一種超富營養化湖泊水體的立體生態修複方法
2023-05-19 21:53:56 2
專利名稱：一種超富營養化湖泊水體的立體生態修複方法
技術領域：
本發明涉及一種水體修複方法，具體涉及一種超富營養化湖泊水體的生態修複方法。
背景技術：
湖泊生態系統主要功能為淨化功能(營養、有機物和汙染物)、載體功能(生物多樣性和珍稀瀕危動物)、調蓄功能(洪水和乾旱)、生產功能(漁業和水源)，其他還有調節功能(溫室氣體)、社會文化功能。而日益廣泛發生的湖泊富營養化則導致湖泊生態系統退化(生物多樣性下降和功能退化)、水質性缺水(水質下降和劣V類水增加)和環境災難 (藍藻水華爆發等)。富營養化是淺水湖泊水生植被退化與消失的主要驅動因素。營養過剩不僅導致的夏季水生生物大量生長破壞水體景觀，並導致夜間缺氧等嚴重問題。因此，研究適應嚴重富營養水體水生植被恢復、生態系統恢復的技術，最終提高水體的淨化能力，實現持續改善水質的目標，具有重要意義。但目前，現有的降低湖泊富營養化，恢復湖泊正常生態系統的治理工程均存在措施單一，實施以後生態系統的恢復較慢，而且治理成本較高、 容易出現治理後的湖泊再次富營養化的問題。
發明內容
本發明的目的在於彌補現有技術之不足，提供一種超富營養化湖泊水體的立體生態修複方法。本發明提供的技術方案是一種超富營養化湖泊水體的立體生態修複方法，該方法包括以下步驟(1)構建圍隔使圍隔內的水體與圍隔外的水體隔離徹底清除待建圍隔的湖底的雜物；將若干根固定樁插入湖底硬質層中，插入硬質層中的深度不少於1米，且固定樁的頂部不低於待修復水域的棧橋高度，所有固定樁的頂部和中部橫向間用鋼索連接形成圍欄結構；選擇不透水且具耐水性的帆布作為圍隔布，將圍隔布用鋼索固定連接於固定樁的內側，圍隔布的攔水高度與待修復水域的棧橋高度齊平，使圍隔布包圍住待修復的水域，圍隔布的底端通過石籠固定於湖底硬質層上，使圍隔內的水體與圍隔外的水體完全隔離；(2)立體生態系統構建A.基底改造去除圍隔內水域基底的尖銳物，然後用熟石灰按180 225千克/公頃的用量將熟石灰用水分散後全面噴灑進行清塘處理；B.分層次布設水生植物i.在水深低於1. 5米的近岸處採用沙袋或木樁布設高度30 50cm的水下護提， 用於構建挺水植物和浮葉植物的生存條件；ii.基底改造結束5 7天後，實施分層次布設水生植物種類水深低於1. 5米的水域布設挺水植物和浮葉植物，水深1. 5 2米的水域布設沉水植物，水深2米以上的水域構建面積為60 IOOm2的生態浮島，生態浮島的總面積佔圍隔內水域面積的5% 10% ；iii.水生植物移植在每年3月底至4月上旬連根帶泥土移植挺水植物，移植密度為每平方米2 3 株；每年的4月中下旬帶根移植浮葉植物，移植密度為每平方米4 6株；在每年的5月中下旬移植沉水植物，移植密度為每平方米5 8株；C.生物控藻在水生植物分層次布設完成後，投放體長3 5cm的鰱鱅魚類對藻類進行控制，投放時間為每年的6月下旬，數量為每平方米5 10尾，鰱魚類與鱅魚類的投放比例為1 1， 形成圍隔水體立體生態系統；(3)圍隔水體立體生態系統運行維護在圍隔水體生態系統運行期間，定期監測水體氮磷濃度變化；定期監測浮遊生物和水生植物的生長狀況，每年3月 6月維護水生植物，7月份進行補充維護；定期維護生態浮島的植物，進行清理或更換死亡植物及植物殘渣，保持浮島植物正常生長；每年冬季監測魚類生長狀況，每年2月 6月根據魚類生長狀況對魚類進行新舊更替；對圍隔水體立體生態系統的維護工作循環進行，直至其進入自我維持階段。其中，步驟(1)中所述固定樁為鋼管或木樁，其中鋼管為渡鋅無縫國標鋼管，相鄰鋼管或木樁之間的間隔為3 6米；帆布的耐水性為5年以上；固定樁的內側固定有掛鈎， 圍隔布用鋼索固定連接於鋼管或木樁的內側的固定掛鈎上。其中，步驟O)中所述生態浮島的構建方法為選用木質材料構建圓形或方形框架，框架四周用鋼索固定於湖底，框架上部固定有硬質泡沫材料，硬質泡沫材料上每平方米布設9 12個孔徑為5 8cm的孔；根據季節選擇適合栽種的植物，將植物栽種於孔內，構建成生態浮島。春夏季節栽種的植物為三葉草或菊花，秋冬季節栽種的植物為黑麥草或蘇丹草。由上述技術方案可知，本發明充分認識到超富營養化水體具有明顯清晰的層次感的立體空間結構，而且淺水湖泊沿岸帶所佔比例大，水生植物是生態系統主要結構組分，水生植物通過固定營養、抑制藻類、提供棲息地功能和抑制底質再懸浮功能淨化水質和穩定環境；通過自養生物生物量累積和食物鏈功能構建系統生物多樣性和資源庫。水生植被的穩定和可持續發展是湖泊生態系統功能和穩定的基礎。因此本發明的技術方案中特別強調首先實施圍隔構建和底質改造，目的是利用物理措施創造水生植物生長的環境條件；然後考慮到不同水生植物的生存環境需求，從近岸到深水區根據不同植物的習性配置不同類型的水生植物以及水面生態浮島的植物，即分層次布設水生植物，以促進水生植物群落結構的恢復，並結合超富營養化水體的生態特徵和植物的生長習性，嚴格控制水生植物的移植過程；再就是實施生物控藻，排除藻類生長對水生植物生長的幹擾影響；使超富營養化湖泊水體得到綜合的、全方位的立體生態修復，最後通過實施圍隔水體立體生態系統運行維護，直至生態系統進入自我維持階段，完成對超富營養化湖泊水體的生態修復。通過對採用本發明方法修復水體的實驗區內外水質的監測數據進行比較，發現實驗區內水質得到明顯改善，水體透明度顯著提高，營養鹽含量也顯著降低。且超富營養化水體生態的修復時間短，圍隔生態系統運行1 2年後就可以進入自我維持階段。沒有出現反覆富營養化的狀況。與現有技術相比，本發明具有以下優點(1)充分考慮超富營養化水體的立體空間結構，具有明顯清晰的層次感，考慮到不同水生植物的生境需求，從近岸到深水區配置不同的水生植物類型以及水面生態浮島植物的配置，具有明顯的生態效益和景觀效應。(2)本技術在實施過程中圍繞水生植物的恢復過程的每一個環節進行，如首先實施圍隔構建和底質改造，目的是利用物理措施創造水生植物生長的環境條件，其次是淺水區的不同植物配置和深水區的生物浮島構建，進一步促進水生植物群落結構的恢復；再次是實施生物控藻，排除藻類生長對水生植物生長的幹擾影響；最後實施生態系統的維護和管理，直至生態系統進入自我維持階段。(3)本技術特別適用於中小型或大型富營養化水體的局部水域的生態系統恢復， 能夠顯著改善水質，提高景觀效果。
圖1為圍隔布、石籠及鋼釺的連接狀態示意圖；圖2為圍隔結構示意圖；圖3為圍隔水體立體生態系統示意圖；圖中，1-湖底硬質層；2-鋼管；3-扣環；4-鋼索；5-圍隔布；6_石籠；7-鋼釺； 8-鋼繩套；9-生態浮島；10-挺水植物；11-浮葉植物；12-沉水植物；13-湖面；14-護提； 15-控藻魚類。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發明作進一步的說明，但本發明的保護內容不局限於以下實施例。實施例1 以某湖泊生態站的沿岸帶的富營養化區域為實驗區，面積共為1140m2，分為A、B兩個區域構建圍隔以作為實驗重複，圍隔面積A :588m2和B :552m2。(1)構建圍隔事先用間距5cm的脫耙等工具進行雜物打撈，徹底清除待建圍隔內湖底的雜物。 然後採用若干根直徑為80mm、厚度為3-4mm的渡鋅無縫國標鋼管2作為固定樁(也可以採用木樁作為固定樁，鋼管或木樁的數量根據待建圍隔面積確定)每隔一段距離(通常3 6米即可，本實施例中鋼管或木樁的間距為3米)插入湖底硬質層1中，插入的深度可以根據水深、淤泥厚度而定，要求插入硬質層中至少1米的深度，且使鋼管2的頂部不低於待修復水域的棧橋高度，所有鋼管2的頂部和中部焊接扣環3，通過扣環3將鋼管2的頂部和中部橫向間用鋼索4連接形成圍欄結構。選擇不透水且耐水性為5年以上的帆布作為圍隔布 5，圍隔布5之間的連接可以用不鏽鋼片相扣縫合。在圍隔布5上設若干個孔(也可以採用固定扣環等其他方式)，鋼索4穿過圍隔布5頂端的孔將圍隔布5固定連接於鋼管2的內側，圍隔布5的高度可以根據水深和地形特點確定，使圍隔布5的攔水高度與A或B區域內的棧橋高度齊平，包圍住待修復的水域。如圖1，圍隔布5的底端與石籠6縫合後每隔1. 5米左右套設直徑Icm左右的鋼繩套8，鋼繩套8通過直徑Icm左右的卜型鋼釺7固定於湖底硬質層1上，使圍隔內的水體與圍隔外的水體完全隔離，構建成圍隔A和圍隔B，圍隔結構見圖2。石籠6最好採用硬度較高的石子製成，本實施例中石籠6的直徑為8cm。(2)立體生態系統構建A.基底改造去除圍隔內水域基底的尖銳物，然後用熟石灰按180 225千克/公頃的用量將熟石灰用水分散後全面噴灑進行清塘處理。B.分層次布設水生植物i.距離湖面13的高度低於1. 5米的湖底近岸處採用沙袋或泥袋或木樁布設高度 30 50cm的水下護提14，以積累一些沉積物，用於構建挺水植物10和浮葉植物11的生存條件。ii.基地改造結束5 7天後，圍隔水體透明度有較大提高，根據圍隔水體近岸特點，實施分層次布設水生植物種類水深低於1. 5米的水域布設挺水植物10和浮葉植物 11，水深1. 5 2米的水域布設沉水植物12，水深2米以上的水域構建面積為60 IOOm2 的生態浮島9，生態浮島9的總面積佔圍隔內水域面積的5% 10%。生態浮島9的構建方法為選用木質材料構建圓形或方形框架，框架四周用鋼索環扣斜拉固定於湖底，框架上部固定硬質泡沫材料，硬質泡沫材料上每平方米布設9 12個孔徑為5 8cm的孔；根據不同季節選擇適合栽種的植物，春夏季節栽種的植物為三葉草或菊花，待進入秋冬季，選擇黑麥草或蘇丹草進行更換，將所選植物的根系栽種於孔內，構建成生態浮島。iii.水生植物移植在每年3月底至4月上旬連根帶泥土移植挺水植物10，移植密度為每平方米2 3株；每年的4月中下旬帶根移植浮葉植物11，移植密度為每平方米4 6株；在每年的5 月中下旬移植沉水植物12，移植密度為每平方米5 8株。C.生物控藻在水生植物分層次布設完成後，由於富營養化水體營養負荷高，因此，在圍隔水體運行初期，容易出現藻類滋生(尤其是藍藻佔優勢，甚至出現水華等局面)的現象，此時期投放體長3 5cm的鰱鱅魚等控藻魚類15對藻類進行控制，投放時間為每年的6月下旬， 數量為每平方米5 10尾，鰱魚類與鱅魚類的投放比例為1 1，形成圍隔水體立體生態系統，其結構見圖3。(3)圍隔水體立體生態系統運行維護在圍隔水體生態系統運行期間，定期監測水體氮磷濃度變化；定期監測浮遊生物和水生植物的生長狀況，每年3月 6月維護水生植物，7月份進行補充維護；定期維護生態浮島9的植物，進行清理或更換死亡植物及植物殘渣，保持浮島植物正常生長；每年冬季監測魚類生長狀況，每年2月 6月根據魚類生長狀況對魚類進行新舊更替；對圍隔水體立體生態系統的維護工作循環進行，直至其進入自我維持階段。一般來說，圍隔生態系統運行 1 2年後就可以進入自我維持階段。以距離上述實驗區距離約200m的站點I作為對照。分別在1個月和2個月後對圍隔A、圍隔B和站點I進行水質監測，具體監測數據見表1。此外，3個月後經過檢測，圍隔A和圍隔B的葉綠素a含量分別為28. 47 μ g/L和27. 54 μ g/L，而站點I的葉綠素a為43. 27 μ g/L。由以上結果可知，實驗區內水質得到明顯改善，水體透明度顯著提高，營養鹽含量也顯著降低。 表1實驗區內外水質監測結果
權利要求
1. 一種超富營養化湖泊水體的立體生態修複方法，其特徵在於該方法包括以下步驟(1)構建圍隔使圍隔內的水體與圍隔外的水體隔離徹底清除待建圍隔的湖底的雜物；將若干根固定樁插入湖底硬質層中，插入硬質層中的深度不少於1米，且固定樁的頂部不低於待修復水域的棧橋高度，所有固定樁的頂部和中部橫向間用鋼索連接形成圍欄結構；選擇不透水且具耐水性的帆布作為圍隔布，將圍隔布用鋼索固定連接於固定樁的內側，圍隔布的攔水高度與待修復水域的棧橋高度齊平，使圍隔布包圍住待修復的水域，圍隔布的底端通過石籠固定於湖底硬質層上，使圍隔內的水體與圍隔外的水體完全隔離；(2)立體生態系統構建A.基底改造去除圍隔內水域基底的尖銳物，然後用熟石灰按180 225千克/公頃的用量將熟石灰用水分散後全面噴灑進行清塘處理；B.分層次布設水生植物1.在水深低於1.5米的近岸處採用沙袋或木樁布設高度30 50cm的水下護提，用於構建挺水植物和浮葉植物的生存條件； .基底改造結束5 7天後，實施分層次布設水生植物種類水深低於1. 5米的水域布設挺水植物和浮葉植物，水深1. 5 2米的水域布設沉水植物，水深2米以上的水域構建面積為60 IOOm2的生態浮島，生態浮島的總面積佔圍隔內水域面積的5% 10% ；iii.水生植物移植在每年3月底至4月上旬連根帶泥土移植挺水植物，移植密度為每平方米2 3株；每年的4月中下旬帶根移植浮葉植物，移植密度為每平方米4 6株；在每年的5月中下旬移植沉水植物，移植密度為每平方米5 8株；C.生物控藻在水生植物分層次布設完成後，投放體長3 5cm的鰱鱅魚類對藻類進行控制，投放時間為每年的6月下旬，數量為每平方米5 10尾，鰱魚類與鱅魚類的投放比例為1 1，形成圍隔水體立體生態系統；(3)圍隔水體立體生態系統運行維護在圍隔水體生態系統運行期間，定期監測水體氮磷濃度變化；定期監測浮遊生物和水生植物的生長狀況，每年3月 6月維護水生植物，7月份進行補充維護；定期維護生態浮島的植物，進行清理或更換死亡植物及植物殘渣，保持浮島植物正常生長；每年冬季監測魚類生長狀況，每年2月 6月根據魚類生長狀況對魚類進行新舊更替；對圍隔水體立體生態系統的維護工作循環進行，直至其進入自我維持階段。
2.根據權利要求1所述的超富營養化湖泊水體的立體生態修複方法，其特徵在於步驟(1)中所述固定樁為鋼管或木樁，其中鋼管為渡鋅無縫國標鋼管，相鄰鋼管或木樁之間的間隔為3 6米；帆布的耐水性為5年以上；固定樁的內側固定有掛鈎，圍隔布用鋼索固定連接於鋼管或木樁的內側的固定掛鈎上。
3.根據權利要求1所述的超富營養化湖泊水體的立體生態修複方法，其特徵在於步驟 (2)中所述生態浮島的構建方法為選用木質材料構建圓形或方形框架，框架四周用鋼索固定於湖底，框架上部固定有硬質泡沫材料，硬質泡沫材料上每平方米布設9 12個孔徑為5 8cm的孔；根據季節選擇適合栽種的植物，將植物栽種於孔內，構建成生態浮島。
4.根據權利要求3所述的超富營養化湖泊水體的生態修複方法，其特徵在於生態浮島上春夏季節栽種的植物為三葉草或菊花，秋冬季節栽種的植物為黑麥草或蘇丹草。
全文摘要
本發明公開了一種超富營養化湖泊水體的立體生態修複方法，該方法包括以下步驟採用若干根固定樁插入湖底硬質層中，固定樁頂部和中部橫向間用鋼索連接形成圍欄結構，以耐水性的帆布作為圍隔布與固定樁連接，圍隔布的底端與石籠縫合後固定於湖底，構建成圍隔；對圍隔內基底進行改造；根據要配置的水生植物，對水面進行層次劃割；移植水生植物；構建生態浮島；進行生物控藻；圍隔生態系統運行後進行維護及管理。本發明方法可以使水質得到明顯改善，水體透明度顯著提高，營養鹽含量也顯著降低，具有明顯的生態效益和景觀效應。
文檔編號C02F3/32GK102432108SQ20111033200
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月27日 優先權日2011年10月27日
發明者倪樂意, 張萌, 張霄林, 張靜, 曹特, 過龍根 申請人:中國科學院水生生物研究所