CN112056236B - 一种露天循环水池生态损害影响模拟综合试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种露天循环水池生态损害影响模拟综合试验方法，属于生态环境影响模拟和评价技术领域，其采用一种露天循环水池装置的综合试验方法来模拟自然环境中占用水域、船舶污染物排放、突发污染事故等带来的生态环境影响，用于分析区域占用对生态环境影响的作用机制及干扰途径，不同影响因素的叠加累积生态环境影响的作用方式，污染物投放对水环境、浮游生物、微生物、基质的生态环境影响及作用机理。
Description
技术领域
本发明涉及生态环境影响模拟和评价技术领域，特别涉及采用一种露天循环水池模拟生态损害影响的综合试验方法。
背景技术
近年来，随着我国航运业的发展，伴生大批港口开发建设，船舶航线日益繁忙。因船舶运输、水运工程建设、突发污染事故而对生态环境造成的损害影响及其防治工作备受关注。然而，在自然尺度下对水环境影响后果的监测分析会受到多种因素的干扰，在损害影响因素的抽取、过程的推算、后果的鉴定等方面均会存在误差及不确定性。为此，有必要在室外环境下模拟自然条件下的水生态环境、损害源项的影响途径和过程、对生态、水质和底质的影响及相互作用，为指导环境规划、工程建设、保护区选划、环保工程设计等，以利深入认识和预防、减缓损害影响，提供技术支撑。
目前，露天循环水池生态损害影响模拟系统及其综合试验方法近乎空白，与之相关的研究亦不多见，且比较笼统及零散，相关文献和专利较少。部分涉及的研究内容有：
(1)现有文献综述了不同类型噪声对鱼类听觉、行为和种群数量等相关生态影响，但未形成系统试验方法。(叶淋基，《三种水华蓝藻种群消长的原位模拟研究》，华中师范大学硕士论文，2016；宋芳芳，《富营养化水体中浮游植物群落对沉水植物生境的响应》，海洋大学硕士论文，2012；彭士涛，《天津近岸海域浮游生态系统生物物理模型研究》，南开大学博士论文，2010)。
(2)现有专利提出了生态环境影响评价方法，以及针对生态影响定量分析和标识的系统方法，未涉及试验方法。(刘晓曼等，一种自然保护区开发建设项目生态影响评价方法及其系统，中国，CN 110245833 A[P]2019-09-17；克里斯蒂安·贝拉迪等，生态影响符合性，中国，CN 103020718 A[P]2013-04-03)。
(3)现有溢油风化模拟水池及试验装置主要模拟溢油的风化状况及水质的影响，以及溢油清污效果，但未涉及生态影响的模拟试验方法。(吴海涛等，海上溢油风化模拟系统，中国，CN101551321B2011-12-28；乔冰等，一种模拟溢油风化对水质影响的实验系统与方法，中国，CN105181919B[P]2018-01-19；吴宣等，一种溢油分散剂波浪槽试验装置，中国，CN206891688U[P]2018-01-16)。
发明内容
(1)发明目的
为了克服针对水生生态环境损害影响综合模拟的试验方法不足和试验数据缺失，本发明提供一种模拟船舶运输、水运工程建设、突发污染事故对水生态环境的损害影响的综合试验方法，其采用室外环境中的长条形循环水池模拟不同类型水质、底质的自然生态环境，以及因占海工程、污染源排放和突发污染事故带来的水体变化状况，从而可在露天实验室内，观察水生生物、环境要素的变化趋势和规律，为定性、定量判定受损害影响的类型、过程、程度提供模拟试验依据。本试验方法可以指导船舶污染防控和水运工程生态建设，也可为生态环境影响评价和突发污染事故生态损害评估提供技术支撑。
(2)技术方案
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种露天循环水池生态系统进行损害影响模拟的综合试验方法。该方法需要首先准备一套试验系统，其主要包括露天长条形水池、可控推板造波机、可控循环水流系统、基础水质数据检测装置、取样装置、添加物投放装置等，以及水质、底质和生物指标实验分析装置。然后内建经筛选的水生态系统，通过造波机、循环水泵、藻类和营养物质添加，来模拟自然条件下的波流和水交换条件，再通过改变流速及流态、添加典型污染物，来模拟占用水域、船舶污染物排放、突发污染事故对生态、水质及底质的损害影响过程和程度，并通过基础水质数据检测装置、取样装置、水质和生物指标实验分析装置，获得模拟试验检测数据。
所述露天循环水池生态损害影响模拟综合试验方法包括以下四个步骤：(1)水生系统准备；(2)引入藻种；(3)生态损害影响模拟实验；(4)试验检测。
步骤一：水生系统准备。选择沙质、淤泥质或泥沙混合质材料作为试验用底质，并选择近海海水、河水或自来水、配制海水作为试验用水，分别依次放入露天长条形水池内，启动可控的推板造波系统和螺杆泵循环水流系统，通过添加物投放装置，定时适量补充氮、磷营养盐，对水体总氮、总磷指标进行检测，至其基本稳定。
步骤二：引入藻种。选择适合季节，通过接种藻类备选生物，保证露天水池内能够形成备选生物优势种，并调节水体中总氮、总磷浓度，使其的变化波动控制在基本稳定，具体接种步骤如下：
(1)选取生长状况良好的液体备选生物作为母液，接种到已灭菌的藻类培养基中，该培养基被分置于多个相同的锥形瓶中，分别形成一定体积的藻类培养液，再将接种好的瓶装藻类培养液投放至水池中。
(2)让接种藻类适应水池内造波造流及适当补充氮、磷营养盐的水体环境，经过一定时间的稳定期后，分别在早、中、晚三个时间段进行采样，测定藻细胞浓度及叶绿素a含量这样的生物指标，同时测定温度、溶氧量、pH值、电导率、悬浮物浓度和粒径分布、总氮、总磷这样的水质指标，以及底质指标。
步骤三：生态损害影响模拟实验。分别开展占海工程、日常排污、突发污染事故三类生态损害的影响模拟，具体如下：
(1)占海工程损害影响实验：分别采用投放固定方形水泥块法和改变水流流速流态法，进行若干平行周期、每个周期各一段时间的水质和生物指标以及底质指标变化检测。
(2)日常排污损害影响实验：选取船舶含油污水、压载水这样的常见污染物，进行若干平行周期、每个周期各一段时间的持续定时投放，并在投放期和投放结束后一段时间，检测水质和生物指标以及底质指标的变化。
(3)突发污染事故损害影响实验：选取柴油这样的船舶运输突发污染事故风险较大的物质适量，向水池进行一次性投放，之后进行水质和生物指标以及底质指标变化的持续性检测。
步骤四：试验检测。试验样品的pH、DO、叶绿素a水质指标采用快检装置测定；藻细胞浓度测定采用制作光学显微镜计数和紫光分光光度计特征波段吸光值标准曲线法，根据每个试验样品的特征波段吸光值换算；悬浮物浓度和粒径分布采用经过微流控芯片粒子计数器法校正的库尔特粒子计数器法测定；其他水质、生物、底质指标采用常规标准方法检测。根据检测结果，观察水生生物、环境要素的变化趋势和规律，作出定性、定量判定受损害影响的类型、过程、程度的模拟试验分析报告。
该露天循环水池生态损害影响模拟综合试验方法试验流程如图1所示。
(3)优点和功效
本发明的优点是提供了一种模拟水运工程建设占海、船舶污染物持续排放、突发污染事故对水质和水生生物以及底质影响的综合试验方法。弥补了现有试验方法对生态环境损害影响缺乏大尺度模拟实验的缺陷。本试验方法为指导生态航运规范、应急能力建设和损害评价鉴定提供了一种科学、系统、综合、有效、规范的试验方法支持。
附图说明
图1试验流程图；
图2试验系统图。
图中序号说明如下：
| 1：pH快检装置 | 2：溶解氧快检装置 | 3：叶绿色a快检装置 |
| 4：添加物投放装置 | 5：取样装置 | 6：造波机 |
| 7：循环水流系统 | 8：露天长条形水池 |
具体实施方式
首先准备一套带有推板式造波系统和螺杆泵循环水流系统的25m×0.6m×1.2m长条形水池试验系统(如图2所示)，其主要包括露天长条形水池、可控推板造波机及消波材料、螺杆泵及可控循环水流系统、基础水质数据检测装置、取样装置、添加物投放装置，以及水质、底质和生物指标实验分析装置。
该露天循环水池生态损害影响模拟综合试验方法具体包括以下步骤：
步骤一：水生系统准备。从近海运来海沙和海水，依次放入的底部和水池内，补充N、P等营养盐，至水质中总氮和总磷指标基本稳定。
步骤二：引入藻种。在非冰冻季节，通过接种方式保证水池内优势种为绿藻、蓝藻或硅藻中的一种，并调节控制水体总氮总鱗浓度的日变化波动在15％上下。
(1)选取生长状况良好，藻液颜色为蓝绿色的藻液，接种到已灭菌的BG11培养基中，每个250ml锥形瓶中最后共有100ml培养液。将接种好的培养液10瓶放入水池中。
(2)让接种藻类在装置里适应水池的水体环境，时间为48h，2天的稳定期后测量水体中藻类数量。以24小时为一个周期，分别在早上8：00、中午14：00和晚上20：00这三个时间点进行采样。测定藻细胞浓度及蓝藻叶绿素a的含量；同时测定水池水体的温度、溶氧量、pH值、电导率、悬浮物浓度和粒径分布、总氮、总磷。
步骤三：生态损害影响模拟实验
(1)占海工程损害实验：分别采用固定方形水泥块0.5m×0.5m×0.5m两个投放在水池的前后两端，以及改变水流流速的方法，进行各10天的水质和生物变化调查。
一个实验周期完成后，紧接着继续第二个实验周期。每个实验做三个周期，这三个周期为平行实验。
(2)日常排污实验：选取常见污染物(如船舶含油污水、生物指标未达标压载水)进行投放，每天按照固定比例在水池前端进行投放，投放时间分别为早上10：00、中午18：00和晚上22：00。持续投放10天，除了投放期间监测外，将监测期间延长至投放结束后5天。
一个实验周期完成后，紧接着继续第二个实验周期。每个实验做三个周期，这三个周期为平行实验。
(3)突发污染事故：选取柴油作为常见突发污染事故泄漏物质进行适量投放，在1h内投放1kg，在投放后的00：30、1：00、3：00、5：00、7：00、9：00、11：00、15：00、19：00、23：00，进行持续性观测。
步骤四：试验检测
试验样品的pH、DO、叶绿素a水质指标采用快检装置测定；悬浮物浓度和粒径分布采用经过微流控芯片粒子计数器法校正的库尔特粒子计数器法测定；其他水质、生物、底质指标采用常规标准方法检测。
藻细胞浓度与特征波长吸光值之间标准曲线的绘制：将投放藻液稀释成一定浓度梯度，共5-7个浓度梯度。一部分滴加至血球计数板上，在光学显微镜下计数，一部分于紫光分光光度计上测定730nm波长时的吸光值(OD730nm)，建立藻细胞浓度与OD730nm之间具有良好相关关系的标准曲线。
样品藻细胞浓度的测定：取样后，每个样品取3mL，在紫光分光光度计上测定OD730nm，并将其代入对应藻种的细胞浓度与OD730mn的标准曲线，换算得到样品中藻细胞浓度。
根据试验检测结果，观察总结水生生物、环境要素的变化趋势和规律，分析区域占用对生态环境影响的作用机制及干扰途径，不同影响因素的叠加累积生态环境影响的作用方式，污染物投放对水环境、浮游生物、微生物、基质的生态环境影响及作用机理，为定性、定量判定受损害影响的类型、过程、程度提供模拟试验依据。
Claims (1)
1.一种露天循环水池生态损害影响模拟综合试验方法，其特征在于，提供了一套采用室外环境中的长条形循环水池模拟不同类型水质、底质的自然生态环境，以及因占海工程、污染源排放和突发污染事故带来的水体变化状况，观察水生生物、环境要素的变化趋势和规律的综合试验方法，其具体特征是：包含四个试验步骤：(1)水生系统准备、(2)引入藻种、(3)生态损害影响模拟实验、(4)试验检测，具体如下：
1.1所述试验步骤(1)水生系统准备，其特征为：选择沙质、淤泥质或泥沙混合质材料作为试验用底质，并选择近海海水、河水、自来水或配制海水作为试验用水，分别依次放入露天长条形水池内，启动可控的造波和循环水流系统，通过添加物投放装置定时适量补充氮、磷营养盐，至水体中总氮、总磷指标基本稳定；
1.2所述试验步骤(2)引入藻种，其特征为：通过接种绿藻、蓝藻或硅藻作为藻类备选生物，保证露天水池内能够形成备选生物优势种，并调节水体中总氮、总磷浓度，使其的变化波动控制在基本稳定，测定藻细胞浓度及叶绿素a含量作为生物指标，同时测定温度、溶氧量、pH值、电导率、悬浮物浓度和粒径分布、总氮、总磷作为水质指标，以及底质指标；
1.3所述试验步骤(3)生态损害影响模拟实验，其特征为：在继续保持适量补充氮、磷营养盐的同时，分别开展占海工程、日常排污、突发污染事故三类生态损害的影响模拟，其中，
1.3.1所述占海工程损害影响模拟实验：分别采用投放固定方形水泥块法和改变水流流速流态法，进行若干平行周期、每个周期各一段时间的水质和生物指标以及底质指标变化检测；
1.3.2所述日常排污损害影响模拟实验：选取船舶含油污水、压载水作为常见污染物，进行若干平行周期、每个周期各一段时间的持续定时投放，并在投放期和投放结束后一段时间，检测水质和生物指标以及底质指标的变化；
1.3.3所述突发污染事故损害影响模拟实验：在底质中添加适量的附着易降解溢油微生物菌种的底泥基质，选取柴油作为船舶运输突发污染事故风险较大的物质适量，向水池进行一次性投放，之后进行水质和生物指标以及底质指标、微生物菌群变化的持续性检测；
1.4所述试验步骤(4)试验检测，其特征为：根据检测结果，作出定性、定量判定受影响的类型、过程、程度的模拟试验分析报告，具体内容包括：分析区域占用对生态环境影响的作用机制及干扰途径，不同影响因素的叠加累积生态环境影响的作用方式，污染物投放对水环境、浮游生物、微生物、底泥基质的生态环境影响及作用机理。
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