第三讲-河流生态修复.ppt

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第三讲河流生态修复,黄钰铃2013,水利部索丽生副部长讲话,海宁河流生态修复项目现场考察,主要内容,3.1河流修复基本理论3.2河流生态修复历史与内容3.3河流修复的措施与技术3.4河流水环境修复典型实例,河流生态修复的概念,美国土木工程师协会：

河流恢复目的是促使河流系统恢复到较为自然的状态，在此状态下，河流系统具有可持续特征，并可提高生态系统价值和生物多样性。

（ASCE，2003）,西方国家河流保护发展阶段,上世纪50年代开始以水质恢复为重点到80年代初期转入建设小型河流的生态恢复工程到80年代末期进入以单一物种恢复为标志的大型河流恢复行动90年代开始规划流域尺度的河流生态整体恢复工程,摘引自：

董哲仁，2005,河流生态修复的工作内容,非生命因子调控,3.1河流修复基本理论,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。

3.1.1河流景观修复,景观生态学,在河流生态系统的长期研究过程中，提出了大量河流生态系统的基础理论：

（1）地带分布概念地带分布概念：

根据河流中鱼类栖息特性将河流分为不同区域，分析相关影响因素，或者根据大型脊椎动物的分布群落进行划分。

3.1.2河流生态修复,

（2）河流连续体概念首次对河流生态系统在纵向上的种群结构和功能特性进行描述。

强调河流生态系统中从源头到河口的非生物环境具有连续梯度，主要通过有机质的分布和大型无脊椎动物的功能等体现。

3.1.2河流生态恢复,longitudinal,（3）河流水力概念河流水力学概念：

强调物种的显著变化与溪流水力特性的转变具有联系，可通过流速、水深、糙率和坡度等指标进行描述；流速的时空变化对生物系具有明显的影响作用，尤其是河底无脊椎动物和藻类。

3.1.2河流生态恢复,十一五科技支撑计划,（4）养分螺旋概念描述有机质在河流生态系统纵向的动态变化。

可通过螺旋长度进行描述:

螺旋长度越短，表明养分在河流生态系统中的利用效率越高螺旋长度是河流生态系统中养分的运移速率和滞留过程的函数。

3.1.2河流生态恢复,（5）连续中断概念连续中断：

认为大坝（干扰）中断河流生态系统的连续性，引起河流上下游的非生物/生物参数和过程发生转变。

3.1.2河流生态恢复,（6）洪水脉冲概念洪水脉冲：

强调洪水对河道、洪泛平原生态系统的影响，洪泛平原的养分循环主要依赖于洪水周期和区域植被覆盖。

洪积平原对洪水峰值的坦化，减弱洪水效应和缓冲水位短期波动，增加地下水的补给量；洪水脉冲有助于鱼类繁殖；缓冲区域对养分、泥沙的自然过滤，有助于控制洪积平原的非点源污染等。

3.1.2河流生态恢复,某些鱼类的产卵来自洪水脉冲的信号？

图1洪水脉冲生态过程示意图,洪水脉冲生态效应,长江的四大家鱼每年58月水温升高到18以上时，如逢洪水，家鱼便集中在重庆至江西彭泽的38处产卵场进行繁殖。

家鱼在涨水第一天开始产卵，如江水不再继续上涨或涨幅很小，产卵活动即告终止。

自从1956年开始的长期观测表明，四大家鱼在水位上涨时产卵形成高峰。

（据水工程生态研究所常剑波资料）,（7）河流生产力理论河流生产力理论：

强调受控河流生态系统的营养盐（碳源）主要依赖于上游输送，以及区域生物群落和缓冲区域的输入。

河流内部初级生产力是河流向下游输送能量的重要组成部分。

3.1.2河流生态恢复,（8）流域概念流域概念：

认为河流栖息地具有等级结构，强调河流与流域在时间、空间尺度上联系密切，范围从河流网络到水池、浅滩和微型栖息地等。

3.1.2河流生态恢复,3.2河流生态修复历史与内容,3.2.1河流污染物控制及生态修复历史世界各国的水污染，以泰晤士黑臭、缺氧为代表的第一代水污染，以日本水俣病的重金属有毒化学品为代表的第二代水污染，美国-加拿大湖泊的氮磷等营养元素为代表的第三代水污染-富营养化。

（1）泰晤士河污染治理,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。

针对以上泰晤士河污染治理经过两个阶段：

第一阶段治理（1858-1891）：

主要侧重于污水截污和化学处理；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。

（2）莱茵河污染治理,莱茵河治理计划：

从河流整体生态系统出发，把大马哈鱼回到莱茵河作为治理效果的标志。

（3）苏州河污染治理,苏州河源于江苏太湖，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。

苏州河污染治理计划分3个阶段实施：

第一阶段（19931995）:

合流污水治理一期工程第二阶段（19951996）:

“截流清底引清裁湾立法”10字方针第三阶段（19962010）:

“以治水为中心，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。

3.2.2河流生态系统修复内容,1）河流自然环境的恢复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恢复。

2）河流生态系统结构和功能的恢复结构的恢复？

功能的恢复？

3.3河流修复措施与技术,3.3.1河流缓冲区域生态系统修复措施河流缓冲区域：

是指河流-陆地交界处的两边，直到河水影响消失为止的地带，包括湿地湖泊草地灌木森林等不同类型景观，呈现出明显的演替规律。

1、缓冲区域特性缓冲区1：

区域从河流边缘开始，是河流水体延伸部分，植物能够降低洪水，稳定岸基和去除养分；缓冲区2:

植被是受管理的缓冲区域森林，特性类似于区域内的自然森林，主要功能是去除泥沙、养分以及其他污染物；缓冲区3:

主要功能是降低径流量，增加下渗和过滤泥沙以及吸附的污染物，改善河流水质，保护缓冲区域l和缓冲区域2。

3.3.1河流缓冲区域生态系统修复措施,图缓冲带宽度示意图,图缓冲带中的水流循环,2、缓冲区域修复,修复河流缓冲区域的主要措施包括稳定堤岸、恢复植被、改变河床形态等。

美国某河流上的活木桩及植物纤维垫护岸效果,日本渡良濑蓄水池滞洪洼人工湿地,韩国良才川水质生物生态修复设施平面图,3.3.2河流水生生物群落恢复1、水生植物的恢复1）先锋物种选择原则：

适应性原则、本土性原则，净化能力原则，可操作性原则等2）群落配置：

主要根据河流历史的植物群落结构为模板，适当引入经济价值较高、有特殊用途、适应能力强及生态效应好的物种，建立稳定、多层、高效、稳定的植物群落。

防止生态入侵,人工强化植物恢复,2、底栖动物恢复影响底栖动物的主要因素：

底质、流速、水深、营养元素、水生植物等。

将上述因素调整到底栖动物能够接受的范围内，实现底栖动物的恢复。

3、鱼类恢复首先，恢复河流生态系统的物理环境；包括河流水文、水动力学特性以及物理化学特性等；其次，采取增殖放流的措施，促进鱼类繁殖和建立比较适宜的生物链，从而实现鱼类的恢复。

宜昌投放中华鲟,3.3.3河流底泥疏浚1、底泥污染物类型1）重金属：

重金属通过吸附、络合、沉淀等作用沉积到底泥中，同时与水相保持一定的动态平衡。

2）营养元素：

经各种途径进入水体的氮、磷等营养元素，相当一部分沉积到底泥中。

3）难降解有机物：

PCBs、PAH等有机物，由于疏水性强、难降解，在底泥中大量积累。

2、底泥疏浚及控制技术1）原位固定处理原位固定主要有原位掩蔽技术；掩蔽：

在污染底泥表面放置一层或多层覆盖物，使底泥与上覆水体隔离，防止污染物向水体迁移。

采用的覆盖材料主要有清洁底泥、沙、砾石或人造地基材料等。

2、底泥疏浚及控制技术,2）异位修复技术该技术是将底泥疏浚后进行转移再进行处理，消除底泥对水体的危害。

宜与底泥疏浚同时使用，可融合疏浚和生物生态修复技术的优点于一身。

滇池上进行底泥疏浚作业,多功能治污船,巢湖污染底泥疏挖及处置二期疏浚工程,3）疏浚底泥处置常用方法有固化填埋和农用，对污染较重的疏浚污泥，必须采取物化、生物方法进行处理，常用颗粒分离、生物降解、化学提取等。

须防止二次污染,3、工程实例苏州河底泥疏浚苏州河在长期污染过程中，底泥中含有大量的氮磷、重金属、有毒有机物等污染物。

根据苏州河底泥疏浚实验过程的环境监测数据：

回放尾水的Fe、Mn、Cr和Zn等重金属含量和SS、CODc，浓度较吸出泥浆水有显著下降，疏浚能够有效降低底泥中的重金属含量。

3.3.4河流调水,采取引水冲污稀释等辅助措施，科学有效地增加流域水资源量，加快水体有序流动，利用水体自净功能，降低水体污染程度，提高水环境承载能力，使有限水资源发挥最大效益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。

“六湖连通”工程：

武汉市投资十亿元，在汉阳六大湖泊全面展开“引江入湖”工程：

从琴断口闸引汉江水入龙阳湖，然后分两路流经墨水湖、三角湖，最后从南太子湖导出汇入长江。

武昌“大东湖”生态水网：

以东湖为中心，依托该地区东沙湖水系和北湖水系，将东湖、沙湖、杨春湖、严西湖、严东湖、北湖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。

主要建设工程包括污染控制、水网连通、生态修复三大工程和监测与评估研究平台。

长江青山港东杨港杨春湖东湖新港汤菱湖（东湖）郭郑湖（东湖）筲箕湖（东湖）新沟渠沙湖港罗家港长江,三峡-葛洲坝梯级水库调度对坝下河流的生态水文影响,以19012003年宜昌水文站天然日流量过程作为三峡水库的入流过程，采用多目标优化模型，模拟三峡-葛洲坝梯级水库正常运行后的泄流过程，采用水文变化指标法（IHA）和变量范围法（RVA），评估调度对葛洲坝下游各项生态水文指标的影响.,模拟的调度放流日过程,十一五科技支撑项目“三峡葛洲坝梯级水电开发生态调度示范研究”,河流生态修复-调水及补水工程实例研究,太湖补水滇池补水武汉东湖区生态补水内蒙古海拉尔河口生态引水,62,太湖水利工程调度改善水环境方案研究,63,滇池水环境水流水质模拟及引水调控分析,风生湖流水质及变化趋势预测水污染控制措施及效果,64,水文、水动力、水质藕合模型系统,武昌东沙湖区引水及调控分析（2007）,65,海拉尔河引水调控对下游湿地水位影响（20032005）,3.3.5河流曝气复氧1、河道曝气机理河道曝气一般应用在以下两种情况：

第一种是在污水截流管道和污水处理厂建成之前，进行人工充氧；第二种是在已治理过的河道中设立人工曝气装置对付突发事件。

2、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。

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。

河流曝气,3.4河流水环境修复典型实例英国泰晤士河水污染防治,泰晤士河流经英格兰东南部地区，向东汇入伦敦港口，全长346km，流域面积13100km2，占英国土地面积的37。

流域人口1123.4万人，占英国人口的23%。

泰晤士河从19世纪英国工业革命以来，大量的工矿企业废水、生活污水量急剧增加，一方面，污水均排入河流；另一方面在河流上大量修建水库。

采取的措施,1）制定法规及法令在1876年制定世界上第一部水环境保护法河流污染防治法。

此后，又陆续颁布一系列法规。

2）统一的区域水管理体制成立区域水务管理局：

管理一切涉及水问题的事务供水、水源、污水排放、污水处理、污水控制、防洪、航运、养鱼、娱乐等，对河流行使规划与管理的权利。

实行排污许可证制度；设立水质保护目标；全面实行“污染者付费”原则；推行城市污