CN103922478B - 一种水库深水水体富营养化治理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水库深水水体富营养化治理的方法，该方法以生态学理念作为治理的核心指导思想，构建或恢复更为复杂的水体生态系统结构，使水体生态系统恢复其自有功能。同时在了解水库特征的基础上结合适当物理措施，使之朝健康方向发展。该方法主要包括以下几方面：(1)流域内控制污染源；(2)水体流向合理设置；(3)浮床上种植水生高等植物或草本植物；(4)水中平台上种植沉水植物；(5)改变鱼类结构；(6)放养和挂养蚌类和螺类等底栖动物；(7)悬挂生物网膜，为微生物等提供附着基；(8)库尾较浅处修建人工湿地或种植挺水植物；(9)在消落带种植耐旱耐淹的草本植物。本发明治理过程中未对水体带来二次污染，尤其适用于水源地水体的富营养化治理。

Description

一种水库深水水体富营养化治理的方法

技术领域

本发明涉及一种水库水体富营养化治理技术，同时适用于其他深水淡水水体的富营养化治理。

背景技术

我国经济快速增长所带来的污染问题日益突出，尤其是地表水污染，河流、湖泊大多受到不同程度的污染。其中比较突出的是富营养化问题，太湖、滇池、巢湖等水体相继爆发蓝藻水华，影响了几百万人的供水，该类事件给我们敲响了警钟。随着河流、湖泊的污染加剧，水源地逐渐向水库转移，水库供水功能日益凸显。沿海地区的城市由于地形的局限少有自然湖泊，水库供水的地位更加突出。水库一般进行封闭式管理或位于比较偏远的地区，污染情况要好于湖泊、河流，但水库水质也面临着日益恶化的趋势。由于人们不合理的经济活动，如过度耕作施肥、烧山砍伐树木、网箱养殖等，给水库水体带来了大量的营养盐，导致藻类大量繁殖，水华爆发风险加剧。很多地区的水库已经发生了小规模的水华现象，给生产和生活带来了不便。和湖泊、河流等其他水体一样，在水库水体的各种污染问题中，富营养化是发生最普遍，危害最大的环境问题之一，水库水体的富营养化及污染控制已成为水资源保护的重要任务。目前我国对水库的治理主要局限于物理与生物的手段，如底泥清淤，改变调水来源、藻类机械收集、植物浮床技术等，直接将浅水湖泊的经验应用到水库中，取得的效果不甚理想。

对于水库这类深水水体，其物理环境与浅水水体有着本质的区别，我们应该在充分了解水库特性的基础上，再对其采用合理的治理方法，才会取得更好的效果。水库除水体较深外，其受人类活动的影响更大，水位波动剧烈，前后相差多的可达20m。水库由于较深，常常出现浅水湖泊中很少发生的水体热分层现象，水体热分层产生底部厌氧区，加速沉积物中的营养盐释放，带来一定的隐患。此外水库由于水位波动较大，沿岸带常裸露出来，我们称之为消落带。消落带由于缺乏植被的覆盖，当下雨形成地表径流汇入水库时，常常没有阻隔地将所有污染物全部带进水库，造成污染。只有充分认识水库的特征，采取合理的手段去治理，才能取得事半功倍的效果。

生态学作为一门研究生物与环境之间相互关系及其作用机理的科学，我们可从种群、群落、生态系统和人与环境的关系四个层面去运用生态学的规律。水库作为一个生态系统，营养盐增加导致的藻类大量繁殖会破坏整个生态系统的结构，使系统结构简单化，而一个系统的结构越简单，它维持稳定的能力越差，当受到冲击的时候它越容易崩溃。因此我们在水库治理过程中，以生态学为核心指导思想，将生态学的理论应用到实践中，再结合工程、物理化学等知识，去恢复水库生态系统复杂的结构，提高水库系统抗冲击的能力，并使该系统自我调整运行管理，取得较好的生态与经济效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种治理水库等深水水体富营养化的方法，通过水体生态系统复杂结构的恢复与完善，形成更为稳定的水生态系统，让系统自我调节与发展，自动维持生态系统的运行，提高抗外界污染的能力，并修复、遏制水体富营养化化的趋势。再结合物理的措施，使水体得到更好地治理。本发明的上述目的是通过以下过程实现的：⑴截污设施设置与污染源控制；⑵改变水库水体流向；⑶浮床技术的运用；⑷沉水植物的栽种；⑸食物链的调整优化；⑹放养底栖动物；⑺微生物网膜的安装；⑻库尾湿地构建；⑼消落带植物恢复。

该发明是一种深水水体富营养化修复的方法，适用于水库、深水湖泊，其核心是通过对水体氮、磷营养盐的吸收带出以达到控制藻类生长、净化水质的目的。我们将淡水生态学中经典的“上、下行效应”控制理论应用到水库治理中，“上行效应”通过对底泥环境的改善，控制底泥营养盐的释放，降低水体营养盐含量，从而达到控制藻类数量的目的。如对底泥营养盐含量高的区域，进行水下曝气处理，阻止沉积物中营养盐的释放，尤其是形成水分层的夏季。同时将水库取水管安放在水体底部，将底层营养盐高的水体排出，从而降低整个水体营养盐浓度，控制浮游植物的生长。“下行效应”则通过食物链的改变，增加以藻类为食的浮游动物或滤食性鱼类的数量，达到控制藻类的目的。通过清除大部分野杂鱼，放养肉食性鱼类和滤食性鱼类及少数杂食性鱼类，减轻浮游动物的捕食压力，从而增加对藻类的捕食压力，达到控制藻类数量的目的。同时我们将竞争、共生等生态学理论运用到该发明中，水生高等植物不但通过营养盐的吸收与藻类竞争，同时它们还能够分泌化感物质，抑制藻类的生长。底栖动物与沉水植物共同生活在一个环节中，底栖动物通过取食沉水植物表面的附着藻类，提高沉水植物的光合作用效率，沉水植物生长又为底栖动物提供食物、氧气等，两者共同协作互惠共利。具体的措施包括：种草植树，提高植被覆盖率；修建排污、雨水收集渠；浮床上种植水生高等植物或草本植物；通过平台在水中种植沉水植物；在水中挂养蚌、螺等底栖动物；在水中悬挂微生物网膜，为微生物提供附着基；在库尾较浅处修建以高等水生植物为主的表面流人工湿地；恢复水库消落带耐旱耐淹型草本植物群落。此外，通过改变水库水体流向、曝气等物理手段，增加水利滞留时间，水体含氧量等来改善水库环境更好地达到治理的效果。

本发明的优点及效果：本发明一次性投入后，经过适当的调整与维护，生态修复系统将自我维护运行，降低成本的同时不会带来其他污染物。水生植物生长能大量吸收水体中的营养盐，鱼类、底栖动物的生长也会固定一部分营养盐，通过对两者的收获，将水体的营养盐带出，不会产生任何污染物，生态环保，尤其适合以供水、灌溉为主要功能的水库治理。

具体实施方式

1、截污设施与污染源控制

如水库周边面源污染较严重，则需要对降雨形成的地表径流进行控制。修建集雨槽将径流收集处理后排入水库。同时做好水库周边植树种草工作，截留地表污染物。取缔水库周边的一切点源污染活动，如养殖场、网箱养殖等。

2、水体流向的改变

根据水库形状，运用防水布将水体流向改变，使来水从进水口到出水口滞留的时间变长，延长被水体生物处理的时间，达到更好治理效果的目的；或使局部死水区流动起来，防治藻类的聚集。防水布上端用浮体悬浮，下端埋入底泥中并固定，防止水体交换。

3、浮床技术的运用

水库水体较深，且水位变动较大，故不适合在库底种植高等水生植物。运用浮床技术可以很好解决该问题。浮床主体采用竹子或PVC管，并排用铁丝绑好后，水底用水泥墩固定后浮于水面，防止台风对其损坏。浮床与水泥墩连接的绳子可调节长短，以应对水库水位的变化。在浮床上种植生长迅速易活的陆生草本植物或挺水植物，如水生美人蕉、菖蒲、黑麦草、夏威夷草等，通过其生长吸收水体中的氮磷，下部用渔网将植物根系护住，以防鱼类的啃食，该渔网也可充当微生物附着基的作用。网眼不要太小，让浮游动物可以进入以躲避鱼类的牧食。水泥墩净重100斤/个，在每个浮床四角各一个，根据需要调节个数。浮床的规格大小为5m×10m。

4、沉水植物的栽种

在两浮床间的空隙段，设置沉水植物生长平台。将该平台悬挂于两浮床之间水体中，控制深度在适合沉水植物生长的范围内1-2m为宜，在平台上铺上沿岸黄土、小石子或细沙，厚约10cm，用以固定沉水植物根系，在平台的周围用渔网与水体隔开防止鱼类对植物的牧食。渔网孔眼可让浮游动物自由穿过，沉水植物为浮游动物提供了躲避捕食的场所。沉水植物主要是轮叶黑藻、苦草、穗花狐尾藻、菹草、伊乐藻等若干种的组合。在平台上直接铺好已制作好的沉水植物复合草皮，草皮长宽大小0.5m×1m。

5、底栖动物的放养

在水库库尾水浅区域，放养一定底栖动物。在水深处，则可通过浮床挂养的方式，在浮床四周吊养底栖动物。吊养必须要保证底栖动物足够的活动空间和食物来源。底栖动物主要包括螺、蚌、贝等。吊养装置底面积大小为0.5-1m²，装置底部为无空隙防水布，以截留沉积有机质为底栖动物提供一定食物来源，每个装置放养3-5只蚌，30-50只螺。

6、生物网膜的安装

在水面空旷区域，设置生物网膜，采用浮球使网膜上端悬浮于水面上与下端采用石龙使网膜垂直悬挂于水体，并用水泥墩固定于水中。为土著微生物和附着藻生长提供载体，促进其对水质的净化。同时，浮床下部防治鱼类啃食植物根部的渔网也可充当微生物附着基。生物网膜的规格10m×10m。水泥墩净重100斤/个，在每个生物网膜的两端各一个。

7、水体食物链的调整

将水中的野杂鱼尽量清除，采用渔网和电击的方式，然后放养肉食性鱼类，如鲈鱼、乌鳢、鳜鱼等；滤食性鱼类，如鲢鱼、鳙鱼；杂食性鱼类，如鲴鱼。肉食性及杂食性鱼类投放量占总鱼类生物量的1/3，鱼类规格5cm以上。鲢鱼和鳙鱼放养比例为9:1，占总鱼类生物量的2/3，放养规格在10cm以上，以提高成活率。控制水体总鱼类密度为0.01-0.05尾/m³。

8、库尾湿地的构建

在库尾水体较浅处和入库河流进水口处，构建表面流人工湿地生态系统，种植沉水植物、挺水植物、浮叶植物等。沉水植物种类和水体平台上种类一致，挺水植物主要指香蒲、菖蒲、芦苇、再力花等。浮叶植物主要指睡莲、芡实、菱等。

9、水库消落带的恢复

在水库消落带内种植对淹水和干旱极端环境适应较好的草本植物，利用植物对水体的净化及对地表污染物的截留功能。品种如狗牙根、虉草、牛鞭草、羊草等。适当维护，当干旱的时候适当浇水以提高成活率。

10、降低水体营养盐的其他措施

水库水体较深，容易发生底部厌氧层，导致底泥中的营养盐大量释放，首先通过疏浚将污染严重区域的底泥移除，其次在易形成厌氧层的区域进行人工曝氧，抑制营养盐的释放。此外，将水库取水口设置在较深部位，这样排水将带走营养盐含量较高的水体，也带着部分营养盐。通过营养盐的降低抑制藻类的生长。

11、工程维护

定期将水中漂浮的动植物残体、垃圾等清除。当水体平台中沉水植物过渡繁殖扩散时，适当对优势种进行刈割清除，以带走一定营养盐。在沉水植物衰亡之前将沉水植物打捞运走以防其腐烂对水体造成二次污染。定期将浮床上的挺水植物收割，以带走营养盐，在浮床上高等水生植物死亡的区域补种植物。定期将微生物附着基拿出水面冲洗干净，以提高附着微生物处理效率。当鱼类、蚌、螺类长到一定规格的时候，将其打捞出去，带走大量的营养物质，然后再放养相同比例小规格的鱼苗及蚌、螺。鱼类捕获最好在鱼类生长缓慢的冬季，且捕获较大的成鱼，因为这时鱼类固定营养盐的效率显著降低。

Claims (5)

1.一种水库深水水体富营养化治理的方法，其特征是构建和恢复较为完整的水体生态系统结构，提高水体生态系统自我净化及抗外界干扰的能力，且能够自我运行与调节，其主要内容如下：

(1)流域内控制污染源，提高植被覆盖率，取缔点源污染源；

(2)水库水体流向合理改变；

(3)浮床上种植水生高等植物或草本植物；

(4)水中平台上种植沉水植物；

(5)改变水体鱼类种类结构，以肉食性鱼类和滤食性鱼类为主；

采用渔网和电击的方式将水中的野杂鱼清除，然后放养肉食性鱼类、滤食性鱼类及杂食性鱼类；控制水体总鱼类密度为0.01-0.05尾/m3；

所述肉食性鱼类为鲈鱼、乌鳢、鳜鱼；

所述滤食性鱼类为鲢鱼、鳙鱼；

所述杂食性鱼类为鮕鱼；

所述肉食性及杂食性鱼类投放量占总鱼类生物量的1/3，鱼类规格5cm以上；鲢鱼和鳙鱼放养比例为9:1，占总鱼类生物量的2/3，放养规格在10cm以上；

(6)放养和挂养蚌类和螺类底栖动物；

(7)水中悬挂生物网膜，为微生物提供附着基；

(8)在库尾较浅处修建人工湿地；

(9)在消落带种植耐旱耐淹的草本植物。

2.根据权利要求1所述的一种水库深水水体富营养化治理的方法，其特征是所述的控制污染源是涵盖点源与面源的控制，面源主要通过种草植树造林，水库沿岸修建雨水收集渠；点源主要通过污水经处理后排放，取缔水体周边及水中一切养殖活动。

3.根据权利要求1所述的一种水库深水水体富营养化治理的方法，其特征在于所述的底栖动物主要为蚌、螺、虾；其中蚌为三角帆蚌、无齿蚌或褶纹冠蚌的一种或多种组合；螺为环棱螺；虾主要为斑节对虾和米虾。

4.根据权利要求1所述的一种水库深水水体富营养化治理的方法，其特征在于所述的人工湿地主要是种植高等水生植物美人蕉、再力花、菖蒲、梭鱼草的表面流湿地。

5.根据权利要求1所述的一种水库深水水体富营养化治理的方法，其特征在于所述的耐旱耐淹的草本植物指：香根草、狗牙根、虉草的组合。