河流生态修复技术.ppt

河流生态修复技术 ecologicalremediation 第五组 水利部索丽生副部长讲话 1 河流生态修复的定义与原则 2 城市内河流污染原因 3 河流生态修复技术 4 多学科交叉应用 5 河流生态修复的国内外成功案例 6 研究展望 背景 水是生命之源 但是随着我国人口数量的几何增长 现代工业废水的乱排乱放 城市垃圾 农村农药喷洒等等 造成河流污染严重 本来已是极少的淡水资源加剧短缺 无法为人所用 据统计 目前水中污染物已达2千多种 2221 主要为有机化学物 碳化物 金属物 其中自来水里有765种 190种对人体有害 20种致癌 23种疑癌 18种促癌 56种致突变 肿瘤 在我国 只有不到11 的人饮用符合我国卫生标准的水 而高达65 的人饮用浑浊 苦碱 含氟 含砷 工业污染 传染病的水 2亿人饮用自来水 7000万人饮用高氟水 3000万人饮用高硝酸盐水 5000万人饮用高氟化物水 1 1亿人饮用高硬度水 根据 全国环境质量报告书 1993 的统计结果 海河水系最主要污染物为氨氮 其次为高锰酸盐指数和生化需氧量 另外 石油类污染亦相当严重 逐渐被视为主要污染物 目前海河水系污染严重 劣 类水质断面占50 以上 主要污染河段为沧州的子牙河和南运河 北京的北运河 张家口的洋河以及天津的海河 海河 七大水系污染之首 污染原因 一是粗放型的经济增长模式的不利影响 辽河流域长期以来形成了以煤炭 石油 钢铁等重工业为主的工业结构 资源开发强度大 利用效率较低 污染排放强度高 辽河 辽河水系总体水质较差 劣 类水质断面占40 6 河流生态修复的定义 河流生态修复是指利用生态系统原理 采取各种方法修复受损的水体系统的生物群体及结构 重建健康的水生生态系统 修复和强化水体生态系统的主要功能 并能使生态系统实现整体协调 自我维持 自我演替的良性循环 美国土木工程师协会将河流生态修复定义为一种促使河流系统恢复到具有可持续特征的较为自然状态 并可提高生态系统价值和生物多样性的环境保护行动 河流生态修复是重建系统干扰前的结构与功能及有关的物理 化学和生物学特征 使其发挥应有的作用 其包括两个修复 1 景观修复 2 生态修复 景观修复 从景观尺度上考虑恢复 研究景观要素间的物质 能量交换与动态平衡 景观恢复 注重于景观格局及其各要素间的功能联系 使生态系统回到以前或与之相近的状态 景观生态学 河流生态修复的基本原则 河流生态修复的基本原则一般包括自然原则 社会经济技术原则 美学原则3个主要方面 自然原则是生态恢复与重建的基本原则 只有遵循自然规律的恢复和重建才是真正的恢复与重建 否则只会事倍功半 社会经济技术原则是生态恢复与重建的后盾和支柱 在一定程度上制约着生态系统的恢复与重建的可能性 水平与深度 美学原则是指退化的生态系统的恢复重建应给人以美的享受 城市河道污染原因 部分管材老化 破损 渗漏进一步造成污水外溢 排入河道 截污不彻底 目前 在很多城郊结合部 由于没有完善的垃圾收集处理设施和系统 农村地区的大量生活垃圾和部分工业垃圾无序堆放在河道边甚至直接向河中倾倒 一到雨天 垃圾渗滤液和垃圾就直接进入河道 这些垃圾对河道水体的污染影响严重 垃圾堆放和倾倒 在城市外围地区农业施肥和农村地区家禽 畜牧业 由于农业生产的需要 各种氮磷肥的施用很大一部分通过径流进入河道 造成河道水体富营养化 家禽 畜牧业的排放物无组织现象也比较突出 农业 畜牧业及渔业污染 河流生态修复技术 调水 河道曝气 水生植物修复技术 通过改进水库调度 来改变水体水质 恢复河流丧失的生态功能和保持自然径流模式 另外 也可以通过水利设施的调控引入上游的清洁水改善下游污染河道的水质 减少河道的污染总量 调水 人工向水体中连续或间歇式充入空气 或纯氧 加速水体复氧过程 提高水体的溶解氧 使得恢复水体中好氧生物的活力 改善水体的自净能力 河流曝气 曝气在国内外河道治理中的应用1 德国 早在20世纪80年代德国Enscher河进行纯氧曝气复氧 2 英国泰晤士河 1850年有关部门在泰晤士河中安装大型充气设备 增加水体中的溶解氧 3 美国 20世纪70 80年代初期 圣克鲁斯港大量鱼死亡 然后在河口处安装曝气设备 解决了这一问题 4 澳大利亚 帕斯是澳大利亚西部的最大港口 在河沿岸固定地点进行复氧曝气和河流移动式曝气 使溶氧率达到90 来改善当地水质 5 中国 上海苏州河支流新泾港下游是一条严重污染河道 对其进行纯氧曝气来有效降低黑臭水体中的COD浓度 水生植物对水体营养物质具有吸收分解作用 对于重金属等污染物质具有一定的吸附净化作用 同时水生植物的光合作用能够增加水体中的溶解氧 水生植物修复技术 底泥疏浚可以将富含营养物质的底泥从水体中永久去除 能够控制内源污染物的释放或减少污染物生物有效性 底泥疏淤 生态护岸是结合治水工程与生态环境保护而兴起的一种新型护岸技术 在治理水土流失 水土污染 加固堤岸 增加动植物种类 调节微气候和美化环境方面都有着巨大作用 主要包括植被护岸 木材护岸和石材护岸三种类型 生态护岸技术 利用湿地水体中的微生物和湿地植物降解 吸收和截流污水中的污染物 从而达到修复污水的目的 人工湿地技术 河流生态修复的国内外成功案例 美国开展了对Mississipp河进行了生态修复工程 修复前 密西西比河 英语 MississippiRiver 是美国最大的河流 是世界第四长河 若以发源于美国北部的艾塔斯卡湖的上密西西比河为河源 全长3767km 是北美洲流程最长 流域面积最广 水量最大的河流 位于北美洲中南部 但其污染非常严重 以至于密西西比河口周边的地区被称为死区 当河流的污染物流入海洋时 它们会滋生大量的藻类 从而夺走了水中的氧气 致使所有生物死亡 这样的地区就称为海洋死区 背景小知识 修复方法 第一步调水入流 密歇根湖和密西西比河之间通过调水引流实现水生态修复 该工程将水从芝加哥输送到密西西比河流域 进行水资源管理实验 以解决关键的不确定性问题 统一考虑人类和生态系统的水需求 设计和实施适应性调水引流管理方案 以促进生态可持续的水管理 第二步截流治污 水体污染主要是由过量的氮造成的 这些氮可能来自农业化肥 动物粪便 污水管线 以及大气沉降 氮污染会影响饮用水供应 并且会改变生态系统的功能 美国环保署 EPA 的研究人员认为 反硝化作用 脱氮作用 是去除水体氮污染的最佳途径 第三步河流清淤 美国用于河流清淤的设备很多 有许多专门的机器 造价在几万到几十万不等 还有专门挖铁砂的挖掘机 第四步生物控制 对芦竹的治理 人们使用了很多方法 其中包括化学控制 使用草甘膦等药物进行控制 还有就是强迫牛吃芦竹 但是收效甚微 后来人们使用了综合的生物控制法 引进了一种黄蜂 是芦竹的天敌 结果将芦竹控制住了 修复后 我国对于永定河的生态修复 修复前 永定河 古称 l i水 隋代称桑干河 金代称卢沟 旧名无定河 海河流域七大水系之一 是河北系的最大河流 永定河是北京的 母亲河 北京段主河道长169 6公里 流经首都西南五区 流域面积为3168平方公里 自20世纪70年代以来 由于北京市把永定河主要作为泄洪河道 忽视了其生态涵养和城市景观的作用 使得永定河及沿岸的生态环境逐步恶化 并且已经严重影响了 母亲河 形象 永定河流域的开发治理工作已势在必行 背景小知识 修复方法 水生植物修复技术 生态护岸技术 人工湿地技术 第一步水生植物修复技术 种植挺水植物和浮叶植物 对于重金属等污染物质具有一定的吸附净化作用 同时水生植物的光合作用能够增加水体中的溶解氧 第二步生态护岸技术 建设抛石联合技术护岸 同化技术护岸 自嵌式植生挡土墙护岸 直立式生态护岸和格宾柔性护岸5种不同类型的生态护岸 第三步人工湿地技术 改善河道和周边区域的生态环境 在永定河房山和大兴段建设滩地 湿地景观和郊野公园 修复后 多学科交叉应用 物理方法 现状 引水稀释 底泥疏浚 引水稀释就是通过工程调水对污染水体进行稀释 使水体在短时间内达到相应的水质标准 该方法能激活水流 增加流速 使水体中DO增加 水生微生物 植物的数量和种类也相应增加 从而达到净化水质的目的 底泥疏浚指对整条或局部沉积严重的河段 湖泊进行疏浚 清淤 恢复河流和湖泊的正常功能 劣势 由于物理修复技术存在暂时性 不稳定性以及治标不治本等缺点 所以与生物和化学技术相结合是物理修复技术以后的发展趋势 化学方法 现状 通过化学手段处理被污染水体达到去除水体中污染物的一种方法 如治理湖泊酸化可投加生石灰 抑制藻类大量繁殖可投加杀藻剂 如除磷可投加铁盐等 化学净化法由于投加的是化学药剂 因此不仅治理费用较高 而且还易造成二次污染 目前该方法主要用于酸化湖泊的治理 趋势 化学修复技术具有费用高 易造成二次污染等缺点 故高效 廉价 安全的药剂的研制 如絮凝剂的研制和与生物技术相结合是化学修复技术现在以及将来的发展方向 据调查 国外河流修复研究的75 是致力于河道形态的修复 大约40 是尝试修复丧失的河岸植被和湿地群落 地貌学 它是景观中最重要的廊道类型 具有物质的传输 污染物的净化 动植物迁移和水陆生动植物的栖息地等功能 其不仅可以保护生物多样性 而且能维持较高的鱼类产量 景观生态学 研究展望 制定包含河流生态修复完整过程的技术规范 对河流历史及现状的调查 修复目标的制定 修复措施的计划和实施 修复影响的评价和监测分别提出具体要求和原则 以指导河流生态修复实践 确定修复后评价具体时间 由