CN105152346B - 应用于大型深水湖泊水生态系统修复的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于大型深水湖泊水生态系统修复的方法，包括基础条件改善、湖库围网隔断分区技术、过渡带防冲刷技术系统、进水前置库预处理系统、生态植物浮岛建设、可种植区沉水植物及浮叶植被种植、深水区沉水植被蔓延种植、食物网链构建修复管理技术系统、沉积物‑水界面营养盐控制系统系统、微生物膜加强系统、物种多样性生境系统、河湖水生态系统保护技术。通过本发明，有效降低了水体污染负荷，提升了水体自净能力，使得水体呈现水质清澈，无异色，无异味，从而适合人类接触。

Description

应用于大型深水湖泊水生态系统修复的方法

技术领域

本发明属于水环境污染治理技术领域，具体涉及一种已有湖泊水生态系统的修复。

背景技术

伴随工业的发展，人民生活水平的不断提高，全球环境也在持续的恶化中，水体污染控制与改善生态环境进入一个相对的瓶颈期；开展针对水循环系统脆弱、水环境质量下降、水功能退化等问题，开展城镇污水收集与处理、地表径流污染控制、城市水功能恢复、水体生态景观建设等方面的研究。针对城市河流、供水水库、自然湖泊、构造湿地、人工景观水体研究开发了一系列先进的水污染控制、生态系统构建与恢复及水景优化技术，应用于众多工程实践中，并已经取得了令人赞叹的成功。

作为与我们每个人的生活都息息相关的生命源泉-水，不论是在饮用上还是感官上都已经不允许我们忽视，水质已经成为我们迫切要解决的重大问题。要通过我们每个人的努力，使现代城市中的景观水体，不仅具有赏心悦目修身怡情之能，更要有改善局部区域生态环境之效。

目前在已有大型深水湖泊大多作为饮用水备用水源地，但曾经兼顾水产养殖产业，水质恶化严重，现在国家政策明令禁止在大型湖泊水库进行围网养殖，但大型湖泊水库的治理技术中，还只停留在生物浮床技术抑制湖泊富营养化水平恶化，但因为所需浮床面积过大且成本极高、维护难，也不能从根本上改变富营养化水平发展趋势。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种应用于大型深水湖泊水生态系统修复的方法，用于彻底解决水体向富营养化发展的问题。

考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：

一种应用于大型深水湖泊水生态系统修复的方法，它包括：

水质改善：

改善水体光补偿的条件，使水达到一定透明度，以保证沉水植物得到良好的光照，满足其光合作用，促其良好生长；

湖库围网隔断分区，通过围网将其分为生态系统不易修复区域和生态系统易修复区域，限制生态系统不易修复区域和生态系统易修复区域的水体交换以及隔断鱼类的迁移，分区完成后再分别对其进行整体修复；

生态系统不易修复区域：水深3米/4米及以上区域，以食物网重建为主，沉水植被恢复、生物浮床、浮游植物消杀及悬浮物沉降为辅，改善水色及透明度，为沉水植被缓慢恢复创造条件；

生态系统易修复区域：水深小于3米/4米区域，以沉水植被恢复和食物网重建共同为主，以浮游植物消杀及悬浮物沉降为辅。

进一步：

根据本发明的一个实施方案，水深小于3米区域种植沉水植物和浮叶植被。

根据本发明的另一个实施方案，它还包括：

水位保持：

设置或恢复湖泊进水口与泄洪口，以按照规划设计的最高水位、常水位及最低水位的要求控制水位变化；通过设置最高水位保障湖体安全，通过设置最低水位防止沉水植物过多、过久脱离水体以致脱水死亡；

底泥改善：

改善底泥氧化还原条件，消杀底泥有害生物，以及细化底泥粒径，用于为沉水植物的种植、成活、发展提供良好的基础条件。

根据本发明的另一个实施方案，它还包括：

在水陆界面进行过渡带防冲刷处理，用于防止风或水动力设备引起水浪拍打水岸，导致边坡不稳定，水土流失，浑浊水污染水体。

根据本发明的另一个实施方案，它还包括：

进水前置库预处理，主要应用于湖泊集中式进水处，利用块石或人造景观对进水管道进行遮挡，以及用高等水生植物为主、碎石铺装的表面流湿地对进水预处理。

根据本发明的另一个实施方案，它还包括：

食物网链重建，在原湖体中存在水体浑浊、透明度低、以及对沉水植物牧食破坏的鱼类的情况下，首先对原鱼类采取漂白粉配合赶网方式清理，然后按照一定比例补放花白鲢、鲶鱼、乌鳢、鲈鱼、黄颡鱼、黄尾密鲴、青鱼等鱼类，构建合理的鱼类系统。

根据本发明的另一个实施方案，它还包括：

沉积物-水界面营养盐控制系统的构建，依靠沉水植物系统对水底的覆盖防再悬浮及对沉积物-水界面营养盐的吸收。

根据本发明的另一个实施方案，它还包括：

构建物种多样性生境系统，用树桩或块石等构建多孔性生境，为鱼类系统提供冬眠、繁殖、躲避场所，设立滩涂为两栖动物及鸟类提供捕食、休憩、繁殖场所，为微生物及着生生物提供栖息地。

根据本发明的另一个实施方案，它还包括：

构建微生物膜加强系统，在水体内水生态系统修复前期，通过设置生物填料自然培养生物膜，在对于水生态系统修复前期、水体受到搅动后、水质不稳定、光补偿条件差、易发生水华的情况下，通过培养的生物膜强化对悬浮物的沉降以及对营养盐的吸收。

根据本发明的另一个实施方案，它还包括：

生态植物浮岛建设，通过在湖泊中间和岸边设置生态浮岛，利用植物生长基块、固定装置、挺水及浮水植物吸收水体营养盐含量，提升悬浮质沉降速率。与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：

本发明的一种应用于大型深水湖泊水生态系统修复的方法，通过结合物理、化学、生物的方式为恢复水生态系统建立条件，配合暖冷性植物对水中的氮磷污染物进行有效降解、吸收，从而有效降低水体污染负荷，使得水体得到净化，使水生态系统稳定，本发明可应用于大型深水湖泊的生态治理。

附图说明

为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。

图1示出了根据本发明一个实施例的湖泊水生态系统示意图。

图2示出了根据本发明一个实施例的湖泊隔断示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

在湖泊生态系统遭到破坏或新建时生态系统本就不健全的情况下，外源污染没有得到有效控制，护体营养盐没有得到移除并不断积累，基础条件不适合水生植物的生存，导致水质恶化，有异色异味，透明度低，富营养水平持续上升，食物网结构不合理，对区域环境造成不良影响，如：太湖、滇池等。本发明对水生态系统修复，健全水生态系统结构，恢复沉水植被系统，构建以肉食性与滤食性鱼类为主、杂食性鱼类为辅，大型鱼类为主、小型鱼类为辅的食物网结构，建立良好的水生动植物、微生物生存环境，控制湖泊富营养化水平持续恶化的趋势，提升水体透明度及感官效果，将劣五类水质改善到三类水质。

如图1所示，一种应用于大型深水湖泊水生态系统修复的方法，包括基础条件改善(水位保持、水质改善及底泥改善)、丝状藻(水绵)预防技术、过渡带防冲刷技术系统、进水前置库预处理系统、浅水区沉水及浮叶植被种植、深水区沉水植被种植、食物网链重建、沉积物-水界面生物系统、微生物膜加强系统、物种多样性生境系统、生态水质净化系统长效管理。最终达到提升水体自净能力，使水体呈现水质清澈，无异色，无异味，适合人类接触，本发明适合四季运行，并且可广泛适用于已发生水质恶化的老旧湖泊。

所述基础条件改善之水位保持为设置或恢复湖泊进水口及泄洪口，以按照规划设计的最高水位、常水位及最低水位要求控制水位变化，最高水位主要为湖体安全考虑，最低水位主要为防止沉水植物过多、过久脱离水体以致脱水死亡。

所述基础条件改善之水质改善，通过改善水体光补偿条件，使水体具有一定透明度，以保证沉水植物得到良好的光照，满足其光合作用，促其良好生长。其水体光补偿条件改善的方法具体可以采取单独或配合使用絮凝剂、氧化剂。无机絮凝剂有硫酸亚铁、氯化亚铁、明矾、聚合氯化铝、碱式氯化铝、硫酸铝、氯化钙等；有机絮凝无主要是高分子絮凝剂，一般可以是聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺聚苯乙烯磺酸盐、聚氧化乙烯等。氧化剂主要采用生石灰或二氧化氯。如果水体中含有大量的蓝绿藻等藻类，需使用氧化剂进行杀菌杀藻，待藻类出现明显被杀死的情况后再使用絮凝剂。使用絮凝剂24-48小时后，透明度就会达到1米以上。

通过水体光补偿条件改善技术以保证沉水植物得到良好的光照，满足其光合作用，促其良好生长。通过物理或化学或微生物方法，应急改善水质条件，使水体中溶解氧>5mg/L，透明度达到水深的30％-50％以满足沉水植物的光补偿条件，PH值6.5-8.5之间，水底氧化还原电位>270，叶绿素a含量<20mg/L。

所述基础条件改善之底泥改善，通过改善底泥氧化还原条件、消杀底泥有害生物、细化底泥粒径为沉水植物的种植、成活、发展提供良好的基础条件。

改善底泥氧化还原条件：湖底经过多年的沉积作用，泥质松软，尤其是深水区含氧量低，有机质腐烂FS等至黑物质物质增多，H₂S与NH₄气的释放产生臭味。每平方米黑泥投加20g硝化氧化剂，7d内抑制臭气产生，并将黑泥氧化变色至灰色。

消杀底泥有害生物可分为两个部分，一个是对土壤中病虫害的消杀，另一个是对病原体的消杀。对土壤中病虫害的消杀的具体操作是：利用光诱捕进行扑杀，必要时利用针对性的生物制剂灭杀。病虫害防治主要使用杀软灵，其由氯硝柳胺等配制而成，湖底成形后，根据素土铺设情况，按照设计要求选择性实施基底虫害防治工程，浅穴埋入生物性外激素制剂，用量4g/㎡(可根据现场土壤情况做适当调整)。对土壤中病原体的消杀的具体操作是：用针对性的消杀剂进行强烈消毒灭菌，高等水生植物成活率高于90％。土壤灭菌杀菌灵药剂主要由次氯酸钠、50％二氧化氯等氧化剂配制而成，施用技术要求为：蓄水前，用清水溶解后均匀泼洒，用量10g/㎡(可根据现场土壤情况做适当调整)。操作过程中可将湖底分段施工，防止因泼洒不均匀导致遗漏等问题。

因沉水植物本身较为脆弱，扦插法种植时需要精细掌握力度，否则植株容易折断，影响气成活，故建设前需对底泥细化处理，清除影响种植的较大石块、树木根系等杂质，形成纯度达90％的松素土，粒径小于5cm。

以及在水陆界面进行过渡带防冲刷处理，用于防止风或水动力设备引起水浪拍打水岸，导致边坡不稳定，水土流失严重，浑浊水污染水体。

生态植物浮岛建设，通过在设置生态浮岛，利用植物生长基块、固定装置、挺水及浮水植物吸收水体营养盐含量，提升悬浮质沉降速率，提升水面景观及水质效果，浮床可以采取两种方式，一种为六角塑料模块直接拼装为各种形状，种植矮植株挺水植物美人蕉、旱伞草等植株小于1米的品种。另一种外部六角塑料模块直接拼装为各种形状，种植矮植株挺水植物美人蕉、旱伞草等植株小于1米的品种。内部为DN50PVC排水管支架，内挂聚乙烯网片，种植浮水植物如粉绿狐尾藻等。生态植物浮岛主要应用在围隔区域外，根据其净化效率，浮岛面积与水面面积比为1：15。

以及包括湖库围网隔断分区，分区完成后以分别进行如下整体修复,具体包括：

生态系统不易修复区域：鉴于大型深水湖泊水深大于4米的区域(水深甚至有8米、十几米甚至更深)所占湖泊水域面积的40％以上，且岸坡较陡，以至于无法满足水生态修复技术满足沉水植被恢复要求的3米区域占总水域面积的60-70％的要求。故系统修复应以食物网重建为主，以沉水植被恢复、生物浮床、浮游植物消杀及悬浮物沉降为辅，改善水色及透明度，为沉水植被缓慢恢复创造条件。修复所需时间较长，至少需要2个生物周年。

生态系统易修复区域：水深适合沉水植被恢复区域相对较大(水深小于3米，占总水面60-70％)，故系统修复应以沉水植被恢复及食物网重建为主，以浮游植物消杀及悬浮物沉降为辅，构建“水下森林”的清水态湖泊。

采用特定功能的围网隔断技术进行分区，充分隔绝已修复区域和不易修复区域的水体交换及鱼类的迁移。

其具体隔断方式可采用一种应用于湖库分区生态系统修复的围网隔断装置，主要目的是降低甚至隔断两区域水体交换，降低外部水影响内部效果，阻隔内外鱼类任意迁移打乱水生态修复进展。

以及可利用“L”型围网隔断将水深小于3或4米的区域内外隔开。

所述进水前置库预处理系统，碎石或石灰石、沸石等，粒径为3-5cm，铺装深度为5-10cm，挺水植物采取相应密度进行种植。进水口处设置拦网拦截漂浮物及有害生物(如螺蛳等)，前置库内可以设置微生物附着基或聚乙烯网片(孔径为1-2cm)，辅助过滤处理，提高水力停留时间至4个小时以上，水流速0.05m/s以下，使进水悬浮物得到很好的沉淀，对大型漂浮物进行拦截，对氮磷等营养物质进行部分吸收，最终达到降低主湖区污染负荷压力。

所述可种植区沉水植物及浮叶植被种植主要针对围网隔断内执行，首先对进场沉水植物进行梳理，苦草植株体长度20-45公分，黑藻、金鱼藻、伊乐藻、微齿眼子菜等矮植株植株体长度40-100公分，采用泡沫箱装载已梳理整齐的沉水植物，实施工人每次取4-5株，手持根部扦插于底泥中，采用拉线方式放线以矫正种植点位整齐美观。

所述深水区沉水植被蔓延种植首先对进场沉水植物进行梳理，黑藻、金鱼藻、伊乐藻、等矮植株植株体长度50-100公分，马来眼子菜、狐尾藻、菹草、篦齿眼子菜等高植株植株体长度80-150公分，采用泡沫箱装载已梳理整齐的沉水植物，实施工人每次取4-5株，需使用船舶、竹竿进行扦插，或多孔网包泥抛投。

所述食物网链重建应用于原湖体中存在鱼类，甚至存在一定数量的鲫鱼、鲤鱼、鲹条、草鱼等鱼类，其对于水生态系统修复造成一定的隐患，隐患主要来自于鱼类搅动至水体浑浊，透明度见底，以及草食性鱼类对沉水植物的牧食破坏。首先需对原鱼类采取漂白粉配合赶网方式清理(应先对湖库鱼类系统进行调查，摸清鱼类的品种、大小、数量结构，采取抬网、渔簖、刺网、拖网等方式对原有鱼类进行捕获，捕获频次至少3次，捕获比例至少达到70％，着重捕获鲫鱼、鲤鱼、草鱼)，对所捕获的鱼类上市销售，按照一定密度补放花鲢(4尾/亩，100-200g/尾)白鲢(20尾/亩，100-200g/尾)、鲶鱼(2尾/亩，200-300g/尾)、乌鳢/鲈鱼/鳜鱼/翘嘴红鲌(30尾/亩，200-300g/尾)、黄颡鱼(10尾/亩，30-50g/尾)、黄尾密鲴(3尾/亩，100-200g/尾)、青鱼(1尾/亩，100-200g/尾)等鱼类，构建合理的鱼类系统。

所述沉积物-水界面营养盐控制系统系统应用于水底，主要依靠沉水植物系统对水底的覆盖防再悬浮及对沉积物-水界面营养盐的吸收，另外对水体中大型底栖动物系统构建。通过放养的梨形环棱螺、铜锈环棱螺、无齿蚌、三角帆蚌、青虾的行为稳定沉积物-水界面平衡，螺类的牧食活动有效地去除了植物表面的附生生物覆盖层，降低了植物的光照限制及其与附生藻类的营养盐竞争等有害影响，促进了水生植物的生长；蚌类滤食作用可以加快营养循环、促进悬浮物絮凝沉降、有效减少浮游藻类等悬浮物质、提高水体透明度。螺类放养密度为30g/m²，规格为1-2龄，蚌类放养密度50g/m²，规格为1-2龄。

所述微生物膜加强系统主要为利用多种微生物填料，向原水体中有益微生物及着生生物提供生境，参与水生态系统健康运行，为鱼类提供饵料，控制浮游植物量。关键作用是通过人为阶级固定能够充分保护水底沉水植物不被水流冲走。可采用1-3m长，直径1-15cm的生物填料，5株一丛，每平方米1-2丛，下端坠重物于泥面上，顶端系泡沫，将填料株体拉直。

综上所述，本发明首先对基础条件进行改善(水位保持、水质改善及底泥改善)，利用“L”复合围隔对湖库分区，同步做好过渡带防冲刷系统、进水前置库预处理系统，对于围隔外依照项目特点主要采取改善水色及透明度，有害生物清除及鱼类系统重建、微生物填料净化为主的生态措施，待外部水质恢复至Ⅳ类水、食物网链系统健康后，撤除隔断完成整体修复。

结合基础条件改善(水位保持、水质改善及底泥改善)、生态植物浮岛建设、微生物膜加强系统、物种多样性生境系统，为水生动植物及微生物、着生生物创造良好的栖息环境，配合进水前置库预处理系统对外源污水进行预处理，提高悬浮物沉降速度，并降低营养含量，可种植区沉水植物及浮叶植被种植、深水区沉水植被蔓延种植对水中的氮磷污染物进行有效降解、吸收，沉积物-水界面营养盐控制系统系统处理沉水植物叶面附着物，提升沉水植物光合作用，降低鱼类对底泥的搅动，控制沉积物-水界面营养盐平衡，河湖水生态系统保护技术维持水生态系统各生态位平衡，从而有效降低水体污染负荷，提升水体自净能力，使得水体呈现水质清澈，无异色，无异味，适合人类接触，本发明适合四季运行，并且广泛适用已发生水质恶化、水体高度富营养化的老旧湖泊水库。

经过自贡某湖泊近3年的集中工程实施，水体水质净化效果明显，围隔区域内TP、TN、CODcr的去除率分别为78％、86％和61％，SS下降明显，从130下降到11，水体透明度明显提高，由80cm达2米左右，由原来的劣Ⅴ类提高到Ⅲ类。围隔区域外TP、TN、CODcr的去除率分别为43％、42％和50％，SS下降明显，从130下降到25，水体透明度明显提高，由80cm达1.5米左右，鱼类结构健康。为生物膜及围隔已达到可撤除时机。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (5)

1.一种应用于大型深水湖泊水生态系统修复的方法，其特征在于它包括：

(1)水质改善：

改善水体光补偿的条件，使水达到一定透明度，以保证沉水植物得到良好的光照，满足其光合作用，促其良好生长；

湖库围网隔断分区，通过围网将其分为生态系统不易修复区域和生态系统易修复区域，限制生态系统不易修复区域和生态系统易修复区域的水体交换以及隔断鱼类的迁移，分区完成后再分别对其进行整体修复；

生态系统不易修复区域：以食物网重建为主，沉水植被恢复、生物浮床、浮游植物消杀及悬浮物沉降为辅，改善水色及透明度，为沉水植被缓慢恢复创造条件；

生态系统易修复区域：以沉水植被恢复和食物网重建共同为主，以浮游植物消杀及悬浮物沉降为辅；

(2)水位保持：

设置或恢复湖泊进水口与泄洪口，以按照规划设计的最高水位、常水位及最低水位的要求控制水位变化；通过设置最高水位保障湖体安全，通过设置最低水位防止沉水植物过多、过久脱离水体以致脱水死亡；

(3)底泥改善：

改善底泥氧化还原条件，消杀底泥有害生物，以及细化底泥粒径，用于为沉水植物的种植、成活、发展提供良好的基础条件；

(4)在水陆界面进行过渡带防冲刷处理，用于防止风或水动力设备引起水浪拍打水岸，导致边坡不稳定，水土流失，浑浊水污染水体；

(5)食物网链重建，在原湖体中存在水体浑浊、透明度低、以及对沉水植物牧食破坏的鱼类的情况下，首先对原鱼类采取漂白粉配合赶网方式清理，然后构建合理的鱼类系统；

(6)沉积物-水界面营养盐控制系统的构建，依靠沉水植物系统对水底的覆盖防再悬浮及对沉积物-水界面营养盐的吸收；

(7)构建微生物膜加强系统，在水体内水生态系统修复前期，通过设置生物填料自然培养生物膜，在对于水生态系统修复前期、水体受到搅动后、水质不稳定、光补偿条件差、易发生水华的情况下，通过培养的生物膜强化对悬浮物的沉降以及对营养盐的吸收。

2.根据权利要求1所述的应用于大型深水湖泊水生态系统修复的方法，其特征在于水深小于3米区域种植沉水植物和浮叶植被。

3.根据权利要求1所述的应用于大型深水湖泊水生态系统修复的方法，其特征在于它还包括：

进水前置库预处理，主要应用于湖泊集中式进水处，利用块石或人造景观对进水管道进行遮挡，以及用高等水生植物为主、碎石铺装的表面流湿地对进水预处理。

4.根据权利要求1所述的应用于大型深水湖泊水生态系统修复的方法，其特征在于它还包括：

构建物种多样性生境系统，用树桩或块石等构建多孔性生境，为鱼类系统提供冬眠、繁殖、躲避场所，设立滩涂为两栖动物及鸟类提供捕食、休憩、繁殖场所，为微生物及着生生物提供栖息地。

5.根据权利要求1所述的应用于大型深水湖泊水生态系统修复的方法，其特征在于它还包括：

生态植物浮岛建设，通过在湖泊中间和岸边设置生态浮岛，利用植物生长基块、固定装置、挺水及浮水植物吸收水体营养盐含量，提升悬浮质沉降速率。