一種富營養化大型湖庫生態敏感區藍藻水華控制的方法及系統的製作方法
2023-07-19 15:01:46 1
一種富營養化大型湖庫生態敏感區藍藻水華控制的方法及系統的製作方法
【專利摘要】本發明屬於環境保護【技術領域】，具體為一種富營養化大型湖庫生態敏感區藍藻水華控制的方法。本發明藉助自然風力和風向的作用，將大水域的藍藻導流匯集到一個人為設置的小型圍隔區內並防止其再次逃逸，然後通過其中集中放養的高密度的食藻動物將其捕食，在藍藻密度過高時，再配以人工打撈清除。通過有效的消浪措施，降低圍隔區內、外風浪，為藍藻上浮匯聚創造條件。通過生態敏感區內外常年的種群源控制，減少藍藻水華爆發的機會，並為其他水生動植物的恢復創造條件，最終形成藍藻越來越少，其他有益生物越來越多的良性發展局面。
【專利說明】一種富營養化大型湖庫生態敏感區藍藻水華控制的方法及系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於環境保護【技術領域】，具體涉及一種富營養化大型湖庫生態敏感區藍藻水華控制的方法及系統。
【背景技術】
[0002]我國目前許多大型湖庫水體都存在著較為嚴重的富營養化問題。由於水體富營養化所引發的藍藻水華頻繁發生，常常對周邊城市的用水安全和人居環境等產生重大影響。針對大型湖庫日益嚴峻的藍藻水華影響，國內外已在外源截汙、內源疏浚、生物修復、藍藻打撈等方面開展了大量的研究和工程應用。這些工作儘管對減少進入水體的外源汙染和底泥釋放等方面發揮了一定作用，但多數情況下並未對大範圍內的水質改善和藍藻水華的控制產生明顯的效果。
[0003]在大型湖庫水體中，有一些對生態較為敏感的區域，如飲用水源保護區、旅遊觀光休閒區、或本身離周邊人居環境較近的區域。如果這些生態敏感區一旦有藍藻水華爆發，就會對人類生產、生活和休閒娛樂等活動產生重大不利影響。富營養化大型湖庫水質改善和藍藻水華的控制往往需要較長一段時間，而如何在其大範圍內的水質尚未得到明顯改善和藍藻水華得到有效控制之前，有效控制局部生態敏感區內的藍藻水華，保障其生態安全，還是一個尚未很好解決的難題。本項發明就是針對該問題而提出的。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供 一種在大型湖庫中如何有效控制局部生態敏感區內藍藻水華的方法及系統，以便在湖庫整體水質未得到明顯改善之前，保障這些敏感區的生態功倉泛。
[0005]本發明提供的方法共包括「控源、集中、防逃、消浪」等4個部分，4個部分綜合作用，形成一整套技術體系，既可用於指導全國範圍內各種大型湖庫生態敏感區的藍藻水華控制實踐，也可用於中小型湖庫全湖的藍藻水華控制。
[0006]本發明提供的富營養化大型湖庫生態敏感區藍藻水華控制方法，具體內容包括:
(1)控源:常年控制生態敏感區外面藍藻的侵入和生態敏感區內的藍藻，使藍藻濃度控制在水華爆發的閾值水平之下；
(2)集中:設置圍隔區域，借用自然風力把生態敏感區內四處漂浮的藍藻集中到該圍隔區域內，使其得到濃縮和上浮，便於清除；同時將食藻動物放到該圍隔區域內，讓食藻動物對進來的藍藻持續進行捕食；
藍藻過多時，再藉助人為力量將食藻動物清除出圍隔區；
(3)防逃:通過設計軟圍隔和納藻門材料、結構和安裝方法，使之既能滿足納藻需要，又能防止進入圍隔區的藍藻再次逃逸出去；另外，通過在軟圍隔內層加裝雙層網圍結構，防止食藻動物逃逸到外面，為圍隔區內藍藻的高效清除創造有利條件；
(4)消浪:在生態敏感區外圍大圍隔外側設置以漂浮植物為主體結構的消浪帶，減少風浪對擋藻大圍隔的衝擊和侵入到生態敏感區內的藍藻量；同時利用較小圍隔區域的圍隔削減其內部的風浪，使進入小圍隔區內的藍藻能及時分層上浮，便於及時清除。
[0007]本發明還包括富營養化大型湖庫生態敏感區藍藻水華控制系統，該系統包括軟圍隔和消浪帶；其中:
所述軟圍隔結構為:中間段為「弓形全密封軟圍隔」，兩邊各設置一個底部固定於水底，上部為可開、可關的納藻門；
所述軟圍隔由浮在水面的用橡膠包裹的泡沫塑料枕浮子、中間微米級孔徑塑料布裙體以及底部用塑料布包裹的礫石配重組成；配重部分自動陷入湖底淤泥中，保持封閉狀態；納藻門中間裙體部分和底部配重結構與軟圍隔類似，上面部分用帶鐵環的絆子固定後將鐵環穿在鋼絲繩上，通過岸邊一側的絞車來控制鋼絲繩的松、緊，以便控制納藻門的開、關；所述軟圍隔用於把生態敏感區內四處漂浮的藍藻集中到軟圍隔所圍隔區域內，使藍藻得到濃縮和上浮，便於清除；同時將食藻動物放到該圍隔區域內，讓食藻動物對進來的藍藻持續進行捕食；
所述消浪帶以漂浮植物為主體結構，設置於生態敏感區外圍大圍隔外側，用以減少風浪對擋藻大圍隔的衝擊和侵入到生態敏感區內的藍藻量。
[0008]本發明的有益效果如下:
(I)環境效益 本發明所提供的技術能使富營養化大型湖庫在其整體水質尚未得到明顯改善之前，率先控制好其重要的生態敏感區內的藍藻水華，以確保發揮其應有的生態服務功能。另外，大量藍藻的清除，又能減少對水質的汙染，增加其透明度，為有益生物的修復創造條件。本技術的實施過程中，不會增加新的能耗和環境排放，由此可見，其環境效益是非常明顯的。
[0009](2)經濟效益
本發明的使用，可更為高效的控制住重要生態敏感區內的藍藻水華。驅動藍藻移動和聚集的過程均藉助自然風力的作用，可以減少能耗和勞動力成本，因此其運營過程成本很低。另外，生態敏感區生態服務功能的恢復和正常發揮，也將產生巨大的經濟效益。因此，本方法的使用，將產生明顯的經濟效益。
[0010](3)社會效益
本發明的使用，可使富營養化大型湖泊中的重要生態敏感區藍藻水華得到有效控制，減少藻源內負荷汙染或由於其腐爛等帶來的異味，改善水體景觀和水質，對周邊群眾、遊客、飲用水源地等均具有良好的作用，因此其社會效益十分明顯。
【具體實施方式】
[0011]1.控源
這裡講的「源」包括兩個方面，一是指生態敏感區外面大水域的藍藻種群源；二是指生態敏感區內部的藍藻種群源。
[0012]對於敏感區外面大水域的藍藻，通過設置全封閉的軟圍隔方式將其大部分阻擋在外面，部分逃逸進入敏感區內的藍藻，將與內部自身增殖的藍藻一道加以控制。[0013]對於敏感區內的藍藻，則需在藍藻水華尚未大爆發前持續不斷的加以清除，防止其形成燎原之勢。對於已經爆發藍藻水華的水體，同樣應持續不斷的清除水體中的藍藻,增加水體透明度，減少藻毒素汙染水平，為其他水生動植物群落的恢復創造條件。至於如何高效清除，則採用下面提到的「集中圍殲」的戰略。
[0014]2.集中
這裡講的「集中」包括兩個方面的集中，一是指藍藻的集中，二是指藍藻天敵的集中。
[0015]讓廣泛分布在水體中的藍藻有效集中到一個很小的圍隔區內，一方面將使圍隔區外的藍藻密度得到有效削減，增加水體透明度和減少藻源汙染量，為其他水生動植物群落創造再生復壯的條件；另一方面，隨著圍隔區外水生動植物群落的逐步恢復，反過來又會進一步發揮其生態淨化和抑藻功能，進一步降低圍隔區外剩餘藍藻的增殖速度。
[0016]為了將分布在大水域範圍中的藍藻進行有效集中，本發明提出的方法是採用下文提到的借用風力的方法。在實際工作中，可根據生態敏感區大小、水質好壞和湖岸形態具體情況，在主導風、次主導分的下風向設置多處用於藍藻集中的圍隔區，以便更好的滿足藍藻控制要求。
[0017]除了讓藍藻集中外，另外還需要藍藻天敵的集中，即將捕食藍藻的水生動物如鰱魚、螺、蛘等集中投放到藍藻圍隔區內，利用藍藻天敵的集中捕食作用，將爆發水華前陸續進入圍隔區的藍藻(濃度相對較小)及時消滅，防止其再增殖。投放的鰱魚可捕食上中層藍藻，投放的螺、蛘可捕食底層和底泥中的藍藻，這樣形成立體式的藍藻全方位捕食系統。食藻動物的投放量要根據藍藻多少和圍隔區大小、水體溶氧供應能力綜合決定。
[0018]另外，值得指出的是，通過食藻動物的集中來消滅進入圍隔區藍藻的方法一般在未爆發藍藻水華之前或進入圍隔區藍藻密度較少的情況下實施，而圍隔區內藍藻增加到一定程度後，就必須開啟人工打撈系統，及時將進入圍隔區內的藍藻清除出去。由於上述原因，同時考慮到食藻魚類和其他水生動物投放成活率，應在秋末冬初開始投放食藻動物，這樣既能保證其有較好的成活率，又能在`冬季來臨之後捕食沉底的藍藻種源，同時在來年初春氣溫回升藍藻開始逐漸萌動時對其有效捕食，使圍隔區內藍藻始終控制在水華爆發的閾值之下。
[0019]3.借力
這裡講的「借力」主要包括三個方面的內容，一是藉助風力的作用，將圍隔區外飄浮散布的藍藻匯聚到圍隔區內；二是藉助軟圍隔形態的科學設計實現藍藻的集中；三是藉助生物的手段實現對圍隔區內藍藻的捕食清除。
[0020]藍藻密度一般略低於所在水體水分密度，在無風或小風情況下，藍藻一般會飄浮於水面，在自然風的吹拂之下，藍藻大多向下風向慢慢漂移聚集，所以我們採用藉助風力的作用，將藍藻輸送到布局在下風向的圍隔區內，實現藍藻的集中。值得指出的是，在風力較強時，往往會形成較大的波浪，使藻、水混合均勻，此時藍藻不再飄浮於水面，難以實現藍藻的聚集，此時應有相應的消浪措施。
[0021]藍藻的集中，除了藉助自然風力之外，還通過科學的設計圍隔區圍隔形態予以配合。為了最大限度的收集圍隔區外藍藻，將圍隔中間段設計為「弓形全密封軟圍隔」，兩邊各設置一個底部固定於水底，上部為可開、可關的納藻門。弓形部分主要發揮的是導藻功能。由於其弓形形態，可將來自圍隔區外面的藍藻沿著圍隔體導向設有納藻門的兩邊，在納藻門打開的情況，藉助風力將其納入圍隔區內。納藻門根據風向的變化隨時決定是開還是關。由弓形導藻圍隔段和兩個納藻門共同組成的圍隔區大小可根據當地地形條件和藍藻多少具體確定。納藻門的大小不宜過大，一般寬度在IOm以內。
[0022]另外，第三個借力是指藉助食藻動物的力量來消滅集中到圍隔區中的藍藻，其實施方法在前面已有論及，這裡不再贅述。
[0023]4.防逃
防逃主要包括兩個方面的內容，一是指防止進入圍隔區內的藍藻逃逸；二是要防止圍隔區內食藻動物的逃逸。
[0024]將藍藻匯聚到一個小小的圍隔區內，旨在更好地使其集中和將其消滅、清除，所以所設置的弓型軟圍隔部分必須是全封閉的。軟圍隔一般由浮在水面的由橡膠包裹的泡沫塑料枕浮子、中間微米級孔徑塑料布裙體(可透水但不過藻)以及底部由塑料布包括的礫石配重組成。軟圍隔布置好之後，配重部分自動陷入湖底淤泥中，保持封閉狀態。納藻門中間裙體部分和底部配重結構與軟圍隔類似，上面部分用帶鐵環的絆子固定後將鐵環穿在鋼絲繩上，通過岸邊一側的絞車來控制鋼絲繩的松、緊，以便控制納藻門的開、關。為了更好的保證納藻效果，同時減少進入圍隔區內藍藻從納藻門逃逸的機會，應實時觀測納藻門兩側的風向和藍藻運動方向，及時開啟或關閉納藻門。圍隔區的設置，為藍藻集中處置和清除創造條件，極大地提高了工作效率並大幅度降低了打撈成本，同時為早期控藻和全年控藻等長效機制的建立提供了保障。
[0025]除了圍隔區內藍藻的防逃之外，還需要防止圍隔區內食藻動物的逃逸，需要在圍隔體內側設置一道雙層的防止食藻動物逃逸的網，網孔徑大小設計為可讓藍藻自由通過，但能防止食藻魚類和蛘類從圍隔區內逃逸。投放的食藻魚和蛘類規格應大一些，以增加其生存能力和減少逃逸的機會。
[0026]5.消浪
大水域中由於風程較長，所以風浪往往較一般小型水體要大。研究表明，在無風、小風的情況下，水華藍藻一般會上浮在水面上，在微風作用下，可慢慢移動，為其匯聚創造了條件。但當風力增加到一定程度之後，風浪逐漸加大，層流變為湍流，上浮的藍藻會被裹挾進整個水層，無法滿足藉助風力匯聚藍藻的條件。因此，要在較大的水域內，實現藍藻的實時匯聚，就需要採取必要的消浪措施，在目標水體內創造一個相對安靜的水面，以便加快藍藻的自動上浮和匯聚。另外，外圍消浪帶的設置，除了便於藍藻上浮外，還能在一定程度上減少風浪對軟圍隔的衝擊，增加其使用壽命。
[0027]可在生態敏感區全封閉軟圍隔外面15-20m遠處種植一定寬度的飄浮植物(如水葫蘆)帶作為消浪滯藻帶，其寬度根據當地常年風力大小和風浪大小確定，風浪較小的地方可設置為15-20米寬，風浪較大的地方可設置為40-50米寬。水葫蘆消浪帶邊界需要用網片和鋼管樁加以阻隔，以防其逃逸。該消浪帶設置之後，不但可以減少生態敏感區外來風浪直接對軟圍隔的衝擊，減少外來藍藻直接堆積在軟圍隔外側，而且還可以減少生態敏感區內的風浪，促進其中的藍藻分層、上浮。
[0028]除了生態敏感區外側的消浪外，還需要圍隔區內的消浪。在風力作用下進入圍隔區的含藻水，在進入圍隔區後，由於風浪的減小，其中的藍藻會慢慢上浮起來。為了減少圍隔區內風浪，除了靠軟圍隔本身起到很好的消浪作用外，同時可通過減小圍隔區面積、減少圍隔區內風 程長度等方式來降低其風浪。
【權利要求】
1.一種富營養化大型湖庫生態敏感區藍藻水華控制的方法，其特徵在於具體步驟包括: (1)控源:常年控制生態敏感區外面藍藻的侵入和生態敏感區內的藍藻，使藍藻濃度控制在水華爆發的閾值水平之下； (2)集中:設置圍隔區域，借用自然風力把生態敏感區內四處漂浮的藍藻集中到該圍隔區域內，使其得到濃縮和上浮，便於清除；同時將食藻動物放到該圍隔區域內，讓食藻動物對進來的藍藻持續進 行捕食； 藍藻過多時，再藉助人為力量將食藻動物清除出圍隔區； (3)防逃:通過設計軟圍隔和納藻門材料、結構和安裝方法，使之既能滿足納藻需要，又能防止進入圍隔區的藍藻再次逃逸出去；另外，通過在軟圍隔內層加裝雙層網圍結構，防止食藻動物逃逸到外面，為圍隔區內藍藻的高效清除創造有利條件； (4)消浪:在生態敏感區外圍大圍隔外側設置以漂浮植物為主體結構的消浪帶，減少風浪對擋藻大圍隔的衝擊和侵入到生態敏感區內的藍藻量；同時利用較小圍隔區域的圍隔削減其內部的風浪，使進入小圍隔區內的藍藻能及時分層上浮，便於及時清除。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述圍隔區域的圍隔結構為:中間段為「弓形全密封軟圍隔」，兩邊各設置一個底部固定於水底，上部為可開、可關的納藻門。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於所述軟圍隔由浮在水面的用橡膠包裹的泡沫塑料枕浮子、中間微米級孔徑塑料布裙體以及底部用塑料布包裹的礫石配重組成；配重部分自動陷入湖底淤泥中，保持封閉狀態；納藻門中間裙體部分和底部配重結構與軟圍隔類似，上面部分用帶鐵環的絆子固定後將鐵環穿在鋼絲繩上，通過岸邊一側的絞車來控制鋼絲繩的松、緊，以便控制納藻門的開、關。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於所述軟圍隔設置一道雙層的防止食藻動物逃逸的網，網孔徑大小設計為可讓藍藻自由通過，但能防止食藻魚類和蛘類從圍隔區內逃逸。
5.一種基於權利要求1-4之一所述方法的富營養化大型湖庫生態敏感區藍藻水華控制系統，其特徵在於包括軟圍隔和消浪帶；其中: 所述軟圍隔結構為:中間段為「弓形全密封軟圍隔」，兩邊各設置一個底部固定於水底，上部為可開、可關的納藻門； 所述軟圍隔由浮在水面的用橡膠包裹的泡沫塑料枕浮子、中間微米級孔徑塑料布裙體以及底部用塑料布包裹的礫石配重組成；配重部分自動陷入湖底淤泥中，保持封閉狀態；納藻門中間裙體部分和底部配重結構與軟圍隔類似，上面部分用帶鐵環的絆子固定後將鐵環穿在鋼絲繩上，通過岸邊一側的絞車來控制鋼絲繩的松、緊，以便控制納藻門的開、關； 所述軟圍隔用於把生態敏感區內四處漂浮的藍藻集中到軟圍隔所圍隔區域內，使藍藻得到濃縮和上浮，便於清除；同時將食藻動物放到該圍隔區域內，讓食藻動物對進來的藍藻持續進行捕食； 所述消浪帶以漂浮植物為主體結構，設置於生態敏感區外圍大圍隔外側，用以減少風浪對擋藻大圍隔的衝擊和侵入到生態敏感區內的藍藻量。
【文檔編號】C02F3/32GK103663708SQ201310673288
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月12日 優先權日:2013年12月12日
【發明者】王壽兵, 馬小雪, 汪遠安, 鄭正, 屈雲芳 申請人:復旦大學