第4章生态工程设计与监理

第四章生态工程设计与监理,4.1生态工程设计4.2生态工程监理4.3典型生态工程设计案例,4.1生态工程设计,4.1.1生态工程设计的重要性4.1.2生态工程设计原则4.1.3生态工程设计基本程序4.1.4生态工程设计技术路线,返回,返回,返回,4.1.1生态工程设计的重要性,生态工程设计，是保证生态工程实施成功与提高工程效益的关键步骤和依据。,返回,4.1.2生态工程设计原则,4.1.2.1因地因类制宜原则4.1.2.2生态学原则,4.1.2.1因地因类制宜原则,因地制宜原则：是紧紧围绕当地的自然、社会和经济条件进行生态工程设计的基本原则。,因地制宜原则表现在3方面,考虑当地自然环境条件和土著生物的制约考虑当地的人为因素考虑当地的经济条件,凤眼莲需要15以上，较长光照的条件,在南方采用凤眼莲为主的生态工程处理污水，可获得显著的环境和经济效益在北方则不适合，需要另选耐寒、耐污、有强净化能力的植物来代替，比如黑麦草、芹菜,以芦苇为主的人工湿地净化污水,在我国，收割芦苇作为造纸、编织的原料，有机质和营养盐通过芦苇的吸收转化再输出而转移到系统外，促进了收支平衡在欧美国家，一般不用芦苇造纸，因此任其自生自灭，不予收割，有可能造成二次污染,生态工程是着眼于社会-经济-自然生态系统的整体效率、效益与功能，将各种单一的环节及技术进行优化组合，以生态建设促进产业发展，将生态环境保护融于产业工程及有关生产之中。而不是单一解决某种废弃物、某一环境问题、或者某个产品、部门的问题。,这种组合不能生搬硬套某个地区的成功经验，而需根据所要进行生态工程地区的自然条件，经济条件，社会状况，因地因类制宜优化组合才能使资源得以充分利用，变废为宝，既解决环境问题又获得经济效益。,4.1.2.2生态学原则,（1）适当输入辅助能的原则（2）再生循环及商品生产原则（3）生物多样性原则（4）环境的时间节律与生物的机能节律原则（5）生物种群选择原则（6）种群匹配原则（7）人工压缩演替周期原则（8）种群置换原则（9）经济效益原则,（1）适当输入辅助能的原则,适当地输入辅助能，建立辅助能流路线，可以人为改变生态系统的网络结构，增加反馈机会，提高生态系统主要能流途径的效率，同时，也可以获得多种经济产品。西方国家以化石燃料或电能为主，劳力投入较少。在中国，主要靠人力投入，所耗化石燃料或电能很少。,（2）再生循环及商品生产原则,通过再生循环，迁移、转化、去除一些内源和外源的污染尽量高产、低耗、优质、高效地生产适销对路的商品或可利用的原料，化废为利，收到经济效益保证产品输出的途径畅通,（3）生物多样性原则,在生态工程设计中，应该注意保存与增加生物多样性和食物链网的复杂性，充分发挥多种生物种类利用各类生态位和多层分级利用物质。,（4）环境的时间节律与生物的机能节律原则,环境因子随时间的变化规律称之为环境因子的时间节律。生物的机能随时间的变化称之为生物的机能节律或称为“律动”。,环境因子的时间节律原则,自然环境因子中分为周期性因子和非周期性因子。由于光照的周期性变化而引起的一年的变化动态称之为年周期，每个不同月份的变化称月周期，每日的变动称之为日周期，另外还有季节变化。,生物的机能节律原则,与环境因子的时间节律有着密切的关系，生物机能节律也分为年周期、季周期、月周期和日周期。,在生态工程种群的选择与匹配过程中合理地利用不同生物的机能节律，与当地环境节律合理配合，就可以做到环境资源的合理利用。,（5）生物种群选择原则,根据生态工程建设的主要目的来选择。同时，在保证主要目的的原则下应当尽量考虑其他对人类有益的作用。根据工程所处自然环境特征来选择，选定适生种群。,（6）种群匹配原则,当一项生态工程的主要种群选定后，如何匹配次要种群本身就成为一门技术。根据生物互利共生、生态位原理，选择匹配的次要种群，形成互惠共存的群落，这是生态工程效益高低、结构是否稳定的关键。,（7）人工压缩演替周期原则,生态系统形成和演替是一个很长的阶段从裸露岩石开始的演替称之为旱生演替,如果一开始就想建成一个标准的生物群落，需要投入大量物质和能量来补充自然环境资源的不足。大部分生态工程，是采用模拟自然生态系统形成的演替规律的办法，使人工生态系统由低级向高级阶段过渡，但是要适量投入人工，人为的压缩更替周期。,干旱草原区的生态恢复林业工程,环境特点：干旱、水土流失严重、土壤贫瘠、沙化、盐碱化,直接种植乔木,形成少老树,抗旱灌木和草本,引入乔木,乔、灌、草结合的生态系统,（8）种群置换原则,自然生态系统的生物种群是野生自然种群，这些复合群体的群落组成是经过长期的种间斗争逐渐达到和谐与平衡。人工建造复合生态系统，可以利用习性相同的生物选择或者置换自然种群，通过人工调控合理地减弱种间或种内竞争，从而减少损耗。,（9）经济效益原则,生态工程的价值是实利，在净化与保护环境的同时，往往还要产出一些商品，有直接的利润和经济效益。,返回,4.1.3生态工程设计基本程序,4.1.3.1拟定目标任何生态工程设计必须强调复合生态系统的整体协调的目标，即自然生态系统是否合理，经济系统是否有利，社会系统是否有效。根据当地的条件，强化某个系统的目标。,4.1.3.2背景调查自然资源条件:生物资源、土地资源、矿产资源、水资源社会经济条件:市场状况、劳动力及其知识水平、经济实力生态环境条件:气候条件、土壤条件、污染状况,调查资料和数据要具有：外界的输入状况、系统的组成及其状态、组分之间的物质、能量和信息的流动、系统的输出以及与外界的货币、物质等因子的交换等等。,4.1.3.3模型分析与模拟根据拟定的目标和收集的数据，构建合适的数学模型通过模型的运算，评价所选模型是否合适；结合定性研究，评价和分析系统的整体行为特征和发展趋势，并进行综合评价,4.1.3.4工程可行性评价生态系统模型提供了复合生态系统的静态特征和动态变化性质，是生态工程可行性分析或决策分析的基础。通过可行性评价和决策分析，可以为管理部门提供在不同社会、经济和自然资源条件下，生态工程实施的多条途径。,4.1.3.5生态工程设计的科学基础多学科性：自然科学、工学、社会科学多目标性：多目标、多层次和多属性的分析研究和决策整合性：宏观、微观相结合，定性与模糊相结合整体性：重在探索系统的整体结构和功能,返回,4.1.4生态工程设计技术路线,4.1.4.1建立互利共生网络4.1.4.2延长食物链,4.1.4.1建立互利共生网络,将平行的原本不相联结的种，通过食物链进行联结，从而形成互利共生网络，提高效率，促进物质的良性循环。这类方法的典型例子很多，如前述的鱼鸭混养，稻田养鱼，稻田养蟹，基塘系统(桑基鱼塘、草基鱼塘、菜基鱼塘、果基鱼塘、林牧复合生态系统、林农复合生态系统等)。,4.1.4.2延长食物链,在一个生态系统的食物链网中，增加一些环节，改变食物链结构，以发挥物质生产潜力，更充分利用原先尚未利用的那部分物质和能量，促使物质流与能量流的途径畅通，此即称之为加环。,根据加环的性质和功能，可以将其分为：,生产环：所加入的环，可使非经济产品或废物(或部分用非经济产品与废物)直接生产出可被人利用的经济产品增益环：所加之环，虽不能直接生产出商品，但可加大或提高生产环的效益减耗环：在“损耗环”上增加一新环节，或增大原有的环节，使之抑制和削弱损耗环的作用,复合环：所加之环，往往起到上述各环的多种功能加工环：通过增加加工环，不仅深度加工增加产品产值，而且它联结或扩大了食物链，促使另一些生产环、增益环、复合环的联结,返回,4.2生态工程监理,4.2.1生态工程实行建设监理的必要性4.2.2工程监理基础4.2.3生态工程监理的特点4.2.4生态工程监理内容,4.2.1生态工程实行建设监理的必要性,1998年，为了完成生态环境建设的宏伟目标，我国正式在生态环境建设项目中引入工程监理制，对所建项目进行全方位的投资、质量、进度的监控。生态工程建设引入监理制后，理论界认为取得的效果：（1）提高建设项目管理水平；（2）提高工程建设质量，加快建设速度；（3）提高工程投资效益；（4）促使生态工程建设前期工作进一步规范化。,4.2.2工程监理基础,1、建设工程监理的基本概念具有相应资质的工程监理企业，接受建设单位的委托，承担其项目管理工作，并代表建设单位对承建单位的建设行为进行监督管理的专业化服务活动。建设单位：业主、项目法人。工程监理企业：具有监理资质证书的依法从事建设工程监理业务的企业。,2、建设监理的范围与任务（1）建设监理的范围按工程项目覆盖面：所有建设工程项目都必须接受政府监理。在工程建设的不同阶段和不同管理内容方面，对工程项目进行强制性监理。按工程项目建设阶段：项目准备阶段、项目实施准备阶段、项目实施、项目验收。全阶段均接受监理。,（2）建设监理的任务三控制：投资控制、进度控制、质量控制二管理：合同管理、信息管理一协调：对工程建设中出现的各种矛盾和问题进行协调。,3、建设监理的类别（1）政府建设监理对工程建设实行监理，是政府管理社会公共事务的一个重要职能。（2）社会建设监理由独立的、专业的社会监理单位，受建设单位的委托，对工程建设项目全过程或部分阶段实施一种专业化管理。,社会建设监理企业的性质：服务性独立性和公正性科学性,社会建设监理的任务：确保建设项目的总目标（工期目标、质量目标、费用目标）的合理实现。概括起来，社会建设监理的主要任务是对建设项目的四大目标管理的控制：工期目标控制、质量目标控制、费用目标控制、合同管理。,4.2.3生态工程监理的特点,点多、面广，受季节和农事活动影响大。参与施工的劳力绝大多数是当地农民，缺乏技术，没有工程管理经验。有的工程作业设计滞后，给质量控制、工期控制带来困难。是一项跨行业、跨地区、多学科的系统工程。,针对实际问题，应做好以下工作：根据建设任务、投资计划、实施方案，编制作业设计，并送有资质部门审批。精心组织施工，确保工程建设质量。讲政策、质为先、慎用钱，最大限度发挥资金效益。调动群众参与的积极性。,4.2.4生态工程监理内容,加强监理资质管理施工阶段是实施监理制的重点：质量控制、工程控制、投资控制逐步实行全过程监理：项目建设前期阶段（规划、项目建议书、可行性研究、初步设计）；项目实施阶段（施工准备、建设实施、生产准备、竣工验收、项目后评价）,4.3典型生态工程设计案例,4.3.1白洋淀非点源污染控制的生态工程4.3.2生物修复技术在温州横河水体治理示范工程中的综合应用,4.3.1白洋淀非点源污染控制生态工程,1、白洋淀水域污染状况2、生态工程技术在控制白洋淀水体污染中的应用（1）控制白洋淀周边农业区源头污染生态施肥技术：控制土壤养分投入数量水土保持技术：坡面工程技术、沟道工程技术污水处理：氧化塘、污水土地处理技术固体废物处理技术：现代堆肥、沼气技术,（2）控制农业径流污染的生态技术生态缓冲带：在流域中与受纳水体邻近，有一定宽度，具有植被，在管理上与农田分割的地带，能减少污染源和河流、湖泊之间的直接连接。湿地生态系统：N、P随泥沙在湿地中沉降，泥沙和土壤对污染物吸附、解吸、氧化还原及生化过程等，这些过程与湿地系统的土壤化学性质、生产力等因素有关。,4.3.2生物修复技术在温州横河水体治理示范工程中的综合应用,生态修复技术是按照自然界自身规律来恢复自然界的本来面貌，是对自然界自净能力的一种强化，通过强化河道自身的自净能力治理被污染水体，这是人与自然和谐相处的治污思路，也是水体治理的方向性技术，是人们遵循生态系统自身规律达到治污目的的一种方法。,1、横河概况2、设计依据及内容采取人工菌剂结合修复工艺实施水体生物修复。原位降解底泥的有机污染，迅速重建严重受损的底端生物链，为上行生物链的梯次恢复奠定基础，加速底泥的硝化进程，为底栖动物的着床创造底质条件；再利用浮岛技术、生物膜技术、曝气复氧技术改善水质，提高透视度，为水生动物的放养创造水质条件；通过人工调控，使水系微生物、水生植物、水生动物与底质、水质动态平衡，并逐步向自然生态系统演替。,3、应用示范工程流程一期工作：研制浮岛，植物筛选，复配菌应用效果确定，生物膜研制、生物网箱研制。二期工作：在下游河段进行,4、设计目标5、应用示范工程规模6、工程应用实施情况（1）微生物的应用（2）生物膜的应用（3）设置生物围网、浮岛,确定植物品种：挺水植物：野蕉白、香蒲、菖蒲、水道、美人蕉、野芹菜、灯心草、辣蓼、芯蘑、荷花等。浮水植物：睡莲、荇菜、水龙、水花生、凤眼莲、空心菜等。（4）高等水生动物投放,7、效益分析随着水体生态系统的恢复和城市水体生态景