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一、湿地生态恢复理论
(一)湿地生态恢复的理论基础
湿地恢复,一方面指受损湿地生态系统通过保护使之自然恢复的过程,另一方面指通过生态技术或生态工程对退化或消失的湿地进行修复或重建,再现干扰前的结构和功能,以及相关的物理、化学和生物学过程,使其发挥应有的作用。
湿地生态恢复的基本思路是根据地带性规律、生态演替及生态位原理选择适宜的先锋植物种,构造种群和生态系统,实行土壤、植被与生物同步分级恢复,逐步使生态系统恢复到一定的功能水平。
(二)湿地生态恢复的目标
湿地生态恢复的总体目标是采用适当的生物、生态及工程技术,逐步恢复退化湿地生态系统的结构和功能,最终达到湿地生态系统的自我持续状态。但对于不同的退化湿地生态系统,其侧重点和要求也会有所不同。总体而言,湿地生态恢复的基本目标和要求如下。
1.实现生态系统地表基底的稳定性。地表基底是生态系统发育和存在的载体,基底不稳定就不可能保证生态系统的演替与发展。这一点应引起足够重视,因为中国湿地所面临的主要威胁大都属于改变系统基底类型的,在很大程度上加剧了我国湿地的不可逆演替。
2.恢复湿地良好的水状况,一是恢复湿地的水文条件;二是通过污染控制,改善湿地的水环境质量。
3.恢复植被和土壤,保证一定的植被覆盖率和土壤肥力。
4.增加物种组成和生物多样性。
5.实现生物群落的恢复,提高生态系统的生产力和自我维持能力。
6.恢复湿地景观,增加视觉和美学享受。
7.实现区域社会、经济的可持续发展。湿地生态系统的恢复要求生态、经济和社会因素相平衡。因此,对生态恢复工程除考虑其生态学的合理性外,还应考虑公众的要求和政策的合理性。
二、湿地生态修复技术
(一)湿地生态恢复的技术
根据湿地的构成和生态系统特征,湿地的生态恢复可概括为:湿地生境恢复、湿地生物恢复和湿地生态系统结构与功能恢复。相应地,湿地的生态恢复技术也可以划分为3大类:湿地生境恢复技术、湿地生物恢复技术、湿地生态系统结构和功能恢复技术。
1.湿地生境恢复技术
湿地生境恢复的目标是通过采取各类技术措施,提高生境的异质性和稳定性。湿地生境恢复包括湿地基底恢复、湿地水状况恢复和湿地土壤恢复等。
湿地的基底恢复:通过采取工程措施,维护基底的稳定性,稳定湿地面积,并对湿地的地形、地貌进行改造。基底恢复技术包括湿地及上游水土流失控制技术、湿地基底改造技术等。
湿地水状况恢复:包括湿地水文条件的恢复和湿地水环境质量的改善。水文条件的恢复通常是通过筑坝(抬高水位)、修建引水渠等水利工程措施来实现;湿地水环境质量改善技术包括污水处理技术、水体富营养化控制技术等。
湿地土壤恢复:包括土壤污染控制技术、土壤肥力恢复技术等。
2.湿地生物恢复技术
主要包括物种选育和培植技术、物种引入技术、物种保护技术、种群动态调控技术、种群行为控制技术、群落结构优化配置与组建技术、群落演替控制与恢复技术等。
3.生态系统结构与功能恢复技术
主要包括生态系统总体设计技术、生态系统构建与集成技术等。湿地生态恢复技术的研究既是湿地生态恢复研究中的重点,又是难点。目前急需针对不同类型的退化湿地生态系统,对湿地生态恢复的实用技术(如退化湿地生态系统恢复关键技术,湿地生态系统结构与功能的优化配置与重构及其调控技术,物种与生物多样性的恢复与维持技术等)进行研究。
(二)湿地生态恢复方案确定
湿地生态恢复工程一般都是耗资巨大的复杂工程,如美国佛罗里达州大沼泽地重建项目,总投资为6.85亿美元。因此在确定湿地生态恢复方案之前,应对功能设计、操作程序、风险评价、指标体系、恢复技术等进行系统全面的研究和具体规划。Henry等对湿地生态恢复工程提出如下3点要求。
(1)加强对生态恢复合理性的论证;
(2)确定精确适当的恢复目标和恢复成功与否的判定指标;
(3)监测恢复前后生态系统的变化情况,并与参考生态系统进行比较。
在对多方案进行优化比较时,通常采用生态经济系统能值分析法,通过建立生态模型,模拟分析系统中的能流、物质流、信息流、货币流等,对生态工程在能量、环境、经济上进行综合评判和决策。该法已被Ton等成功地用于美国佛罗里达州钢城湾湿地恢复工程方案的优选。
三、结论与展望
关键词:河流;生态修复;生物——生态修复技术;综述
中图分类号:X52 文献标识码:A
1 概述
河流是人类赖以生存的水环境,是人类社会生存和发展的起源地。河流系统是自然界最重要的生态系统之一。目前由于人类活动排放的各种污染物进入河流,使河流水质和河流底泥的物理、化学性质或生物组成发生变化,从而降低了河流的使用价值,使河流失去了原有的意义。为了恢复河流的使用价值,人们应当对水体中的污染物进行处理,从而使水体得到净化,使人类对河流环境的干扰降到最小,与自然共生存,为生物栖息和繁殖创造良好的生态环境,造福于子孙后代。近年来,对河流生态修复的研究不断深化,河流水生态修复有多种方法,这些方法通过强化自然界自身的净化能力和物质循环规律去治理受损河流,是实现人与自然和谐相处的治理途径。
2 河流生态修复概述
随着人们对传统水利工程给河流生态系统带来胁迫的反思,人们开始认识到恢复河流生态活力的必要性和重要性,于是出现了河流生态修复的概念和相应的工程技术。河流生态修复的概念最早是在德国提出的,它强调水利工程在具有防洪、供水、水土保持等基本功能的同时,还应该达到接近自然的目的,特别强调河溪治理工程中的自然美学成分。
生态修复措施主要利用培育的植物或培养、接种的微生物的生命活动,对河流水体中的污染物进行转移、转化及降解作用,从而使水体得到净化,具有可持续性好、保持力强、工程造价低、耗能少等优点。
3 河流生态修复技术
河流生态修复的主要技术方法包括缓冲区恢复、植被恢复、河道补水、生物——生态修复、生境修复等技术。
3.1 缓冲区修复
缓冲区是河流与陆地的交界区域,如河边湿地、河谷或洪泛平原,具有水域与陆地双重属性。缓冲区是河流生态系统与陆地生态系统进行物质、能量、信息交换的一个重要过渡带,成为两者相互作用的重要纽带和桥梁。它受到地表水以及地下水的影响,是一种生态交错带,具有明显的边缘效应。
3.2 植被恢复
植被恢复是最普遍的河流修复方法。植被可以通过影响河流的流动、河岸抗冲刷强度、泥沙沉积、河床稳定性和河道形态而对河流产生很大影响。同时,合理分布的植被还有助于减轻洪水灾害、净化水体、截留来自农田的氮和磷以达到保护水质的目的,并可提供景观休闲场所和多种生态服务功能。
3.3 生物强化人工河道、生态沟渠及生态护岸
生物强化人工河道是指结合水系疏通工程和结构现状,构建的以生物处理为主体的人工河道,水质净化设施主体设于河道内或河流一侧,形成多级串联式的生物净化系统,从而改善水环境条件。自然河道生态塘则是以太阳能为初始能源,在塘中种植水生植物,进行水产和水禽养殖,形成人工生态系统。通过多条食物链的物质迁移、转化和能量的逐级传递、转化,可净化河水中的有机污染物。
生态沟渠是指根据水生植物的耐污能力及生理特征,充分利用现有沟渠条件,在不同渠段选择利用砾间接触氧化、强化生物接触氧化等措施,逐级净化水质,在达到分级净化水质功能的同时,将净化设施与地表景观融为一体,美化河流景观。
生态护岸是利用石头、木材、多孔环保混凝土和自然材质制成的柔性结构等构建,对河岸进行加固,防止河道淤积、侵蚀和下切,同时多孔护岸材料,为植物的生长提供了有利条件,为野生动物提供栖息地,保障自然环境和人居环境的和谐统一。透水的护岸也保证了地表径流与地下水之间的物质、能量的交换。
3.4 生态修复耦合技术
生态修复耦合系统是综合人工湿地、微生物及水生动物协同净化等原理设计的生态修复系统,可去除河流水体中的营养盐和有机物,从而达到修复河流水环境的目的。其在利用湿地植物的同时,构建新的水生植物系统;在美化景观的同时,合理配置生态系统营养级结构;利用多种微生物净化水体的同时,构建具有完整营养级结构的水生动植物生态系统;并利用动植物、微生物的协同作用改善河流水质。
4 河流生态修复技术发展的展望
随着对河流的认识加深,人们已认识到河流生态修复的重要性,河流生态修复技术不断得到改进。生态河流与利用传统水利工程方法治理的河流不同,它是一个完整的生态系统,因此,在不断探索河流生态修复技术的同时,还应加强对修复后生态河流的维护和管理,从而实现河流生态系统长期的健康和稳定。
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1研究区域大洋河流域
地理坐标介于123°31′—123°43′E,39°48′—39°N。源于鞍山市的岫岩县西北部偏岭山脉的帽山,流经丹东市的凤城和东港市,由东港孤山镇和黄土坎镇入黄海,河长202km,年平均径流量31×109m3,流域面积6520km2。整个大洋河流域形状呈梯形,上宽下窄。河网发育良好,密度大,支流多,河道弯曲,比降大,流程短。水系内多为山地,丘陵,为山区性河流。该区属于北温带湿润季风气候,4季分明,降水丰沛,年内时空分布不均,多暴雨,为暴雨洪水和泥石流多发地[11]。流域内现有人口83.3万人,现有耕地面积8.8万hm2。河口区发育典型的湿地生态系统,主要湿地植被为芦苇群落,河口区域为强感潮河口,高低潮差约4m。
2资料与方法
2.1材料来源收集或购买的数据,主要有大洋河全流域高精度DEM数据和大洋河流域1∶50万河网水系图。具体参数如表1所示。
2.2计算方法河口湿地发育阶段与流域发育阶段是一致的。可以通过河流流域地质地貌发育过程来推算和确定河口湿地发育阶段。而流域地质发育过程的具体方法前人已有探索,本文主要引用地形发育阶段学说提出的面积——高程积分曲线分析法和水系分形理论提出的河道分维数算法来确定流域河口的地质发育阶段[12-14]。
2.2.1积分曲线法积分曲线法源于美国地理学家W•戴维斯提出的地形发育阶段的学说。经过后人的逐渐完善,逐渐演变称为高程分析法,或叫面积-高度分析法[式(1)]。该理论认为:任何一流域地形的发育阶段,可以用反映物质分配状况的高程积分曲线来表示,任何一个流域地貌地形的高程曲线的形态,就可以判别该流域地形发展的阶段。高程积分值大于60%时,地貌特征发生迅速变化,水系不断扩展与分枝,侵蚀过程强烈,视为未均衡的幼年期地形。当高程积分值大于35%而小于60%,侵蚀过程变慢,流域的地貌形态基本上趋向于稳定状态,地形特征不再发生明显的变化,视为均衡的壮年期地形。当高程积分值小于35%,侵蚀过程很弱,地貌形态稳定,地形不再发生变化,属于老年残丘阶段[15]。具体的高程曲线特征如图2所示。
2.2.2分形理论分形理论是一门新兴学科,旨在探索自然界中无序、非稳定、非平衡、非确定性的非线性现象和过程,研究自然界中有序-无序、宏观-微观、整体-局部之间的内在规律[12]。在流域地貌特征的研究中,分形维数可以看作是复杂的流域地貌量化参数,能够综合的体现流域地貌特征。同时,分形研究有助于研究河流长度与流域汇水面积的关系,有助于模拟流域水网形态,反映水系所处流域地貌侵蚀发育程度和流域地貌发育程度的差异[13]。具体计算公式如下:地貌划定为侵蚀发育幼年期,此时,水系尚未充分发育,河网密度小,地面比较完整,河流深切侵蚀剧烈,河口泥沙供应量逐渐增加,河口湿地处于发育阶段。1.6<D≤1.89流域处于地貌发育壮年期,流域地势起伏大,在河流侧蚀、重力作用和坡面冲刷下,尖锐的分水岭山脊不断蚀低,谷坡变得缓平,河口泥沙供给充足且稳定,河口湿地面积扩展迅速,易形成大面积的河口冲积平原和湿地三角洲。1.89<D≤2流域地貌发育处于老年期,河流下蚀作用弱,河口泥沙供应减少,河口湿地处于发育的老年期,面积不再扩大,而在潮汐作用强烈地区,开始出现河口湿地退化和海侵现象。
2.2.3计算与分析在地理信息系统软件中生成大洋河流域DEM数据,如图3,针对研究流域地形特征,对不同海拔高度进行等高面切面,共取11个流域地形切面(20~1000m),计算不同等高面的切面面积、相对高度和相对面积,结果如表2所示。将计算得出的相对高度与相对面积在统计软件冲生成关系曲线,如图4所示。另将河网水系图数字化,如图5。在相关软件中几何校正后进行矢量分级提取,按经典水系分级标准,将大羊河流域所有干、支流分为5级水系,并计算统计水道数、水道分支比和水道长度比,结果如表3、表4所示。将获得的流域分支比(Rb)和流域平均长度比(Rl)带入公式2,计算得到大洋河河网分维指数:育的晚年阶段。从面积积分曲线和河网分维指数计算结果得出,大洋河流域都应处于河流发育的晚年时期。此阶段河流下蚀作用弱,河口泥沙供应减少,河口湿地也处于发育的老年期,面积不再扩大,而在潮汐作用强烈地区,开始出现河口湿地退化和海侵现象。通过课题组已有研究发现,目前大洋河河口天然湿地在萎缩与退化,天然湿地面积下降,湿地核心区域面积缩减,湿地最大斑块面积指数下降,破碎化程度加剧,湿地生境多样性减少等特征[16]。大洋河河口湿地呈现的景观结构与本文结论相吻合,即大洋河口湿地处于历史发育的晚年阶段。
3讨论
3.1流域人类活动缩短河口湿地的演化进程。河流中上游的筑坝、采砂,河口地区围海造田,围海养殖等人类活动直接改变了河流的含沙量和河口湿地的景观格局,加速了河口湿地自身的演化速率,促使湿地加速萎缩与衰亡[17-18]。另一方面,河流流域范围内的毁林开荒等农牧业生产活动,加速了流域水土流失,增加了河流的泥沙含量,给河口湿地提供了充足的泥沙来源,促使河口湿地植被生长,暂时性增大湿地淤积速率,扩大湿地面积,但从整个河口湿地地质发展过程来看,后一种行为事实上是缩短了河口湿地的生长时间,加速了其灭亡过程。除此之外,河口地区的防洪建闸、围海工程、人工种植湿地植被等行为改变着河口湿地的沉积环境,改变湿地的生境状况,也影响着河口湿地生态系统的自然生长演化过程[19-20]。
3.2河口泥沙输入量的变化趋势是湿地生态健康评价的重要指标之一。河口泥沙输入量的变化是河口湿地生态健康状态的重要标志之一。流域自然输沙能力主要通过河流对河床的朔源侵蚀、底蚀和侧蚀来完成。一般来说,在流域地貌发展早期至壮年期,流域溯源侵蚀和底蚀强烈,河流泥沙含量高,保证了河口湿地泥沙和营养物质来源,此阶段河口湿地扩展迅速,湿地植被发育良好,该阶段为河口湿地生态系统健康发育期。而在流域发育晚期,河流主要通过侧蚀提供泥沙,其泥沙供应能力减弱,带至河口的营养物质减少,河口湿地植被开始退化,湿地面积开始萎缩,此阶段河口湿地处于“非健康”的衰亡期。已有研究发现,密西西比河三角洲由于泥沙输入量的减少,导致了该地区湿地植被出现退化,湿地面积开始萎缩,而通过人工引渠输沙工程,采用沉积物修复方法,对湿地生态环境的修复有显著的效果[21]。
4结论
4.1河口湿地是一个自然演化的“生命体”河口湿地作为一个独特的“活体”,有着其自身的地理发育、成熟和衰老的生长过程。在河流流域地貌发育早期,河流底蚀、侧蚀、溯源侵蚀强烈,含沙量高,泥沙在河口地区沉降易形成河口湿地,随着流域地貌发育到壮年期,河流泥沙含量输出稳定,河口湿地面积继续扩张;到流域地貌发育晚期,侵蚀减弱,河流含沙量减少,河口湿地缺乏稳定的泥沙供应,逐渐萎缩、直至消亡。
关键词:贾鲁河 生态治理
河流与城市的产生和发展有着密切的关系,但城市化改变了土地的利用方式,减少了河流空间,水生态系统遭到严重破坏,亟待通过生态工程措施对萎缩的河流生态进行保护与修复。
贾鲁河又名小黄河,属淮河水系,发源于密县圣水峪,流经郑州、中牟、尉氏、鄂陵、扶沟、西华,于周口市川汇区汇入沙颖河。河道生态治理工程设计河段长16.48公里,位于郑州市北部地区,中州大道以东、规划城区范围以北、郑州中牟界以西、黄河大堤以南的近郊区域。
一、河道生态环境现状分析
通过对贾鲁河现状环境分析及河流生态系统的调查,我们发现贾鲁河郑州市区段具有以下问题:
(1)由于河道上游及支流上游截污、治污的基础设施目前建设尚显滞后,沿河工业废水和城镇生活污水直接排入河道,使河道水流污染严重,河道基流水体呈黑褐色,气味刺鼻,水质超过劣Ⅴ类水标准。
(2)由于人类对水资源的过度开发,使河道生态水资源量日渐匮乏,河道生态水资源的供需矛盾,水资源短缺,河流基流量减少。
(3)生物结构单一,种类较少,受河流污染影响,河流内鱼类的种类和数量大幅减少,不利于不同水生植物、底栖动物、鱼类选择获得适合的生存环境。同时,人类在滩地的耕作也使得原有生物迁徙或灭绝,河流生态系统结构受到严重破坏,与城市总体规划的生态走廊定位很不协调。
二、规划理念
结合河道生态环境现状及水利工程设计,提出以下规划理念:
(1)生态规划理念
人类的建设行为总是会对生态系统造成不同程度的影响,在滨水区的规划设计中,要注重保持生态系统的恢复能力,让环境充满生机与活力。规划设计应根据基址的气候、水文、地形地貌、植被、野生动物等生态要素的特征,研究分析,在设计过程中遵从这些特征,尽量减少人为干扰与破坏。
(2)整体性理念
任何一处的城市滨水区都不是作为一个独立的空间存在于区域中,在进行滨水地区的建设过程中,必须考虑到与整个城市乃至整个区域的关联,从整个城市绿地系统乃至整个城市系统等更高的等级系统出发去研究问题,以系统的观点进行全方位的规划,而不应该把河道与大的空间分割开来,单独考虑。
(3)功能多样性理念
尽管城市滨水区是形成城市特色景观带的重要地段,但滨水区的建设不能单单从景观效果方面来着手。城市滨水区的整治应考虑到解决水运、防洪等使用功能的问题,同时,还应该包括改善水域生态环境,改进江河湖泊的水质问题,增加滨水绿地的游憩机会,增加周边土地的经济价值。要统筹兼顾,整体协调。城市景观的规划建设必须以系统工程为指导,在满足基本使用功能的前提下,合理考虑景观、生态等需求,把滨水绿地建设成多功能兼顾的复合城市公共空间,以满足现代城市生活多样化的需求。
三、贾鲁河郑州市段生态治理工程
通过对贾鲁河治理段及河滩区域的水系梳理,贾鲁河生态修复工程将最终形成“一廊、一核、五区”的生态空间结构体系(见图1)。
一廊,即指沿贾鲁河生态治理段形成的一条城市滨河生态走廊。
一核,即指索须河入贾鲁河口所形成的生态修复核心。
五区,即指沿贾鲁河生态治理段所规划设计的五处典型的生态修复区,分别为中州大道桥生态修复区、索须河入贾鲁河口生态修复区、新107国道桥生态修复区、老索须河与贾鲁支河入河口生态修复区、龙子湖安置小区生态修复区。
为保证上述河道生态空间结构体系的形成,并体现贾鲁河生态治理的工程理念,规划设计将通过以下六项具体工程措施来支撑完成这一体系:
1、河道平面及断面形态梳理
为更好地体现贾鲁河城市滨河生态廊道的城市功能,突出河道生态治理的理念,工程将在满足河道防洪断面的基础上,结合河道现状对贾鲁河主河槽平面形态进行适当调整。设计主河槽在保证河道防洪断面宽度的条件下,尽量考虑利用滩地的鱼塘、洼地、林带等现状滩地条件,在两岸内堤脚线范围内摆动。既保护了现有滩地林带,又充分利用了滩地鱼塘、洼地,减少了河道土方开挖量。
河道横断面上除主河槽外,河道两侧滩地尽量不进行土方挖填,仅利用现有地形在河道土方工程完工后对滩地进行微地形整理,丰富河道滩地的立面形态。(见图2)
2、河道生态护岸工程设计
根据工程地质勘测报告,贾鲁河现状地质以沙壤土为主,为保护河道主槽形态及驳岸,需在顶冲部位驳岸设计中考虑生态护砌。工程共设计五种生态护砌方式:自然植被护岸、仿木桩护岸、生态袋护岸、格宾石笼网护岸和自然石护岸。
自然植被护岸为在河道工程护岸的基础上通过岸缘浅水植物栽植、喷播草籽等形式对护岸进行软护砌,既可固土,又降低了河水对护岸的冲击。仿木桩、生态袋、格宾石笼网为现今应用较多且技术较为成熟的生态护砌形式,仅在重要生态节点位置使用。其中对生态袋护岸基格宾石笼网护岸建议进行活枝扦插,既可保证生态护砌结构的安全性,又能较快地形成绿化效果。自然石护岸在本工程中应用长度较少,仅在重要生态节点及需满足市民亲水需求的河段应用。
3、人工仿自然生境营造工程措施
为丰富河道生境,在工程设计中将有意识地规划一些适合不同种类生物生存的滨水仿自然环境。如浅水、漫滩和沼泽等是鱼类产卵的主要区域;浅水湾可以增加过水断面,解决在既有河道用地不变的情况下,而洪水流量增加的矛盾;设置浅水湾,可扩大水面;便于构筑蜿蜒岸线,更符合多自然河道的水岸要求;浅水湾便于种植水生植物,形成水绿过渡带,过滤雨水、保护水质、净化水体;河漫滩和沼泽是蝌蚪和底栖昆虫以及小型虾类、田螺、河蚌和蛙类的主要活动地区,又是涉禽的主要觅食场所。构建大面积的浅水和沼泽、滩地(水深10-30cm,或地表不见水),为小白鹭、池鹭、苍鹭、野鸭等游禽取食的理想场所。
具体工程措施为在河道开挖工程过程中有意识地形成一些浅滩、沼泽、水湾等模拟自然生境;局部生态节点进行抛自然石块、抛废弃水泥管、树根等,形成适宜各种不同类型水生生物生长的不同生境;通过人工堆砌的鱼巢砖,形成吸引鱼类藏身的生息地;通过在部分滩地种植招鸟林(灌丛)来吸引鸟类到此栖息;结合现状滩地林带在部分节点设置人工简易鸟巢,吸引鸟类在林带筑巢。
通过以上工程措施的实施,将大大提高贾鲁河生态治理河段的生态系统完整性,丰富河道生境多样性,吸引更多的水生、陆生、两栖类生物来此栖息、繁殖,保证滨水地带食物链系统的完整性。
4、浅滩表流湿地及人工湿地处理单元工程设计
为增加了河道生境类型,在一定程度上满足市民的亲水需求,工程将在部分河道滩地内利用现有鱼塘对滩地地形进行下挖,形成高于河底0.6~1m的浅滩表流湿地,设计总面积为9.55hm2。
在主河槽两侧滩地上设计三处人工湿地处理单元,每个单元设计面积300平米,日设计处理污水量150吨。湿地单元设计包括沉淀池、生物塘、碎石床、水生植物种植等。通过设置太阳能水泵将河道污水提到人工湿地,通过湿地单元的处理后将净水引到人工湿地后的浅滩表流湿地内,可以满足市民的亲水水质要求,也可以作为一处人工功能湿地的展示、科普、教育场所。
5、滩地林地的保护与梳理
现状河道两侧有大量的滩地林带,大部分为规则式种植,面积共计约51.6hm2。在满足河道行洪断面及河道平面形态的前提下,设计对现状的林带进行保护与梳理。对阻碍主河槽行洪的林带和一些老树、病树进行砍伐;对滩地上的林带进行间伐、树干3m以下进行削枝处理;为满足局部生态节点的自然形态,对局部规则栽植林带进行丛状的梳理。通过对滩地现有林带的保护与梳理,对提高河道的过洪能力、保护现有河道鸟类的生息地、保证河道生物多样性等都将起到较大的改善作用。
6、基于河流生态修复的滨水区植物配置
通过对贾鲁河水质的测试分析,可知贾鲁河河水污染严重,N、P以及COD等严重超标,因此,应当引入相应植物以吸收和吸附相应污染物质,并满足河流水质净化要求,并能够实现其自然生长能力。大多数水生植物都具有良好的水质生态净化功能。如凤眼莲生长过程需要吸收和富集大量的N、P营养物;香蒲则对Pb、Zn有很强的吸收能力。另外,不同植物间进行多种组合配置,还可提高植物对水体N、P等的综合净化率,并有利于生长期和净化功能的季节替互补。最终选用的水生植物品种有芦苇、香蒲、菖蒲、水葱、伞草、慈姑、花叶芦竹、茭白等。
为吸引鸟类栖息,在滩地上规划一定的招鸟林(灌丛),选用的品种有火棘、金银木、海桐、白芒、蒲苇等,可提供各种鸟类喜食的果实,适合中小型鸟类特别是雀形目鸟类筑巢和取食活动。
四、小结
通过本次规划,我们认识到在对河流进行生态治理时必须遵循河流的生态规律,结合生态工程技术,科学地模拟自然河流的生态结构,方可发挥河流对城市的生态服务功能、突现出城市与自然的和谐性、城市总体的生态文明。
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4、董哲仁.河流生态修复的尺度格局和模型通过分析[J].水利学报,2006;
关键词:绥芬河流域 缓冲区 保护规划
绥阳林业局施业区内拥有大小绥芬河两大水系,作为自然界最重要的生态系统之一,她的存在为林区生态提供着重要的基础保障,为切实使大小绥芬河两大水系保持良好运行态势,实施对大小绥芬河流域两岸缓冲区进行规划整治和保护,为此特提出大小绥芬河流域缓冲区恢复保护规划。
1.施业区地理位置
绥阳林业局地处黑龙江省东南部,南北长150千米,东西宽50千米,施业区总面积516451公顷。局址设在东宁市绥阳镇。
2.水文概况
施业区区内有大小河流160多条,属绥芬河水系,主要有大绥芬河、小绥芬河、大黄泥河、小黄泥河、大寒葱河、小寒葱河、细鳞河、黄金河、瑚布图河等。
大绥芬河源于吉林省珲春市西北部的森林山(图门山),全长443千米,施业区内流长160千米,总体流经汪清县、东宁县、俄罗斯,注入日本海。
小绥芬河源于双桥子林场北部神洞山,全长133千米,施业区内流长101千米,在河湾施业区汇入大绥芬河。
3.其它资源
区内有国家重点保护的动、植物资源十分丰富。有紫杉、松茸、东北虎、东北豹等珍稀动、植物。
4.设置缓冲区的意义
缓冲区是河流生态系统与陆地生态系统进行物质、能量、信息交换的一个重要过渡带,成为两者相互作用的重要纽带和桥梁。在河流两岸各设置一定宽度的缓冲区是重要的河流生态修复方法,缓冲区修复可起到分蓄和削减洪水的功能,其次,河流与缓冲区河漫滩之间的水文连通性是影响河流物种多样性的关键因素。此外,河岸缓冲区还具有其他修复作用,包括将洪水中污染物沉淀、过滤、净化,改善水质;截留、过滤暴雨径流,净化水体,提供野生动植物的生息环境,保持景观的自然特征;为人类提供良好的生活、休闲空间等。因此,修复缓冲区生态对增加动植物物种种源、提高生物多样性和生态系统生产力、治理水土流失、稳定河岸、调节微气候和美化环境等均有重要的现实和潜在价值。
5.流域缓冲区现状
施业区内大小绥芬河及溪流流域缓冲区视河流的宽度、受干扰情况而确定。
大小绥芬河流域缓冲区的宽度为:无人为干扰区(山地、湿地、丘陵和林地)两岸各10米;人为干扰区(耕地、两荒地、地栽木耳摆放地)两岸各20米、人为干扰区(居民区、道路)两岸各30米。
大小绥芬河区域内缓冲区总面积为321.4公顷,其中大绥芬河流域缓冲区为150.6公顷,小绥芬河流域缓冲区为170.8公顷;其中大绥芬河流域缓冲区各段无人为干扰区面积为112.2公顷、各段人为干扰区面积为38.4公顷,小绥芬河流域缓冲区各段无人为干扰区面积为128.7公顷、各段人为干扰区面积为42.1公顷。
缓冲区内各段无人为干扰区由于是水保林、封山育林区,所以这段流域生态系统连续完整。
缓冲区内各段人为干扰区由于受人为对河流的开发治理修建的道路、堤防和硬质化边坡等,对自然缓冲区的连续化,对河流生态系统造成不同程度的损伤;各段人为干扰区内来自耕地、地栽木耳摆放地及居民点潜在影响主要体现为,农药、化肥的使用因地表径流致使残留农药、氮和磷流入河中,产生的食用菌废料、生活垃圾被人为倾倒于河岸,对缓冲区的功能造成不同程度的影响,所以恢复缓冲区内各段人为干扰区的生境是十分必要的。
6.改善和恢复缓冲区的方法
6.1植被恢复
植被恢复具体讲就是对缓冲区内各段人为干扰区的耕地逐年进行规划退耕还林,恢复缓冲区的固有功能,减少缓冲区内各段的人为干扰,逐步增大缓冲区的连续性;同时利用湿地植物构建新的水生植物系统综合人工湿地、微生物及水生动物协同净化等原理设计的生态修复系统,可除去流如河中水体的营养盐和有机物,从而达到构建具有完整营养级结构的水生动植物生态缓冲系统。
6.2生态护岸恢复
对河岸进行加固,防止河道淤积、侵蚀和下切,同时多孔护岸材料也为植物的生长提供了有利条件,为野生动物提供栖息地,保障自然环境和人居环境的和谐统一。透水的护岸保证了地表径流与地下水之间的物质、能量的交换,也保证了生态脆弱缓冲区的功能的加强。
6.3垃圾清理恢复
在制定林地垃圾管理办法和组织机构的基础上,对缓冲区内各段人为干扰区的各种垃圾进行清理,改善该区的林地卫生环境,增强缓冲区多种修复功能,从而达到修复河流水环境的目的。
7.保障措施及时限
7.1制定退耕还林计划
在已往对缓冲区耕地退耕还林成果的基础上,逐年对缓冲区内各段人为干扰区的耕地、地栽木耳摆放地进行规划退耕还林,恢复缓冲区的固有自然生态功能,最大限度地减少缓冲区内各段的人为干扰,还大小绥芬河水系整体优良水环境。
7.2实施专业整治和监督
按照“森林认证”的要求及现实形式,认真执行《绥阳林业局施业区内林地垃圾管理实施方案》和《绥阳林业局食用菌摆放地及废料处理管理办法》的通知要求,绘制缓冲区两岸专项管理区划示意图,对缓冲区两岸进行专项清理和整治,定期检查监督和总结。
关键词:新农村;垃圾废弃地;景观生态恢复
随着新农村社区建设的进行,人们的生活得到了很大改善,但是被人们忽略的垃圾处理问题越发严重,其对区域生态系统的稳定、新农村健康的发展以及人们生活环境的改善有着重大阻力,逐步引起各界普遍关注。本论文中所提出的农村生活垃圾的生态恢复与景观设计,主要是通过适生植物的筛选找出一条适合农村垃圾场的生态恢复之路,“希望通过覆土掺拌淤泥,沼气回收等方式,建立一个良好的生态恢复体系,基本上解决垃圾场的二次污染这一状况”。
1.国内外的研究总结
1.1国外的研究总结
相对国内来讲,国外对垃圾场的关注和认知要更加提前,早在20世纪70年代,就有关垃圾渗透液污染地下水的研究。国外针对垃圾场的生态恢复主要分为几个阶段,早期主要是进行简单的生态恢复,筛选出适合垃圾场种植的植物,然后对垃圾场进行简单的植物种植,品种要选择根系发达、材质坚韧、抗贫痔、抗有害气体的植物,如香樟、大叶榕、合欢、大叶紫薇、垂柳、杨树、广玉兰等。一些国家还种植了育苗基地,不仅改善环境,还具有一定的经济价值。为了防止渗透液渗出,在垃圾填埋堆上都覆盖了一种保护膜,然后在膜上覆盖了一定的泥土层,这不仅形成了一个隔离层防止渗透液的流出,而且泥土还可以防止保护膜被破坏。
1.2国内研究总结
在垃圾场的生态恢复研究方面,国内也做了一些实地研究,如中国环境科学研究院的高吉喜、沈英娃等。他们的研究结果表明:垃圾填埋场中的填埋物经过长时间的填埋所产生的甲烷是抑制树木生长的主要原因,通过覆土不仅改善土壤环境,为树木提供必要的生存环境,而且还能阻挡甲烷的溢出。在对垃圾覆盖堆体进行绿化时,要根据不同植物对环境的适应性来选择,尽量选择本地和易生存的植物。经过四季的更替,垃圾场的环境得到初步改善,这时可以尝试种植观赏性的植物,进行合理的植物配置,使垃圾场的生态环境一步一步走向理想的状态。
综上所述,针对垃圾填埋场的生态恢复等技术研究还没有具体深入,大部分只是局限在适生植物的筛选,还没有解决渗透液和甲烷等有害物质对生态环境恢复所造成的困扰。
2.生态恢复
生态恢复指通过人工方法,按照自然规律,恢复天然的生态系统。生态恢复的含义远远超出以稳定水土流失地域为目的种树,也不仅仅是种植多样的当地植物,生态恢复是试图重新创造,引导或加速自然演化过程,因此生态恢复的目标不是要种植尽可能多的物种,而是创造良好的条件,促进一个群落发展成为由当地物种组成的完整生态系统,或者说目标是为当地的各种动物提供相应的栖息环境。
3.新农村社区垃圾场现状分析
近年来农村的经济呈现出突飞猛进的发展,人口数量不断增长,新社区不断出现,从而导致农村垃圾不断增加,村中没有垃圾堆放地点,也没有垃圾箱等基础设施,村民都将垃圾随便丢弃,让其自然销毁,导致村头、河边、路边垃圾成堆,严重损毁村庄形象。垃圾问题使昔日的田园风光被乌烟瘴气的现状代替,处理方式更是简单粗放的“垃圾靠风刮,污水靠蒸发”,垃圾的不当处理造成了土壤、水和大气污染,使土壤的生态系统功能遭到破坏,使生物种群结构发生改变,土壤生产力下降,环境越来越恶劣,从而影响了附近的食品安全和农业的可持续发展。由此引发的各种问题和矛盾也纷至沓来:一是影响村容村貌;二是影响村民生活质量的提高;三是不利于村民身心健康。
4.农村垃圾场景观生态设计
4.1垃圾场景观生态设计原则
4.1.1减量原则除必要建筑景观构筑物。不规划设计其它建筑类项目。园内尽量减少对水、电及其它能源的使用,避免大的施工项目,场地内植物配置中以草坪为主,使用易成活的乡土树种,待植物自身成长繁衍,可大大节约能源。人工干预下的植被恢复既是加速废弃垃圾场达到理想景观的有效手法之一,又是植物景观的构成基础,在景观生态恢复中起着至关重要的作用。利用场地内废弃的材料,使用原有的植被、砖石、地形进行规划设计,形成新的空能空间节点,一些废弃的建筑改造为开放的休闲场所,废弃的植物群落改造为田园娴静的小道,利用借景手法将周边的村庄、树林引入到设计中,从而节约大量的资源和资金的耗费。
4.1.2循环与再生结合。现场条件进行土壤覆土及改良,通过植物再生和覆土重建场内地下湿地系统,促进场地内良性循环的水系统。人工湿地将经中水处理过的水进行净化流人人工湿地塘床系统,通过微生物的分解作用及水生植物的净化功能达到国家水质安全标准。其作用是成为多种生物的栖息地,亦对广大游客进行了自然与生态保护教育。
4.2垃圾场景观生态设计方式
4.2.1自然式。农村景观应以尊重自然规律为先去完善景观格局的完整性和连续性,根据垃圾场周围环境调整和构建景观,形式上以自然起伏的地形和植物群落来营造自然式景观。利用自然的自我修复能力,从而实现人与自然的和谐共处。
4.2.2乡土化。对现场进行勘察调查不仅要了解场地的现状,对于其周围环境也要进行调查,在景观规划的过程中既符合场地的条件,也反映当地的景观特点。垃圾场内植物配置选取抗旱、适应性强的本地品种,让其自然生长与周边形成景观带。
4.2.3保护性。垃圾场起伏的现状为造园提供了较好的基础,在建设过程中保护好现有的地形对其进行合理改造,节省投资资金。
4.2.4恢复性。在设计中运用种种科技手段来恢复已遭破坏的生态环境。
4.3垃圾场的生态恢复方法
4.3.1恢复。恢复frestoration)是将城市废弃地生态系统从远离初始状态的方向推移回到初始状态。对废弃地生态系统的恢复现实中有很多的案例,杜伊斯堡公园细部的恢复就是一典型的案例,根据现场条件给植物充足的水分和养分,对场地进行土壤覆盖,覆土厚度设计为1m,使场地库容土方就地平衡。植被恢复的短期目标是控制水的流失以及土壤的侵蚀。
4.3.2重建。重建是人为对生态系统的现有状态进行改善,结果最终形成人们所期望的特点,而自然特色景观减少。硬质景观为人造景观的主要特点之一,以游憩、使用、观赏为主要功能的场所内,以道路环境、活动场所、景观设施等为主的景观。植物配置选择具有观赏价值的植物,同时考虑四季变化,对植物进行定时修剪形成具有特色的绿色格局。
4.3.3改建或修复。改建或修复(rehahilition)是将恢复和重建措施有机结合起来,并使恶化状态得到改造。
选用固定尺寸的钢钎作为测试材料,进行矩阵式的排列。以行数和列数为统计。统计出钢钎之间的距离。通常以2到3米为适宜。也可以根据实际地址情况来具体决定间隔长度。将这些钢钎钉入监测的坡面内,留出一定的长度,便于统计与编号。在施工或者汛期结束后,测量预留长度的剩余,计算对水土的侵蚀与具体影响为多少。这种方法是利用现代设备,以一定时间段为单位定期的进行监测。实地调研,掌握一手数据。可以使用测量仪器如(gps能够实时的测量出土地的立体信息同时进行制图工作、测高仪、标尺等等)。
2水利工程水土流失检测各个时期的工作
首先做好准备工作。准备监测工具确定监测组成员。对地理位置进行采样。从地理信息、天气信息、土壤特性等等各个方面进行统计。以便帮助中期和后期进行更好的工作。进入到监测实施期,就要确定样方,设定采集和监测具体点。定期进行观察。观察水利工程的进展情况。在水利工程进展中是否有对水土进行大量破坏,造成大量水土流失的情况发生。设置水土保持预案。在水利工程进展后期以及水利工程结束后,要合理进行水土恢复工作。计算水土流失量,设置水土恢复方案。比如土回填、植被恢复造林、防止水土继续流失等等。
3水土保持措施(以河道水土保持为例)
一是坡面渗蓄、工程拦蓄天上水,使地表淡水向土体深层转化,并保持在地下。因高差形成的势能,在无雨时节,上游的地下水转换为下游的地表水,维持河流用水量,保持河道常年不断流,以补给地下水,增加水资源的可利用量,发挥以淡压咸的作用。二是减少水库、江河淤积,使水利工程延长寿命,增加效益,减轻防洪负担。三是避免点源和非点源污染通过径流汇入受纳水体,减轻水体富营养化及其它形式的污染。这一切都有利于水资源的开发利用和水环境的保护,都建设景观水利、营造亲水空间的基础。同样,搞好水资源管理可以进一步增强水土保持措施的渗蓄、拦沙效益。缺少水资源管理,就会使陆地淡水在时间和空间分布上失衡,在生产、生活和生态用水分配上失调;就会使水土保持和生态环境用水的数量和质量难以得到保障,生态修复和湿地恢复难以实施;就会损害地表植被,使生态系统功能逐步退化,水土流失逐年加剧。没有水土保持,水资源管理就会失去支撑,失去生机和活力。唯有建立在水土保持基础之上的水资源管理才是健康的、稳固的、可持续的。
4结束语
【关键词】生态服务;城市;滨河景观;设计方法
【中图分类号】TU718【文献标识码】A【文章编号】1674-3954(2011)02-0099-02
在人类创造和维持社会、文化、经济生活的过程中,自然环境提供了必不可少的环境资源条件。同时,提供了种类多样的环境和资源方面的生态系统服务(Ecosystem Service),这些生态系统服务即生态服务。这些人类从生态系统获得的效益是由自然生物过程产生和维持的[1]。
在城市中,河流作为重要的自然资源和环境载体,不但有防洪排涝、供水灌溉、养殖航运等经济功能,还提供调节气候、净化环境、涵养水源、塑造景观、保护生物多样性等生态服务。城市滨河景观环境反映了高密度的城市环境形态,城市滨河生态环境被破坏的程度较高。
城市滨河景观生态服务设计是城市湿地与文化、美学形式与生态功能的真正融合。能让城市滨河地带融入城市生活,能让城市居民重新感知、体验和关心滨河湿地的自然过程和设计过程[2]。
要达到城市滨河景观恢复滨河生态系统,并有效发挥其生态服务功效,我们可以通过生态恢复和生态设计的途径来完成。
生态恢复是指重建受损生态系统受干扰前的结构、功能以及相关的物理、化学、生物学特性的处理过程,包含以下几个概念:修复(Rehabilitation)、改造(Reclamation)、重建(Re-creation)和恢复(Recovery)。通常用于受到人为干扰较为严重的滨河景观;生态设计定义为任何与生态过程相协调的、尽量使其对环境的负面影响达到最小的设计形式。也可以理解为对环境最少干预的设计,对于生态状态良好、未受到人为破坏的滨河景观,这是生态设计师明智的选择。
在我国大部分城市滨河景观中,以景观设计方式来恢复和营造城市滨河生态服务环境所要解决的首要问题是恢复被破坏和损毁的滨河湿地生态。再现扰前的实地生态系统结构和功能,以及相关物理、化学、生物特性,发挥其应有的生态服务功能。恢复被损毁滨河湿地生态的方法有很多种,按照生态恢复利用的技术方式,可分为物理工程方法、化学改善方法和生境营造方法。
一、物理工程方法
物理工程方法是以物理方式改造和利用场地内的材料和资源,是使城市滨河景观恢复提供生态服务的开端。
1、保留和再利用
在城市滨河景观设计中,若场地原有的景观条件可利用程度高,则接下来的滨河景观建设可以将其整体保留,承袭场地内改造前的景观,包括所有地面、构筑物、设备设施、道路网络和功能分区,仅仅对景观中给环境带来负面影响的部分进行生态恢复;若场地内原景观条件不如人意,则可采取在景观设计中保留原有的景观中具有典型意义的片断的方法,将其成为滨河景观中的景观标志。
美国科罗拉多州丹佛市中心南普拉特河绿化带曾经是城市的毒瘤和垃圾堆积场。在一系列改善工程中,垃圾填埋场用来展示景观的历史,重工业遗留下来的结构和材料也融入到滨河景观中,创造了一连串精彩的空间,吸引了大批游客前来参观。
2、场地材料和资源的再生利用
在城市滨河景观生态服务设计过程中尽可能使用再生原料制成的材料,这样能最大限度的发挥材料的潜力[3],最大限度地减少对新材料的需要,也减少对生产材料所需的对能源的索取。
水资源的循环利用是当代景观中生态设计手法的重要体现[4]。在城市滨河景观中,设置雨水收集系统,将收集的雨水作为景观用水补充、提供绿地浇灌、道路清洗的方案可行度高。适用于城市滨河景观带的雨水净化的途径有:湿地植物吸收过滤、土壤过滤、渗透设施过滤等等。
在上海世博园后滩公园的设计中,雨水流经梯田到达湿地,土壤和植物发挥了雨水过滤的作用。在建筑材料再利用方面,公园将场地遗留的码头改造成观景平台,场地拆除后遗留的砖块被作为广场的铺装。
二、化学改善方法
化学改善方法和物理工程法相结合,能将滨河土壤改良得更适合植物生长。其次,化学改善法能场地在生态恢复过程中增加新栽种植物的存活率和、快植物生根并增强植物的抗病能力。目前的化学改善方法包括土壤酸化、土壤碱化、去除土壤盐分、去处土壤有毒成分、添加土壤的营养物质等等。
在南普拉特河绿化带设计中,处理污染的土地是整个设计的关键所在。清除污染严重的土壤表层,通过生物和化学物质的作用逐渐解除深层的土壤污染。
三、生境营造方法
生境重新营造是目前景观方面生态服务基础建设利用比较广泛的一种方法。在物理工程恢复方法处理过城市滨河景观基地之后,重新营造出湿地生境,恢复土壤的肥力的生物的生产能力,建立稳定的植被层,恢复基地生态系统平衡。
1、植物应用
城市滨河景观带种类丰富的植物群落一方面能吸收和转化空气和水流中的有害物质,一方面能在降雨期涵养水源,能在干旱时像海绵一样向河道释放水,保持河道水位。恢复城市滨河景观带的植物群落是城市滨河景观带有效提供滨河生态服务的基础手段。
在植物应用方面,一般有两种处理方式:
(1)保留场地内已有的植被,特别是场地内原生的、土生土长的当地植被。同时,也保留已经适应了受污染土壤,在这些土壤上形成的新的植物类别。
(2)新栽和补栽植物,根据城市滨河基地的具体状况处理。在场地栽种本土树种和乡土植被,恢复滨河基地的植物生态景观;在受污染的土壤之上,栽种适应于污染土壤、能够改善土壤环境的植被,形成新的、有特色的植物景观。
韩国首尔的清溪川经历了由水源河道改造成排水暗河,再复原成城市河流的历史,在清溪川景观复原工程中,清溪川上覆盖的道路、高架桥等结构被拆除,滨河堤岸上了铺设腐肥,并培养土壤中的微生物促进土壤恢复,大大改善了处于危机中的滨河生态系统。堤岸补种了大量滨水植物,以植物的叶片和根系吸收和转化空气和土壤中的污染元素,并起到了为水岸固定沙土的作用,同时点缀风景。
2、水体改善
对水体状况的改善是形成优美滨河景观效果的关键方面,同时,也是滨河景观能够为人类提供滨河系统生态服务的重要基础。
改善水体水质:在城市滨河景观的设计之中,一般以污水过滤、净化、除富营养物、加氧等方式改善河流水质,使河流重新获得生气和活力。以上海世博园区的后滩公园中的内河为例,湿地景观建设了滤网、砾石以去除江水中的漂浮物,以水池沉淀泥沙,通过各种湿地植物的生物净化过程吸收富余营养、净化河水中的重金属和病原体,在水体中增设曝气增氧设施,提高水体含氧量,保持水体质量[5]。
3、场地现状自然生态环境的保护和利用
保护场地内的生物多样性。生物多样性是生态系统功能得以维持的基础,而生态系统功能是生态系统服务的基础。维护场地内的生物多样性对于场地在日后能高效发挥生态系统服务具有重要意义。
城市滨河湿地处于水陆过渡地带,边缘效应明显,环境异质性高,生境复杂多样。湿地到陆地自然生态系统过度的生态梯度变化明显,物种多样性高[6]。其生境特点能够适应水生、湿生和陆域生物的生存,有沉水植物群落―浮水植物群落-挺水植物群落-湿生植物群落-陆生植物群落的群落物种演替系列[7],还有多种微生物、动物及其群落构成复杂的生态物种结构。保留当地动植物的栖息地,保护和利用场地内现有的自然生态空间成了保护生物多样性工作的一个重要手段。
美国的查尔斯顿滨水基地(The Charleston Waterfront site)充斥着过去的工业建筑和停车场。查尔斯顿滨水公园项目利用存余的自然基底,将这块棕色地带重建为自然野生动物的栖息地和绿地景观,减少地表径流,改善了水质。
四、结语:
当前,我国城市滨河景观的建设尚在初级阶段,由于城市滨河生态系统具有提供重要的生态服务的特性,根据基地特点,选择科学合理的设计方法往往是设计项目最终获得成功的关键。在营造出优美的城市滨河景观的同时,使城市滨河生态系统运营过程发挥最大的生态服务功效。
参考文献:
[1]戴星翼 俞厚未 董梅.生态服务的价值实现[M].北京:科学出版社,2005
[2]西蒙兹.景观设计学[M]. 俞孔坚等译.北京:中国建筑工业出版社,2000,88-109
[3]王向荣 林菁.欧洲新景观[M].南京:东南大学出版社,2003
[4]高黑 倪琪.当代景观设计中的生态理念与手法初探[J].华中建筑,2005(04)
[5]俞孔坚 土人设计.2010上海世博园-后滩公园[M].中国建筑出版社,2010
关键词:人工湿地生态浮床地表水体 净化
中图分类号:S342.2 文献标识码:A
1.研究目的与意义
目前,我国水资源十分短缺,全国很多城市都有水资源不足的现象。不仅如此,随着城市化进程的加快,水环境恶化,包括人造湖泊、水库、水体景观等等,因而造成人们对水体景观要求提高和水环境恶化的双重矛盾。而我国90%以上的公园水体都遭到不同程度的污染,化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、总氮(TN)、总磷(TP)和非离子氨等指标,大多超过国家地面水环境质量Ⅳ类标准[1]。根据环境保护部的最新《中国环境状况公报》[2]:中国26个国家重点湖泊(水库)中,满足II类水质的1个;占3.9%; III类的5个;占19.2%; IV类的6个,占23.1%;V类的5个,占19.2%;劣V类的9个,占34.6%。主要污染指标为总氮和总憐。营养状态为重度富营养化的1个,占3.8%;中度富营养化的2个,占7.7%;轻度富营养化的8个,占30.8%;其他均为中营养化,占57.7%。湖泊作为城市景观的重要一部分,由于其美观和灵动性的特点被广泛应用于城市环境建设中,但是由于其长期发展过程中污染物的无序排放,导致水体富营养化、重金属及有机污染十分严重,因此治理迫在眉睫。
随着生态化城市建设的发展,景观水体建设的重要性日趋显著,因为它具有重要的生态功能、美学价值和经济意义。但是城市景观水体又多为近于封闭的静止或缓流水体,具有水域面积小、易受污染、水体自净能力低等特点,加上外源污染物的注入,使得水中氮、磷营养元素积累,温度高时易造成水体富营养化[3],景观水体丧失了其原有的功能与价值。近年来,我国各地正大力开展对城市景观水体的建设和改善工作,如北京的温榆河、南京的玄武湖、西安的曲江池遗址公园等。但由于许多景观水体水质保障措施针对性不强、规划管理不到位以及缺少清洁水源等原因,导致其水质难以维持,景观效果丧失。
为了有效处理水环境污染,提高人造水体可视度,建立具有水质处理、美化环境的人造水体景观水质处理系统,以达到改善水质、增加环境美感的双重目的。本研究试图通过将人工湿地原理、生态浮床技术相结合,建造人造景观水质处理系统,为建设生态城市做出贡献。
2.研究内容与方法
2.1 结构设计
2.1.1本研究所设计的生态浮床主要组成分为三个部分:
(1)床体(载体):选用具有足够水面空间的主体PVC 支架系统、中空塑料圆柱体浮力系统,其具有很强的抗氧化能力和质轻、廉价、易得等优点。
(2)植物:为充分发挥植物对水质的处理作用,更好地构造自循环的生态系统,选用三类植物:沉水植物,挺水植物和浮水植物。
(3)污泥:能够有效去除氮磷的铝污泥颗粒。
2.1.2本文所研究的重点在于将这三者有机结合,构造类似于人工湿地生态系统的“植物与污泥共生自循环体系”,从而达到高效、长久净化景观水体的目的。按照空间结构,本作品分3个层次:
(1)平面景观水体处理装置:利用具有吸收水体中氮素的水生植物或陆生可水养植物和具有吸磷作用的铝污泥,通过科学配置,制作漂浮式水面生态浮床系统,在美化单一景观水体的同时处理水体N、P富营养化问题。
(2)双层景观水体处理装置:在平面景观水体处理装置的基础上,增加水下浮床,并栽种沉水植物,使之能够处理深层水,增强水质处理效果。
(3)立体景观水体处理装置:由浮床装置、植物系统(水生和陆生水养植物等)、铝污泥系统和动力装置构成。浮床装置由水面浮床结构、水下浮床结构以及立体浮床结构组合而成,呈水下、水面、水上三层结构。三层结构内栽种不同种类植物并配以不同比例铝污泥,以实现处理水质最优化。通过动力循环系统,使水流动并在装置与水体之间循环,营造具有吸附、吸收、过滤、降解功能的立体景观水体污染处理系统,达到去除水体中污染物的目的。
(4)曝气浮床:通过增加太阳能曝气装置为水体充氧,促进水体循环。曝气不仅使池内液体与空气接触充氧,而且由于搅动液体,加速了空气中氧向液体中转移,从而完成充氧的目的;此外,曝气还有防止池内悬浮体下沉,加强池内有机物与微生物与溶解氧接触的目的,从而保证池内微生物在有充足溶解氧的条件下,对污水中有机物的氧化分解作用。 增加了此种装置的浮床即为曝气浮床。
3.参考文献
[1] 郭韦,王昱,王昊等.城市水污染现状和国内外水生态修复方法研究现状[J]水科学与工程技术,2010,2:57-58.