10-水环境修复-湖泊水库水环境修复

（2）水生植被优化设计基础
由湖盆形态、底质条件和水文条件决定的水生植 被面积、类型和分布格局 湿生植物：季节性显露的滩地 挺水植物：注意上下限 浮叶植物：《3m 沉水植物：《10m 强烈的风浪扰动决定水生植被的分布格局和面积 水质和透明度决定分布深度和面积 定期收割有助于植物旺盛生长
人类的使用需求：按照生态功能划分
适应性、本土性、强净化能力、可操作性
选择植物种类：根据选择原则选择适当物种，最 好能做一些围栏试验做一些尝试再推广应用
优化设计
②群落配置：通过人为设计，将欲恢复重建的水生 植物群落根据环境条件和植物特征按一定比例在空 间、时间分布方面进行安排布置。 水平空间配置：生态型和经济型
垂直空间配置：根据水深从湖岸－浅水区－深水 区分别配置。湿生植物－挺水植物－浮叶植物，沉 水植物
富营养化开始 爆发的湖泊
含冷且有富氧水系 注入的湖泊

二氧化碳
• 有明显的时空变化
• 湖泊底层由于光合作用减弱或完全没有光合作
用。加上沉积物的分解，二氧化碳含量较高； 相反，溶解氧和pH值则较低。富营养化湖泊这 种差异尤其明显。

营养盐类
• N、P、Si、Fe、Cu、Zn、Mn、Mo等多种生物营养 元素 • N、P是植物最主要的营养物质，其含量水平决定 水生生物的生产力
太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目
太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目
太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目
太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目
太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目
（6）水生植被的收割利用
收割的重要性：控制植物生长，避免消极影响 手工收割
机械收割：机拖收割、机械收割、先进专用收割设
4阶段理论
非点源负荷量 及特征调查 计算水体非点 源允许入湖负 荷量 确定污染控制 最佳方案 涉及湖泊水库 非点源污染控 制的最佳总体 方案

非点源控制技术
难以采取点源污染控制的集中处理方式 根据湖泊水库流域不同生态位和污染物性质，设计各类污染 控制工程、环境治理工程、水质净化工程和生态修复工程。 总的来说分为工程技术和管理技术两大类
3.2 水域生态系统的生物组分
包括生产者、消费者和分解者（金字塔） 生产者
• 藻类和维管束植物，吸收水中碳、氮、磷等生物 营养物质，在阳光的作用下合成复杂的有机物， 把太阳能转化为化学能
• 淡水藻类：蓝藻门、隐藻门、甲藻门、金藻门、 黄藻门、硅藻门、裸藻门、绿藻门、轮藻门
水生植物

漂浮植物：凤眼莲、水浮莲、浮萍、紫萍等
• 浮叶植物： 眼子菜、睡莲、莼菜和菱
睡 莲
子午莲
沉水植物：狐尾藻、苦草、黑藻、茨藻、
苴藻、金鱼藻
• 要求水体较清，有较高的透明度，使光线能透射 进水层以供进行光合作用
马来眼子菜
苦草 伊乐藻
挺水植物：菖蒲、香蒲、芦苇等
• 耐有机污染能力强
香 蒲
水菖蒲
消费者

自身不能合成营养物质，靠捕食其他生物或其碎屑维 持生命活动 原生动物、轮虫、浮游甲壳动物、底栖动物、 鱼类及其他脊椎动物
太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目
太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目
太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目
太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目
太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目
太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目
太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目
太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目

2.湖泊水库水环境综合评价


可行性研究内容：调查进入湖泊水库的营养元素、悬浮泥 沙、有机物的定量负荷或者速率；调查湖泊水库的状态和 周期性变化规律；确定适合湖泊水路的最有效的修复技术 以利于湖泊水库的长期保护和修复等。 目的：水体的基本用途、历史、存在的问题以及修复技术 是否可行。
2.1 基础资料收集
4. 湖泊水库的生态恢复技术
概叙
植物修复
针对国情的对策及技术途径
我国水体污染的主要特征：由人类生产、生活活 动引起的水体有机污染和富营养化现象。 关键：削减水体和底泥的有机物、N、P的负荷 对策： （1）消除点源：截污及雨污分流 （2）控制面源：农业面源污染防治 （3）直接工程技术：清淤、调水、生物修复技术 生物修复技术：植物技术、微生物技术、综合处 理技术等

1.湖泊水库水环境修复的原则
生态、社会、经济和文化的需求以及恢复技术的有效性 Important 确定目标：尺度上、规模上、目标上 整体性。 由诸多物理化学要素和生物要素组成的复杂生 态系统，修复应具有整体性概念，全面考虑生态系统结构 和功能。 修复技术措施包括湖泊水库主要环境要素（大气、水、沉积 物等）的改善与生物因素（生态系统的结构和功能）的修 复两方面 遵守自然法则。 生态学的基本理论是生态恢复的理论基 础：限制因子理论、生态适应性、生态位、自然演替、集 合规则、自我设计和人为设计、生物多样性及恢复阀值理 论等
人工湿地、氧化塘等 应用于污染农业区，处理农田废水和农 村废水
生物净化及农田工程技术
群落演替

季节演替
• 藻类的季节演替

底栖动物的季节演替

蜉蝣目、双翅目、毛翅目、膜翅目幼虫等都有这种 现象。不同种类的羽化季节不同，有的在夏季，也 有的在秋季

鱼类种群与水温的关系

鱼类对环境温度有不同的适应范围，随水温的改变， 种类组成发生变化
水平演替

河流生物的纵向演替
• 由于海拔高度、流速、底质、水温、透明度等 因素的差异，河流上、下游生物种类、数量有 很大不同 • 河流中鱼类也有明显的分带现象。上游多为冷 水性种类．如鲑、鳟鱼等，下游种类则较多， 如鲤鱼、鲫鱼等
备
二、其它植物技术简介
1、水生植物塘
小型水塘，种植植物或藻类，处理受污染水 缺点：季节性、植物必须人工控制
2、水生漂浮植物种植 P156
水葫芦塘或浮萍等
使用人工浮床强化
3、富营养化海域栽培大型海藻
湖泊水库环境修复2
湖泊水库水环境修复技术



控制营养物质来源 控制藻类和植物 水动力学和消除内源污染
地理地质数据：气温、蒸发量与降水量、汇水面积、土壤 与植被、污染状况 水文学数据：容积、面积、水量变化、水深剖面、水力停 留时间、水流动力学特征、水体温度分层、底泥 水体理化参数 生物学参数：藻类、植物、动物、底栖生物、微生物等。

2.2 参数计算
水量动态平衡：得到水体交换时间、水深 变化等 热量衡算：太阳辐射引起的水体水温分布不均，从而引起 水体运动及水环境的变化 污染物负荷衡算：主要是氮磷的元素输入输出 自净速率 水生态系统：生态系统结构的变化，其趋势是最大限度吸 收外部的能量与物质，能量是驱动生态系统中各种物质转 化的动力，物质的转化印象到生态系统的结构组成。

3.湖泊水库的基础知识

理化因子及变化 生物组分与演替规律
3.1 湖泊水库的重要理化因素
远离 岸带 滨岸 带 光合 作用 带 深层 带
黑暗 无光 带
温跃 层界 限
光合 作用 界线
表层 水 变温 层 均温 层
光照与温度 的变化趋势 并不一致， 光照较为线 性，而温度 变化存在跃 层现象
表层 水 变温 层 均温 层 正常 贫营 养湖 泊 生产力 很高的 富营养 化湖泊
第八章 污染水环境修复技术2 湖泊水库水环境修复
邓欢欢
目

录
湖泊污染概述 湖泊环境修复初论
一、湖泊水库水环境污染
湖泊和水库都是流域中主要的汇水体，作为流域 中物质的“汇”，自然侵蚀过程和人为排放的污 染物都将进入湖泊水库，导致水环境污染的现象。 主要污染问题： 水质污染、富营养化、水质酸化、湖泊水库萎缩
分解者

包括各种水生细菌和真菌，能将死亡有机体、有机碎 片等分解成碳、氮、磷、硫等简单无机物，使物质得 以循环往复 • 细菌：小球菌、链球菌、杆菌、螺旋菌、球衣菌、 贝氏硫细菌及菌胶团等 • 真菌：枝水霉菌
群落

概念
• 特定空间或特定生境下生物种群有规律的组合

特征
• 具有一定的物种组成 • 不同物种之间的相互影响 • 具有形成群落环境的功能 • 具有一定的外貌和结构 • 一定的动态特征 • 一定的分布范围 • 群落的边缘特征

N：P比值
N：
藻类体内C：N：P原子比为106:16:1，
P质量比为7.2：1 水中N：P比值影响藻类生长，也是水体营 养状况的指标 N:P＜7:1，N成为限制因子；反之，P成为 限制因子 N:P比值随水体营养水平的增加而下降，N： P＞16:1为贫营养，＜16:1为富营养。P是 水体富营养化的主要影响因素

湖泊生物群落的水平与垂直演替
• 按水平分，可分为沿岸带和湖心带。前者包括沉水 植物和挺水植物生长的浅水区，后者为湖中央无水 草部分的开阔水面
• 按垂直分，湖泊可分为湖上层或营养层和湖下层，
以光照补偿层为界。湖上层光线充足，藻类主要分 布在湖上层；湖下层光线微弱或没有光线，绿色藻 类不能生存。但湖上层沉降下来的碎屑为厌氧微生 物分解活动提供了物质条件

营养盐类(1)
－氮
• 水中氮的主要形式有N2、NH4+、NO2- 、NO3-和有机氮 • 氮的主要来源是废污水诽放、地表径流、水生生物 的代谢和微生物分解作用
• 水生植物可直接吸收无机氯(NH4+、NO3-)，一部分细 菌和蓝藻可固定N2

营养盐类(2)
－磷
• 水中的磷主要以正磷酸盐、缩合磷酸盐和有机磷磷 酸形式存在 • 水体中的磷主要来自地表径流、生活污水、工业废 水或生物转化
调蓄型湖泊：沿岸带的护坡护岸功能－挺水植物和 湿生植物。
水源型湖泊：保护水质，沉水植物，注意收割和管 理。
运动娱乐型湖泊：沿岸带，注意湖面开敞，沉水植 物太多不好 观光游览型湖泊：注重景观性，各种均可
水质保障的营养平衡和生态平衡原则
（3）优化设计
①先锋物种的选择：首先建立植物生态群落
物种选择原则：
4.1 生态恢复与植物修复
恢复湖泊水生植物
（1）概念
植物的构成：沉水植物、浮叶植物、漂浮植 物、挺水植物及湿生植物
湖泊富营养化治理必须建好植物群落
水生植物修复包括：
人工强化自然修复与人工重建水生植被两条途径。
目标：重新设计和建设全新的能够稳定生存的水 生植被和以水生植被为核心的湖泊良性生态系统。
一、控制营养物质来源
1、外源污染控制技术
点源污染控制：明确的、相对固定的污染来 源，一般采取“末端处理技术”和执行严格的排 放标准来进行控制；如污水处理厂站及环境管理； 非点源（面源）控制：面源是湖泊水库污染物 的重要来源。国外研究占全部污染50%以上，农 村非点源问题尤其突出。 如滇池，90%以上的入湖泥沙来自农村面源，其 中N/P可能占总污染的40~80%。
（4）修复水生植物植被基本条件的创建
①蓝藻水华的控制：
全湖性控制和局部湖区控制
②风浪的控制：消浪带的建立
③沿岸带浅滩环境的创建：人工工程，退耕还湖
④底泥的清除 ⑤水深的调控 ⑥水质改善：透明度、有机物浓度、pH
（5）修复水生植物植被的技术途径
挺水植物：直接种植和移栽
浮叶植物：直接抛投
沉水植物：低水位时候选择从水浅地带开始
分类
措施
简介
工程修复，拦沙坝等技术结 针对山地水土流失及侵蚀区，通过土石 合草林复合系统，覆土植被 工程结合生态工程，控制水土流失
前置库和沉砂池工程技术 应用于台地及入湖支流自然汇水区，沉 降泥沙兼生物吸附降解污染物

工 程
技 术
拦沙植物带技术和绿化技术 生物拦截吸附净化，应用于堤岸保护、 坡地农田防护等

湖泊水库污染的来源
外源与内源
污染来源
外源污染
污染类型
点源 面源 生活污水、工业废水、养殖污水 农田径流、地表径流、水产养殖、降雨
内源污染
底泥污染释放
二、湖泊水库水环境修复初论
定义：通过人为调控，使受污染损害的生态系统 恢复到受干扰前的自然状态，恢复其合理的内部 结构、高效的系统功能和协调的内在关系。 两方面的内容：一是通过一定的修复措施尽可能 抵消或减轻一部分已被证明对环境和人类有害活 动的负面效应，修复生态系统的服务功能，使湖 泊水库能够满足人类的需要；另一方面使受损或 受干扰湖泊水库生态系统在结构和生态功能上恢 复到破坏前的“完美”状态。