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1、第八章 污染水环境修复技术2 湖泊水库水环境修复邓欢欢目目 录录 uu 湖泊污染概述湖泊污染概述uu 湖泊环境修复初论湖泊环境修复初论 湖泊和水库都是流域中主要的汇水体，作为流域湖泊和水库都是流域中主要的汇水体，作为流域 中物质的中物质的“ “汇汇” ”，自然侵蚀过程和人为排放的污染，自然侵蚀过程和人为排放的污染 物都将进入湖泊水库，导致水环境污染的现象。物都将进入湖泊水库，导致水环境污染的现象。主要污染问题：主要污染问题： 水质污染、富营养化、水质酸化、湖泊水库萎缩水质污染、富营养化、水质酸化、湖泊水库萎缩一、湖泊水库水环境污染一、湖泊水库水环境污染湖泊水库污染的来源湖泊水库污染的来源外源与
2、内源外源与内源污染来源污染来源污染类型污染类型外源污染外源污染点源点源生活污水、工业废水、养殖污水生活污水、工业废水、养殖污水面源面源农田径流、地表径流、水产养殖、降雨农田径流、地表径流、水产养殖、降雨内源污染内源污染底泥污染释放底泥污染释放 定义：通过人为调控，使受污染损害的生态系统定义：通过人为调控，使受污染损害的生态系统 恢复到受干扰前的自然状态，恢复其合理的内部恢复到受干扰前的自然状态，恢复其合理的内部 结构、高效的系统功能和协调的内在关系。结构、高效的系统功能和协调的内在关系。两方面的内容：一是通过一定的修复措施尽可能两方面的内容：一是通过一定的修复措施尽可能 抵消或减轻一部分已被证
3、明对环境和人类有害活抵消或减轻一部分已被证明对环境和人类有害活 动的负面效应，修复生态系统的服务功能，使湖动的负面效应，修复生态系统的服务功能，使湖 泊水库能够满足人类的需要；另一方面使受损或泊水库能够满足人类的需要；另一方面使受损或 受干扰湖泊水库生态系统在结构和生态功能上恢受干扰湖泊水库生态系统在结构和生态功能上恢 复到破坏前的复到破坏前的“ “完美完美” ”状态。状态。二、湖泊水库水环境修复初论二、湖泊水库水环境修复初论1.1.湖泊水库水环境修复的原则湖泊水库水环境修复的原则生态、社会、经济和文化的需求以及恢复技术的有效性生态、社会、经济和文化的需求以及恢复技术的有效性 Importan
4、t Important 确定目标：尺度上、规模上、目标上确定目标：尺度上、规模上、目标上整体性。整体性。 由诸多物理化学要素和生物要素组成的复杂生由诸多物理化学要素和生物要素组成的复杂生 态系统，修复应具有整体性概念，全面考虑生态系统结构态系统，修复应具有整体性概念，全面考虑生态系统结构 和功能。和功能。 修复技术措施包括湖泊水库主要环境要素（大气、水、沉积修复技术措施包括湖泊水库主要环境要素（大气、水、沉积 物等）的改善与生物因素（生态系统的结构和功能）的修物等）的改善与生物因素（生态系统的结构和功能）的修 复两方面复两方面遵守自然法则。遵守自然法则。 生态学的基本理论是生态恢复的理论基生态
5、学的基本理论是生态恢复的理论基 础：限制因子理论、生态适应性、生态位、自然演替、集础：限制因子理论、生态适应性、生态位、自然演替、集 合规则、自我设计和人为设计、生物多样性及恢复阀值理合规则、自我设计和人为设计、生物多样性及恢复阀值理 论等论等2.2.湖泊水库水环境综合评价湖泊水库水环境综合评价可行性研究内容：调查进入湖泊水库的营养元素、悬浮泥可行性研究内容：调查进入湖泊水库的营养元素、悬浮泥 沙、有机物的定量负荷或者速率；调查湖泊水库的状态和沙、有机物的定量负荷或者速率；调查湖泊水库的状态和 周期性变化规律；确定适合湖泊水路的最有效的修复技术周期性变化规律；确定适合湖泊水路的最有效的修复技术
6、 以利于湖泊水库的长期保护和修复等。以利于湖泊水库的长期保护和修复等。目的：水体的基本用途、历史、存在的问题以及修复技术目的：水体的基本用途、历史、存在的问题以及修复技术 是否可行。是否可行。2.1 2.1 基础资料收集基础资料收集地理地质数据：气温、蒸发量与降水量、汇水面积、土壤地理地质数据：气温、蒸发量与降水量、汇水面积、土壤 与植被、污染状况与植被、污染状况水文学数据：容积、面积、水量变化、水深剖面、水力停水文学数据：容积、面积、水量变化、水深剖面、水力停 留时间、水流动力学特征、水体温度分层、底泥留时间、水流动力学特征、水体温度分层、底泥水体理化参数水体理化参数生物学参数：藻类、植物、
7、动物、底栖生物、微生物等。生物学参数：藻类、植物、动物、底栖生物、微生物等。2.2 2.2 参数计算参数计算水量动态平衡：得到水体交换时间、水深水量动态平衡：得到水体交换时间、水深 变化等变化等热量衡算：太阳辐射引起的水体水温分布不均，从而引起热量衡算：太阳辐射引起的水体水温分布不均，从而引起 水体运动及水环境的变化水体运动及水环境的变化污染物负荷衡算：主要是氮磷的元素输入输出污染物负荷衡算：主要是氮磷的元素输入输出自净速率自净速率水生态系统：生态系统结构的变化，其趋势是最大限度吸水生态系统：生态系统结构的变化，其趋势是最大限度吸 收外部的能量与物质，能量是驱动生态系统中各种物质转收外部的能量
8、与物质，能量是驱动生态系统中各种物质转 化的动力，物质的转化印象到生态系统的结构组成。化的动力，物质的转化印象到生态系统的结构组成。uu 理化因子及变化理化因子及变化uu 生物组分与演替规律生物组分与演替规律3.3.湖泊水库的基础知识湖泊水库的基础知识远离 岸带滨岸 带光合 作用 带深层 带黑暗 无光 带温跃 层界 限光合 作用 界线3.1 3.1 湖泊水库的重要理化因素湖泊水库的重要理化因素光照与温度的 变化趋势并不 一致，光照较 为线性，而温 度变化存在跃 层现象表层 水变温 层均温 层表层 水变温 层均温 层正常 贫营 养湖 泊 生产力 很高的 富营养 化湖泊富营养化开始 爆发的湖泊含冷
9、且有富氧水系 注入的湖泊二氧化碳二氧化碳 有明显的时空变化有明显的时空变化 湖泊底层由于光合作用减弱或完全没有光合作湖泊底层由于光合作用减弱或完全没有光合作 用。加上沉积物的分解，二氧化碳含量较高；相用。加上沉积物的分解，二氧化碳含量较高；相 反，溶解氧和反，溶解氧和pHpH值则较低。富营养化湖泊这种值则较低。富营养化湖泊这种 差异尤其明显。差异尤其明显。营养盐类营养盐类 N N、P P、SiSi、FeFe、CuCu、ZnZn、MnMn、MoMo等多种生物营养元等多种生物营养元 素素 N N、P P是植物最主要的营养物质，其含量水平决定水是植物最主要的营养物质，其含量水平决定水 生生物的生产力
10、生生物的生产力营养盐类营养盐类(1)(1)氮氮 水中氮的主要形式有水中氮的主要形式有N N2 2、NHNH4 4+ +、NONO2 2- - 、NONO3 3- -和有机氮和有机氮 氮的主要来源是废污水诽放、地表径流、水生生物氮的主要来源是废污水诽放、地表径流、水生生物 的代谢和微生物分解作用的代谢和微生物分解作用 水生植物可直接吸收无机氯水生植物可直接吸收无机氯(NH(NH4 4+ +、NONO3 3- -) )，一部分细，一部分细 菌和蓝藻可固定菌和蓝藻可固定N N2 2营养盐类营养盐类(2)(2)磷磷 水中的磷主要以正磷酸盐、缩合磷酸盐和有机磷磷水中的磷主要以正磷酸盐、缩合磷酸盐和有机磷
11、磷 酸形式存在酸形式存在 水体中的磷主要来自地表径流、生活污水、工业废水体中的磷主要来自地表径流、生活污水、工业废 水或生物转化水或生物转化N N：P P比值比值藻类体内藻类体内C C：N N：P P原子比为原子比为106:16:1106:16:1， N N ：P P质量比为质量比为7.27.2：1 1水中水中N N：P P比值影响藻类生长，也是水体营比值影响藻类生长，也是水体营 养状况的指标养状况的指标N:PN:P7:17:1，N N成为限制因子；反之，成为限制因子；反之，P P成为成为 限制因子限制因子N:PN:P比值随水体营养水平的增加而下降，比值随水体营养水平的增加而下降，N N ：P
12、 P16:116:1为贫营养，为贫营养，16:116:1为富营养。为富营养。P P 是水体富营养化的主要影响因素是水体富营养化的主要影响因素3.2 3.2 水域生态系统的生物组分水域生态系统的生物组分包括生产者、消费者和分解者（包括生产者、消费者和分解者（金字塔金字塔）生产者生产者 藻类和维管束植物，吸收水中碳、氮、磷等生物藻类和维管束植物，吸收水中碳、氮、磷等生物 营养物质，在阳光的作用下合成复杂的有机物，营养物质，在阳光的作用下合成复杂的有机物， 把太阳能转化为化学能把太阳能转化为化学能 淡水藻类：蓝藻门、隐藻门、甲藻门、金藻门、淡水藻类：蓝藻门、隐藻门、甲藻门、金藻门、 黄藻门、硅藻门、
13、裸藻门、绿藻门、轮藻门黄藻门、硅藻门、裸藻门、绿藻门、轮藻门水生植物水生植物l l漂浮植物：凤眼莲、水浮莲、浮萍、紫萍等漂浮植物：凤眼莲、水浮莲、浮萍、紫萍等 浮叶植物：浮叶植物： 眼子菜、睡莲、莼菜和菱眼子菜、睡莲、莼菜和菱睡 莲子午莲沉水植物：狐尾藻、苦草、黑藻、茨藻、沉水植物：狐尾藻、苦草、黑藻、茨藻、 苴藻、金鱼藻苴藻、金鱼藻 要求水体较清，有较高的透明度，使光线能透射要求水体较清，有较高的透明度，使光线能透射 进水层以供进行光合作用进水层以供进行光合作用苦草马来眼子菜伊乐藻挺水植物：菖蒲、香蒲、芦苇等挺水植物：菖蒲、香蒲、芦苇等 耐有机污染能力强耐有机污染能力强香 蒲水菖蒲消费者消费
14、者l l自身不能合成营养物质，靠捕食其他生物或其碎屑维自身不能合成营养物质，靠捕食其他生物或其碎屑维 持生命活动持生命活动l l原生动物、轮虫、浮游甲壳动物、底栖动物、原生动物、轮虫、浮游甲壳动物、底栖动物、 鱼类及其他脊椎动物鱼类及其他脊椎动物分解者分解者l l包括各种水生细菌和真菌，能将死亡有机体、有机碎包括各种水生细菌和真菌，能将死亡有机体、有机碎 片等分解成碳、氮、磷、硫等简单无机物，使物质得片等分解成碳、氮、磷、硫等简单无机物，使物质得 以循环往复以循环往复 细菌：小球菌、链球菌、杆菌、螺旋菌、球衣菌、细菌：小球菌、链球菌、杆菌、螺旋菌、球衣菌、 贝氏硫细菌及菌胶团等贝氏硫细菌及菌胶
15、团等 真菌：枝水霉菌真菌：枝水霉菌群落群落l l概念概念 特定空间或特定生境下生物种群有规律的组合特定空间或特定生境下生物种群有规律的组合l l特征特征 具有一定的物种组成具有一定的物种组成 不同物种之间的相互影响不同物种之间的相互影响 具有形成群落环境的功能具有形成群落环境的功能 具有一定的外貌和结构具有一定的外貌和结构 一定的动态特征一定的动态特征 一定的分布范围一定的分布范围 群落的边缘特征群落的边缘特征群落演替群落演替l l季节演替季节演替 藻类的季节演替藻类的季节演替l l底栖动物的季节演替底栖动物的季节演替l l蜉蝣目、双翅目、毛翅目、膜翅目幼虫等都有这种现蜉蝣目、双翅目、毛翅目、膜翅目幼虫等都有这种现 象。不同种类的羽化季节不同，有的在夏季，也有的象。不同种类的羽化季节不同，有的在夏季，也有的 在秋季在秋季l l鱼类种群与水温的关系鱼类种群与水温的关系l l鱼类对环境温度有不同的适应范围，随水温的改变，鱼类对环境温度有不同的适应范围，随水温的改变， 种类组成发生变化种类组成发生变化水平演替水平演替l l河流生物的纵向演替河流生物的纵向演替 由于海拔高度、流速、底质、水温、透明度等由于海拔高度、流速、底质、水温、透明度等 因素的差异，河流上、下游生物种类、数量有因素的差异，河流上、下游生物种类、数量有 很大不同很大不同 河流中鱼类也有明显的分带现象。上游
