河流修复技术及案例分析

第一代水污染：黑臭、缺氧第二代水污染：有毒化学品、重金属第三代水污染：富营养化；,由于大量污染物(工业、农业生活污染源)排入，及流域生态环境的破坏及水利工程，使得河流水质变差，水体自净能力和河流生态系统恢复力降低。,河流污染,河流水环境修复,河流修复是指将受污染的河流恢复至原来没有受污染的状态，或者恢复到某种合适的状态，在实际修复过程中，指适当修复，即恢复河流的生态功能，又能满足人类的需求。,第一阶段：单一水质恢复第二阶段：河流生态系统恢复小型溪流第三阶段：单个物种恢复为标志的大型河流生态恢复第四阶段：大型河流生态修复及流域尺度整体修复,第一个阶段治理(1858-1891)：主要侧重于污水截污和化学处理，将污水截流输送至下游用化学沉淀法进行初步处理；第二阶段治理(1900-至今)：主要侧重于污水管道以及污水处理厂建设，采用活性污泥法和河流曝气等措施。,19世纪上叶，伦敦人口增长带来大量的生活污水，未经任何处理直接排入泰晤士河的感潮河段。1850年，法律规定所有废水废物都必需流入地下排水道，进一步导致河流水质状况更加恶化,莱茵河2000年行动计划分3个阶段实施：第一阶段(1987-1990)：首先确定“优先治理污染物质”清单，包括重金属汞铅氮磷和其它有机物等；第二阶段(1990-1995)：制定具体措施，要求工业生产和城市污水处理厂采用新技术，减少水体和悬浮物污染；第三阶段是强化阶段(1995-2000)：采取必要的补充措施全面实现莱茵河的治理目标。,莱茵河近1/2在德国境内，高速发展的工业导致大量工业污染物排入河流，导致水质急剧恶化。莱茵河治理，从河流整体生态系统出发，把鲑鱼回到莱茵河作为治理效果的标志。鲑鱼-2000计划,苏州河污染治理计划分3个阶段实施：第一阶段(1993-1995):合流污水治理一期工程投入进行。第二阶段(1995-1996):提出“截流清底引清裁湾立法”10字方针。第三阶段(1996-2010):又提出苏州河治理的方针：“一治水为中心，全面规划，远近结合，突出重点，分步实施”，实施苏州河水质变清。,苏州河源于江苏太湖，由于工业废水和生活污水导致苏州河污染日益严重。污染的主要原因：生产生活污水的排放底泥中有机物的释放截流系统溢流不利水动力条件船舶污染及市政雨污水泵站的排放等。,河流生态系统健康评价,早期管理仅考虑由污染引起水体理化性质的变化，制定了水环境质量标准，进行水水体质量评价。我国的地表水环境质量标准（GB3838-2002），将地表水体分成I-V类。,仅凭水质指标进行河流生态系统评价的弊端：污染的复杂化、多样化，使得人们难以监测全部污染物；不能很好反映出流域环境变化对水生生物的影响；,类主要适用于源头水、国家自然保护区；类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产场、仔稚幼鱼的索饵场等；类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通到、水产养殖区等渔业水域及游泳区；类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。,地表水环境质量标准（GB3838-2002）,物理/化学指标：水质指标、沉积次序与组成、土壤和沉积侵蚀、流量、河道河床形态学、河岸带和湿地结构与水力学等生物学指标：大型无脊椎动物、鱼类、植物综合指标：综合考虑物理/化学指标、生物指标和人类利用价值的指标,1972年美国清洁水法明确提出河流保护的目标是维持和恢复河流系统的完整性,利用生物群落构建的多参数评价方法得到广泛的应用,河流生态调查技术方法,孟伟张媛渠晓东等编著,河流生境要素调查技术河岸带植被与土壤调查技术河流水质及沉积物调查技术浮游生物和着生藻类调查技术河流大型底栖动物、鱼类和大型水生植物调查技术,河流评价方法多指标指数法,IBI指数(IndexofBioticIntegrity)：IBI是一种多指标指数,其特点是将测试点的生物群落的结构、物种组成、数量及生物量等与参照点对比,得出相应的IBI值,从而得到河流的健康情况。（美国）,河流状况指数(ISC:IndexofStreamCondition)是一个包括河流5种状况(水力学、物理形式、河岸带、水质、水生动物等)的综合指标。对这些指标的状况按4,3,2,1,0五级进行评分,然后按模型进行计算,得出ISC指数。（澳大利亚）,WFD指标(waterFrameworkDireetive)(欧盟)基于河流中的生物(如深水大型无脊椎动物等);河流按类型划分并与其对应的参照类型对照;河流状况与未受干扰的原始状况对比;分为5级(优、良、中、差、特差):生物元素应考虑其组成、丰度、无脊椎动物种类多样性水平、敏感的种类与不敏感种类的比例,参照点位的识别：河道基本维持自然状态；上游基本无任何农作物与村庄；无林木采伐；样点周围认为干扰较少,河流生态调查技术方法,孟伟张媛渠晓东等编著,河流生境要素调查技术河岸带植被与土壤调查技术河流水质及沉积物调查技术浮游生物和着生藻类调查技术河流大型底栖动物、鱼类和大型水生植物调查技术,国内河流生态健康评价方法2005年，长江水利委员会“维护健康长江，促进人水和谐”，出台了健康长江指标体系，包括河道生态需水量满足程度、水功能区水质达标率等18个指标；黄河“维持黄河健康生命”的治河新理念，以“提防不决口，河道不断流，污染不超标，河床不提高”作为黄河保护的终极目标；珠江水利委员会提出了“当好河流代言人，维护珠江健康生命，建设绿色珠江”的治水工作思路。,案例：温榆河生态健康评价,河流生态健康评价标准等级划分,河流生态健康评价指标确定,评价权重的确定,构建综合评价模型,评价结果,河流生态健康评价标准的确定方法,问卷调查法：专家意见评判法的一种，通过事先拟好备择答案的标准问卷，向有关专家学者及地方政府决策者进行问卷发放与回收，在回收问卷答案的基础上，将问卷人的答案按照一定的规则转换成定量数据，以此来确定指标的具体标准。标准法：利用一些国际、国内标准来确定具体指标的健康程度，对标准的定量化工作科通过查询标准手册获得。参照系法：将未受干扰的对照点的状态当做健康的标准。,将河流生态健康标准划分为：I级、II级、III级（临界状态）、IV级、V级,河流健康综合指数RHI,河流水文状况B1,河流环境状况B2,河流生物状况B3,河流形态结构B4,河岸带状况B5,月平均径流量的变化C11,水温的季节变化C12,汛期和非汛期的水位变化C13,流速、流态状况C14,沿岸取水引起径流变化C15,水质污染状况C21,底泥污染状况C22,浮游植物C31,浮游动物C32,底栖动物C33,鱼类资源C34,河道改造程度C41,河道弯曲程度C42,河道形态多样性C43,河床稳定性C44,河岸稳定性C51,河岸缓冲带宽度C52,河岸硬化状况C53,河岸植被状况C54,亲水景观舒适度C55,评价指标确定,定量指标评价标准,评价指标分析及评价标准说明,1.河流水文状况B1,（1）月平均径流量的变化C11：反应流量的均匀性。变化越大，即流量分配不均匀，不利于河岸生物的生长。采用定性描述，采用查找历史资料和现场调查评价的方法。,（2）水温的季节变化C12：水中的生物根据水温的变化不断调整自己的生理状况和生活习性适应水温的变化。采用定性描述，采用查找历史资料和现场调查评价的方法。,（3）汛期与非汛期水位变化：差异小，水生生物的环境变化小，较容易适应。采用定性描述，采用查找历史资料和现场调查评价的方法。,（4）流速、流态状况C14：,（5）沿岸取水引起径流变化C15,2.河流水环境状况B2,（1）水质污染状况C21,式中Pij为i指标的单向污染指数；Cij为i指标在采样点j的实测值；Sij为i指标的评价标准，参照地表水环境质量标准（GB3838-2002）的III类标准；n为监测指标数目；m为研究河道监测断面（点位）数目。,采用水质平均污染指数（WQI）来表征河流水质污染状况、,温榆河参与评价的项目为BOD5、COD、NH3-N,TN,TP,（2）底泥污染状况C22,式中n为监测指标数目；m为研究河道监测断面（点位）数目；Ci为i指标的实测值；Coi为i指标的标准，参照土壤环境质量标准（GB15618-1995）的三级值。,3.河流生物状况B3,（1）浮游植物C31：浮游植物是水体营养状况最直接的反映。具体采样和分析方法参照国家标准，评价根据Shannon-Wiener生物多样性指数H进行评判。,式中N为样品生物总个体数；Ni为第i种生物的个体数。,水体受的污染越严重，水体中生物种类相对减少，个别耐污种类数量增多，多样性指数就会下降。,（2）浮游动物C32：通常的浮游动物包括原生动物、桡足类、轮虫和枝角类，由于浮游动物易受水温、pH值、盐度及有毒污染物的影响，因此，利用有效的浮游动物知识可对各类环境因子做出相应指示。采用Shannon-Wiener生物多样性指数H进行评判。,正常水体中浮游动物种类多、数量少；重度污染水体（重金属、有机污染）中几乎所有水生生物都不能生存；富营养化水体中，耐污种类形成优势种群。,（3）底栖动物C33：底栖无脊椎动物是重要的指示生物，其群落结构和功能变化时与河流环境因子存在相关关系，其结构变化能较好地反应河段生境条件的变化。具体采样和分析方法参照国家标准，评价采用Goodnight修正指数（G.B.I.）得分进行评判。,N为样品中大型底栖无脊椎动物总个数；Noli为样品中寡毛类的个体数。,（4）鱼类资源C34：主要在鱼类种类的丰富情况与珍稀鱼类的存活情况，通过定性描述来反应，珍稀水生动物的选择根据河流的历史资料和具体资料确定。,4.河流形态结构B4,（1）河道改造程度：河道拓宽、护岸渠化、河道裁弯取直，修建大坝，上述改造有利用提高防洪排涝及航运能力，但改变了河流基本布局，影响了河流水文。评分基于对河流改造历史进行了解和实地调查。,（4）河床稳定性：河床退化或淤积严重都是河床不稳定的表现。结合现场评价并拍照进行对比给予评分。,（2）河道弯曲程度：河流的弯曲在一定程度上制约河流对流水、沉积物以及污染物的输送能力。国内邓志强等人研究曲率1.4-1.6的河流可在最低管理维护水平下，具有最大的水沙容量与最好的洪水输送能力。并指出建立与环境功能相协调的自然弯曲型河流，可是河流充分发挥生态环境功能。评分基于对河流改造历史进行了解和实地调查。,（3）河流形态多样性：指河流洲滩、叉道等栖息地类型的大小、数量的变化。它反映了河流生物栖息地的变化情况。定性标准，基于实地调查。,5.河岸带状况B5,（1）河岸稳定性C51：实地调查及拍照对比给予评分,（2）河岸缓冲带宽度C52：基于实地调查给予相应的评分；（3）河岸硬化状况C53：实地调查，结合形影的专家评定等级方法；（4）河岸植被状况C54：实地调查以及拍照给予相应的评分；（5）亲水景观舒适度C55:实地调查以及拍照对比与专家打分；,（1）河流自然环境的恢复河流生态系统的恢复的首要目标是恢复河流的形态结构和自然特征，对污染而言应侧重于河流水质指标的恢复作为首要条件。,（2）河流生态系统结构和功能的恢复包括群落组成、营养结构、空间结构和季节结构，在修复中应与水质指标恢复综合考虑。重新建立原有结构，逐步恢复原有生态系统功能，以抵御外界干扰和增强系统恢复力，实现生态系统的自我维护与发展,河流生态系统修复内容,（3）水利功能,（4）与景观的融合,河流水环境修复的目标环境角度：水质净化美学角度：铺筑石头，水泥河床生态修复：恢复垫层，池塘和浅滩,裁弯取直,蜿蜒曲折,改直墙断面为缓坡断面拆除部分硬质岸墙拆除河底砼衬砌,缓坡护岸,（三）污染河流水质净化及生态修复方法,河流水质净化方法,河道曝气底泥疏浚引水稀释/冲刷生物直投法净化技术河水全量集中净化法,薄层流净化技术砾间接触氧化河道稳定塘人工湿地,河道曝气复氧一般采用固定式充氧站和移动式充氧平台两种形式的曝气设备。包括叶轮式曝气机、水车式曝气机、射流式曝气机以及曝气复氧船等。,河道曝气,河道曝气法是在适当位置向河水中进行人工充氧，加速水体复氧过程，使整个河道的自净过程始终处于好氧状态，提高水体好氧微生物活性，从而改善河流水质的过程。,移动式曝气采用可以快速移动的曝气设备,其优点是可以根据曝气河段水质的变化和航运要求,灵活调整曝气强度和曝气位置,使曝气更为经济、高效。,固定式曝气：当河水较深,需要长期曝气复氧,且曝气河段有航运功能要求或有景观功能要求时,一般宜采用固定式充氧站,即在河岸上设置一个固定的鼓风机房或液氧站,通过管道将空气或氧气引入设置在河道底部的曝气扩散系统,达到增加水中溶解氧的目的。,德国：早在20世纪80年代德国Enscher河进行纯氧曝气复氧;英国:从1850年英国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;美国：在20世纪7080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;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，来改善当地水质;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;,河道曝气在国内外河道治理中的应用,温州市龙湾区河道太阳能曝气,太阳能驱动河道曝气装置,引水的直接作用是加快水体交换，缩短污染物滞留时间，从而降低污染物浓度指标，使水体水质得到改善；水体的流动性加强了沉积物-水体界面物质交换，缺氧-好氧，提高水体自净能力；死水区，非主流区重污染河水得到置换；,引水冲污/换水稀释,引水冲污和换水稀释在湖泊富营养化治理中有应用实例,对于污染严重且流动缓慢的河流也可考虑采用。,以东湖为中心，将东湖等6个主要湖泊以及青潭湖、竹子湖、水果湖、内沙湖、陈家堰等湖泊与长江通连，形成江、湖、港、渠为主要组成部分的庞大水网。,武汉大东湖生态水网“六湖连通”工程,引入江水，连通湖泊，让湖水流动起来,生物直投法净化技术,河流中污染物的降解主要依靠微生物的降解作用,当河流污染严重而又缺乏有效微生物作用时,投加微生物以促进有机污染物降解,用于河流微生物强化的微生物应符合：(1)不含病原菌等有害微生物;(2)不对其他生物产生危害;(3)能适应河流的环境特点,CBS（centralbiologicalsystem，集中式生物处理系统）利用有几十种具备各种功能的微生物组成的一个良性循环的微生物生态系统，包括了光合菌，乳酸菌，放线菌，酵母菌等，利用上述微生物唤醒或激活河道、污水中原本存在的可以净化水体，但是被抑制不能发挥功效的微生物。,硝化菌、光和细菌（PSB）和高效微生物群（EM）、水体净化促进液等。,在原有河道中建设处理装置,或将污染河水引入紧靠河流的处理装置,处理全量的河水,河水经全量处理后再放回河流的下游。,河水全量集中净化法,薄层流净化技术砾间接触氧化河道稳定塘人工湿地生态浮岛,原有河道中建设处理装置：不通航的河道，且不能影响河道的泄洪功能，多为一些小型河流，如断头浜、盲肠河道的治理；引入岸边处理装置：旁路净化法,增加河面的宽度使水深变成数厘米深的薄层流通过河床,增大河水与河床的接触面积。原理:河流自净能力主要通过附着在河床及水生植物上的生物膜降解污染物来实现,单位面积微生物膜处理的水量越少,则处理的效果越好。薄层流净化技术采用增大生物膜的附着面积,以减少单位生物膜的处理水量而提高河床的自净能力。,薄层流净化技术,砾间氧化技术,该技术通过在河流中放置一定量的砾石做充填层,使河流断面上微生物的附着膜变为多层,水中污染物在砾间流动过程中与砾石上附着的生物膜接触沉淀。,砾间接触氧化技术,砾石河床：将泥质河床改造为砾石河床，当水流通过填入砾石河道中时,与砾石充分接触,大大提高了河流的自净能力,实例：韩国良才川水质生物生态修复设施,水质净化设施主体是设于河流一侧的地下生物生态净化装置。采用卵石接触氧化法。即强化自然状态下河流中的沉淀、吸附及氧化分解现象。净化设施日处理能力为32000吨/日,净化的工作流程如下：拦河橡胶坝（长18m，高1m）将河水拦截后引入带拦污栅的进水口，水流经过进水自动阀，经污物滤网进入污水管，污水管连接有4座污水孔墙，污水孔墙两侧各有一座接触氧化槽，共有8座。接触氧化槽长20m、宽13.6m、高14.8m，氧化槽中放置卵石，污水通过氧化槽得到净化后分别流入4座清水孔墙，再汇集到清水出水管中，由清水出口排入橡胶坝下游侧。,橡胶坝：是用高强度合成纤维织物做受力骨架，内外涂敷橡胶作保护层，加工成胶布，再将其锚固于底板上成封闭状的坝袋，通过充排管路用水（气）将其充胀形成的袋式挡水坝。坝顶可以溢流，并可根据需要调节坝高，控制上游水位。,实例：日本云佑川砾间接触氧化净化水质,自云佑川引水至集水井，以沉水式泵抽取，经沉砂及拦污处理设施，进入曝气式砾间接触氧化净化槽处理后，一部分放流至绫濑川，一部分則回收作为附近亲水公园景观用水。,实例：日本古崎净化场,砾间接触氧化技术适用于污染物浓度较低的河流，当水体BOD高于30mg/L时，应增加曝气系统,生态透水坝用于农业面源治理,透水坝的主要作用是拦蓄径流，初步去除污染物，为后续净化单元提供自流的能力，使得后续系统的无动力运行成为可能，同时保证径流在系统中较长的停留时间，确保系统的净化效果。,本发明针对山地小流域地区河流水体流速快、水深浅、侵蚀严重,非点源污染多伴随水土流失发生的特点,构建适合山地小流域多级生态的透水坝。通过构建多级透水坝的生态工程措施,可有效的增加流经小流域河流水体水深0.5-0.8米,起到减缓浅流小流域河流流速,沉降悬浮固体，增加跌水等作用,削减流经水体中的氮、磷、泥沙等,强化河流的自净能力以改善流经水体水质。,专利号：201010138059.9,发明名称：一种净化山地小流域水体的多级生态透水坝,河道稳定塘,河道稳定塘,用于河水处理的稳定塘可以利用河边的洼地构建，对于中小河流（不通航、泄洪），还可以直接在河道上筑坝拦水构建河道滞留塘。,稳定塘对污水的净化过程与自然水体的自净过程相似，是一种利用天然净化能力处理污水的生物处理设施。,河道稳定塘的类型好氧塘修复曝气塘修复水生植物塘修复养殖塘修复,塘系统的组合处理-储存塘修复系统：适用于北方，冬季储存污水，春、夏、秋进行修复。,被污染河水,深兼性塘,储存塘,农田排水,出水,被污染河水,兼性塘,好氧塘,河水排灌,补充地下水,在缺水的北纬40地区：,多级稳定塘系统：江南地区水量丰富，不需要污水灌溉，利用氧化塘的水面种植多种水生植物，养殖鱼，贝，虾等，建立复杂的人工水生生态系统，对污染河水进行多级利用与修复。,被污染河水,浮游植物兼性塘,鱼塘,鸭鹅养殖塘,芦苇塘,稻田养鱼,出水,出水,沟塘结合型修复系统：将氧化沟及稳定塘连用的修复系统,丘陵山区修复系统：对于丘陵山区，可因地制宜利用地形组成无动力的、阶梯式多级水生态修复流程。,在大清河入滇池口西侧构建了由预处理塘、水生植物塘和养殖塘等组成的生物稳定塘系统,将河道污水引入系统进行净化,以达到削减入湖污染负荷和改善水生生态环境的目的。,案例旁路生物稳定塘系统净化滇池入湖河道污水,废弃农田改造的预处理塘,大清河污水通过泵抽取首先进入预处理塘进行初步沉淀处理。预处理塘由闲置农田改建而成，面积约为2200m2,由于河道污水中含有很多泥沙和悬浮的有机质颗粒，因而进行初步沉淀是很有必要的，同时还可以减轻水质、水量的波动对后续处理系统的影响。,预处理塘,水生植物塘紧邻预处理塘,面积约为2000m2,平均水深约1.5m,设计成四个相通的功能区域,按照水流方向依次为功能区1-4。,水生植物塘,功能区1-2内种植挺水植物水芹菜；功能区3-4内种植沉水植物狐尾藻；,水生植物均从滇池流域及周边地区获得,具有适应性好、生长周期长、容易栽培、对氮磷富集效果好、美观及具有经济价值等优点。水生植物栽培在由PVC管做成的长方形(4m2m)框架内,以渔网为载体,各功能区内放置栽有植物的浮床24个,保持每一单元的植物覆盖度为40%且各单元的植物量大体相同,其中沉水植物区的浮床设置成可升降的形式,依据水体透明度情况来调整沉水植物距离水面的位置,以使其能正常生长,养殖塘,养殖塘的面积约2200m2，由两个连通但水深不同的区域组成。塘内靠近进水口区域的最大水深为1.5m，靠近出水口区域的平均水深为2.0m。沿堤岸由上到下立体栽种鸢尾、再力花和风车草；塘内进水口处栽种挺水植物菖蒲、再力花、纸莎草，对水生植物塘净化出水中的有机悬浮物进行进一步的拦截和净化。塘中还搭配放养了鲢鱼、鲫鱼等经济鱼类共500kg，对水体中的养分和其他代谢物起到控制作用，同时增加系统的生物多样性，以利于系统的长期稳定运行。,处理效果,养殖塘对TN、NO3-N和NH3-N的去除效果好于植物塘，而植物塘对TP的去除效果要优于养殖塘。,系统对氮、磷的去除效果取决于沉淀作用,塘内微生物、水生生物和植物根系的吸收/吸附作用,硝化反硝化作用,挥发作用,以及它们之间的协同作用。依据对污染物降解过程的分析,植物塘与养殖塘之间具有较强的互助和互补性,使得整个系统能够充分发挥处理功效,从而具有较高的氮、磷去除效率。,实例人工强化氧化塘用于温榆河水体修复,通过向塘中加设软纤维填料，大量地增加附着生物量，以提高单位体积的处理负荷量及处理效率，在低温下处理效率的提高特别明显。,温榆河,旱沟,氧化塘,曝气区,人工水草区,水生植物区,进水,将温榆河上游一条旱沟堆积土坝蓄水，改造成氧化塘，旱沟长期处于干涸状态，自然水生态系统段时间很难形成人工强化,温榆河河水,人工水草是美国研制成功的一种具有水草形状的人造聚合物，有超编织技术制造的具有高比表面积的植物。将其置于水中后，可以成倍地吸附水中微生物，微生物群将水中污染物进行高效降解。,利用自然界的微生物对水体中污染物进行降解；为鱼、虾类营造良好的栖息地，重建水生生物圈；,（三）人工湿地技术,湿地处理技术,将被污染的河水有控制地投配到生长有芦苇、香蒲等水生植物的湿地上，污水在沿一定方向流动过程中，经过水生植物和土壤的作用得以净化；,自然湿地人工湿地,第四章河流修复技术及案例分析,基质,物理的和化学的途径(如吸收、吸附、过滤、截留、离子交换等)来去除污水中污染物。,植物,将基质吸附或截留下来的N、P等污染物，通过吸收、摄取和富集等作用去除。,为微生物提供附着面和适宜的生存环境，微生物则通过自身吸收、硝化、反硝化等作用去除水中污染物。,人工湿地原理,人工湿地的分类,（）表流湿地（自由水面人工湿地）,（）潜流型人工湿地,水平潜流,垂直流,复合流,（）表流湿地（自由水面人工湿地）,（1）在表面流湿地系统中，水面位于填料表面以上，水深一般为0.3-0.5m；（2）湿地中种植挺水型植物（如芦苇等）。向湿地表面布水，水流在湿地表面呈推流式前进，在流动过程中，与土壤、植物及植物根部的生物膜接触，通过物理、化学以及生物反应，污水得到净化，并在终端流出。,表流人工湿地植物：慈姑、风车草,人工湿地出水,潜流人工湿地水平潜流人工湿地垂直流人工湿地复合流人工湿地,垂直潜流人工湿地系统示意图,复合潜流人工湿地系统示意图,阻止污水向地下水体的渗透；可选用的材料：粘土，高分子材料；湿地底部的沉积污泥层可形成天然防渗层,提供植物生长所需的基质；为污水的渗流提供良好的水力条件；为微生物提供良好的生长载体。一般采用砾石、土壤或砂,为微生物提供良好的生长载体过滤作用，可去除污水中的SS可能作为反硝化的碳源；组成：落叶、枯枝、微生物和小动物的尸体,防渗层,基质层,腐殖层,水层和湿地植物,人工湿地的组成,提供污染物降解的场所；提供水生动物栖息地；净化水中污染物,地点的选择气候土壤生物环境相似牺息地的替代位置和地形对地下水的污染,污水的性质污水的处理量污水的可降解性,人工湿地的设计,设计目标污水的处理洪水的控制暴雨的截留提高附近水体的质量为各种水陆生生物提供生长和繁衍地,处理目标达到受纳水体要求的水质标准满足循环用水或深度处理要求预处理要求观光用湿地,人工湿地的设计设计参数：水力停留时间，表面水力负荷，表面有机负荷，水力坡度设计内容：湿地的几何尺寸；集配水及出水；清淤及通气；基质；湿地植物选择与种植,水力停留时间,指污水在人工湿地内的平均驻留时间。,t水力停留时间，d；V人工湿地机制在自然状态下的体积，m3；孔隙率；35-40%Q人工湿地设计水量，m3/d；,表面有机负荷organicsurfaceloading,每平方米人工湿地在单位时间去除的BOD量,qos：表面有机负荷，kg/m2.dQ：人工湿地设计水量，m3/dA：人工湿地面积，m2C0：湿地进水水质，mg/LC1：湿地出水水质，mg/L,表面水力负荷每平方米人工湿地在单位时间所能接纳的污水量。,qhs:表面水力负荷m3/m2.dQ:人工湿地设计水量，m3/dA:人工湿地面积，m2,污水在人工湿地内沿水流方向单位渗流路程长度上的水位下降值,水力坡度hydraulicslope,H污水在人工湿地内渗流路程长度上的水位下降值，mL污水在人工湿地内渗流路径的水平距离，m,人工湿地几何尺寸,水平潜流人工湿地单元的面积宜小于800m2，垂直潜流人工湿地单位的面积宜小于1500m2；潜流人工湿地单元的长宽比控制在3：1以下；规则的潜流人工湿地单元的长度20-50m。不规则湿地应考虑布水和集水问题；潜流人工湿地的水深（床深）0.4-1.6m；潜流人工湿地的水力坡度宜为0.5-1%；,潜流湿地,表流人工湿地单元的长宽比应控制在3：1-5：1；表流人工湿地的水深宜为0.3-0.5m；表面流人工湿地的水力坡度宜小于0.5%；,表流湿地,基质的选择应根据基质的机械强度、比表面积、孔隙率及表面粗糙度等确定就近取材原则，达到设计要求的粒径范围；对出水有较高要求时，可采用功能性材料；潜流人工湿地基质层初始孔隙率应控制在35-40%；潜流人工湿地基质层的厚度应大于植物根系所能达到的最深处,基质的选择,矿渣、粉煤灰、蛭石、沸石、砂子、石灰石、高炉渣、页岩等，碎砖瓦,湿地植物的选择与种植,人工湿地宜选用耐污染能力强，根系发达，去污效果好，具有抗冻及抗病虫害能力，有一定经济价值，容易管理的本土植物。人工湿地出水直接排入河流，湖泊时，谨慎选择“凤眼莲”等外来入侵品种。,根据水质进行植物的优化配置,生活污水型：芦苇，水葱，灯芯草，美人蕉，蒲草径流水：散草，风车草，美人蕉，石菖蒲等高浓度工农业有机废水：芦苇，鸭舌草，香蒲含重金属废水：香蒲,芦苇,香蒲,茭草,防渗层人工湿地应在底部和侧面进行防渗处理，防渗层的渗透系数应不大于10-8m/s防渗层可采用粘土层、聚乙烯薄膜及其他建筑工程防水材料,在湿地植物根系表面生长的生物膜,案例分析镇江水污染修复,镇江城市河流存在主要问题城市河流河道遭到破坏；小河流遭到填埋；建设了控制闸坝；河流岸坡许多被混凝土或者浆砌石等覆盖；城市河流水环境污染严重点源排放面源污染控制较差成为生活污水和工业废水的受纳体水体中氮磷污染严重,城市河道遭到破坏的影响后果小河流遭到填埋后，整个河流原来的生境遭到完全的破坏，破坏河流的生态景观,减弱河流行洪能力,给防洪排涝带来隐患；建设控制闸坝，河流畅通受到影响，闸门关闭期间，河内的水体基本不流动，使其成为死水或半死水状态,加快了河流水质恶化；河流岸坡被混凝土或者浆砌石等覆盖,破坏了河流原先的生态环境，减少了河流的生物多样性，还隔绝了河流与地下水的联系，阻断了水循环(无底泥层、水温迅速升高、阻止河水渗入地下形成漏斗、割裂了水体与土壤的关系）；,根据镇江水污染状况，其治理试验湿地构型选择了复合垂直人工湿地,填料：碎石，填入模型池前用自来水反复清洗，去除污染物质，以避免影响试验结果。生物：芦苇，以16株/平方米的密度进行移栽。并用水泵抽古运河河水，对人工湿地的微生物、植物系统进行驯化培养。蓄水池：为了实现复合垂直流人工湿地连续流的运行方式，在人工湿地模型边构建了一个容积为6m3的蓄水池，一方面可以蓄污染河水，另一方面可以利用蓄水池配置一定浓度的污水。布管：下行池具有给水管道，在污水进入湿地布水系统之前通过流量计控制流入污水量。上行池填料表面具有集水管路，其管路上的孔径（0。5cm）比下行池的管路孔径稍大(0.3cm)，将处理后的水收集排走。,人工湿地沿程对污染河水的治理效果与规律,在本试验中，复合垂直流人工湿地对污染河水中污染物的去除主要发生在下行池，尤其是人工湿地表层，而上行池对污染物没有能够发挥应有的去除作用。,此试验设在古运河京口闸段，古运河污染较严重，属于劣V类水体，其中有机污染物浓度较低，氮磷污染物浓度较高，C/N比较低（3.54.5）；水体中悬浮态污染物所占比重较大，悬浮态磷含量约占总含量的3065。,随着运行时间增加，湿地系统对CODMn,TN的去除率逐步提高，并趋于稳定，而对TP的去除率则呈现缓慢下降的趋势。湿地系统对CODMn的去除主要通过填料表面的生物膜及植物根系附着的大量的微生物。随着生物膜的逐渐形成以及芦苇的生长。去除效率有所提高。氮的去除主要靠人工湿地中微生物的硝化反硝化过程，当然植物吸收也起到一定的作用。对于磷而言，微生物对磷的同化作用并不是去除磷的主要途径。因此，可能主要依靠填料的吸附作用，当填料的吸附逐渐接近于饱和时，对磷的去除效果就会逐渐降低。,案例分析松花江富锦段人工湿地净化污染河水实例,富锦市的城镇人口和农业生产活动密集，成为了松花江富锦段的主要污染来源。污染物质通过沟渠和强排站排入松花江，对松花江水质造成污染，建设人工湿地工程能够在末端对污水进行处理，截留污染物质，削减河水污染负荷，改善周边生态环境。,依据黑龙江省地面水环境质量功能区划分和水环境质量补充标准（DB23/485-1998），松花江富锦段应达到地表水类水平。近年来，该段水质基本达标，部分时段水质监测结果为地表水类水平。,案例分析杭州长桥溪的生态修复工程,长桥溪是杭州西湖上游四大溪流之一,起因：入湖溪流的水质不佳是西湖水质恶化的主要原因，以长桥溪的污染最为严重；措施：为改善长桥溪流域的水质状况,杭州于2004年6-12月实施了长桥溪水生态修复工程,对该流域进行综合整治；,自20世纪90年代以来，长桥溪溪床垃圾成堆、蚊蝇孳生、臭气熏天，随着长桥溪流域人口的增加，水污染问题日趋严重。,地理调查：该地处亚热带季风气候区,温暖湿润,雨量充沛.水系面积约1.83km2,河道坡度37.50%,径流系数50.1%,南北流向,东西两支流.东侧沿玉皇山旁沟渠流淌;西侧贯穿阔石板农居点;,环境调查：在南山路南汇水后经长桥流入西湖，流域内居发区和林田地混杂,产生点源和非点源污染均较为严重。该区生态环境破坏严重,03年生物多样性调查仅发现16科的20种植物,且多为小草本植物;上游溪中以水芹为绝对优势种,岸边是数种小草本植物构成的植被层;下游阔石板段溪中以菹草形成单一优势种.,水质调查：长桥溪流入西湖的水常年为地表水劣类水质,长桥溪入湖口TN、TP浓度分别达9.02mg/L和0.364mg/L。长桥溪流域因其地形特点和居民分布复杂性,尚不具备将生活污水进行市政纳管的条件。,动工范围：范围南至玉皇山脚,慈云岭,北端接入西湖,西侧与南山村居民点阔石板路毗邻,东接玉皇山路,占地约5.4hm2.地块呈南北方向狭长约600m,东西方向较窄,平均约90m(如右图).,工程概况：长桥溪生态修复工程利用长桥溪流域的微地貌和水动力作用,将流域内的污水收集起来,汇入地埋式污水处理系统进行净化处理,出水流入园区南端的初级人工湿地,经多级跌水,进入公园北端的二级人工湿地,最后汇入西湖。,第一段工艺：地埋式污水处理系统污水收集后重力送至下游调节池,容量约10km3,中和后泵至上游于地表下7m处污水处理系统。系统中污水先进一级强化絮凝池,再到竖流沉淀池,除去大部分P,后进入高效曝气生物滤池,最后到双层滤料滤池,去除污水N并进一步除P。日处理量约1-1.5km3,雨季可达3km3。该系统运行管理简便,节省能耗,处理成本约为0.91元/t。,第二段工艺人工湿地系统设计方案流域内水系按照湿地串联系统的原理及要求设计水深和水体形式,从南至北包括初级人工湿地,经过滚水坝流入二、三级人工湿地.菬颖池：初级人工湿地水深约40cm,水景以漫滩为主,配置挺水植物和浮叶植物,初级人工湿地既是景观水系的源头,又初步吸收、利用、降解水体中的污染物质;挹清池：经多级滚水坝曝气、充氧,水体含氧量增加,更具活力;浣碧池：二、三级人工湿地水深约40-90cm,水生植物配置以沉水植物为主,对流入的水进行进一步的深化处理；,多级滚水坝曝气充氧,第二段工艺人工湿地系统植物选配方案适地适种水生植物的生活史以及植物群落演替规律,挺水植物：水毛花、黄菖蒲、再力花、芦竹、芦苇、千屈菜、野茭白、香蒲、水竹、泽泻、慈姑、石菖蒲、荷花等品种；浮水植物：睡莲；沉水植物：黑藻、金鱼藻、苦草、菹草、狐尾藻等.,生态与园林的交融,全段工艺水质效果评价,综合整治水质效果比较工程竣工前水质全部超出V类水标准；整治后两年，TP、TN、NH4+-N和CODMn均表现出极显著下降(p0.01).，相比03年依次降低了88.5%、68.8%、89.1%和68.0%。其中CODMn达到类标准,TP达到类标准,NH4+-N达到类标准。水体DO从04年的5.9mg/L增至9.2mg/L。,根据当地地形落差大的特点，利用河道进行跌水曝气、滚水坝曝气，无需额外动力。滞留塘和人工湿地结合，滞留塘串联延长了水力停留时间，可充分发挥物理沉降功能，拦截大部分漂浮杂物及悬浮物，防止湿地堵塞。在滞留塘内种植各种水生植物，提高了净化效率;人工湿地为潜流湿地不投放药剂，无二次污染;管理运行简便，无需专人管理和运行经费，这是贫困地区农村污水处理系统良好运行的保证;处理效果稳定可靠，出水灌溉可以缓解农村用水紧张。,实例：都拉小河位于贵阳某水源地上游，河水来自地下水，沿途汇集集镇2000余人的生活污水和农田排水，水质劣V类。,第1单元：河道植物带滞留塘，河道中央种植金鱼藻、狐尾藻等沉水植物，岸带有喜旱莲子草、李氏禾和藨草等，发挥河道植物带的水质净化功能。另外，此单元拦截大量的漂浮物和泥沙，便于清淤。第2单元：跌水曝气系统，长约为70m，宽为415m，落差约为5m。通过在河道中放置各种石块，使之挡水回旋和溅起水花实现自然复氧。跌水曝气可增强水质净化效果。第3单元：漂浮植物滞留塘，滚水坝溢水。水面种植喜旱莲子草和水芹菜，覆盖度约为40%，吸收水体中的氮、磷，同时为微生物挂膜提供载体;该单元主要起到缓冲、延长水力停留时间、厌氧消化、促进颗粒物沉降的作用，可以减轻后续单元的污染负荷。第4单元：斜面式滚水坝曝气系统，利用滞留塘水坝，在出水面利用石块建成斜面式溢流堰，坡度为75。其作用是增加水体的溶解氧含量，溢流堰出水部分进入人工湿地，多余部分沿河道流出。第5单元：潜流碎石床湿地，由三级串联,缓流河道水质净化技术,缓流河道又称断头浜、盲肠河道、静脉河道等，指水流速度极缓的支流。,专利名称：静脉河道低污染水负荷削减的方法专利号：CN：10172352O.A,生态透水坝,淹没式生态床,潜没式生态床包括浮力调节装置、锚定装置,沉水植物床、微生物床、曝气装置、微孔曝气管,其中潜没式生态床上部为沉水植物床,下部为可撤卸式微生物床,潜没床底部设微孔曝气系统,潜没床顶部为浮力调节装置,底部为锚定装置。潜没式生态床既可以根据所种植水生植物种类调节水深,适合挺水植物、漂浮植物、沉水植物生长,为水生植物与水中微生物在水体有氧-缺氧条件下的生长提供条件,又可以根据河!湖!水库水体透明度条件调节床体深度。,生物接触氧化床是采用适宜于微生物生长的挂膜材料,利用栖附在填料上的生物膜和充分供应的氧气,通过生物氧化作用,将废水中的有机物氧化分解,达到净化目的。,生物接触氧化床,多自然型河流治理技术,对天然河流的人工改造不可避免地对河流的生态环境造成破坏：河道萎缩，生物多样性受损，泄洪工程减弱，河岸美丽景色消失。,20世纪80年代，德国，瑞士提出“亲近自然河流”概念和“自然型”护岸技术；,20世纪90年代，日本开展了“创造多自然型河川”计划；,“多自然型河流治理法”是一种多种生物可以生存、繁殖的治理法，它以保护、创造良好生物良好的生存环境与自然景观为建设前提，不是单纯的环境生态保护，而是在再生生物群落的同时，建设具有设定抗洪强度的水利工程，河流蜿蜒曲折的河道形态，起伏变化的河床断面和两岸滋生的河岸植被，组成一个流淌而又丰富多变的空间。,河道水质净化：河道曝气、旁路净化等河道形态保持、基底及生态护岸设计河道缓冲带修复工程设计河道生态多样性修复,河道生态修复具体包括：,河道治理：传统河道技术现代渠化技术当代生态构建技术,什么是河流的缓冲带？为什么要进行河流缓冲带的修复？,河流缓冲区域：指河流-陆地交界处的两边，直到河水影响消失为止的地带，包括湿地草地灌木森林等不同类型景观，呈现出明显的演替规律；,缓冲区的功能：滞留泥沙等颗粒物质，以及过滤来自高地和地表径流所带来的污染物；维护河岸；改进邻近地区的微气候；维持地表水的蓄积和地表及地下水的循环变动；维持水陆交错带植被群落；维持无脊椎动物丰富性和多样性；维持湿地内部的生境结构及其食物链。,环境保护功能减缓径流，截留污染物,Lowrance等人在距TiftonGeoria不远的小河流与测定流域河岸带生态系统内N,P的输入输出量，发现径流河岸带植被过滤和被林地截留的N量是输出到河流的6倍，的P流出量被植物滞留,尹澄清等人对白洋淀周边岸带研究表明，有植被290m长的小沟对地表径流总氮的截留率为92%，总磷的截留率为65%；通过4m交错带芦苇群落根区土壤时，地下潜流N,P分别降低64%，92%。,可见，生态河岸带在农田与水体之间起着一定的缓冲作用，是控制非点源污染有效的措施之一。,保护生物群落的功能,调节微气候,生态河岸带通过植被对水体形成的阴影，减少阳光直射强度，调节水温温度，该区域水体温度比没有植被覆盖的水温比没有植被覆盖的水温低，水面蒸发量减少，从而对区域气候产生一定的影响。,生物繁育的重要场所,河岸带生态修复原则,水力稳定性,生态完整性,资源保护原则,岸坡冲刷引起的不稳定；表层土滑动引起的不稳定；深层滑坡,尊重多样性，减少对资源的剥夺，尊重各种生态过程,就地取材，与当地自然条件相和谐,整体景观原则,整体景观原则,突出景观设计，回归自然，满足居民休闲娱乐与亲水要求,河床生态构建技术,置石工法置石法也称植石法或埋石法。日本常常将直径0.8-1.0m大小的自然石经排列埋入床造成深沟和浅滩,形成鱼礁,营造有利于鱼类等生长的河床。植石一般适用于水流湍急且河床基础坚固的地区。,日本福岛法县伊那川采用此法营造出适于香鱼喜好的周边流速为6080cm/s、砾石内部流速约为30cm/s的鱼礁后,据跟踪调查已将自然河流中香鱼生息密度由1尾m2左右,提高到10尾m2左右,鱼类因有更佳的生息环境而更快繁殖。,抛石护底在河床上散抛均匀厚度粒径较大的块石或卵石,构筑河床保护层。块石的粒径取决于道流速,以不被水流冲走为原则。抛石厚度以能对河床质进行有效蔽护,保护河床质不被水流带走为准则。为了防止坡脚内部土粒通过缝隙被吸出，还可以在整治河段先铺设一层土工织布,再在其上抛石压固。我国松花江航道就是采无纺布抛石护底施工工艺来整治的。,固床工法固床工为横向构造物,它可以与河床面齐平或略高于河床面,有时还采用连续布置一系列的固床工,扩大河段的保护长度,即纵断面设计中提及低坝群工法。它可以人为的控制河床落差,减少水流势能,减轻水流的对床体的冲刷作用,维持河道纵横断面形状,增强水体的复氧能力,增加水体中的溶解氧,从而为河床微生态系统提供充足的氧气,有利于微生物的生存和繁衍,也为藻类光合作用提供充足的张照。,粗柴沉床法粗柴沉床是为保护河床免受水流侵食作用,以及保持水体中水生生物多样性的生态工程技术。粗柴沉床最早是由荷兰技师发明，它以粗柴(长度大约3m,直径为23cm的野生树木的嫩枝)为主要材料将其扎成捆再组合成格子,格子间内敷上卵石或砾石,进一步加固河床,防止水流对河床的侵食。,巨石固定法在一些流速较大,冲刷严重但大型石料又缺乏的地方,为了同时满足生态和河床稳定的要求,日本采用了预制金属格固定一定数量的小石块,在增加护底材料的稳定性的同时保证足够的空隙。,护脚,坡脚是河岸的基础部分,其坚固与否对维护岸坡的稳定,以及整个河道的形态起着决定性的作用。坡脚的防护要具有足够的重量来承担流体力,同时要具有防止深部侵蚀的深度和宽度,还应具有一定的耐久性、生态性。,抛石护脚就地取材、施工简易灵活、可以分期实施、逐步累加加固等优点,而且抛石对水深、岸坡和流速等复杂的外在条件有较广的适应性,可有效的防止航行船只撑稿抛锚的破坏,非密闭的物理性质对河流的生态系统也具有保护作用。护块石宜采用石质坚硬的石灰岩、花岗岩等。,石笼护脚石笼护脚技术也具有较长的历史。石笼是采用铅丝、竹蔑、荆条等材料作为各种网格笼,内填块石、砾石或大卵石,网格大小以不漏失填充的石料为限。,木桩护脚木桩护脚是利用纵向木、横向木和下部打入河床木桩构成一个稳固的立方体结构，为防止底部的泥沙被吸出淘蚀，可在靠近河床的地面编结致密的藤条。,混凝土基础护脚技术混凝土基础护脚技术是模仿房屋建筑稳定基础的。木桩护脚还在靠近河床的底面编结法,在河道近岸一定宽度的河床下挖一定深度,浇铸混凝土,打设混凝土桩。岸坡方向铺设带有孔洞的预设混凝土砖,工程完成后再在表层覆土,以便于受扰河道生态环境的恢复。,长期以来我国在城市中小河流整治中，河道护坡主要采用浆砌或干砌块石、现浇混凝土等材料，护岸工程则多采用直立式混凝土挡土墙结果，这些结构形式从生态观点看切断了河流的水陆过渡带，不同程度引起了水体与陆地的环境退化。,生态护岸,自然生态型修复模式工程生态型修复模式景观生态型修复模式,河道生态护岸的设计,自然生态型,选择适宜于滨河生长的植被种植在河道岸顶、坡面和水边，利用植物的根，茎，叶来固岸；“土壤生物工程法”，利用木桩与植物梢，棍相结合，植物切枝或植株将其与枯枝及其他材料相结合，乔灌草相结合，草坪草和野生草相结合等技术来防止侵蚀。,适用于用地充足，岸坡较缓，侵蚀不严重的河流；抗洪能力较差，抗冲刷能力不足，在日常水位线以下种植植物较难,工程生态型修复模式,适用于冲刷比较严重，防洪要求比较高的河段；工程修复不仅种植植被，还采用天然石材、木材护底，如在坡脚设置各种种植包，采用石笼或木桩等护岸，斜坡种植植