡莲 4丛/m2 ——
10 再力花 2丛/m2 10芽/丛
11 慈姑 10株/m2 ——
12 水葱 12丛/m2 15－20芽/丛
13 泽泻 20株/m2 ——
14 紫杆芋 9丛/m2 3－5芽/丛
表5鱼类
序号 名称 放养密度
1 鲢鱼 20尾/亩
2 鳙鱼 2尾/亩
3 鲴鱼 4尾/亩
4 鳜鱼 4尾/亩
5 乌鳢 7尾/亩
6 鲈鱼 5尾/亩
7 鲶鱼 8尾/亩
表6底栖动物类
序号 名称 放养密度
1 螺 2kg/亩
2 蚌 3kg/亩
3 虾 0.5kg/亩
表7浮游动物类
序号 名称 放养密度
1 水蚤 0.5kg/亩
1、实行多维生态系统修复可达到的水体水质，通过对多维生态系统修复技术，湖体水质能得到全方面的保证：
定性分析，景观水处理处理设备出水水质应达《地表水环境质量标准GB3838-2002》中Ⅲ类水标准如表8所示：
表8
实施例2
选择南方某城市湖泊作为实验景观湖，湖泊面积约为2万立方，湖体平均深度1.0m。
湖体原规划为所在地块片区的中心景观湖，但城市的高速建设环境下，对湖体的不当使用，市政污水管网和雨水管网的泄漏与水体汇集，导致现状湖体水体浑浊，能见度低，大部分区域水体呈黑色，有机物污染严重，并存在非常严重的富营养化问题。
湖体常规水源主要为周边住宅区和公共绿化带雨水，另有一条山体(面积较小)雨水汇水支渠入湖；干旱气候年，湖体补水引自贯穿该城市的某大型水系，水系水质较差，不能直接补入湖体。
为改善该湖泊采用如下实施步骤：
1、内源污染控制
对湖体底泥进行取样检测，特别为N、P富营养盐浓度以及有机物含量，综合分析后，在冬季枯水期，将湖体整体放空，投加修复酶，进行底泥修复。经过底泥修复过程，湖体底泥中富N营养盐含量降低2/3,富P营养盐含量降低1/2,有机物含量降低1/2。整个湖体底泥修复过程耗时3-4个月。
2、外部污染控源
湖体常规水源主要为周边地块雨水、山体雨水、外水系补水，非常规来水有市政漫流污水和雨水。
对于非常规市政漫流污水和雨水，通过城区建设的配合，杜绝该部分水体的汇入。
对于周边地块雨水，住宅区和远湖区绿化带采用LID雨水水质控制系统(雨水花园、生态屋顶、雨水暗沟、自然排水系统等)控制入湖雨水水质；近湖区雨水采用驳岸生物滞流系统对污染物含量较高的初期雨水进行滞留净化，从而有效削减入湖污染物含量；进而综合控制周边地块入湖雨水水质达到地表Ⅲ—Ⅳ类水水质。
对于山体雨水，采用BMP水质控制系统，减少雨水对山体的冲刷，利用BMP控制单元分级对水体进行滞留、过滤、净化，从而保证山体雨水的各项水质指标均符合景观湖体常规水质要求，即地表Ⅲ类水水质。
对于外水系补水，采用水处理设备净化，达到景观湖补水水质标准(地表Ⅲ—Ⅳ类水)后补入湖体。
在对外源污染物的综合控制下，确保入湖水体水质不会对湖体生态系统以及水质效果产生破坏性影响，进而为实现生态自净能力的最大化提供有利条件。
整个污染控源工程中对周边地块雨水控制结合城市改造同步进行，而对山体雨水和外水系补水的控制措施可以与湖体内源污染控制同步进行。
3、湖体人工处理技术
采用“气浮+生化”水处理工艺，其主要通过气浮去除了绝大部分的藻类和悬浮物，处理后的水澄清透明；同时，还对水体大量充氧，增强了水体的自净能力；生化选用独特生物填料，进一步去除水中残存的有机物。常规景观水净化周期为4-6天，故选用处理量为150m3/d的水处理净化设备，实现污染水体的净化维护。
在湖体初期充水，湖体生态系统建设期间，湖体后期水体异常、水质恶化时的应急处理等水质变坏和生态系统维稳能力较弱条件下，以及湖体补水净化时均启用水处理设备，实现水质维护。
4、多维生态修复系统的构建和生物操控
在景观湖水体水质适度改善后(使用景观水处理设备进行水质改善)，开始沉水植物的种植，采用锚叉式/抛球式/沉袋式种植方式，分阶段分区种植深水型沉水植物(伊乐藻、金鱼藻、轮叶黑藻)，种植深度范围为0.5m—1.5m，其中伊乐藻种植密度为20株/m2，金鱼藻种植密度为15株/m2、轮叶黑藻种植密度为30丛/m2,；在三种深水型沉水植物生长较稳定的条件下，继续种植苦草(浅水型沉水植物)，种植深度范围为0.0m—0.5m，其种植密度为50株/m2。
根据景观需要在一定范围固定区域内点缀芡实、睡莲等浮叶植物，并在岸边适量种植芦苇、再力花、水菖蒲等挺水植被。
整个种植时期耗时约为半年。
在苦草生长良好的情况下，投放鱼类、蚌、螺、虾等水生动物，放养密度为：鲢鱼20尾/亩，鳙鱼2尾/亩，鲴鱼4尾/亩，鳜鱼4尾/亩，乌鳢7尾/亩，螺2kg/亩，蚌3kg/亩，虾0.5kg/亩。
在后期湖体生态系统良好的条件下，运行生物操控技术：
通过添加食鱼动物数量，降低浮游生物食性鱼的数量，使浮游动物的生物量增加和体型增大，从而提高浮游动物对浮游植物的摄食效率，降低浮游植物的数量，合理控制敞水水域面积，增进水底生态系统的生态效应，促进沉水植被水质净化，进而维护整个湖体生态效益。
5、长效维护应用
定期进行雨水水源、补水及景观湖水的水质监测，对整个生态系统进行动态跟踪和记录，维护生态系统的长效稳定。
本发明实施后，景观湖体水质常年维持在地表Ⅲ类水，强降雨时期雨水汇入湖体以及补水补入湖体后，1—3个工作日内水体迅速恢复透明度至2.0m左右，水体中TN、TP以及有机物含量均控制在水质要求范围内，水体感官良好；生态系统得以优化，浮游动物种类增加，苦草常年生长，系统稳定。
定量分析，实施例1和2的具体指标如下表9所示：
表9
本生态系统修复模式基于自然湖或大型可生态构建人工湖，利用生态系统自净能力和生态平衡机制，从内源和外源污染来分别控制湖体的污染因子，通过对生态系不断的建设和完善，最终达到生态系统的长效维护和功能实现。
污染物进入水体后其中的有机物被细菌分解成无机物，无机物(包括N、P等营养物质)又被水生植物通过光合作用转化成植物细胞；水生植物又可成为鱼虾贝等浮游动物的食物；浮游动物又被一部分鱼类捕食；鱼、虾的排泄物及死亡的水生生物的尸体又可被细菌分解成无机物，然后再继续循环下去，构成一条食物链。湖水经过生态系统营养成份的循环后得到净化，称为水体的“生物自净”，如图2所示。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种多维生态系统修复方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
1）内源污染控制
对湖体底泥进行取样检测，综合分析后，在冬季枯水期，将湖体整体放空，投加修复酶，进行底泥修复；经过底泥修复过程，湖体底泥中富N营养盐含量降低2/3，富P营养盐含量降低1/2，有机物含量降低1/2；整个湖体底泥修复过程耗时3-4个月；
2）外部污染控源
湖体常规水源主要为周边地块雨水、山体雨水、外水系补水，非常规来水有市政漫流污水和雨水；
对于非常规市政漫流污水和雨水，通过城区建设的配合，杜绝该部分水体的汇入；对于周边地块雨水，住宅区和远湖区绿化带采用LID雨水水质控制系统控制入湖雨水水质；近湖区雨水采用驳岸生物滞流系统对污染物含量较高的初期雨水进行滞留净化，从而有效削减入湖污染物含量；进而综合控制周边地块入湖雨水水质达到地表Ⅲ—Ⅳ类水水质；
对于山体雨水，采用BMP水质控制系统，减少雨水对山体的冲刷，利用BMP控制单元分级对水体进行滞留、过滤、净化，从而保证山体雨水的各项水质指标均符合景观湖体常规水质要求，即地表Ⅲ类水水质；对于外水系补水，采用水处理设备净化，达到景观湖补水水质标准后补入湖体；
在对外源污染物的综合控制下，确保入湖水体水质不会对湖体生态系统以及水质效果产生破坏性影响，进而为实现生态自净能力的最大化提供有利条件；整个污染控源工程中对周边地块雨水控制结合城市改造同步进行，而对山体雨水和外水系补水的控制措施与湖体内源污染控制同步进行；
3）湖体人工处理技术
采用“气浮+生化”水处理工艺，主要通过气浮去除了绝大部分的藻类和悬浮物，处理后的水澄清透明；同时，还对水体大量充氧，增强了水体的自净能力；生化选用独特生物填料，进一步去除水中残存的有机物；常规景观水净化周期为4-6天，故选用处理量为150m3/d的水处理净化设备，实现污染水体的净化维护；在湖体初期充水，湖体生态系统建设期间，湖体后期水体异常、水质恶化时的应急处理水质变坏和生态系统维稳能力较弱条件下，以及湖体补水净化时均启用水处理设备，实现水质维护；
4）多维生态修复系统的构建和生物操控
在景观湖水体水质适度改善后，开始沉水植物的种植，采用锚叉式/抛球式/沉袋式种植方式，分阶段分区种植深水型沉水植物，种植深度范围为0.5m-1.5m，其中伊乐藻种植密度为20株/m2，金鱼藻种植密度为15株/m2、轮叶黑藻种植密度为30丛/m2；在三种深水型沉水植物生长较稳定的条件下，继续种植苦草，种植深度范围为0.0m-0.5m，其种植密度为50株/m2；在苦草生长良好的情况下，投放鱼类、蚌、螺、虾，放养密度为：鲢鱼20尾/亩，鳙鱼2尾/亩，鲴鱼4尾/亩，鳜鱼4尾/亩，乌鳢7尾/亩，螺2kg/亩，蚌3kg/亩，虾0.5kg/亩；
5）长效维护应用
定期进行雨水水源、补水及景观湖水的水质监测，对整个生态系统进行动态跟踪和记录，维护生态系统的长效稳定。
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