一種全方位修復湖庫水生態環境系統的方法與流程
1.本發明屬于生態環境保護與修復領域，具體涉及一種全方位修復湖庫水生態環境系統的方法。
背景技術：
2.湖庫是指位于流域內的各種湖泊、水庫以及相對封閉的水域。隨著人們對親水性生活環境需求加大，除天然湖庫外，人工湖、景觀湖泊等城市湖庫的數量也在不斷增加，但由于城市現代化進程的加快，透水性地面逐漸減少，污染也逐漸加劇。湖庫常常缺乏足夠的自然補水，水體流動性較差、水質惡化、呈現營養化狀態問題也引起廣泛關注。與其同時，人們越來越依賴作為飲用水功能和水產品供給功能的湖庫，因此人們賦予湖庫越來越重要的服務功能，但現有湖庫水質和水生態環境狀況令人擔憂，生態修復技術比較單一，且單方面修復技術需要修復的面積過大且成本極高、維護難，也不能從根本上改變富營養化水平發展趨勢。
[0003]“一種湖庫水環境污染修復系統”(zl201610226495.9)發明公開了一種湖庫水環境污染修復系統，包括漂浮在湖庫水面上的生態浮床，固定在生態浮床上的若干種植床，固定在生態浮床的底部的吸附網和反應床，以及設置在湖庫的水底的水藻格柵和曝氣管；曝氣管通過通氣管與一氣泵連接；曝氣管上設有若干曝氣孔；水藻格柵上固定有至少一個充氣囊，充氣囊通過充氣管連接至送氣管，送氣管的輸入端連接至氣泵的第二輸出端；所述反應床包括一垂直向下固定在所述生態浮床的底部的支撐件，以及設置在所述支撐件上的纖維束，所述纖維束上附著有益生微生物菌和輔酶。本湖庫水環境污染修復系統可以對湖庫里的水體進行全方位、多層次地進行修復，其修復效率高，且便于維護。
[0004]“應用于大型深水湖泊水生態系統修復的方法”(zl201510627402.9)公開了一種應用于大型深水湖泊水生態系統修復的方法，包括基礎條件改善、湖庫圍網隔斷分區技術、過渡帶防沖刷技術系統、進水前置庫預處理系統、生態植物浮島建設、可種植區沉水植物及浮葉植被種植、深水區沉水植被蔓延種植、食物網鏈構建修復管理技術系統、沉積物-水界面營養鹽控制系統、微生物膜加強系統、物種多樣性生境系統、河湖水生態系統保護技術。該發明可有效降低了水體污染負荷，提升了水體自凈能力，使得水體呈現水質清澈，無異，無異味，從而適合人類接觸。
[0005]“一種湖庫水環境污染修復系統”(zl201610226495.9)在風浪較大的湖庫中不易施工，只能用于局部庫灣風較小且水不深的湖庫中實施。“應用于大型深水湖泊水生態系統修復的方法”(zl201510627402.9)中方法較單一,不適合用于全湖的情況，湖水較深時沉水植物不容易成活。
技術實現要素：
[0006]
為了克服了現有技術的不足，本發明提供一種全方位修復湖庫水生態環境系統的方法，用于徹底解決水體向富營養化發展的問題，并具有全方位、多層次、修復效果好的特
點。
[0007]
本發明的目的在于提供一種全方位修復湖庫水生態環境系統的方法，從入湖河濱至湖庫水體進行全方位修復，包括以下步驟：
[0008]
(1)設置入湖生態攔截帶，或者設置入湖生態攔截帶及入湖天然濕地；
[0009]
(2)設置湖濱緩沖帶；
[0010]
(3)在湖庫水的水域中設置種植生態浮床，
[0011]
(4)在湖庫水域投放鰱鳙魚類及底棲動物。
[0012]
本發明的目的在于提供一種全方位修復湖庫水生態環境系統的方法，步驟 (2)中，湖濱緩沖帶包括鋪設的生態袋和種植的緩沖帶植被，所述緩沖植被包括沉水植物、浮葉植物、漂浮植物、挺水植物和/或濕生植物中的一種或多種。
[0013]
本發明的目的在于提供一種全方位修復湖庫水生態環境系統的方法，步驟 (3)中，所述生態浮床的形狀為矩形或圓形，所述生態浮床由多個泡沫浮球圍繞而成，每個所述泡沫浮球的上下分別由兩根鋼管連結，相鄰兩個泡沫浮球及上下鋼管之間的垂直平面置有網片，網片向下伸出下鋼管，網片伸出水面 0.4-0.5m，深入水下1-1.5m。
[0014]
所述生態浮床內部種植有紫根水葫蘆，其自身能通過化感作用殺滅和抑制藍藻，同時具有極強的除氮磷等污染物能力。
[0015]
若干個生態浮床的總面積控制為水面面積的1/3,紫根水葫蘆投放面積控制在生態浮床面積的1/4-1/3。
[0016]
本發明的目的在于提供一種全方位修復湖庫水生態環境系統的方法，生態浮床采用鐵錨和沉子固定的方式，每隔25m設置一個鐵錨，每個泡沫浮球或網片下相隔0.8-1m設置一個的沉子。其中鐵錨的重量一般為50kg，沉子的重量一般為1-3kg。
[0017]
本發明的目的在于提供一種全方位修復湖庫水生態環境系統的方法，所述生態浮床的水下部分連接有漁網，所述漁網深入水下的深度大于10米。
[0018]
本發明的目的在于提供一種全方位修復湖庫水生態環境系統的方法，湖庫水的水域中使用鎖磷控藻劑結合曝氣法，以控制水華。
[0019]
鎖磷控藻劑的投放量：根據湖庫水庫藻類密度和葉綠素濃度的差異，當葉綠素a小于15μg/l，單次使用量為2～3kg/畝，當葉綠素a大于15μg/l小于 60μg/l，單次使用量為5～15kg/畝，當葉綠素a大于60μg/l，單次使用量為 50～80+kg/畝，根據實際情況需多次使用鞏固效果。
[0020]
優選的，曝氣法使用太陽能微孔曝氣結合沉水曝氣兩種方式，增強水體中溶解氧的含量。
[0021]
太陽能微孔曝氣在水體表面進行表層充氧曝氣，沉水曝氣為底部深水區域進行揚水曝氣，兩種方式結合可以使深水湖庫曝氣均勻，增加溶解氧。
[0022]
本發明的目的在于提供一種全方位修復湖庫水生態環境系統的方法，步驟 (4)中，在湖庫水中域投放濾食性魚類，魚類的品種為鰱魚和鳙魚，在湖庫底質投放底棲動物品種為河螺、蚌和/或蜆。
[0023]
本發明的目的在于提供一種全方位修復湖庫水生態環境系統的方法，控藻魚類投放生物量為50g/m3，河螺的投放量為10kg/畝，蚌的投放量為20kg/畝，蜆的投放量為20kg/畝。
[0024]
本發明的有益效果：
[0025]
1.本發明“防范與治理相結合，多管齊下全方位綠安全治理湖庫型飲用水源地富營養化及藍藻水華”，運用系統生態學的方法輔以營養鹽控制，經過處理后水體透明度、浮游植物數量能夠有顯著改善，隨著工程持續實施直至達到相應的飲用水安全標準。
[0026]
2.本發明從“入湖生態攔截帶及天然濕地—湖濱緩沖帶—水域—底質”改善技術等四方面著手，從外源至內源進行全方位立體生態修復。利用濕生和水生植物的吸附氮磷等營養鹽，利用生物操控法投入減少浮游植物產生，加強底棲動物對底質的改良作用，對湖庫水生生態系統進行全方位立體的修復，修復效果較好。
[0027]
3.在工程區水面底部采用曝氣裝置破壞水庫水體分層，阻止底泥中營養鹽特別是磷在缺氧環境下向水體的釋放，同時使鎖磷控藻劑將湖庫中的藍藻氧化的同時將活性磷形成固定穩定的鈣磷復合物沉淀到底泥中去，并調節水中ph 值，從而通過削減營養鹽磷的供應來抑制藻類生長繁殖；
[0028]
輔以養殖鰱鳙魚用非經典生物操控方法將藍藻及其他藻細胞攝食消化；
[0029]
水面生態屏障建設：為了消除鰱鳙攝食藻類產生的代謝排放及水體自身富余的n、p和各種水體污染物(包括重金屬)，在水面上種植吸污抑藻能力極強經過太湖滇池藍藻治理項目檢驗的轉基因紫根水葫蘆，建立水源地水面生態屏障保障；
[0030]
湖濱陸域建立入湖濕地及湖濱緩沖帶以控制污染負荷入湖，在岸上原地恢復種植多種水生植物建立緩沖濕地保護帶(主要種植茭白、蘆葦和慈姑)。通過系統生態學完整的生態鏈綠安全地將富營養物質濃度和藻類數量有效控制。
附圖說明
[0031]
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0032]
圖1顯示全方位修復湖庫水生態環境系統的構建程序；
[0033]
圖2為生態浮床的結構示意圖，其中，1.泡沫浮球，2.鋼管，3.網片，4. 鐵錨，5.沉子；
[0034]
圖3為生態浮床的圖片。
具體實施方式
[0035]
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本發明的技術方案進行詳細的描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所得到的所有其它實施方式，都屬于本發明所保護的范圍。
[0036]
對本發明技術方案中涉及相關的技術解釋如下：
[0037]
生態攔截溝：指利用溝渠表面的基質-植物-微生物系統攔截、凈化徑流等低污染水，發揮水質凈化功能的溝渠系統。
[0038]
生態蓄滯池：指利用土壤/填料、植物和微生物系統蓄滯、凈化徑流等低污染水的
設施。可與生態攔截溝串聯使用。
[0039]
河湖生態緩沖帶：指陸地生態系統與河湖水域生態系統之間的連接帶和過渡區，包括從河湖多年平均最低水位線向陸域延伸一定距離的空間范圍，其主要功能是隔離人為干擾對河湖負面影響、保護河湖生物多樣性、減少面源污染。
[0040]
多級生態塘：指利用凈水型水生植物、水生動物構建的具有復雜食物鏈的水塘系統，一般多個生態塘串聯成多級生態塘，適用于低污染水的攔截凈化。
[0041]
近自然濕地構建技術：形成由水體和淺灘、坡地、島嶼等不同地形構成的近自然濕地，對污染物進行攔截和凈化，同時為植物生長創造立地條件，豐富湖濱生態緩沖帶的生物多樣性。
[0042]
實施例1設計程序
[0043]
本發明的全方位修復湖庫水生態環境系統的構建程序主要包括：緩沖帶構建、底質改良、曝氣增氧、微生物落構建、水生植物、水生動物、魚類及底棲動物的投放等程序。
[0044]
實施例2全方位修復湖庫水生態環境系統的方法
[0045]
如圖1所示，本發明的全方位修復湖庫水生態環境系統，包括入湖生態攔截帶—湖濱緩沖帶—水域—底質等步驟，具體的修復方法包括如下步驟：
[0046]
2.1建立入湖攔截帶及天然濕地
[0047]
本發明通過選用徑流攔截、河水凈化等原位水質改善技術建立入湖上游來水生態攔截帶，同時預防藻類堆積。
[0048]
常用的水生態攔截帶水質改善技術有生態攔截溝與蓄滯池技術、生態攔截溝技術、多級生態塘庫系統、近自然濕地構建技術等。
[0049]
2.2在湖濱帶設置生態緩沖帶護岸
[0050]
湖濱緩沖帶設置在風浪較弱或設置消浪設施的湖岸防護中，湖岸坡比≤ 1:1.5。
[0051]
湖濱緩沖帶上設置有生態袋材，并且種植植被，其中，生態袋材料應具備保土性、透水性和耐老化性，宜采用插播方式進行植被種植。
[0052]
植被的選擇，可依水分梯度分布種植沉水植物、浮葉植物、漂浮植物、挺水植物和濕生植物，常用的植物物種及種植方法建議見表1。沉水植物、浮葉植物、漂浮植物、挺水植物的恢復需結合湖濱生態緩沖帶核心區的水深、透明度及基底情況具體確定，例如一般在深水區域或巖石基底區不宜恢復沉水植物。湖庫水深較深的水域主要種植茭白、蘆葦和慈姑。
[0053]
表1湖濱生態緩沖帶常用植物種類及種植方法建議
[0054]
[0055][0056]
2.3水域的修復
[0057]
2.3.1深水湖庫水域植被浮床及植物選擇
[0058]
若水庫水域較深難以種植水生植物，可以建議設置水面生態屏障建設-化浪生態浮床種植紫根水葫蘆。
[0059]
(1)生態浮床建設：
[0060]
水生植物的種植需要一個相對穩定的生長環境，因此必須對于湖庫風浪進行削減。同時為了避免大風大浪天氣啟導致工程區水生生物遭到摧殘甚至完全破壞工程區的建設，水生植物種植區必須配套相應的化浪消浪措施，本方案設計從經濟性角度考慮特別選用了生態浮床，如圖2、3所示，結構具體如下：
[0061]
泡沫浮球1圍繞成方形或者長方形，圍成方形或者長方形。泡沫浮球1的規格為(0.5-0.8m)
×
(0.8-1.2m)，相鄰兩個泡沫浮球距離為1.5-2m，各個泡沫浮球的上下分別由兩根鋼管2連結，相鄰兩個泡沫浮球1及上下鋼管2之間的垂直平面置有網片3，網片3向下伸出下鋼管，網片伸出水面0.4-0.5m，深入水下1-1.5m，生態浮床采用鐵錨和沉子5固定的方式，每隔25m設置一個重達50kg的鐵錨，每個泡沫浮球或網片下相隔0.8-1m設置一個1-3kg的沉子，以確保浮床有足夠的強度，足可抵御8級以上臺風的侵襲。
[0062]
生態浮床可視湖面具體情況圍城相應面積的圍欄，一個生態浮床的圍欄面積控制100畝，避免紫根水葫蘆因風吹和水位漲落而逸生或損失分散。
[0063]
若干個生態浮床的總面積控制為水面面積的1/3,水葫蘆投放面積控制在生態浮床面積的1/4-1/3。
[0064]
(2)水生植物種植
[0065]
使用gpit(基因表型誘導調控表達技術)，并結合“相生相克”的辯證原理，普通水葫蘆經誘導培育成紫根水葫蘆，此項技術現已列入國家“863”項目 (編號2010aa06z301)。經試驗紫根水葫蘆可有效削減水華藍藻種密度，并凈化水質。改良后的紫根水葫蘆和普通水葫蘆相比在許多方面產生了很大的差異。
[0066]
實驗表明，治理水域總氮、總磷去除率可超過90％；藍藻的去除率也超過 97％。而且，與普通水葫蘆會明顯消耗水中溶氧相比，紫根水葫蘆根系可提高水體中的溶氧，大大提高凈水能力。由于紫根水葫蘆在水體中的抗風浪能力較強，又基本不會瘋長和有性繁殖，只
要合理管理，適時移出，并無害化、資源化綜合利用，不僅不會污染水體，還能提高水的自凈能力。紫根水葫蘆分泌大量的化感物質來破壞藻類細胞結構、降低葉綠素含量，最終殺死藍藻，并將死藻分解后釋放的氮、磷等營養物質持續吸收利用；同時由于紫根水葫蘆龐大的根系，為水體中的微生物提供棲息的場所，通過微生物的硝化和反硝化把水體中的氮轉化為氣態的氮，釋放到大氣中，以此來減少水體中氮的含量。此外，在去除重金屬污染方面，紫根水葫蘆的吸附能力是蜈蚣草的約52倍，同時對鎘、鉛、鋅、錳、氟有同樣很好的試驗效果。
[0067]
(3)使用鎖磷控藻劑結合曝氣法控制水華
[0068]
夏季溫度和光照較強的季節，由于藻類過度生長，可能會引起湖庫局部水域發生藻類過度生長的情況，在葉綠素a升高的早期及時使用鎖磷控藻劑結合曝氣法以控制藻類過度生長的情況。
[0069]
鎖磷控藻劑(主要成份包括過碳(na2co4)、過鈣(cao2)、過硫(khso5) 和納米富鐵硅藻土等混合藥劑)能有效控制湖庫水體中藍藻的過度生長和暴發，能有效改善應用水體的水環境，活化水體的水生生境。
[0070]
鎖磷控藻劑通過兩種途徑發揮效力：第一，鎖磷控藻劑在漂浮釋緩并下沉的過程中，過鈣、過碳、過硫與水緩慢反應生成o2和
˙
oh，氧化去除藍藻細胞的同時，精準控制表面毒藍藻，降低藻藍蛋白密度；第二，當鎖磷控藻劑穿過整個水體后，過鈣與水反正時生成的ca
2+
對磷具有很強的配位能力，形成鈣磷復合物沉淀，同時在絮體凝聚的過程中聚集藻細胞，并能在水體底部底泥上形成一層覆蓋層，阻止水體的二次污染-在鎖磷控藻劑的處理區域，即使在水體底部由于所處的環境條件的改變而使部分可溶性磷酸鹽再次釋放出來，但由于其上有一層約為1～3mm厚的覆蓋層，能及時有效地捕獲可溶性磷酸鹽，從而使其不能重新釋放到水體中而造成對水體的二次污染。可溶性磷酸鹽一旦被鎖磷控藻劑結合，就不再具有生物可利用性，即不能被藻類的生長和繁殖所利用。第三，納米富鐵硅藻土可對水位深處藻類進行絮凝沉降，以彌補鎖磷控藻劑其它成份僅對表面藻進行控制的缺點。
[0071]
鎖磷控藻劑產品是一種混合藥劑，一部分藥劑成份(過碳(na2co4)、過鈣(cao2)、過硫(khso5))選擇取純天然包衣原材料包裹顆粒，漂浮在水體表面，另一部分藥劑成份(納米富鐵硅藻土)可以緩釋沉入深水湖庫并對藻類進行卷捕沉降，對水生生態系統基本無影響，鎖磷控藻劑產品較傳統的控藻劑能有效減少使用量，節約控藻成本60％以上。
[0072]
(4)太陽能微孔曝氣結合沉水曝氣兩種方式增強水體中溶解氧的含量
[0073]
太陽能微孔曝氣機和沉水曝氣機市場上均有購置，兩者的結合使用主要考慮互相補充使水生態系統中的氧氣在水中的溶解度和溶解速率大大提高。
[0074]
太陽能微孔曝氣機以與曝氣盤安裝在湖面上，系統利用太陽能做為動能，用于水污染治理增氧曝氣與水體循環技術，節省了能源，省去供電和電力費用，運行安全可靠。主要設備有太陽能電池組件、控制系統、主機、浮體等部分，充氧效率較高，達到70％左右。
[0075]
沉水曝氣機為安裝在水下的一種曝氣機，制造垂直循環流，使表層水體與底部水體交換，新鮮的氧氣被輸入湖底，使湖底形成富氧水層，消化分解底部沉積污染物，與太陽能微孔曝氣機同時使用，可以使曝氣更加充分，曝氣的作用為提高水體中溶解氧的濃度，抑制厭氧菌和浮游藻類的繁殖，增加水體透明度，利于沉水植被進行光合作用。
[0076]
曝氣措施將抑制湖泊的分層，打亂水體溫躍層，提高湖底的溶解氧來阻止底泥中磷的釋放，同時產生遮光效應抑制浮游植物的繁殖。
[0077]
太陽能微孔曝氣結合沉水曝氣機具有如下主要優點：
[0078]
①
可有效去除水中的細小懸浮顆粒、藻類、固體雜質和磷、氮等污染物；
②
曝氣、攪拌、循環使水中的溶解氧含量得到了大幅度增加，有效地改善了水環境的質量；
③
曝氣系統大為簡化、不需要土建及機房，節省投資，易操作和維護，可實現全自動控制；
④
利用太陽能進行提供能源，具有成本低、見效快、動力效率高，處理效率高，可節約運行費用；
⑤
曝氣機與潛水式推流曝氣機在使用過程中無任何噪音污染，其外形設計優美大方，工作過程中具有造景功能，營造出一個更自然更優美的天然水景。
[0079]
(5)漁網圍隔-鰱鳙生物操控
[0080]
漁網圍隔是本方案中鰱鳙生物操控的基礎，漁網圍隔的建設應當和上述生態浮床建設一起同步進行，在生態浮床的水下部分連接合適規格的漁網，漁網深入水下至少10米，主要目的是防止魚類逃逸，同時起到一定的削減風浪的作用。
[0081]
結合我國湖北東湖、江蘇太湖和浙江橋墩水庫鰱鳙生物操控取得的成功經驗，控藻魚類生物量50g/m3的生物量要求。若用鰱鳙魚苗替代，接種密度達到 10～15g/m3，1年內也可能達到目標生物量。
[0082]
2.4改善底質
[0083]
2.4.1放養底棲動物和食藻蟲放養
[0084]
沉積物-水界面營養鹽控制系統的構建，依靠沉水植物系統對水底的覆蓋防再懸浮及對沉積物-水界面營養鹽的吸收。改善底泥氧化還原條件，消殺底泥有害生物，以及細化底泥粒徑。
[0085]
底棲動物是水生生態系統的重要組成部分，在水生態系統中占據重要鏈條，在湖泊生產力、水生態系統及底棲系統耦合、水體能量、通量及水體食物網中均起重要作用。
[0086]
底棲動物對水體中的凈化作用更為重要，特別是在封閉和半封閉的水體中更是如此。
[0087]
本發明放、養的底棲動物品種為當地河螺。常見品種有銅銹環棱螺、梨形環棱螺、方形環棱螺等。
[0088]
進行生態清淤，作為營底棲的河蚌與蜆的生境條件基本具備，故投放蚌與蜆為主，當地產河螺適量投放。
[0089]
表2底棲類動物放養品種與數量
[0090]
放養品種規格投放比例(kg/畝)螺當地河螺10蚌當地河蚌20蜆當地河蜆20
[0091]
實施例3檢測效果
[0092]
利用本發明方法對江西的水域進行修復，通過全方位生態修復方法，湖庫水體葉綠素削減率達到96％,除磷率為53.65％，監測數據如下表所示。
[0093]
表3處理前后總磷的變化情況
[0094][0095][0096]
以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。
