一种全方位修复湖库水生态环境系统的方法与流程

1.本发明属于生态环境保护与修复领域，具体涉及一种全方位修复湖库水生态环境系统的方法。


背景技术：

2.湖库是指位于流域内的各种湖泊、水库以及相对封闭的水域。随着人们对亲水性生活环境需求加大，除天然湖库外，人工湖、景观湖泊等城市湖库的数量也在不断增加，但由于城市现代化进程的加快，透水性地面逐渐减少，污染也逐渐加剧。湖库常常缺乏足够的自然补水，水体流动性较差、水质恶化、呈现营养化状态问题也引起广泛关注。与其同时，人们越来越依赖作为饮用水功能和水产品供给功能的湖库，因此人们赋予湖库越来越重要的服务功能，但现有湖库水质和水生态环境状况令人担忧，生态修复技术比较单一，且单方面修复技术需要修复的面积过大且成本极高、维护难，也不能从根本上改变富营养化水平发展趋势。
[0003]“一种湖库水环境污染修复系统”(zl201610226495.9)发明公开了一种湖库水环境污染修复系统，包括漂浮在湖库水面上的生态浮床，固定在生态浮床上的若干种植床，固定在生态浮床的底部的吸附网和反应床，以及设置在湖库的水底的水藻格栅和曝气管；曝气管通过通气管与一气泵连接；曝气管上设有若干曝气孔；水藻格栅上固定有至少一个充气囊，充气囊通过充气管连接至送气管，送气管的输入端连接至气泵的第二输出端；所述反应床包括一垂直向下固定在所述生态浮床的底部的支撑件，以及设置在所述支撑件上的纤维束，所述纤维束上附着有益生微生物菌群和辅酶。本湖库水环境污染修复系统可以对湖库里的水体进行全方位、多层次地进行修复，其修复效率高，且便于维护。
[0004]“应用于大型深水湖泊水生态系统修复的方法”(zl201510627402.9)公开了一种应用于大型深水湖泊水生态系统修复的方法，包括基础条件改善、湖库围网隔断分区技术、过渡带防冲刷技术系统、进水前置库预处理系统、生态植物浮岛建设、可种植区沉水植物及浮叶植被种植、深水区沉水植被蔓延种植、食物网链构建修复管理技术系统、沉积物-水界面营养盐控制系统、微生物膜加强系统、物种多样性生境系统、河湖水生态系统保护技术。该发明可有效降低了水体污染负荷，提升了水体自净能力，使得水体呈现水质清澈，无异色，无异味，从而适合人类接触。
[0005]“一种湖库水环境污染修复系统”(zl201610226495.9)在风浪较大的湖库中不易施工，只能用于局部库湾风较小且水不深的湖库中实施。“应用于大型深水湖泊水生态系统修复的方法”(zl201510627402.9)中方法较单一,不适合用于全湖的情况，湖水较深时沉水植物不容易成活。


技术实现要素：

[0006]
为了克服了现有技术的不足，本发明提供一种全方位修复湖库水生态环境系统的方法，用于彻底解决水体向富营养化发展的问题，并具有全方位、多层次、修复效果好的特
点。
[0007]
本发明的目的在于提供一种全方位修复湖库水生态环境系统的方法，从入湖河滨至湖库水体进行全方位修复，包括以下步骤：
[0008]
(1)设置入湖生态拦截带，或者设置入湖生态拦截带及入湖天然湿地；
[0009]
(2)设置湖滨缓冲带；
[0010]
(3)在湖库水的水域中设置种植生态浮床，
[0011]
(4)在湖库水域投放鲢鳙鱼类及底栖动物。
[0012]
本发明的目的在于提供一种全方位修复湖库水生态环境系统的方法，步骤 (2)中，湖滨缓冲带包括铺设的生态袋和种植的缓冲带植被，所述缓冲植被包括沉水植物、浮叶植物、漂浮植物、挺水植物和/或湿生植物中的一种或多种。
[0013]
本发明的目的在于提供一种全方位修复湖库水生态环境系统的方法，步骤 (3)中，所述生态浮床的形状为矩形或圆形，所述生态浮床由多个泡沫浮球围绕而成，每个所述泡沫浮球的上下分别由两根钢管连结，相邻两个泡沫浮球及上下钢管之间的垂直平面置有网片，网片向下伸出下钢管，网片伸出水面 0.4-0.5m，深入水下1-1.5m。
[0014]
所述生态浮床内部种植有紫根水葫芦，其自身能通过化感作用杀灭和抑制蓝藻，同时具有极强的除氮磷等污染物能力。
[0015]
若干个生态浮床的总面积控制为水面面积的1/3,紫根水葫芦投放面积控制在生态浮床面积的1/4-1/3。
[0016]
本发明的目的在于提供一种全方位修复湖库水生态环境系统的方法，生态浮床采用铁锚和沉子固定的方式，每隔25m设置一个铁锚，每个泡沫浮球或网片下相隔0.8-1m设置一个的沉子。其中铁锚的重量一般为50kg，沉子的重量一般为1-3kg。
[0017]
本发明的目的在于提供一种全方位修复湖库水生态环境系统的方法，所述生态浮床的水下部分连接有渔网，所述渔网深入水下的深度大于10米。
[0018]
本发明的目的在于提供一种全方位修复湖库水生态环境系统的方法，湖库水的水域中使用锁磷控藻剂结合曝气法，以控制水华。
[0019]
锁磷控藻剂的投放量：根据湖库水库藻类密度和叶绿素浓度的差异，当叶绿素a小于15μg/l，单次使用量为2～3kg/亩，当叶绿素a大于15μg/l小于 60μg/l，单次使用量为5～15kg/亩，当叶绿素a大于60μg/l，单次使用量为 50～80 kg/亩，根据实际情况需多次使用巩固效果。
[0020]
优选的，曝气法使用太阳能微孔曝气结合沉水曝气两种方式，增强水体中溶解氧的含量。
[0021]
太阳能微孔曝气在水体表面进行表层充氧曝气，沉水曝气为底部深水区域进行扬水曝气，两种方式结合可以使深水湖库曝气均匀，增加溶解氧。
[0022]
本发明的目的在于提供一种全方位修复湖库水生态环境系统的方法，步骤 (4)中，在湖库水中域投放滤食性鱼类，鱼类的品种为鲢鱼和鳙鱼，在湖库底质投放底栖动物品种为河螺、蚌和/或蚬。
[0023]
本发明的目的在于提供一种全方位修复湖库水生态环境系统的方法，控藻鱼类投放生物量为50g/m3，河螺的投放量为10kg/亩，蚌的投放量为20kg/亩，蚬的投放量为20kg/亩。
[0024]
本发明的有益效果：
[0025]
1.本发明“防范与治理相结合，多管齐下全方位绿色安全治理湖库型饮用水源地富营养化及蓝藻水华”，运用系统生态学的方法辅以营养盐控制，经过处理后水体透明度、浮游植物数量能够有显著改善，随着工程持续实施直至达到相应的饮用水安全标准。
[0026]
2.本发明从“入湖生态拦截带及天然湿地—湖滨缓冲带—水域—底质”改善技术等四方面着手，从外源至内源进行全方位立体生态修复。利用湿生和水生植物的吸附氮磷等营养盐，利用生物操控法投入减少浮游植物产生，加强底栖动物对底质的改良作用，对湖库水生生态系统进行全方位立体的修复，修复效果较好。
[0027]
3.在工程区水面底部采用曝气装置破坏水库水体分层，阻止底泥中营养盐特别是磷在缺氧环境下向水体的释放，同时使锁磷控藻剂将湖库中的蓝藻氧化的同时将活性磷形成固定稳定的钙磷复合物沉淀到底泥中去，并调节水中ph 值，从而通过削减营养盐磷的供应来抑制藻类生长繁殖；
[0028]
辅以养殖鲢鳙鱼用非经典生物操控方法将蓝藻及其他藻细胞摄食消化；
[0029]
水面生态屏障建设：为了消除鲢鳙摄食藻类产生的代谢排放及水体自身富余的n、p和各种水体污染物(包括重金属)，在水面上种植吸污抑藻能力极强经过太湖滇池蓝藻治理项目检验的转基因紫根水葫芦，建立水源地水面生态屏障保障；
[0030]
湖滨陆域建立入湖湿地及湖滨缓冲带以控制污染负荷入湖，在岸上原地恢复种植多种水生植物建立缓冲湿地保护带(主要种植茭白、芦苇和慈姑)。通过系统生态学完整的生态链绿色安全地将富营养物质浓度和藻类数量有效控制。
附图说明
[0031]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]
图1显示全方位修复湖库水生态环境系统的构建程序；
[0033]
图2为生态浮床的结构示意图，其中，1.泡沫浮球，2.钢管，3.网片，4. 铁锚，5.沉子；
[0034]
图3为生态浮床的图片。
具体实施方式
[0035]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
[0036]
对本发明技术方案中涉及相关的技术解释如下：
[0037]
生态拦截沟：指利用沟渠表面的基质-植物-微生物系统拦截、净化径流等低污染水，发挥水质净化功能的沟渠系统。
[0038]
生态蓄滞池：指利用土壤/填料、植物和微生物系统蓄滞、净化径流等低污染水的
设施。可与生态拦截沟串联使用。
[0039]
河湖生态缓冲带：指陆地生态系统与河湖水域生态系统之间的连接带和过渡区，包括从河湖多年平均最低水位线向陆域延伸一定距离的空间范围，其主要功能是隔离人为干扰对河湖负面影响、保护河湖生物多样性、减少面源污染。
[0040]
多级生态塘：指利用净水型水生植物、水生动物构建的具有复杂食物链的水塘系统，一般多个生态塘串联成多级生态塘，适用于低污染水的拦截净化。
[0041]
近自然湿地构建技术：形成由水体和浅滩、坡地、岛屿等不同地形构成的近自然湿地，对污染物进行拦截和净化，同时为植物生长创造立地条件，丰富湖滨生态缓冲带的生物多样性。
[0042]
实施例1设计程序
[0043]
本发明的全方位修复湖库水生态环境系统的构建程序主要包括：缓冲带构建、底质改良、曝气增氧、微生物群落构建、水生植物、水生动物、鱼类及底栖动物的投放等程序。
[0044]
实施例2全方位修复湖库水生态环境系统的方法
[0045]
如图1所示，本发明的全方位修复湖库水生态环境系统，包括入湖生态拦截带—湖滨缓冲带—水域—底质等步骤，具体的修复方法包括如下步骤：
[0046]
2.1建立入湖拦截带及天然湿地
[0047]
本发明通过选用径流拦截、河水净化等原位水质改善技术建立入湖上游来水生态拦截带，同时预防藻类堆积。
[0048]
常用的水生态拦截带水质改善技术有生态拦截沟与蓄滞池技术、生态拦截沟技术、多级生态塘库系统、近自然湿地构建技术等。
[0049]
2.2在湖滨带设置生态缓冲带护岸
[0050]
湖滨缓冲带设置在风浪较弱或设置消浪设施的湖岸防护中，湖岸坡比≤ 1:1.5。
[0051]
湖滨缓冲带上设置有生态袋材，并且种植植被，其中，生态袋材料应具备保土性、透水性和耐老化性，宜采用插播方式进行植被种植。
[0052]
植被的选择，可依水分梯度分布种植沉水植物、浮叶植物、漂浮植物、挺水植物和湿生植物，常用的植物物种及种植方法建议见表1。沉水植物、浮叶植物、漂浮植物、挺水植物的恢复需结合湖滨生态缓冲带核心区的水深、透明度及基底情况具体确定，例如一般在深水区域或岩石基底区不宜恢复沉水植物。湖库水深较深的水域主要种植茭白、芦苇和慈姑。
[0053]
表1湖滨生态缓冲带常用植物种类及种植方法建议
[0054]
[0055][0056]
2.3水域的修复
[0057]
2.3.1深水湖库水域植被浮床及植物选择
[0058]
若水库水域较深难以种植水生植物，可以建议设置水面生态屏障建设-化浪生态浮床种植紫根水葫芦。
[0059]
(1)生态浮床建设：
[0060]
水生植物的种植需要一个相对稳定的生长环境，因此必须对于湖库风浪进行削减。同时为了避免大风大浪天气启导致工程区水生生物遭到摧残甚至完全破坏工程区的建设，水生植物种植区必须配套相应的化浪消浪措施，本方案设计从经济性角度考虑特别选用了生态浮床，如图2、3所示，结构具体如下：
[0061]
泡沫浮球1围绕成方形或者长方形，围成方形或者长方形。泡沫浮球1的规格为(0.5-0.8m)
×
(0.8-1.2m)，相邻两个泡沫浮球距离为1.5-2m，各个泡沫浮球的上下分别由两根钢管2连结，相邻两个泡沫浮球1及上下钢管2之间的垂直平面置有网片3，网片3向下伸出下钢管，网片伸出水面0.4-0.5m，深入水下1-1.5m，生态浮床采用铁锚和沉子5固定的方式，每隔25m设置一个重达50kg的铁锚，每个泡沫浮球或网片下相隔0.8-1m设置一个1-3kg的沉子，以确保浮床有足够的强度，足可抵御8级以上台风的侵袭。
[0062]
生态浮床可视湖面具体情况围城相应面积的围栏，一个生态浮床的围栏面积控制100亩，避免紫根水葫芦因风吹和水位涨落而逸生或损失分散。
[0063]
若干个生态浮床的总面积控制为水面面积的1/3,水葫芦投放面积控制在生态浮床面积的1/4-1/3。
[0064]
(2)水生植物种植
[0065]
使用gpit(基因表型诱导调控表达技术)，并结合“相生相克”的辩证原理，普通水葫芦经诱导培育成紫根水葫芦，此项技术现已列入国家“863”项目 (编号2010aa06z301)。经试验紫根水葫芦可有效削减水华蓝藻种群密度，并净化水质。改良后的紫根水葫芦和普通水葫芦相比在许多方面产生了很大的差异。
[0066]
实验表明，治理水域总氮、总磷去除率可超过90％；蓝藻的去除率也超过 97％。而且，与普通水葫芦会明显消耗水中溶氧相比，紫根水葫芦根系可提高水体中的溶氧，大大提高净水能力。由于紫根水葫芦在水体中的抗风浪能力较强，又基本不会疯长和有性繁殖，只
要合理管理，适时移出，并无害化、资源化综合利用，不仅不会污染水体，还能提高水的自净能力。紫根水葫芦分泌大量的化感物质来破坏藻类细胞结构、降低叶绿素含量，最终杀死蓝藻，并将死藻分解后释放的氮、磷等营养物质持续吸收利用；同时由于紫根水葫芦庞大的根系，为水体中的微生物提供栖息的场所，通过微生物的硝化和反硝化把水体中的氮转化为气态的氮，释放到大气中，以此来减少水体中氮的含量。此外，在去除重金属污染方面，紫根水葫芦的吸附能力是蜈蚣草的约52倍，同时对镉、铅、锌、锰、氟有同样很好的试验效果。
[0067]
(3)使用锁磷控藻剂结合曝气法控制水华
[0068]
夏季温度和光照较强的季节，由于藻类过度生长，可能会引起湖库局部水域发生藻类过度生长的情况，在叶绿素a升高的早期及时使用锁磷控藻剂结合曝气法以控制藻类过度生长的情况。
[0069]
锁磷控藻剂(主要成份包括过碳(na2co4)、过钙(cao2)、过硫(khso5) 和纳米富铁硅藻土等混合药剂)能有效控制湖库水体中蓝藻的过度生长和暴发，能有效改善应用水体的水环境，活化水体的水生生境。
[0070]
锁磷控藻剂通过两种途径发挥效力：第一，锁磷控藻剂在漂浮释缓并下沉的过程中，过钙、过碳、过硫与水缓慢反应生成o2和
˙
oh，氧化去除蓝藻细胞的同时，精准控制表面毒蓝藻，降低藻蓝蛋白密度；第二，当锁磷控藻剂穿过整个水体后，过钙与水反正时生成的ca
2
对磷具有很强的配位能力，形成钙磷复合物沉淀，同时在絮体凝聚的过程中聚集藻细胞，并能在水体底部底泥上形成一层覆盖层，阻止水体的二次污染-在锁磷控藻剂的处理区域，即使在水体底部由于所处的环境条件的改变而使部分可溶性磷酸盐再次释放出来，但由于其上有一层约为1～3mm厚的覆盖层，能及时有效地捕获可溶性磷酸盐，从而使其不能重新释放到水体中而造成对水体的二次污染。可溶性磷酸盐一旦被锁磷控藻剂结合，就不再具有生物可利用性，即不能被藻类的生长和繁殖所利用。第三，纳米富铁硅藻土可对水位深处藻类进行絮凝沉降，以弥补锁磷控藻剂其它成份仅对表面藻进行控制的缺点。
[0071]
锁磷控藻剂产品是一种混合药剂，一部分药剂成份(过碳(na2co4)、过钙(cao2)、过硫(khso5))选择取纯天然包衣原材料包裹颗粒，漂浮在水体表面，另一部分药剂成份(纳米富铁硅藻土)可以缓释沉入深水湖库并对藻类进行卷捕沉降，对水生生态系统基本无影响，锁磷控藻剂产品较传统的控藻剂能有效减少使用量，节约控藻成本60％以上。
[0072]
(4)太阳能微孔曝气结合沉水曝气两种方式增强水体中溶解氧的含量
[0073]
太阳能微孔曝气机和沉水曝气机市场上均有购置，两者的结合使用主要考虑互相补充使水生态系统中的氧气在水中的溶解度和溶解速率大大提高。
[0074]
太阳能微孔曝气机以与曝气盘安装在湖面上，系统利用太阳能做为动能，用于水污染治理增氧曝气与水体循环技术，节省了能源，省去供电和电力费用，运行安全可靠。主要设备有太阳能电池组件、控制系统、主机、浮体等部分，充氧效率较高，达到70％左右。
[0075]
沉水曝气机为安装在水下的一种曝气机，制造垂直循环流，使表层水体与底部水体交换，新鲜的氧气被输入湖底，使湖底形成富氧水层，消化分解底部沉积污染物，与太阳能微孔曝气机同时使用，可以使曝气更加充分，曝气的作用为提高水体中溶解氧的浓度，抑制厌氧菌和浮游藻类的繁殖，增加水体透明度，利于沉水植被进行光合作用。
[0076]
曝气措施将抑制湖泊的分层，打乱水体温跃层，提高湖底的溶解氧来阻止底泥中磷的释放，同时产生遮光效应抑制浮游植物的繁殖。
[0077]
太阳能微孔曝气结合沉水曝气机具有如下主要优点：
[0078]
①
可有效去除水中的细小悬浮颗粒、藻类、固体杂质和磷、氮等污染物；
②
曝气、搅拌、循环使水中的溶解氧含量得到了大幅度增加，有效地改善了水环境的质量；
③
曝气系统大为简化、不需要土建及机房，节省投资，易操作和维护，可实现全自动控制；
④
利用太阳能进行提供能源，具有成本低、见效快、动力效率高，处理效率高，可节约运行费用；
⑤
曝气机与潜水式推流曝气机在使用过程中无任何噪音污染，其外形设计优美大方，工作过程中具有造景功能，营造出一个更自然更优美的天然水景。
[0079]
(5)渔网围隔-鲢鳙生物操控
[0080]
渔网围隔是本方案中鲢鳙生物操控的基础，渔网围隔的建设应当和上述生态浮床建设一起同步进行，在生态浮床的水下部分连接合适规格的渔网，渔网深入水下至少10米，主要目的是防止鱼类逃逸，同时起到一定的削减风浪的作用。
[0081]
结合我国湖北东湖、江苏太湖和浙江桥墩水库鲢鳙生物操控取得的成功经验，控藻鱼类生物量50g/m3的生物量要求。若用鲢鳙鱼苗替代，接种密度达到 10～15g/m3，1年内也可能达到目标生物量。
[0082]
2.4改善底质
[0083]
2.4.1放养底栖动物和食藻虫放养
[0084]
沉积物-水界面营养盐控制系统的构建，依靠沉水植物系统对水底的覆盖防再悬浮及对沉积物-水界面营养盐的吸收。改善底泥氧化还原条件，消杀底泥有害生物，以及细化底泥粒径。
[0085]
底栖动物是水生生态系统的重要组成部分，在水生态系统中占据重要链条，在湖泊生产力、水生态系统及底栖系统耦合、水体能量、通量及水体食物网中均起重要作用。
[0086]
底栖动物对水体中的净化作用更为重要，特别是在封闭和半封闭的水体中更是如此。
[0087]
本发明放、养的底栖动物品种为当地河螺。常见品种有铜锈环棱螺、梨形环棱螺、方形环棱螺等。
[0088]
进行生态清淤，作为营底栖的河蚌与蚬的生境条件基本具备，故投放蚌与蚬为主，当地产河螺适量投放。
[0089]
表2底栖类动物放养品种与数量
[0090]
放养品种规格投放比例(kg/亩)螺当地河螺10蚌当地河蚌20蚬当地河蚬20
[0091]
实施例3检测效果
[0092]
利用本发明方法对江西的水域进行修复，通过全方位生态修复方法，湖库水体叶绿素削减率达到96％,除磷率为53.65％，监测数据如下表所示。
[0093]
表3处理前后总磷的变化情况
[0094][0095][0096]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。