水体资源 篇1
关键词：镇江市,水体旅游资源,开发现状,问题,策略
一、镇江市水体旅游资源的主要类型及分布现状
镇江市位于长江中下游, 北依南京, 东靠苏锡常地区, 与扬州隔江相望。全市河流60余条, 总长700余公里。水系分北部沿江地区、东部太湖湖西地区和秦淮河西部地区。长江流经境内长103.7公里。京杭大运河境内全长42.6公里, 在谏壁与长江交汇。长江从镇江的北面浩浩荡荡东去, 世界上最长的人工河———京杭大运河纵贯镇江。两条河流在镇江交汇, 因此常有人用“二龙戏珠”来形容处在黄金水道上的镇江的这种地理态势。长江镇江段自然岸线长达259公里, 其中深水岸线85公里, 占全省深水岸线总长的83.4%, 是江苏省深水岸线资源最丰富的市, 是建设深水良港的最佳地区。
镇江湖泊众多, 比较著名的有金山湖、塔影湖、横塘湖、三岔湖、澄湘湖, 丹阳南部的练湖、白龙湖、塔影湖和句容葛仙湖等。8.8平方公里金山湖, 北通扬子江, 南接大运河, 流淌着千年文脉, 浸染着江南诗性, 将国家5A级景区金山、北固山、焦山联成一条“珍珠项链”。金山湖风景区建设, 是镇江新一轮城市建设的重要板块, 是造景、造城、造福人民的历史性工程, 金山湖的发展方向是休闲旅游和高档商务。该风景区规划面积62平方公里, 有8.8平方公里的水面、8平方公里的湿地、规划8平方公里的高档社区、8平方公里的高档商住区, 有24.7公里的黄金水岸, 是中国最大的城市湖泊, 长江最大的城市生态湿地公园。景区建成以来, 许多大型的赛事及民众活动都曾在这块宝地举行, 如2011镇江金山湖?新丝路中国小姐大赛, 第二届金山湖国际龙舟大奖赛, 镇江万人环金山湖健身长跑等。镇江还有许多不知名的湖泊, 这些资源既是丰富的旅游资源, 也是人们生活中不合或缺的一部分。
泉水资源也是镇江水体旅游资源中非常重要的一类, 数量众多、类型丰富, 有冷泉, 有温泉, 还有沸泉。如被誉为“天下第一泉”金山风景区的中泠泉, 丹阳季子庙的奇特沸井, 有着1580年历史的南山风景区的虎跑泉, 还有被被中国地热委评价为“医疗热矿泉”的韦岗温泉, 除此之外还有鹿跑泉、珍珠泉、林公泉, 也历史悠久, 文化底蕴深厚。韦岗温泉现占地达400亩, 已建成开放标准化室内泳馆、室外涌池、淋浴、泡浴、桶浴、冲浪浴, 并设有三星级标准的休闲大厅、豪华包厢、垂钓中心、多功能会务中心、可提供个人、家庭或团体公务食宿。泉水源头始于韦岗铁矿井下-200米处, 日涌水量3000吨, 水温恒定50℃, 水流清澈。泉水中除了含有一般温泉具有的指标外, 还含有30多种矿物质, 尤其是含有少量的稀有元素氡和锶, 从而使韦岗温泉具有独特的医疗价值。此外, 镇江还有大大小小的人工水库数百座, 全市人工水库、塘坝总库容量5亿多立方米。其中, 库容10万立方米以上的水库107座, 库容量3.74亿立方米。
二、镇江市水体旅游资源开发中的主要问题
1. 旅游产品单一, 布局分散
镇江水体旅游产品的开发缺乏结构性规划和分工协作, 水体旅游项目开发往往重视江、河、湖景观, 而忽视了对井、泉、水库等水体的利用, 且创新能力严重滞后, 因而显得单一。并且泉、井等一些水体旅游景点体量小, 环境承载力小, 如开发不慎反而会对景观造成破坏。同时镇江的水体旅游资源多分散在市区及市属县的境内, 大部分水体旅游产品不仅体量较小、层次较低、点不成线、线不成面, 导致了旅游线路不易整合, 从而使镇江成为中转、过境、节点型旅游地, 而且部分景点的水质在经济发展过程中已经下降, 造成旅游吸引力的下降。单一分散的水体旅游产品, 限制了来镇游客的游玩时间。
2. 开发力度不够, 缺乏品牌形象
目前, 镇江水体旅游资源的开发普遍存在开发力度不够的问题, 除少数水体资源如韦岗温泉、金山湖已被利用或正被利用以外, 大多数资源还处于“养在深闺人未识”的状态, 而且开发往往处于初级状态, 旅游产品的开发只限于一些初级的水上运动, 单一的水体景观观赏, 参与性的节目较少, 对旅游者缺乏吸引力。镇江各地的水体旅游项目零星开发, 投资过于分散, 水体景观不成规模, 主要景点各自为政, 缺少统一管理, 始终未形成镇江水体旅游的规模效应和鲜明的品牌形象。
3. 资源尚未整合, 整体宣传存在偏差
镇江旅游资源开发中目前一个比较突出的问题是资源整合力度不够, “山”“水”资源的整合, “自然”“人文”资源的整合等等, 从而造成投资分散、效益低下, 难以形成大规模大品牌的旅游产品和项目。在旅游宣传中也是如此, 实际旅游宣传上往往将重点放在“山”上, 对于水体旅游资源较少涉及, 过于注重“城市山林”的品牌塑造, 而忽略了“山水城市”的特色。同时针对水体资源的宣传, 主题较为单一, 往往集中于“白娘子水漫金山”这一神话传说, 除此之外鲜有创新。
三、镇江市水体旅游资源的开发策略
1. 建立数据库, 统一管理
首先, 编制专项旅游规划对全市水体旅游资源进行统一规划, 对水体旅游资源进行详细普查, 包括数量、类型、布局、面积、水质、开发程度等, 建立起一个完整而全面的水体数据库。其次, 从源头抓起, 加大对环境的整治力度和管理, 提高水体旅游资源和周边环境的品质, 加强周边基础设施的建设, 通过修建直达公路、开通直达班车等方式方便人们出游。最后, 对水体旅游资源、周围环境进行评估和定位, 积极设计策划一些多样线路的一日游项目, 将一些零散的水体旅游资源串联在一起。尽可能得使资源得到有力的开发。
2. 整合资源, 开发特色产品
镇江在旅游上常常强调真山真水, 而真水除了从“真”字入手外, 还应深入挖掘其潜在价值, 对于历史悠久的更应该注入属于镇江特有的元素。镇江的泉水类水体旅游可以开展主题文化游。如金山的中泠泉之所以被称为“天下第一泉”, 是因为用其泡茶效果极佳, 在开发的时候抓住这一特点, 可以开展品茗大会和茶叶展销大会, 在活动过程中尽情展现我国的茶艺文化。同时结合历史的特点, 利用科技等给人们展现古代中泠泉的汲取方法和古代人们的生活方式以及饮茶特点。而虎跑泉和鹿跑泉等本身带有传奇色彩, 则可以通过表演的方式再现泉水的形成过程, 并在表演结束后, 让游客品尝泉水, 从而增加观赏性景观的趣味, 丰富游客体验。与此同时, 水体资源除可供旅游开发外, 其更重要的功能是满足人们日常生产和生活所需, 如果开发不善很可能带来严重的环境问题, 影响到人民生活中的饮水问题, 因此在开发中要更为谨慎。如何更好的利用水体资源以求在维护其原有良好生态环境的前提下, 带来更多的旅游经济效益。是值得拥有这些资源的城镇值得思考的一个问题。
3. 借势宣传, 加强旅游营销
旅游产品不是生活必需品, 营销对刺激旅游者消费需求能起到很大作用。营销时应从以下两个方面考虑:一是营销内容上要强调微观活动和宏观环境的结合。水体旅游产品或项目的营销不能仅仅局限于产品或项目本身的宣传, 还应强化宣传镇江本地的历史文化、自然风光、人文景观、建设成就和投资环境等宏观层面的因素, 使之形成合力效应。同时还可利用一些节事活动举办的契机, 借势宣传, 扩大影响。镇江这两年举办了迷笛音乐节和草莓音乐节, 都取得了不错的反响, 吸引了大批音乐迷, 给镇江的旅游业带来了可观的经济效益。可以以此为契机, 加强对镇江水体旅游资源的宣传。这种宣传可以是明显的广告标语, 也可以是将演出场地放在有名的水体旅游资源的景点。同时也应该根据音乐迷的特点, 量体裁衣, 为其打造一款适合他们的包含水体资源的旅游路线。让音乐迷在欣赏完音乐节后, 可以再到镇江的旅游景点走走。二是营销手段上要倡导传统与现代方式的整合。除了通过电视、报纸、广播、杂志、网络等媒体发布消息外, 还应利用各种渠道进行宣传。如在火车站、汽车站和交通集散地设置旅游节庆宣传牌、导游图和游览手册;与旅行社合作, 通过旅行社进行产品促销;还可以到周边地区开展文艺表演、花车巡游等宣传活动, 尽可能吸引游客。
参考文献
[1]于萍.镇江市水体旅游资源开发的优劣势分析[J].江苏商论, 2010 (11)
[2]范玉仙.九江市水体旅游资源开发探析[J].中国商贸, 2009 (9)
水体资源 篇2
在实际堤坝或水库中，普遍可以观察到上游水位或某一侧水位变化时，并不是立即引起下游水位或另一侧水位的变化;即渗流场中水压力响应的传递不是一个瞬时的过程，有迟滞性;该过程与含水层骨架介质特征、水的性质及水头差等各种因素有关。根据渗透性阻尼理论[1,2]，孔隙面壁可看成是流体单向运动时的障碍。正是因为多孔介质的阻碍作用[3,4,5]，水压力在多孔介质中的传递具有一定速度。Muskat[6]认为在承压含水层中水压力传递速度可类比声速。由于骨架介质孔隙面壁对流体单向运动的阻碍作用，介质对水压力的传递有一个衰减的过程，即滞后时间。
从颗粒粒径方面进行研究:加司立希特研究提出，当土的平均粒径在0.01～3 mm范围时，达西定律是适用的，对小于该范围的黏土和大于该范围的大颗粒土不适用。梁建伟[7]利用新型常水头渗透实验装置通过控制调节水头压力差，进一步分析了极细颗粒黏土的渗透特性;并从微电场效应和微尺度效应两方面对其渗流特性作出解释。朱崇辉[8]针对级配各异的粗粒土进行渗透稳定性破坏实验，实验结果表明临界破坏水力坡降与粗粒土的颗粒级配存在着某种程度的相关关系，级配情况较好且含有一定细颗粒的粗粒类土的临界水力坡降通常高于级配较差的粗粒类土。
主要在前人研究的基础上，通过室内模型实验对细砾石、中砂、细砂及黏土渗流特性进行以下两方面的实验及研究:一是不同粒径范围土样不同水力梯度下的流量研究:不同高度静水头(稳定渗流)作用下渗透过程中流速流量特点的研究;二是不同粒径范围土样中水渗流运动规律的研究:在突变水头(非稳定渗流)作用下渗透过程水压力传递滞后性的研究。
1 实验部分
1.1 实验装置
如图1所示的自制实验槽示意图，图2所示为实验槽及数据采集系统实物图。该实验槽尺寸为180 cm×10 cm×18.5 cm。在实验槽左长面间隔22cm布置8个压力传感器，传感器连接数据采集盒，可自动测定水压力/时间参数，在实验槽首尾部设置入/出水口，入水口用于注水，出水口用于排水及测定流量。
1.2 实验内容
为对比研究不同类型土样渗流过程中水体流动规律，采用自制实验槽与水压力采集系统，分阶段装填四组不同的土体并进行实验。测定水压力数据的同时，用量筒量杯及计时器，来进行流量的测定。由实验数据可以研究:上游水头高度不同情况下不同粒径范围下的土体的渗流量变化的规律;上游水头静止或运动的情况下水压力传递的规律。
具体实验步骤如下:
(1)按预定的密实度对四组土样进行装样，压实至预定密实度，在试样上部覆盖薄黏土层垫层，盖上盖板，四周用螺丝和玻璃胶密封;向实验槽中加水，使土样饱和24 h以上。
(2)采用逐级升高/降低水头的方式进行实验(实验槽尾部出水口设置在固定位置)。待稳定后提升上游水箱进行下一级水头实验，稳定的判别标准是:渗流量和各测点水压数据基本稳定。待水压稳定后，点击采集软件的开始采集水压力数据。
(3)突然改变上游水箱进行实验。记录下水头改变过程中，各测点的水头变化。数据及相对应的上游水箱高度，记录下非稳定渗流条件下的各测点的水压力数据。
(4)在水压力测定实验过程中，每组土样装填后，逐渐升高水头高度，待水压力相对稳定时固定上游水箱高度，开始测量流量，每次水头高度测量三组流量取平均值，减小测量误差。
2 实验结果及分析
土样在填装进实验槽之前，土样首先按一定孔隙比(主要通过填装密度控制)填装进常水头渗透仪，测定渗透系数;然后再将土样按相同的密度将土样填装进入实验水槽，进行实验。各种土样填装透系数如表1所示。
2.1 各组实验流量对比分析
如图4所示，可以看出各组实验中流量与水力梯度基本呈线性正比关系，在相同的水力梯度下，细砾石实验的流量最大，中砂实验流量次之，细砂实验流量小于中砂实验，黏土实验流量最小，这样的数据结果也同土样填装后的各土样渗透系数的大小关系基本一致。
同时由图4可以看出，在同一粒径范围土体下，流量与水力梯度呈正比;在同一水力梯度下，流量与渗透系数呈正相关。
2.2 不同土体实验土体水压力传递分析
为了研究在非稳定渗流下水压力传递的特性，模拟非稳定渗流的过程，先将水头固定，采集数据至20 s左右时，开始匀速拉升(降低)水头，待拉升(降低)至合适高度时固定水头，持续20 s左右后停止采集，此阶段为非稳定渗流阶段，采集此过程水压力变化数据并进行分析。
(1)如图5所示为细砾实验测点1至8处升高(降低)水头的过程中水压力变化的情况。由5图可以看出，在一种粒径范围下固定测点水压力与水头高度有密切关系，水头越高，水压力越大。同时，由于填装的细砾土样渗透性较大，水头升降速度，对水压力的变化也有着影响。上游水头高度变化越快，水压力变化也越快。
由表2可以看出各个测点水压变化起始点与水压稳定点都相同，都为45 s处。由此判断，当粒径较大时，渗流量很大，水体流动阻力小，此时水压传递也不存在明显的滞后性。由图5所示，由升高水头变换为降低水头的过程，其变化规律与升高水头的过程类似，可以看作为升高过程的逆过程，其水压变化也几乎是同时启动，不存在明显的滞后性。
(2)如图6所示为中砂实验测点1～8处升高(降低)水头的过程中水压力变化的情况。可以看出，在一种粒径范围下固定测点水压力与水头高有密切关系，水头越高，水压力越大。同时，由于填装中砂土样渗透性较大，水头升降速度，对水压力的变化也有着影响。上游水头高度变化越快，水压力变化也越快。
由表3可以看出随测点编号的增大，沿渗径长度的深入，测点的启动时间会有延迟，一般越靠后的测点稳定所经历的时间也越长，如表3所示，延迟的时间t大致范围在1～5秒，虽然其并不明显，但也体现了渗流过程中水压力传递的滞后性。
(3)如图7所示为细砂实验测点1～8处升高(降低)水头的过程中水压力变化的情况。由两图可以看出，在一种粒径范围下固定测点水压力与水头高有密切关系，水头越高，水压力越大。同时，填装细砂土样渗透性较小，水头升降速度对水压力的变化也有着影响。上游水头高度变化越快，水压力变化也越快。
由表4可以看出，随测点编号的增大，沿渗径长度的深入，测点的启动时间会有延迟，越靠后的测点稳定所经历的时间也越长。由表4看出，延迟的时间t大致范围在5～10 s，延迟时间已经比较长，表明了细砂实验渗流过程中水压力传递的滞后性相对中砂实验更为明显。
(4)如图8所示为黏土实验测点1～8处升高(降低)水头的过程中水压力变化的情况。由两图可以看出，在一种粒径范围下固定测点水压力与水头高有密切关系，水头越高，水压力越大。同时，粉土渗透性较小，水头升降速度对水压力的变化也有着影响。上游水头高度变化越快，水压力变化也越快。
由表5可以看出，随测点编号的增大，沿渗径长度的深入，测点的启动时间会有延迟，靠后的测点稳定所经历的时间也越长。由表5看出，黏土实验延迟的时间t大致范围在5～20 s，延迟时间在四组试样中最长，表明四组实验黏土实验中水压力传递的滞后性最为明显。
由以上四组实验的对比可知，在非稳定渗流的过程中，上游水头升降速度，对水压力的变化有着影响，上游水头高度变化越快，水压力变化也越快。依据实验结果，对比得出了水压力传递滞后性的两个重要影响因素:土体粒径范围及土体渗透性。滞后时间是随着粒径的减小而增大，同时也可以看出当土体渗透系数较小时，其水压力传递滞后性愈加明显。
3 结论
通过室内模型实验研究得出了一些有参考价值的结论:(1)四组实验流量与各组实验填装土样的渗透系数成正比关系;(2)在稳定渗流作用的情况下，四组实验各测点水压力随渗径长度的增加呈线性递减，而且水压力减弱程度与粒径大小成正相关的;(3)在非稳定渗流作用下，上游水头升降的快慢也影响了水压力变化的快慢，上游水头升降速度越大，水压力变化越快。其次，由于中砂、细砂及黏土渗透系数及渗透性远小于细砾，在水压传递的过程中出现滞后性，即越靠后的测点水压变化启动的时间越晚，这也表明当土体渗透系数较小时，其水压力变化的传递具有明显的滞后性。
下一阶段的工作:结合工程实例，深入探讨了非稳定渗流条件下多孔介质中水体流动的规律，并推导出水压力传递的计算公式，对工程施工有着重要的参考价值。
参考文献
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[7] 梁建伟,房营光.极细颗粒黏土渗流特性试验研究.岩石力学与工程学报,2010;29(6),1222—1230Liang Jianwei,Fang Yingguang.Experimental study of seepage characteristics of tiny-particle clay.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2010;29(6),1222—1230
水体资源 篇3
关键词：海水养殖；热能资源；水体调温；环渤海地区
中图分类号： S951文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）06-0229-03
收稿日期：2013-09-27
基金项目：现代农业产业技术体系建设专项（编号：CARS-50）；国家科技支撑计划（编号：2011BAD13B04）。
作者简介：张宇雷（1980—），男，上海人，硕士，助理研究员，主要从事渔业装备与工程技术研究。E-mail：zhangyulei@fmiri.ac.cn。
通信作者：吴凡，主要从事渔业装备与工程技术研究。E-mail：wufan@fmiri.ac.ca。近年来，海水鲆鲽鱼类的养殖在环渤海地区发展迅速，已形成一定规模。养殖模式以工厂化养殖为主，另外还有少部分采用网箱和海水池塘养殖[1]。其中，工厂化养殖是海水养殖业中附加值较高、经济效益较好、发展较为迅速的养殖方式，2009年产量已突破10万t。然而，由于工厂化养殖是在人工调控环境条件下进行的，需消耗大量的煤、电等能源。赵鹏[2]等对胶南地区13个海水工厂化养殖企业的能耗情况进行了调研，结果显示，使用锅炉的育苗场，锅炉的能耗占了总能耗的92.78%±4.65%。郑维中等指出，电能成本占大菱鲆养殖总成本比例在欧洲为11%，在我国则为35.6%，能源成本在我国大菱鲆养殖成本中所占比例最大[3-4]。由此可见，我国工厂化养殖能耗成本占总成本比例过高，能耗成本上涨已成为制约我国工厂化养殖业发展的重要因素，须考虑采用节能措施或新能源，以降低能耗成本比例。环渤海地区有丰富的太阳能、地热等能量资源，有效利用这些可再生资源，对于促进水产养殖的健康和可持续发展具有重要的意义。本研究调研了环渤海地区，山东、河北、天津、辽宁4个省（市）的地热和太阳能分布情况，就国内现有的几种常用调温模式进行分析和比对，并对如何有效开展可再生能源的利用提出建议。
1环渤海地区热能资源分布
1.1地热分布情况
山东省是中低温地热资源比较丰富的省份，其境内的沂沭断裂带是一条多种成因类型的地热带，以断裂裂隙型为主，储存了大量的地热资源。以沂沭断裂带为分界线，山东在地质上分为鲁东和鲁西两大块。鲁东地区是山东地热资源最好的地区，热储层主要为岩浆岩及变质岩断裂破碎带，水温较高（65～90 ℃），盖层较薄。鲁西地区主要为岩溶裂隙型，呈层状或带状分布。埋深一般在200～1 500 m，水温50～80 ℃[5]。
河北省境内地热资源比較丰富，其成因既有对流型，也有传导型。根据区域地质构造及地形地貌，冀内地热资源可划分为冀北山地区、冀西山地区、冀西北山间盆地、河北平原四大热水区。冀北山地区以温水或温热水为主，水温平均在 60～82 ℃。冀西山地区地下热水区地处太行山断褶带，水温在20～59 ℃。冀西北山间盆地地下热水区分布有四个地下热水亚区，埋深80～470 m，水温41～62 ℃。河北平原地下热水区，在大地构造位置上为冀东南沉降带，3 000 m 以内井口水温一般为60～80 ℃，高者可达97 ℃[6]。
天津市属中、低温地热资源，以传导型为主。共有5个地热储层，新近系明化镇组、馆陶组为孔隙热储，埋深600～2 400 m，水温40～87 ℃。岩溶裂隙热储有3个，即奥陶系、寒武系府君山组和蓟县系雾迷山组，埋深910～3 190 m，水温49～103 ℃，其中雾迷山组热储层分布广、厚度大、岩溶裂隙发育，为天津市主要地热开发层位[7]。
辽宁省地热利用历史悠久，地热资源利用潜力较大，有31个地热田（点）已被不同程度地开发利用[8]。其中60 ℃以上热水点可开采水量65 783 m3/d，所含热能96.05 MW。根据2000年的勘探结果，辽宁省境内共有热泉点52处。其中，水温大于80 ℃的3处，最高为98 ℃；水温60～80 ℃的10处；水温40～60 ℃的20处，水温25～40 ℃的19处[9]。
1.2太阳能分布
山东省各地年太阳总辐射量在4 542.61～5 527.32 MJ/m2之间，其中，成武县年太阳总辐射量最少，蓬莱最多。各地太阳总辐射差异较大，胶东半岛南部总辐射量较小，北部蓬莱、龙口一带较大。鲁北垦利、河口一带辐射量较大，鲁西南、鲁西一带较小。从日照时间来看，全省变化范围2 200～2 800 h，胶东半岛的中东部和鲁北的大部分地区在2 600～ 2 800 h；鲁南最少，多数在2 200～24 00 h。日照时数的季节分布特点是春季最多，夏季次之，冬季最少[10]。
河北全省2012年平均年日照时数为2 393.2 h，各地年日照时数为1 665.9～3 127.2 h，北部高原地区超过 2 800 h；中南部的局部地区不足2 000 h；其他大部分地区为 2 000～2 800 h。与常年相比，北部大部分地区接近常年，部分地区偏多100 h以上；南部大部分地区偏少，部分地区偏少300～800 h。冬季日照时数较短，全省平均472.7 h。日照时数偏少时段主要集中在12月上旬、1月上旬和中旬。春季较长，全省平均710.9 h。
天津市太阳能资源比较丰富，全年日照时数大于3 000 h，太阳能区划为二类地区。根据1993—2001年9年间的天津市气象资料，天津2001年太阳总辐射年平均值最大，为 1453 MJ/m2；最小值出现在1996年，为10.93 MJ/m2；平均值为13.16 MJ/m2。太阳辐射总量有明显的年季变化，一般为夏季>春季>秋季>冬季，冬季最小，夏季最大。月辐射量最大值出现在6月，最小值出现在1月。
辽宁省各地太阳总辐射年平均值为4 195 MJ/m2，其中最大值出现在大连，为5 232 MJ/m2；最小值出现在本溪的草河口，为4 538 MJ/m2[11]。太阳总辐射的分布主要受气候和地形影响，分布形势为由西至东减弱，与降水量分布相反。辽西和渤海湾东岸沿海地区太阳辐射量最大，辽北次之，东部山区为最小，即表现为西多东寡、南北高于中部的特征。分析显示，辽宁省太阳总辐射的逐月分布特征为5 月最强，12 月最弱。季节分布为夏季最大，春季次之，冬季最小，春、夏、秋、冬4季太阳总辐射量分别占全年总辐射量的31.2%、334%、213% 和14.1%[12]。
2海水养殖常用水体调温模式
2.1电加热
与一般燃料加热相比，电加热可获得较高温度，易于实现温度的自动控制和远距离控制，产生的废气、残余物和烟尘少，可保持被加热物体的洁净，不污染环境，因此，广泛用于科研和试验等领域；但是，电加热的运行成本相对较高，能源热值为3.6 MJ/ ℃，热转化效率在95%左右，因此在大型海水养殖生产系统中一般仅作为辅助加热手段。
2.2锅炉加热
作为供热之源，工业锅炉日益广泛地应用于现代生产和人们生活的各个领域。按燃料和能源不同，工业锅炉可分为燃煤锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉、原子能锅炉、垃圾锅炉和余热锅炉等[13]。其中，燃煤锅炉投资和运行成本都相对较低，在海水养殖系统中的使用还是比较普遍的。但是，其缺点也很明显。首先，以煤炭、石油、天然气等为主的这些石化能源，资源是有限的，不可再生，终究要枯竭。我国人口众多，人均资源占有量低于世界平均水平，与经济发展和人们生活消费的需求相比，能源供应的缺口很大。其次，石化能源的不完全燃烧会造成大量污染物排放，对环境造成严重的污染。
2.3热泵加热
热泵技术是近年来在全世界倍受关注的新能源技术，利用少许的电力做功，就能够从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能，提供可被人们所用的高品位热能[14]。以空气作为热源的热泵称为空气源热泵或气源热泵（air source heat pump，ASHP）。通常制作成能够供冷、供热的两用循环系统。 ASHP需要依据给定的气候条件来设计，使其容量及效率在较宽的环境温度范围内达到保证。水源热泵（water source heat pump，WSHP）。通常以海水、河水、湖水及井水作为低温热源。由于水的温度变化较小，水源热泵的性能通常要比ASHP的性能好而且稳定。井水特别是深井水，是热泵系统比较理想的低温热源，在工程中采用较多。土壤热源热泵（soil heat pump，SHP）以大地作为其低温热源。通常是将制冷盘管埋入地下，盘管与土壤进行热量交换，热泵系统自成封闭式系统。其缺点就是造价昂贵，施工条件苛刻[15]。
2.4太阳能加热
太阳能热水系统是通过集热器吸收太阳辐射来制取人们在生活、生产中所需要热水的节能设备，由集熱器、保温水箱、连接管道及控制系统组成[16]。作为一种洁净的能源，太阳能既是一次能源，又是可再生能源，有着矿物能源不可比拟的优越性。经测算，太阳每秒能够释放出391×1023 kW的能量，而辐射到地球表面的能量虽然只有它1/（22亿），但也相当于全世界目前发电总量的8万倍。因此，太阳能资源十分丰富，是可再生能源中最引人注目、开发研究最多、应用最广的清洁能源。目前，在海水养殖中使用太阳能加热的案例不多，主要是由于投资和管理成本相对偏高。
3模式比较与经济性分析
以一栋占地面积1 500 m2的典型海水大菱鲆工厂化循环水养殖车间为例，总水面约800 m2，总水体量大约在 500 m3 左右。日补充水量以15%计，约75 m3/d。根据池水表面蒸发热损失、管路及设备热传导以及补充水加热等计算，冬季维持池系统水体温度16 ℃所需热量约285 MJ/h，折算成耗能约为80 kW·h/h。
表1给出了几种不同加热方式给该系统调温的运行费用理论计算值，从中可以看到，使用燃煤、天然气锅炉虽然燃料热值相对较高，但是，受到燃烧效率、锅炉效率等的影响，其实际产生的热能相对偏低，运行费反而较高。采用电热锅炉，其效率虽然较高，但是燃料热值有限，实际运行费用最高。热泵和太阳能2种加热方式都是以电力作为辅助动力驱动机组做功转换热能，从运行成本角度来说，是比较经济的2种调温手段。
从投资成本角度考虑，锅炉的投资成本还是相对便宜，一台0.2 t（供热量约5 040 MJ）的燃煤锅炉仅在2万元左右，燃气锅炉和电锅炉的价格类似。采用太阳能加热方式所需要的投资成本相对来说是最高的。以目前现有的技术水平，1 m2太阳能板所能提供的功率大约为100～150 W。要提供 80 kW 的功率， 需要太阳能板将近600 m2。光这部分的投资表1不同加热方式经济性比较
能源工作效率（%）单价每小时消耗能源量能源热值冬季3个月能源费用（元）煤540.9 元/kg22.93 kg 0.023 MJ/kg44 576天然气923.24 元/m38.32 m3 0.037 MJ/m358 227电950.5 元/（kW·h）83.32 kW·h3.595 MJ/（kW·h）89 986热泵4500.5 元/（kW·h）18.52 kW·h3.595 MJ/（kW·h）19 997太阳能2830.5 元/（kW·h）29.443.595 MJ/（kW·h）31 797
就要100万元。热泵方面，差别较大，空气源和水源热泵的价格相对较低；地源热泵需要埋设采暖设备，因此价格较高，一台制热量80 kW的地源热泵造价成本在 20万元左右。
4建议
为了给鱼类提供一个健康、良好的快速生长环境，调温是一个必不可少的重要环节。在调温模式方面，加强对地热以及太阳能等可再生资源的合理开发和利用，对于产业的健康和可持续发展是具有积极的意义的。因此，提出以下发展建议。
4.1合理规划养殖区域
国内的养殖企业以中小型散户为主，分布较为零散。环渤海地区由于良好的资源条件，为海水鲆鲽鱼类的养殖提供了优越的基础条件，吸引了不少企业，但是，其分布还是不够集中。合理规划养殖区域，将中小型企业集中在一起，既便于集中供暖调温，也方便管理。
4.2加强监管和惩罚措施
虽然，国家近几年已经出台了一些关于禁止使用燃煤、燃气锅炉以及滥用地下水资源的政策，但是，其监管力度相对薄弱，导致部分企业在利益的驱使下仍然“铤而走险”。这方面欧美国家的监管力度要强得多，一旦发现违规，就有相应的惩罚措施。因此，建议加强这方面的监管和惩罚措施。
4.3加强宣传和推广
一是对于热泵和太阳能供热技术的宣传。国内养殖从业人员的文化水平相对较低，只有明确地感受到技术的优良性能，他们才会愿意进行投资。二是对于补贴政策的宣传。国内各地方都相继出台了一些关于使用热泵和太阳能设备的补贴政策，以山东烟台为例，采用地源热泵供热制冷的项目，按应用建筑面积20元/m2的标准给予补助。太阳能一体化与地源热泵结合项目按应用建筑面积25元/m2标准给予补助。加强这方面的宣传也能够有利于新技术的推广和应用。
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水体资源 篇4
水库、湖泊水体治理与水资源保护创新技术
治水不单是污染后的水质治理，更重要的还是从源头上控制水质，保护好我们赖以生存的水资源，尽量减少污染源向水体排污以及防止水环境质量下降，是治水的首要任务，使我们避免总是处于水环境被严重污染后恶化才治理、水质久治不愈的境地。
由于历史的原因，现在我们许多人已经习以为常的是，不少作为水源地或者风景名胜区的水库、湖泊，水体蓝绿藻疯长、严重富营养化。采用传统方法进行水体除藻与富营养治理的难度很大，而且维护比较麻烦，不稳定。
这里介绍的水库、湖泊水体治理和水生生态修复的创新技术，打破过去固有观念的束缚，优选先进的实用技术，集成为水质治理新技术方案，能够快速改善水库、湖泊水环境，维护简单，效果稳定。
一、水体治理的难点
蓝绿藻疯长，水面形成一层绿色膜状藻类漂浮层（称为“水华”），有异味，藻类产生毒素，水体富营养及其引起的蓝藻水华暴发是当今世界的环境灾害之一，而且发生的频率与严重程度都呈现加快的趋势。富营养化是水体水质变坏的先兆，接下来就是黑臭。水库、湖泊等水体富营养化，不但破坏景观，甚至直接影响区域饮用水安全。
湖泊是建设“适宜生活居住，适宜创业发展”的园林城市的资本。如果一个城市有湖泊，那是一个城市之福。水华暴发给了我们警示，我们在利用和开发湖泊的功用的同时，需要—个符合可持续发展要求的水体治理和管理方法，保持城市湖泊的生态健康。
江河湖海是否清澈不仅是环境保护成就的反映，更是衡量一个国家、一个地区的经济实力、社会发展水平和文明程度的重要标志。云南大理有一句话：“洱海清，大理兴。”推而广之，当江河湖海恢复清澈之时，也就是中国经济社会实现科学发展之日。（注：引用于我国“十二五”环保规划纲要。）
实施水环境综合治理，彻底消除水体富营养化，保护水资源、尤其是保护好饮用水源，还本地区人民靓丽的水库、湖泊和优美的环境是一项生态工程、民生工程，是实现科学发展，全力打造生态文明、提高生活水平的举措之一。
（一）不要以为“只要降低水体中的磷、氮等营养物浓度，就可以抑制藻类的生长” 水体治理控制藻类生长至关重要。藻类植物是水体中最易生存的物种之一，也是地球上最重要的初级生产者之一。富营养水体藻类疯长是造成水体变成污浊的墨绿色、透明度小、水质恶化、感官极差的最重要因素，甚至水面形成一层绿油漆状藻类漂浮层（蓝藻水华），有异味。水体富营养治理的难度大，第一大难点是对藻类的控制，这一直是过去难以对付的问题。
传统观念以为，富营养化引起蓝藻水华暴发，只要降低水体中的磷、氮等营养物 1 浓度，就可以抑制藻类的生长。但是，要把磷、氮等营养物降到很低（总磷0.01 mg/L，总氮0.15mg/L），难度大，代价高，实际上很难做到。此外，就算把磷、氮等营养物降到很低，水体在气温高、环境条件不利的情况下，藻类仍然会大量生长泛滥，许多治水项目都碰到这种情况。达到Ⅱ类水质作为饮用水水源地的广东南水水库、北京密云水库都发生藻类暴发。某湖进行补水和种植水生高等植物，水质好转但藻类也未能控制住。我们在治理广州鸣泉居大金钟水库，治理后水质达到Ⅲ类，有些指标达到Ⅱ类，但气温高时藻类仍然疯长而形成绿油漆状藻类漂浮带；治理武汉塔子湖、郑州CBD中心湖也发现类似的情况。因此，必须寻求简单的方法解决这个问题。
究其原因，通过调研和实践，我们归纳了以下几点：
1、早在20世纪40～50年代，科学家们就发现，当水体中总磷浓度超过0.015mg/L，总氮超过0.3mg/L时（注：这是非常低的浓度），藻类就出现恶性繁殖，藻类的繁殖量与外界输入的P（磷）与N（氮）浓度值成正比。后来，国外有专家（Sas等）进一步指出，水体中的可溶性磷一旦高于0.01 mg/L，通过降低磷的浓度对藻类生长量影响甚微。
需要注意的是，虽然水体中的磷、氮浓度很低，但在一定的环境、气候条件下，或是污染元素比例和水体中的某些离子所产生的诱发作用，藻类仍然会大量生长，仍会出现藻类过度生长的问题。密云水库是北京市主要的饮用水源地，水体的水质达到地表水Ⅱ～Ⅲ类标准，2002年暴发大面积蓝藻水华。达到Ⅱ类水质作为饮用水水源地的广东南水水库也发生藻类暴发。
2、磷是藻类生长的主要限制因子，那么，限制的尺度是多少呢？美国环境保护署在其《湖泊与水库技术指导手册——营养盐标准》中指出，在湖泊与水库中，总磷与总氮浓度分别超过0.01 mg/L与0.15mg/L时即有可能发生蓝藻水华。密云水库取水口各时期采样的结果显示，总磷的浓度>0.01 mg/L，2002年总氮的浓度>1.0mg/L，因此密云水库具备发生蓝藻水华的营养盐基础。我国地表水Ⅲ类水质标准（可以作为饮用水源）的总磷与总氮浓度指标值分别是0.2mg/L与1.0mg/L，也就是说，按我国地表水水质标准，就算达到Ⅲ类、甚至Ⅱ类标准的水体，仍然存在藻类过度繁殖而发生蓝藻水华的可能。
3、如果要将水体中的可溶性磷的浓度降低到低于0.01 mg/L，总氮浓度降低到低于0.15mg/L，难度大，代价高，费用不是一般大而是代价极其昂贵。
4、湖泊蓝藻暴发，除了水体中氮和磷的含量过高这个主因之外，还有下列的因素也非常重要，那就是污染元素比例和水体中的某些离子所产生的诱发作用。美国Roderick J.McNeil博士研究认为，水体中的N、P 浓度比在16∶1～28∶1范围，蓝绿藻就会疯长。而许多富营养水体治理后，虽然水中的磷、氮浓度很低，但N、P 浓度比大多数仍然在16∶1～28∶1范围内，蓝绿藻最高兴；虽然可以采取措施进一步降低P，破坏这个平衡，使蓝绿藻不能生长，但难度和代价颇大。另外，有些经絮凝处理的 2 污水或地表水中含有大量残留的絮凝剂及化合物，含有大量的氯、铝和化合物离子，这些水若进入湖泊中，那些离子在富营养的水体内就会诱发蓝藻暴发；而有的水体，尽管氮磷含量很高，COD、BOD都很高，却不发生蓝藻。而在太湖，由于大量的工业废水带来了铁、铜、铝等金属离子和化合物离子的诱发，造成了蓝藻不断的暴发。
此外，气温和日照，水体流动过缓，这些均为蓝藻的生长和迅速繁殖提供了条件。
综上所述，去除水体中的营养物是水体富营养治理一项重要任务，但水体治理关键是控藻，要对藻类采取有力的科学的抑制和清除措施。
（二）治理后的管理是水体治理必须要考虑的重要环节
水体治理第二大难点是水体修复要容易实施、管理简单、长期稳定、维护费低。水体富营养治理一般采用构建人工生态系统的方法来修复水生生态系统，最大的难处在于修复后的水生生态系统的维护，许多水体治理技术不成功主要表现在这里。工程实施时由专家教授主持，水体生态维持良好，移交给业主后就失控了。例如种植水生植物是一种以往研究和试用较多的方法，它是一项较为复杂的系统工程，包含目标水生植被的优化设计、适宜环境条件的创建、一系列的水生植物引种栽培与种类更替、植被管理等环节，管理要求高，水生生物的生物量平衡不容易控制，容易出现水生植物乱长，需要经常清理，若疏于管理，水生植物死亡后的残体若不及时打捞，在水中腐烂释放出有机物质和营养盐，等于前功尽弃。
我们需要的是实施容易、去除水体中污染物效率较高，能较快地修复水生生态系统，效果稳定、维护管理简便、管理费用低廉的水体治理集成技术。修复的水生态系统，移交给业主后第二年就控制不了而报废，这样的事我们不能再重蹈覆辙了。
（三）关于水生植物法的讨论
教科书所教的水体富营养治理方法中，种植水生植物是一种以往研究和试用较多的构建人工生态系统进行水体修复的方法。
优点∶①水生植物能吸收氮、磷等营养元素，有利于湖泊的营养平衡，防止湖泊富营养化。根据太湖水生植被的研究，单位面积宽阔面上水生植物吸收净化量分别为氮29.8g/m2.a，磷3.78g/m2.a。②可改变湖水与底泥之间的物质交换平衡，促使悬浮或溶解在湖水中的污染物质向底泥转移，澄清净化水质。③水生植物与浮游藻类有相互克制的特性，在水草发育比较好的水体中不易发生藻类水华现象。④通过植物的生长转移水体系统中的污染负荷。水生植物发达的根系可为微生物提供生长繁殖场所，以分解水中污染物以供植物吸收。
缺点∶①见效慢。②不能承受较大的污染负荷冲击。③管理要求高，水体中水生生物的生物量平衡控制难度较大（或者说不容易控制）。水生植物的种植面积要大于水体面积的1/4--1/3才能发挥其净水作用，若出现水生植物疯长，不但破坏了景观，而且在水生植物密集区，被覆盖的水体会因为缺氧而造成水体恶化、黑臭。④管理比较麻烦。需要经常清理、打捞，受季节影响和外界环境影响较大，容易造成循环污染。若 3 疏于管理，水生植物死亡后的残体若不及时打捞，被聚集在生物体内的污染物质重新返回到水体中，在水中腐烂释放出有机物质和营养盐，使湖水水色加深，有时还伴随着裸藻、隐藻及原生动物的大量生长，严重时下层湖水缺氧，引起鱼虾死亡。在东太湖的研究结果表明，干重500g／m2的水生植物残留时足以引起严重的茭黄水。而且，水生植物会阻碍定期清淤的顺利进行，增加清淤的难度，因而事先要加以考虑和有合适的措施。
采用水生植物修复法是一项较为复杂的系统工程，它包含了目标水生植被的优化设计、适宜环境条件的创建、一系列的水生植物引种栽培与种类更替、植被管理等环节，需要专业水平比较高的人员养护管理，任何一个环节的疏忽，都有可能使水生植物生长失控导致全面的失败，造成巨大的损失。水生植物法种植的水生植物需要占据较大的湖面面积和湖泊的有效库容（削弱了湖泊的功能），而且，为了满足植物生长的营养需要，水体通常不要很清澈。而对于水体透明度等水质指标要求较高、要有较开阔水面面积供游玩、兼有蓄洪功能的人工湖来说，依靠水生植物法为主进行水体修复，会带来亲水区域以及蓄洪有效容积减少、水体浑白、清淤困难等负面效应。种植水生植物遮盖了宝贵的水面面积，而水体对调节气候、改善环境质量的作用比水生植物大。
二、快速、效果稳定的除藻与水体生态修复（简介）
水体治理需要科技创新，另辟蹊径。可喜的是，我们已经有创新的集成技术，可以解决水体治理与维护这个大难题了。
1、控藻是关键。实践证明，藻类大部分去除后，意想不到的是，仅是控藻就可以使水体透明度提高50厘米，水色变得好看了，感官大为改善，腥臭味也没有了，这是大家都希望最快见到的水体治理效果。
超声波除藻器在雕塑公园云液湖应用，湖面藻类漂浮层很快消失，水体的颜色由墨绿色恢复到自然水体的浅绿色，透明度从10厘米增加到50厘米，藻类总密度降低了90%以上。对比其它各种杀藻方式，超声波除藻是目前使用最简单、效果保证、较理想的灭藻和抑藻方式。
2、对于溶解氧低、发黑发臭的水体，强制向水体大量充氧，提高水体的自净能力，世界上有不少成功的案例。采用高密度曝气器充氧，溶氧率极高、耗电量小、动力效率可以达到4.86 kgO2 / kwh（一般的曝气器的动力效率只有1.2-1.6 kgO2 / kwh，约1/3）。
3、水体营养盐控制
湖泊生态系统修复后，最重要的是要能够保持水体的自净能力长期稳定，而且要易于控制和管理，维护费用低。
生物过滤和固定化微生物法非常有发展前景，其中关键解决的技术是生物载体。经反复比选，我们认为，高效降解水体中氮、磷等有机污染物，最简单、最有效，而且最容易控制、效果最稳定，运行成本极为低廉的、是从美国引进、现已国产的“生态基”，应用这种生物附着面积很大、生物增效能力很强的生物载体能够以微生物为基础 4 很快达到修复水中食物链、提高水体自净能力的目的。
实际应用证明，应用这种生态基的治理工程实施容易，管理简单。通过增加或减少生态基的数量就能够调节污染负荷的承受能力，灵活方便，容易保持长期稳定的治理效果，运行费用低廉。
4、清淤和生态修复是水体治理的必要措施。一种消淤同时快速修复水生生态的技术，实际应用证实，六个月就去除淤泥30--40厘米，同时能够快速修复水生食物链，完全可以替代散发臭气、淤泥出路难、投资大的传统清淤，并且能够快速重建水体生态系统，提高水体自净能力。
超声波灭藻器与高密度曝气器技术集成，既有长效，又可以用于应急处理藻类暴发、死鱼、水体腥臭等情况，很快改观。2008年3月初，广州流花湖公园西苑湖水华暴发，多个公司试用了多种方法治理几个月都没有效果的情况下，7月下旬我们采用超声波灭藻器、高密度曝气器充氧，在还没有采用高效生物载体去除水体中营养盐，没有截污（旁边为小鸟交易市场----鸟苑，鸟粪污水排入湖）和气温甚高的情况下，到8月中旬不用一个月时间，湖面原有的绿油漆状蓝藻水华全部消失，透明度增加了50多厘米，湖边浅水区清澈见底，感官完全改善（当年10月16日广州日报曾作报道）。
水体治理需要科技创新，我们针对湖泊、水库治理的难点，从技术的的实用性和经济性出发，按照“简单、集成、特效”的创新思路，优选国内外先进的实用技术进行技术集成创新，克服了水体富营养治理和控制传统技术存在的管理难、不稳定等问题，在水体治理实践中取得出奇好的效果。
这种技术方法是，在截污治污尽量控制外源性污染的基础上，采用生物增效技术，建立与众不同的人工生态系统，即：从简单有特效的控藻入手，较快改善水体感官对于溶解氧低的，用低能耗高效充氧，较快恢复和提高水体的溶解氧，从而提高水的活性用生物增效技术实施消淤同时快速修复水生生态系统，提高水体自净能力；根据养鱼、农灌、景观、饮用水源等不同的水体功能要求，分别适度控制水体中氮、磷等营养盐。
上述优选先进的实用技术进行技术集成（根据治理对象的不同情况和治理目标有所取舍），是我们首创，通过构建人工生态系统很快修复水生生态系统，技术互补性强，用这样简单的方法就能把水体治好，而且操控容易，投资和维护费低，是一条具有中国特色的水体治理新路子。从此敢说，中、小型水库、湖泊水体治理不再是难事。
黄志刚（广东省环保基金会理事，原广州市环保局副巡视员、科技处处长）
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探讨城市景观水体的修复方法 篇5
1 景观水体可能产生的问题
一般景观水体 (如湖泊、人工水面、池塘、河流等) 没有按自然水理设计, 大多变成一个几乎无自净功能的基本封闭的系统, 且其内部结构不合理, 加上外来物质输入, 随着时间的推移必将产生富营养化, 最终水体变得浑浊不堪, 后果严重者甚至导致水体变绿、发黑、变臭, 影响景观水体的水景观赏效果。
1.1 设计与治理缺少同步考虑
由于专业不同, 目前景观水体或园林水景的设计, 一般只考虑景观手法和表现效果, 而几乎没有考虑水体水质治理的问题, 为水质治理的问题埋下了隐患。
1.2 生态水体环境系统被破坏
在景观水体或园林水景的驳岸设计时, 考虑景观水体的功能及设计表现需要, 把景观水体或园林水景的驳岸设计成像水利防洪堤岸那样的驳岸。彻底破坏了水岸的生态功能, 又消灭了亲水性, 影响水体的水质, 并且驳岸施工的材质多为硬质, 造成了水生动物栖息地和水生植物系统的致命破坏。生态自然美丽的水景没有得到自然的表现, 破坏了水体生态环境系统, 从而影响、破坏了水体的水质。
2 景观水体的修复方法
治理景观水体就是要改良水体的水质, 阻止水体的富营养化, 终止腐败菌导致的腐败现象, 从而改变景观水体的微生物生态链的生物结构, 使生物结构向良性的方向发展, 达到水体的修复。
2.1 引水换水
水资源在我国是相当的匮乏, 此方法势必浪费水资源, 且因水体面积大小不一, 其效果差别很大。如大面积的城市景观水体, 一部分清水汇流到整个污染的水体中的“冲淡效应”还没有有机生物的繁殖速度快, 达不到改善水质的效果。而如一次性换水, 则会造成水资源的大量浪费, 经济上是不可行的。因此, 该方法仅适用城市居民住宅区或小型水景水体的修复, 如南昌市红谷滩秋水广场喷泉水景水体引用赣江水换水修复;南昌县澄湖旱喷引用湖水换水等。
2.2 清淤疏浚
清淤疏浚是指清理水底淤泥, 挖泥增加水体深度, 清理营养有机物, 降低营养化程度。如2000年南昌市对城市内湖 (东湖、西湖) 进行了疏浚清淤工程, 采用冲洗的工艺, 把湖底的淤泥冲淡流走, 耗时且成本较高, 使东湖、西湖的水质得到一定程度上的改善。但随着时间的推移, 水体有机生物的生长繁殖, 水体又开始富营养化, 引起水体的重新污染。况且疏浚清淤的方法也不能从根本上改善水体, 阻止水体富营养化的形成。
2.3 天然促成法
利用大自然自身提供的条件, 通过适当的人工改造, 让水体复活, 使它具有一定的自净功能, 将城市水体与外部流动性水体相连接, 让外部流动性水体的水不断地接济, 而成为“活水”。这样外来水带来的有益菌和微生物可以在一定程度上抑制水体的有害菌和微生物, 通过水体的流动, 把水体中的腐败菌和有害微生物不断地被带走, 从而调整水体有益菌和微生物与有害菌和微生物的组织结构, 使得水体产生良性循环。如南昌市2001年启动的老城区的“四湖二河”的治理改造工程及南昌市新规划区的“八湖二河”规划建设工程, 把东湖、西湖、青山湖、象湖、抚河、玉带河组成的“四湖二河”的治理改造工程, 整个工程通过玉带河及分支把四湖相连通, 并采用水闸、水坝等工程调节水位, 由于水位差而产生的动力使得整个水体具有一定流动性。且整个工程通过抚河与赣江相通, 使得南昌市城市水体得到了很大程度上的改善, 增加了城市水体的景观效果。
2.4 生态工程法
生态工程就是恢复整个水体生态, 恢复系统的合理结构、高效的功能和协调的关系, 让被破坏的水体生态系统进行有序的演替, 通过演替过程使水体生态系统恢复到原先的状态, 恢复系统的必要功能并达到系统的自维持状态。
生态恢复就是在某水体中及周边种植特定的植物, 用它们生态群落之间的生态链来改良水体水质, 根据水体所处位置及当地的地理环境等因素, 进行生物类型选择时要选择具有自然性、多样性、功能性和乡土性的生物品种, 达到生物的生态型, 从而从根本上改变水体水质。如南昌市“八湖二河”规划建设工程的建设以体现生态、休闲、亲水、自然和突出文化内涵为指导思想, 夹杂中国古典园林建设, 绿化景观系统形成“一带、一核、三点”的总体结构, 河岸线绿化带由滨水步道、亲水平台、游船码头、灌木植被和背景林组成, 形成休憩、游览的景观生态水体, 确保了城市景观水体的水质。
2.5 微生态修复法
微生态修复是一种应用复合微生物技术, 达到既方便、又经济进行城市景观水体水质处理的方法。即将有益菌按不同城市水体的微生态组织结构的状况, 加以配方组合, 定量、定期投放, 使得水体被破坏的微生态组织结构重新得以修复, 当有益菌占优势时, 水体中的有机物的腐败、富营养化现象就会逐渐变慢直到终止, 会促进水体生物的良性发展, 达到水体的自净功能。
微生态修复法是一种运用于城市水体中的静态水体的修复, 具有治本性、经济性、有效性和一定的时间性等特点, 对于城市静态景观水体的修复来说是一种较理想的方法。
3 结束语
城市景观水体作为城市景观来说, 是整个城市景观的重要表现点, 水是城市的一切源头。运用科学的生态修复方法治理城市景观水体, 可以提升城市形象和经营城市水平, 营造出真正的城市水景, 可以说, 城市景观水体是中国城市整治的一个方向和民心所向, 也是摆在城市规划者和经营管理者面前的一个新课题。
摘要：本文对城市景观水体存在的问题和原因作了一个简单的分析, 并对水景水体的修复提出了解决的原理和方法, 提出城市景观水体建设及治理应以体现生态、休闲、亲水、自然和突出文化内涵为指导思想和基本原则。结合南昌市近年“八湖二河”治理的实例, 简述了几种城市景观水体的修复方法。
城市河道水体修复技术探讨 篇6
1 河道水体修复技术
1.1 生态-生物方法
水体生态-生物修复技术是国外近来发展很快的一种新技术, 是按照自然界自身的规律去恢复自然界的本来面貌, 强化自然界自身的自净能力去治理被污染的水体, 这是人与自然和谐相处的合乎逻辑的治污思路, 也是一条创新技术路线。
生态-生物污水处理技术, 是利用培育的植物或培养接种的微生物的生命活动, 对水中污染物进行转移、转化及降解作用, 从而使水体得到净化的技术, 具有处理效果好, 工程造价相对较低, 耗能低或不需耗能、运行成本低廉、无二次污染等优点。还可以与绿化环境及景观改善相结合, 在治理区建立休闲和体育设施, 创造人与自然相融合的优美环境。所以这种成本低廉的实用技术非常适用我国河道水处理。生态—生物方法主要包括生物膜法、水生植物系统、投放生物菌种或微生物促生剂等。
1.1.1 生物膜法
是指用天然材料 (如卵石) 、合成材料 (如纤维) 为载体, 河道水经过时, 在其表面形成一种特殊的生物膜, 生物膜表面积大, 可为微生物提供较大的附着表面, 有利于加强对污染物的降解作用。其反应过程是: (1) 基质向生物膜表面扩散; (2) 在生物膜内部扩散; (3) 微生物分泌的酵素与催化剂发生化学反应; (4) 代谢生成物排出生物膜。经过这些反应后水体基本得到净化, 再排入河道中。日本坂川古崎净化场就是河道水体修复典型的例子, 从几年的观测表明, 河道污染水体有了明显的改善。古崎净化场是一座利用生物-生态修复技术的水净化场。其原理是利用卵石接触氧化法对水体进行净化。古崎净化场建在江户川的河滩地下, 充分节省了土地, 是地下廊道式的治污设施。水净化场结构十分简单, 主体结构是高4.5 m, 长28 m的地下矩形廊道, 内部放置直径15～40 cm不等的卵石。用水泵将河水泵入栅形进水口, 经导水结构后水流均匀平顺流入甬道。
另外有若干通入廊道内。净化作用主要由以下三方面组成: (1) 接触沉淀作用, 污水经过卵石与卵石间的间隙, 水中的漂浮物触到卵石即沉淀; (2) 吸附作用, 由于污染物自身的电子性质, 或由于卵石表面生物膜的微生物群产生的黏性吸附作用; (3) 氧化分解作用, 卵石表面形成一种生物膜, 生物膜的微生物把污染物作为食物吞噬, 然后分解成水和CO2。图1是几项水质指标在处理前后的变化值。
1.1.2 水生植物系统
水生植物系统对水体的净化作用主要有以下几种: (1) 吸收作用。主要是利用水生植物 (例如风眼莲、芦苇、狭叶香蒲、丽藻等) 吸收利用污水中的氮磷元素及水中一些重金属元素; (2) 降解作用。水生植物群落的存在, 为微生物和微型生物提供了附着基质和栖息的场所。这些生物能大大加速截流在根系周围的有机胶体或悬浮物的分解矿化; (3) 吸附、过滤、沉淀作用。浮水植物发达的根系与水体接触面积很大, 能形成一道密集的过滤层, 当水流经过时, 不溶性胶体会被根系粘附或吸附而沉降下来, 特别是将其中的有机碎屑沉降下来。一般来说, 内源污染的主要贡献者是水中的有机碎屑; (4) 对藻类的抑制作用。水生植物和浮游藻类在营养物质和光能的利用上是竞争者, 前者个体大、生命周期长, 吸收和储存营养盐的能力强, 能很好的抑制浮游藻类的生长。如用配植石菖蒲的水培养藻类, 可破坏藻类的叶绿素a, 使其光合速率、细胞还原TTC的能力显著下降。另外, 水生植物根圈还会栖生某些小型动物, 如水涡牛, 能以藻类为食。
植物发挥的作用不仅是在美学方面, 在臭味控制、昆虫控制及污水处理方面也发挥重要的作用。杭州市从2000年6月开始, 在南应加河上进行水生植物水面种植净化水体试验, 试种植物主要包括美人蕉、水竹、空心菜和水稻等。具体要求达到:消除水体异味、水体透明度接近1 m、每年的植物景观时间在10个月以上、基本恢复水体的自净功能。
经工程实施后的监测情况来看, 制定的要求基本上达到。水体透明度从实施前的5 cm增加到实施后最好时达1 m以上, 并得到了较好的维持;氨氮和总磷甚至分别比实施前下降4倍和11倍;其他如高锰酸盐指数 (CODMn) 、溶解氧 (DO) 等也有较显著的提高, 还出现了鱼类和甲壳类水生动物。
1.1.3 生物菌种和微生物促生剂
就是直接向污染河道水体中投加经过培育筛选的一种或多种微生物菌种和投加微生物促生剂 (营养物质) 。目前对于在污染水体中直接投加微生物菌种的生物修复技术争议较多, 焦点集中在使用菌种是否带来环境安全性问题。另外对于流动性且污染程度较轻的水体来说, 直接投放微生物菌种效果不是很好。而对于投放微生物促生剂, 不存在安全性问题, 而且通过促生作用, 促进了污染物降解微生物生长, 使污染水体的BOD5, CODcr迅速下降, 溶解氧明显上升, 黑臭消除。生物检测结果表明, 投放药剂后的河道中, 微生物由厌氧向好氧演替, 生物由低等向高等演替, 生物的多样性不断增加。
同时, 它还是一种投资少, 成本低, 见效快的水体修复技术。
1.1.4 河道曝气复氧
污染严重的河道水体由于耗氧量大于水体的复氧量, 溶解氧降低, 甚至处于缺氧 (或厌氧) 状态。向缺氧 (或厌氧) 状态的河道进行人工充氧 (此过程称河道曝气复氧) 可以增加河道的自净能力, 改善水质, 改善和恢复河道的生还能力。
河道曝气复氧对消除水体黑臭效果已被许多例子所验证。周杰等通过河道曝气技术使溶解氧 (DO) 浓度提高, 消除了水体中的致黑臭物质, 有效改善或缓解黑臭现象。王文林等在张家港市重污染河道花园浜河中引入了太阳能曝气治理技术, 结果表明, 上、下游30 m范围内水体的DO浓度比对照区显著升高, 特别是底层水体DO浓度升高了5～8倍;运行一段时间后, 水体的透明度得到明显改善, 水体中的化学耗氧量 (COD) 、总氮 (TN) 、氨氮 (NH4+-N) 、总磷 (TP) 浓度则显著降低, 对其最大去除率分别达到37.2%, 16.9%, 45.6%和33.5%。
其原理是水中的溶解氧与黑臭物质 (如H2S, FeS等) 之间发生了氧化还原反应, 反应速度快。由于黑臭物质 (还原物) 的耗氧量是COD的一部分, 这部分物质的去除可降低水体的COD。同时河道充氧还可以使处于厌氧状态的较松散的表层底泥转变为好氧状态的较密实的表层底泥, 因而可减缓深层底泥中污染环境物向上覆水体的扩散。此外水体的曝气复氧有助于加快恢复黑臭状态的河道水生态系统。
1.1.5 生物操纵技术
是指在湖泊富营养化控制方面运用生物操纵措施即增加凶猛性鱼类数量以控制浮游生物食性鱼的数量, 从而减少浮游生物食性鱼类对浮游动物的捕食, 以利于浮游动物种群 (特别是枝角类) 增长, 浮游动物种群的增长加大了对浮游植物的摄食, 这样就可抑制浮游植物的过量生长以至水华的发生。崔福义等在30 g/m3水体的放养生物量下, 对微型生态系统中鲢、鳙鱼的生物操纵作用进行了实验研究。结果表明:鲢、鳙鱼的放养, 尤其是混养可有效抑制水体中水蚤类浮游动物的孳生, 而且水体中氮、磷等营养物质得到了一定程度的去除, 浮游藻类尤其是蓝、绿藻的生物量也被控制在较低的水平, 从而有效控制水体富营养化进程。
1.2 物理方法
包括疏挖底泥、引水冲淤、截污治污、机械除藻等(图1)。
1.2.1 疏挖底泥
是指把污染底泥从河道中清除出去, 可以较大程度地削减底泥对上覆水体的污染贡献率, 从而改善水质。但是, 其中却存在许多问题, 对特定水体而言, 对其底泥的疏浚是否有必要, 或者疏浚到什么程度就可以达到所需水质的要求, 才不至于将深层底泥中富集的重金属等污染物质暴露出来而二次污染上覆水体。国内外许多专家都反对这种清除河道的方法, 因为如果深层底泥中富集的重金属一旦暴露出来, 这将是非常危险的。另外, 被清除出来的污泥的最终处置也是一个问题, 是安全填埋还是合理利用。这些都要进行充分的研究证明才可得出具体的方法。例如瑞典的Trummen湖, 清除表层1 m厚的底泥后, 水深增加1.1～1.7 m, TP浓度迅速下降, 这种状态维持了18 a。
1.2.2 引水冲淤
是指引进外部清洁水源来改善河道水水质。对于浮游植物的生长量来说, 河水的滞留时间是关键性控制因素。如果流入河道的污水只在河道作短暂的停留, 即使河道中的营养盐极为丰富, 也只能生产极为有限的生物量, 其数量比预想的要少得多。因此在水源允许的情况下, 引进外部清洁水源, 增加河水水量, 这样既可以人为地缩短水在河道中的停留时间, 使污染河水不易在河道中滞留而导致黑臭, 同时又可通过引水时河道水动力学重要条件的改善使水体复氧量增加, 有助于河道自净能力的提高。引水技术改善河道水体水质的实例较多, 如上海苏州河的综合调水工程, 福州内河的引水冲污工程。另外, 成都市府南河的综合整治、苏州古城河道的治理工程中曾对调水技术进行过实验:调水并未减少污染河道的污染物通量, 只是由于清洁水的大幅度增加使污染水质得到改善。总的来说, 对于污染河道上游或附近具有充足的清洁水源、水利设施较完善的河网地区, 利用调水改善河道水质是一种投资少、成本低、见效快的处理工程。
1.2.3 截污治污
即将原本直接排入城市河道水体的污水收集到污水厂处理后再排放。目的是削减排入受纳水体的污染物总量, 为进一步净化水质创造条件。武汉东湖的水果湖水域, 在污水截流后, 湖水中BOD5、TP、TN、SS逐年上升的趋势得到遏制, 污染物总量逐年下降, 水中溶解氧上升, 湖区水环境得到明显改善。
1.2.4 机械除藻
河道中藻类的大量增殖, 使得一些以河道水作为水源的一些水厂不同程度地受到季节性藻类的威胁, 尤其在高温、藻类爆发季节更增加了给水处理技术的难度, 提高了制水成本。因此解决富营养化河道水技术是一项非常重要的任务。河道水除藻技术可参考湖泊水处理技术, 用处理湖泊水藻类的方法来处理河道水藻类。如直接过滤除藻工艺、气浮法除藻、慢滤池过滤、微滤机除藻等方法。同时还有生物和化学方法去藻, 如生物膜法除藻、ClO2除藻、O3和活性炭处理、投加Fe3+或Al3+盐。这些方法都是通过实验证明的, 效果不错。
1.3 化学方法
是指用化学药剂去除水中污染物。如今市场上有许多不同种类的新型高分子合成药剂。不同的药剂对水质控制参数的去除效果也不一样。利用药剂法去除水中污染物例子很多, 如天津市津河水处理工程的初期工程, 采用了天津市绿洁公司生产的高效净水剂对津河水进行处理, 此净水剂是由多种药剂复配并加催化剂组成。处理后的水不生藻类, 水体澄清不显色, 臭味降低, 对COD, NH3-N, B O D5, S都有一定的去除率, 尤其是对TP的去除率, 处理后水中总磷含量达到了0.025 mg/L, 符合景观娱乐用水的A类标准。总的来说, 用化学药剂处理河道水, 使用方便、见效快、效果明显, 但是费用比较高, 而且易造成二次污染。
2 结语
上述修复技术各有特点, 根据河道水体的污染的实际情况选择合理的修复技术十分重要, 对于大型河道水体治理, 常常采用几种技术组合进行处理。如苏州河环境综合治理一期工程就是一个典型的使用多种水体修复技术的实例, 考虑到各阶段不同的治理目标、各种不同性质的污染源与现有的水利设施, 工程中采用了引水冲淤、河道曝气复氧、底泥疏浚等修复技术, 取得了良好效果。
以上这些技术只是对被污染的水体采取的一种末端措施, 最根本的还是要削减河道污染源的排入, 保持河道清洁、清淤清杂, 以减少污染源的人为性和外源性。避免污水直排河道, 建设污水处理厂和集中式污水处理系统, 对于超标排污者, 严格依法查处。建立有主有从、有统一监管、有依法分管、职权和义务清晰、高度协调、高效运作的水环境管理体制, 这才是当务之急。
参考文献
[1]金丹越, 白献宇, 徐南妮.温州市温瑞塘河水质改善与生态修复对策研究[J].科技资讯, 2007 (17) .
[2]赵果元, 李文杰, 李默然, 等, 洱海湖滨带的生态现状与修复措施[J].科技创新导报, 2008 (17) .
水体重金属污染修复研究 篇7
1.1 吸附法
吸附法是利用多孔性固态物质吸附水中污染物来处理废水。在改性之后,所得钙基膨润土,吸附Cu2+的概率能够提升至94%,借助锑氧化物可以使石英砂表面的性质得到改变,所得吸附剂去除Cu2+和Pb2+的概率可以达到99%[1]。壳聚糖、木质素等天然吸附剂对去除Pb2+的概率能够超过90%,牛皮纸木质素吸附Cu2+的概率是27.1%。
1.2 离子交换法
以纤维素、木质素和泥炭等作为原料,制作成离子交换的树脂与整个的树脂,也能够出去水体内重金属的例子,比如,引入强酸性阳离子交换纤维内若谷引起硫酸基因,其对Pb2+进行吸附的最大容量可以为105.5 mg/L[2]。
2 微生物法
2.1 微生物絮凝法
这一方法主要借助微生物和相关的代谢物开展絮凝沉淀,这是一种除去污染物的有效方法,目前为止,已经发现的微生物中,对重金属存在絮凝作用的有12种,田小光等[3]的研究显示,使用硫酸盐还原菌培养液,并将其当做净化剂,可以使电镀废水中铬含量从44.11 mg/L降低至5.36 mg/L,去除率达88%。
2.2 生物吸附法
生物吸附法是用固定化细胞作为生物吸附剂,如果把一些对金属有不同的亲缘性微生物进行固定,然后分别进行填装,并构成符复合生物反应器,就能够对包含很多污染元素的水体进行处理,陈林等[4]人在活性的污泥内分离了很多对重金属的净化比较高效的功能菌,吸附Cr6+的概率超过了80%。
3 水生植物法
3.1 挺水植物
挺水植物的根在泥中生长,基部或者下部生长在水内,叶子和茎等光合作用的部分在超出水面。任臖等[5]研究显示,芦苇、水葱和菖蒲都可以对水体内的Cd进行有效的吸收,去除Cd最高能够达到4620 mg/kg,其中菖蒲的吸收能力显著高于水葱和芦苇。长苞香蒲内也能够积蓄浓度很高的重金属,能够当做对重金属的污染进行修复的物种。
3.2 漂浮植物
漂浮植物的植物体全部都在睡眠悬浮,根则在水中生长,但是并不在底泥内,黄永杰[6]等人,对八中悬浮植物进行比较,结果显示水鳖的茎叶和根内Zn、Cu、Pb和Cd的含量是最高的,重金属的浓度分别是26.9与9.1倍,9.12与2.59倍,33.41与5倍,0.8和与0.3倍,所以应用的前景比较大。
3.3 沉水植物
这类植物大多全部在水内沉没,有性繁殖的部分能够挺水、浮水或者沉水,金鱼藻和狐尾藻能够把重金属中的Zn、Cu和Pb等元素移除溶液,所以可以除去重金属。
4 微生物及水生植物修复的展望
4.1 微生物进行修复的前景
微生物很容易出现变异,随着水体内新的污染物数量不断增加,微生物种类也在不断增加,呈现多样化的特点,这就和其他的生物有很大的区别,在对环境内的污染进行治理时,微生物法的成本比较低,反应的条件相对温和,效益也比较高,不会出现二次污染。对水体进行恢复时,还可以使其自我进行净化的能力得到提高[7]。而且,借助基因工程和分子生物学等,能够使微生物修复、吸附和絮凝的能力不断增加,所以,微生物法对水体内重金属的修复有很大组要,可以对资源进行有限的使用,经济和社会价值都很大,发展的前景比较广阔。
4.2 水生植物修复前景
使用植物对水体内的重金属进行去除使近些年新发展的修复手段,其修复的主要方式为根滤,在我国,具有使用价值的植物大部分是典型水生的杂草,最典型的就是空心莲子草和凤眼莲。
为了使上述研究向着产业化方向发展,能够实际进行应用,提高修复的效率,可以使用一些措施:(1)继续培育或者找寻新的植物。(2)对富集植物和重金属的修复相关的机理进行深入研究。(3)向受到污染的水体中增添一些柠檬酸盐或者EDTA等,以便使重金属的活性得到提高,使植物吸附能力增强[8]。(4)还可以借助转基因技术,培育一些新的品种,提高其修复的功效。近些年的研究借助大量的试验,发现外源基因可以在植物内进行高效的表达,提升植物降解、运转和吸收重金属的能力,提升修复的效率。
参考文献
[1]李江,甄宝勤.吸附法处理重金属废水的研究进展[J].应用化工,2005,34(10):591-594.
[2]刘有才,钟宏,刘洪萍.重金属废水处理技术研究现状与发展趋势[J].广东化工,2005,32(4):36-39.
[3]田小光,张介驰,傅俐,等.硫酸盐还原菌净化工业废水的研究[J].生物技术,1997,7(1):29-31.
[4]陈林,邱廷省,陈明.生物吸附剂去除水中六价铬的实验研究[J].皮革科学与工程,2003,13(4):48-51.
[5]任臖,陶玲,杨倩,等.菖蒲和水葱对水体中Cd富集能力的研究[J].农业环境科学学报,2010(9):1757-1762.
[6]黄永杰,刘登义,王友保,等.八种水生植物对重金属富集能力的比较研究[J].生态学杂志,2006(6):541-546.
[7]黄亮,李伟,吴莹,等.长江中游若干湖泊中水生植物体内重金属分布[J].环境科学研究,2002(6):1-4.
水体驳岸的设计与处理方法探究 篇8
【关键词】水陆边际；生态驳岸；应用
[文章编号]1619-2737（2016）05-10-76
【Abstract】This text take the ecosystem regulation of land-and-water limit as foundation， combine theorieses， such as ecosystem park and ecosystem engineering...etc. and technique， study in city water fasten of strand water greenly take with the construction of park water body， application the ecosystem refute shore engineering with wet living water to living to plant was rebuild by the construction of principle， method and meaning.
【Key words】Land-and-water limit；The ecosystem refute shore；Application
保护建城区已有的河道、湖泊构成的水系，建设滨水绿带，从而形成和保持城市中与水系有关的自然、历史和景观，是现代城市建设发展的基本原则之一。
建城区中的滨水绿带及水体，形成水陆相依、空间开阔，贯穿城区、联系城郊的景观和生态走廊，对优化现代城市的生态环境和景观具有突出的作用，受到人们的普通重视。城市公园中，园林水体能赋予公园灵动的空间和丰富的生境及多样的景观，而成为公园布局、构景的重要内容。城市中的水系，已成为现代生态城市建设的重要依托。
但是，在许多城市中的滨水绿带和园林水体中，常见的是水体边缘整齐的钢筋混凝土岸线和坚固的叠石驳岸；驳岸后是以陆生生境为主体的滨水绿带及湖畔绿地和公园水面上零星的荷花、睡莲；很少看到驳岸下水体边缘生机盎然由水生湿生植物构成的自然野趣的绿化景观，更鲜有水草飘荡、游鱼可数的城市河道。这样的城市滨水绿化和水体岸线景观，不仅向人们展示了不尽自然河流湖泊景观，也使城市中的水系缺失了完整的生态构成和健全的水体生态功能。
究其原因，或许是对于城市中的水系保护、整治，一般很重视岸线的稳定安全，以满足其抗洪涝的工程功能和截污的管理功能；以陆生生境为主的滨水绿带建设，也具有在较宏观的城市开放空间景观尺度方面的功能。但没有更系统全面地认识城市水系中，水体本身的生物群落的培育和生态功能的保护重建，以及模仿自然水系中水陆边缘的生态、景观连续性，在城市水系整治保护和园林水景营造中的重要意义。
显然，上述不全面的或者是偏面的对城市水系的保护整治中，采取的忽略生态重建而注重工程性能的岸线，已经不符合生态城市、生态园林发展的潮流；并且亦已渐显示诸多敝端，包括人为割断了水陆之间的原有水文关系，达不到预期中工程完成后的水系防洪涝功能要求。硬质的工程驳岸，分隔了水体、陆地之间在景观和生态上的自然有机的联系，破坏了具有生态功能的水陆交汇地带的生态系统边际效应；水体生物多样性和生态功能得不到有效恢复和合理培育，水体自净功能和生态稳定性差。
生态规划、生态园林和生态工程技术等理论和技术的发展，丰富的园林驳岸工程材料结构形式的开发和水生湿生园林植物产业的形成，为我们改变以往城市水系整治中的规划和岸线构筑、绿化的模式，进行全面有效的城市水系保护整治和生态恢复，提供了更科学的理论指导和可行的技术手段、材料基础。本文主要从技术层面上，来探讨生态驳岸、沿岸湿生水生植物群落的重建等方面的内容。
1. 在城市河道、湖泊的整治保护和园林水体的构建中，应大力提倡采用生态驳岸，尽量减少钢筋混凝土和浆砌挡墙的硬式驳岸，创建有利于湿生、水生植物为主体的岸栖生物的生长环境。
1.1 生态驳岸，有许多形式，其共同的的特征是模仿自然岸线具有的"可渗透性"特点，同时具有附合工程要求的稳定性和强度。生态驳岸可充分保持岸线两侧水陆之间的水气交换和调节功能；更重要的是，生态驳岸的多孔性和丰富的形式、有利于淤泥附着的纹理，使岸栖生物具有了适宜的栖息条件，从而为人工营造岸边水体中的湿地水生植物群落，进而培育较完善的水体生态系统建立了良好的基础。
1.2 生态驳岸用复合材料构筑，其结构形式有混凝土构件、干砌块石、木桩、金属石笼、土工布垄袋等等。石材、混凝土构件等材料硬度高，能经受较强水流的冲蚀，保证驳岸的稳定安全；由这些材料、构件组成的驳岸具有许多空隙和缝隙，有利于植物根系生长，并成为水陆间生态流的交换通道，又为水生动物提供了栖居空间。
1.3 在城市河道、湖泊整治保护和园林水体构建中，应结合具体环境，合理采用上述四种驳岸类型。笔者认为，在园林水体和城区河湖的水湾内，由于水位落差少和流速较缓，应采用自然岸线和生物有机材料生态驳岸为主；既有利于降低工程造价，更能保持河岸的自然形态和有利于岸栖植物的生长。在城区河道干流和开阔的湖泊岸边，以工程材料生态驳岸为主，同时控制其岸顶标高在附合工程要求的最低点。在水闸、堤坝等水利工程设施和桥梁附近，可采用硬质工程驳岸。
总之，驳岸的类型选择和施工，既要满足水体岸线的稳定、强度要求，又要尽量减少驳岸对水陆生态关系的破坏，为岸栖生物群落的生长恢复提供良好的栖息环境。
2. 以生态驳岸形成的岸栖生物栖息环境为基础，通过种类组成丰富结构合理稳定的滨水绿带和岸边湿生水生植物群落的培育、恢复，形成陆生--湿生--水生的生境、植物群落和生态景观连续过渡，具有水陆交融的自然优美的景观和健全生态功能的城市水系、园林水体的滨水地带。
2.1 典型的自然滨水地带的植物群落序列，是基于岸边至河床、湖底连续降低的缓坡地形，形成了从由乔灌木和地被植物组成的陆生生境植物群落，过渡到岸边水体中的浅沼湿地的湿生挺水植物群落，再随着水渐深而变为浮叶、沉水植物群落，直至深水区的漂浮植物群落。但是，城市水系和园林水体的滨水地带比自然水系更具有多样的地形和相应的岸线形式以及复杂的水文、水质环境，滨水地带亦往往不具备发育上述完整的植物群落序列的条件。植物群落的形成是滨水地带生物生态系统和生态功能恢复和培育的基础，为构建生态适应、结构合理稳定的植物群落，必须根据不同滨水地带的环境，选择适应的植物种类和相应的群落结构形式；同时也自然形成了由多样的植物群落构成城市水系、园林水体滨水地带的绿化景观。
2.2 植物群落的重建恢复，需要考虑的滨水地带的环境条件主要有以下几方面：岸线以上滨水绿带的地形、地下水位和土壤特性；驳岸的走向（平面线形）、类型及其特性；岸线以下河床的地形；水体水质和流速、水位变化等水文特征；河道水系、园林水景不同的航运、景观游憩功能等等。
2.3 在城市水系和园林水体周围岸线以上的滨水地带，滨水绿带以陆生生境为主，多采用一般的园林配植或造林绿化方式进行绿化建设。但在地势低平、地下水位高或汛期洪漫区、沙洲，则应选择湿地疏林的群落结构。适生这种生境的植物种类十分丰富，在江浙地区，常见的常绿树如香樟、女贞、小腊、木麻黄、珊瑚树、孝顺竹、八角金盘、黄馨等等；落叶树如榆树、榔榆、乌桕、河柳、垂柳、杨柳、银芽柳、枫杨、合欢、木芙蓉、木槿、海滨木槿、水杉、池杉、水松、落羽杉、伞房决明、蔷薇等等；疏林下地面可成片铺植二月兰、鸭趾草、黄花菜、蝴蝶花、紫露草、紫萼、玉簪、多花筋骨草、石菖蒲等耐荫耐湿的草本植物。滨水低湿地带因其特殊的土壤条件，绿化以适生的落叶树为主体，配以成片的开花地被植物，可形成滨水地带植被景观中，突出的季相色彩和林木倒影水面的景观效果。内陆河湖低湿地的土壤与滨海及河口围垦滩涂的低湿地土壤又有差异，后者土壤偏碱性，具石灰性反应，又多瘠薄，仅有少数树木适应生长，而适于芦苇、芦竹、莎草等草本植物的生长；因此，滨海河口围垦湿地中不应强求造林，而采用以禾草莎草植物为主，建立湿地高草植被更为可行和有效。
至于河流上游宽阔的沙卵石河漫滩，旱季干燥、汛期水淹且冲刷严重，除尽量保留已有的野生植物外，应保留河滩的自然形态，结合沿岸防洪堤绿化，可配植耐干耐涝耐冲刷、固着能力强的植物，如枫杨、五节芒、芒、芦苇、硕苞蔷薇、银叶柳、水杨梅等等。
2.4 驳岸的高度、坡度和结构形式，水面的涨落规律，水面下河床的走势及河底淤泥等等岸边环境，直接影响岸栖生物的栖居生长和湿生水生植物群落的恢复。在缓坡的生态驳岸边水深20-30cm、河床离岸渐远渐深的环境下，可培育比较典型的岸栖植物群落序列。
上述这种典型的岸栖环境及其植物群落序列，分布在水流缓慢、水位稳定、水底淤泥肥厚的中小型静水水体和河道、湖泊水湾内的相对静水区域。但城市水系滨水地带更多的是城市河道和开阔的湖边平直的岸线，具有流动的水体、涨落的水位和波浪不止的水文环境，并不具备上述典型的滨水地带水生植物群落序列完全适宜生长的环境，特别是对于适于在静水区域生长的叶型宽大的挺水植物、浮叶植物和漂浮植物，如荷花、睡莲、菱等等。大部分城市滨水地带的水体中，生态驳岸基础上的的植物群落是适应动态水体的挺水禾草、莎草高草植物群落和沉水植物群落。因此，在城市水系生态恢复中，不应强求上述典型序列的完整性，而应根据具体区段的水文特性，规划营建适生的植物群落及其生态序列。
2.5 城市河道水系还有复杂多样的污染，对于被污染的水体，在水生生物群落重建时，应注意选择抗污染和对水污染具有净化生态功能的植物群落，目前已知对水污染具有较强的净化作用的湿生水生植物有茭白、芦苇、香蒲、水葱、灯芯草、菖蒲、慈菇、凤眼莲、满江红、水花生、菱、水鳖、杏菜、菹草、金鱼藻、墨藻等等。由于水系对物种迁移扩散的廊道作用，外来湿生水生生物如水葫芦、大米草和恶性杂草、一枝黄花等等对水系生态环境的影响已引起广泛的重视；因此，在水系生物生态系统重建恢复中，应以乡土植物为主，避免盲目采用看似适应性强、生长繁茂且有很强水体净化功能的外来水生植物。
3. 应用
3.1 目前，城市水系的污染治理生态恢复还广泛地应用了现代环境工程、生物技术的发展成果。生物浮岛（又称：生态浮岛、生物浮床），就是环境工程和生物工程有机结合开发的水面绿化和水污染治理新技术；由于其新颖的一形式和对水体有效的净化功能，在许多城市得到应用。但其在景观和生态结构上与自然水系的生物群落、生态规律差异较大，需要较高的管理成本，一般只宜作为特殊水域和时段采用。
水体的养护管理措施 篇9
1、在水系周边设立警示、温馨提示等宣传导语，杜绝人为破坏，污染水质。禁止在水系中玩耍戏水，禁止向水系中投掷杂物、垃圾。
2、秋冬季提早关闭水系，防止树木落叶及枯草污染水系，防止风沙污染水系，防止冬季结冰损坏防水层。
3、水系的日常清洁由保洁部负责，做好设备、电器的巡查，配合保洁部做好日常维护保养的排放水。
4、如遇特殊雨季、风沙天气，环境管理部协条工程部关闭水系，排放水源。
5、如遇重大节日、庆典活动，保洁部提前做好清洁工作，工程部配合做好注水、排水、接引电源等工作，在重大节日和庆典活动当天以良好的清澈水系环境展示。
6、严格禁止向水中投撒饲料，以防造成人为的水质恶化。
7、补充水源水尽量避免使用中水。
8、畜禽养殖对水体污染非常严重，景观水系中禁止畜禽养殖。
9、鱼类繁殖速度极快，没有天敌，每年应及时捕捞，控制鱼数量不要超标。
三、日常水面清洁、维护
1、在展示期间保洁部安排专人对水系实施不间断保洁。对水系垃圾、漂浮物、污染物等及时全面清理。
2、每周清理水池，并对水系水源进行更换。
3、控制污染：杜绝生活污水垃和圾进入水系。减少水系周围树木植被使用肥料和农药的数量。
4、建议采用循环过滤方法：设置景观水系循环净水装置，采用机械过滤，定期补水，投落杀菌的方法，保持水质。杀菌常用药剂有硫酸铜和漂白粉。
5、生态防治：通过水系中养殖有较强抗污染能力、较强净化能力的水生动物、植物及微生物。或提高水体中已有生物群落的净化能力，利用生物间的相克竞争来维持生态平衡。
6、加大水系水源的流动性。
7、加大对水系岸边景观石的清洗：加固和避免岸边绿地草坪、树土随雨水冲刷流入水系。
8、小区中水要直接用来浇灌绿地，而不要将中水注入水系中，再从湖中抽水浇地，中水含有大量有机物，会使水系富营养化，污染水系。
5.垂直绿化的管理
要求与长势：攀援植物生长良好，整齐美观，覆盖率达95%以上，四季常绿（落叶类除外），有花攀援植物应适时开花，无厚重粉尘覆盖；生长良好，生长势达到该种类该规格的平均年生长量；枝叶较健壮，叶色浓绿，无枯断枝。
浇灌、施肥：攀援植物须经常浇水以保证其正常生长需要。在每年春、秋季重点施肥三次外，平时根据实际管养情况适量施肥。肥料的施用应适量、均匀，不得因过量或不均匀引起肥害。化学肥料要和有机肥料或生物肥料结合使用，防止土壤板结和肥力衰退。
修剪：攀援植物的修剪应根据该种类的生长特性，确定修剪时间，避免剪掉花芽。疏除过密和枯死的枝条，及时进行牵引，使其分布均匀。
补植：须及时补植缺株。补植应补回原来的品种并加强浇水、养护等管理措施。病虫害的防治工作：根据预防为主、综合防治的原则，早发现早处理。发生病虫为害，最严重的受害面积控制在80%以下。严禁使用国家明令禁止的剧毒、高毒、高残留农药，提倡使用生物农药。
6.水池和水生植物的管理
水体中石油污染的生物修复 篇10
1 水体中石油污染的现状
1.1 水体中的石油污染来源
水体中石油烃的污染主要来自工业、农业、运输业及生活污水排放和油泄露,逸入大气中的石油烃的沉降及海底自然溢油等。工业含油污水和废水种类很多,主要包括炼油厂污水、石油勘探开发采油废水、油港原油压舱水等。尽管各国都规定了含油废水的排放标准(一般为5~10 mg/L),但因工业含油废水量大,故流入各类水体的油量仍相当可观[1]。全球最大的水体是海洋。而在各类水体中海洋受油污染是最为严重的。1972年日本海域所发生的污染事件有2 283起,其中石油污染为1 983起,占污染总数的86.9%。美国沿岸海域发生的污染事件中也有近3/4是油污染。我国海岸线长达18 000 km,沿海海域面积辽阔,近年来许多海域也受到不同程度的石油污染[1]。海洋水体油污染已成为目前一种世界性的严重的海洋污染。因此,防范、治理石油污染成为环境保护的重要任务之一[2]。
1.2 石油污染物的危害
石油污染的危害主要表现在在水体表面形成油膜,致使水中溶解氧急剧下降,造成水生生物的大量死亡,破坏水生生态环境和渔业资源;还可进入地下水系,直接污染地下水源,影响居民用水和农业灌溉;石油中的一些致畸致癌物质还可通过食物链的生物富集作用直接危害人类健康[3]。
2 石油烃污染的生物修复
2.1 石油烃类的化学组成及其生物可降解性
生物修复是指生物特别是微生物催化降解有机污染物,从而修复被污染环境或消除环境中污染物一个受控或自发进行的过程。在石油污染水体生物修复过程中通过接种特定的石油降解菌、添加营养物质或表面活性剂、提供电子受体和共代谢底物及优化处理条件等,可以强化环境中土著微生物自发降解石油污染物的进程[4]。
石油是(又称原油)是一种天然生成的由上千种性质不同的化合物组成的复杂混合物。烃类是其主要组分,简称石油烃。其余为非烃类含氮、含硫及氧等元素的有机物。石油烃主要有烷烃、芳香烃、环烷烃、稠环和杂环化合物,还有少量沥青质和其他化合物。由于石油烃是天然的有机物,因此,微生物可以利用石油烃作为碳源。石油中所含的各种烃类,只要条件合适,均可被微生物代谢降解。芳香类化合物由于其水难溶性,某些多环芳烃还有毒性,更难被微生物降解,近年在这方面的研究最多,对于杂环化合物,则对噻吩作了一些研究工作,对于氧杂环或氮杂环化合物的降解几乎没有报道。
2.2 石油烃类化合物的微生物代谢途径
根据烃类的化学结构特点,石油烃的降解途径主要可分两部分:链烃的降解途径和芳香烃的降解途径。直链烷烃的降解方式有三种:末段氧化、亚末段氧化和w氧化。此外,烷烃有时还可在脱氢酶作用下形成烯烃,再在双键处形成醇进一步代谢。关于芳香烃的降解途径,在好氧条件下先被转化为儿茶酚或其衍生物,然后再进一步被降解。近十年来未见新的降解途径的报道,倒是对芳香烃的厌氧降解有诸多研究,目前的研究主要是调查和确认芳香烃在厌氧条件下的可降解性。研究表明,微生物在厌氧条件下也可降解石油烃类。Seyfried[14]等研究发现,在反硝化条件下,甲苯的降解是有甲基的直接氧化起始的,可检测到苯甲醛和苯甲酸的积累。
2.3 降解石油烃类化合物的微生物种类
自然界中能够降解石油烃类化合物的微生物种类有数百种,70多个属,主要是细菌、真菌和藻类等三大类型的生物,多存在于土壤环境中和水体环境中。细菌在海洋生态系统中占主导地位,而真菌则是淡水和陆地生态系统中更重要的因子[5],能降解石油烃的微生物多数属于假单胞菌属[6]。
水环境中能较好地降解石油烃的细菌有假单孢菌属、无色杆菌属、节杆菌属、微球菌属、诺卡氏菌属、不动杆菌属、短杆菌属、棒杆菌属、黄杆菌属。真菌有假丝酵母菌属、红酵母菌属、掷孢酵母菌属等。在受污染的水体中除细菌和酵母菌外,还有许多丝状菌。
2.4 影响石油烃类化合物的微生物降解的因素
2.4.1 石油烃类化合物在环境中的状态和石油浓度的影响
在环境中呈水溶状态的石油烃类化合物更容易被降解,如果不是呈水溶液状态,微生物则很难直接与石油烃类化合物的分子接触,如固体的芳香烃化合物。没有溶入水中的石油烃类化合物,只有在油与水的界面处的化合物分子才能与微生物细胞接触,再加上不同表面的表面张力的影响等,可被降解的几率就小了很多[7]。Arco等[8]发现随石油浓度的升高,微生物对石油的最终降解率逐渐降低,降解率和石油浓度呈负相关关系。
2.4.2 温度和光照条件的影响
温度可以通过影响石油烃类化合物的状态,间接地影响烃类物质的生物降解。此外,温度对石油烃类化合物的降解还有更直接的作用,如对微生物活性的影响,对微生物种类的影响。有研究表明[7],在环境温度为25 ℃时,石油烃类化合物的降解速率是5 ℃时的降解速率的10倍左右,温度变化显著地影响微生物对烃类化合物的降解速率。Santas发现紫外线增强时石油的降解率增加[9],但对于光照如何影响石油生物降解的具体机理商务透彻研究。
2.4.3 氧气的影响
许多烃类物质的降解过程实质上是烃类物质的氧化过程,需要有加氧酶和分子氧的参加,因此环境中的氧气对微生物而言是一个极其重要的限制因子。氧气的含量决定微生物群落的结构,在缺氧或无氧的条件下,是以厌氧微生物为主的群落结构,而在好氧条件下,则是好氧微生物为主的群落结构。厌氧微生物和好氧微生物都能降解石油烃类化合物,但降解途径不同、厌氧降解的速率比好氧降解的速率慢。
2.4.4 微生物氮源和磷源的影响
微生物的氮源和磷源经常成为微生物降解烃类物质的限制的因子。因为在石油烃类物质中含有大量的碳和氢,则氮和磷元素是影响细菌生长繁殖的主要因素,研究表明C:N:P=100:10:1时最适烃类的生物降解[10]。在天然水体中,为了促进石油烃类物质的降解而添加水溶性的氮源和磷源,但有限的添加氮源和磷源在水体中被高倍稀释而难以支持微生物的生长,所以近年来生物整治研究致力于开发亲油性的氮源和磷源[3],使其在水体中附着于石油烃类物质而维持菌体的持续生长。在土壤环境中,也在研究添加适当的氮和磷物质以达到更好的降解效果。
2.4.5 pH值和其他条件的影响
石油烃类物质的微生物降解一般处于中性的pH值,极端的pH值环境不利于微生物的生长。不过也有微生物能在极端的pH值条件下降解石油烃类物质。其它环境条件下,如Fe2+浓度、盐度和压力也会影响微生物对石油烃类物质的降解。例如,将湖泊中的石油烃类降解微生物转入到海洋海岸的石油烃降解,由于细胞对环境中的盐的浓度不能立即适应,可能引起细胞的膨胀,甚至破裂。一般而言,随着环境中盐浓度的增加,石油烃类化合物的降解速率会下降,也就是说,淡水中石油污染物的降解要比海洋中的石油污染物降解得更快[7]。
3 石油污染物生物降解的研究现状
对于微生物对石油烃污染物的生物降解的研究,国外的研究比较成熟,美国在这方面研究较深入,并将生物技术运用于石油污染的现场修复,例如:清除Alaska Exwxon Valdez的海岸石油污染[11]。我国从20世纪70年代开始有学者关注这一方面的研究,但成熟的研究并不多,且多限于综述,实践研究及现场修复的报道很少,尚处于起步阶段。
3.1 石油降解菌的筛选、分离及其降解特性
在被石油污染的现场,如被石油污染的排水中及排水沟泥中和活性污泥中,油田渣油及炼油、采油的废址及正在使用的厂区中,污水处理厂的排水中,海洋中,由于长期被石油污染,存在于其中的微生物能逐渐改变自身的条件,通过形成诱导酶以适应新的环境条件。因此,在这些长期含有高浓度的石油烃的现场中,一定有降解石油烃的菌,在这些菌中可能会有高效菌的存在。采取含高效菌的水样、固体土样或半固半液的稀泥样后,即可直接进行高效菌的分离,也可经一段时间的驯化后再进行分离。
用筛选分离出的高效菌对石油烃类物质降解的特性进行研究,其主要的研究方法有:①利用14C标记法计算石油烃降解菌对石油烃的矿化程度。即将高效菌接种于含未标记的石油烃及一部分有14C标记的石油烃的反应体系中,从该体系好氧反应过程中放出的14CO2的总量计算高效菌对石油烃的矿化率。②测量反应体系的耗氧量。即,测反应体系的CO2的产生量来间接体现反应体系的耗氧量,从而判断高效菌对石油烃的降解效果。③用不同的分析方法测定反应体系中石油烃浓度随时间的变化趋势,据此判断高效菌对石油烃的降解效率。④利用高效菌在石油烃中的繁殖生长情况说明高效菌对石油烃的降解代谢能力,一般采用重量法、平板计数法和光密度法来测定高效菌的生长情况。
3.2 石油烃的乳化及生物乳化剂
石油烃在水中的溶解度非常小,难以提供足够的碳源和能量来维持微生物的生长繁殖,为此微生物进化出了两种对策以提高与烃类的接触:特异性的附着机制和烃类的乳化。前一种机制中,微生物通过菌毛或细胞膜表面的脂类或蛋白使细胞形成疏水表面而附着于水中的油滴上。后一种机制中,微生物可释放出乳化剂使油滴乳化成许多细小颗粒,以增大油滴可利用的表面积,有利于微生物的直接接触和利用。由于乳化剂或表面活性剂对微生物降解的广泛影响,近年来相关研究较多[12,13]。
3.3 新型氮源和磷源的研究
氮源和磷源是微生物降解烃类物质的限制的因子,氮和磷元素影响细菌生长繁殖,又因微生物对溶解态的物质容易吸收,而石油污染物在水中的溶解度很小,故近年来生物整治研究致力于开发亲油性的新型氮源和磷源,使其在水体中附着于石油烃类物质而维持菌体的持续生长。在土壤环境中,也在研究添加适当的氮和磷物质以达到更好的降解效果。
3.4 微生物、烃类以及它们之间的相互作用的研究
对于微生物间的相互作用,目前的研究工作主要集中于多种微生物对底物的协同代谢上。对于底物之间的相互作用,研究较多的是共代谢作用[15]和备用物现象。备用物现象是指当多种可降解的底物同时存在时,微生物优先利用其中一种底物,而其它种底物的降解受到抑制,只有当优先利用的底物用完后才能降解利用其它备用底物的现象。这两种现象在石油烃的降解中比较普遍。
3.5 基因工程菌的开发
许多文献报道当环境受到石油污染时,降解性微生物数量上升,尤其是含降解质粒的微生物。水体污染后,含质粒细菌的比例可提高数倍到数十倍。含质粒细菌在石油污染环境中出现的频率和数量比非污染环境高,说明质粒在石油降解中起着重要的作用。A.CharKrabarty经过研究降解芳香烃、萜烃、多环芳烃的细菌的降解基因位于质粒上,基于这一发现,他根据质粒容易传递的特性,利用基因工程的手段将多种质粒嫁接到一种菌体内,构成一菌多基因。这一新型菌能同时降解四种石油组分,能把原油中约2/3的烃类消耗,它突出的优点是比自然菌降解速度快。因此,构建含有目的的基因,具有较强竞争力的基因工程菌(GEM)是现代研究的主要目标之一。
4 结 语
近年来,石油污染日益严重,已成为一个全球普遍关注的焦点问题。科学工作者对此进行了广泛的研究。根据目前已有的研究结果和应用实践表明,生物降解法因具有处理成本低、不需大型设备、操作简便、石油类污染物降解效果好、不易引起二次污染等特点而得到广泛研究和应用。
从文献研究结果看,水体中石油生物降解研究存在的主要问题是:
(1) 石油成分复杂,其中所含多环芳烃种类繁多,分子结构及构象复杂,生物效应缓慢,在环境中迁移转化方式多样,因而,直接影响人们对其生物降解过程的基础性研究。迄今对这类污染物的生物降解特性仍然没有完全认识和深化。
(2) 现有的研究对象多,获得的资料分散,研究结果说法不一,无法进行比较,所以难以得出明确结论,理论上进一步深化比较困难。
(3) 石油烃类的微生物降解是一个复杂的过程,它的降解效率受多方面因素影响,应全面考虑微生物修复从实验研究到现场的条件控制,使研究结果和应用实践相结合。
摘要：生物修复是处理水体中石油污染较好的一种方法,本文简述了水体中石油污染的来源、危害,石油污染生物修复技术的概念,对水体中石油的可生物降解性,微生物种类、降解机制和降解过程的影响因素以及目前的研究方向进行了较全面的综述,并对石油污染的研究现状和存在问题进行了讨论。