湿地景观生态修复技术研究

2023-05-10 14:56:27


\与天地对话—为自然梳妆\

湿地生态修复是依据湿地生态过程规律,恢复和重建具有组织、自我维持及自我设计的湿地生态系统。充分利用自然能源,如太阳能、水能和水中的营养物质等,尽量减少人为输入和管理,增强湿地生态系统抵御自然灾害的扰动,并能从各种扰动中迅速自我恢复。以达到恢复诸如废弃矿地这样极度退化的生境;提高退化土地上的生产力的目的。


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湿地生态修复技术的基础理论


水体自净理论

该理论认为,只要有足够的时间,湿地自身将通过物理、化学和生物三个方面合理的组织自己并最终消解不利于自身系统的成分。


生态恢复工程技术理论

    是在恢复生态学的指导下,按照生态恢复的目的所采取的恢复手段。技术上分生物技术和工程技术两类。


生态演替理论

    演替理论对湿地生态系统修复指导意义在于:对非湿地生态系统来讲,可以人为地创造条件改变其演化进程使之向湿地生态方向演化。对现有湿地生态系统的人为干扰要有一定的限制,否则就会引起湿地生态系统的退化。


扰动理论

扰动直接影响着生态系统的形成、发育和演变过程。扰动分为自然扰动和人为扰动。扰动理论指导湿地修复,需要查清湿地生态系统受到外来扰动的类型和作用形式,辨识其属于正向还是负向扰动。利用正向扰动的作用促进湿地生态系统演替发育,抵御和消除负向扰动,以修复湿地生态系统。


系统理论

系统思想就是要求从整体上认识湿地的修复。湿地水环境、湿地土壤和湿地植物均属于湿地生态系统的重要组成部分,当然要对湿地水环境、土壤和植物进行物理、化学和生物等方面进行单独修复,但是必须保持湿地生态系统结构的整体性和功能的整合性。


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湿地生态修复的方法


湿地生态的现状评估

对湿地生态进行修复之前,必须要明确导致湿地退化及污染的原因、程度及在未来可能会发展的趋势。针对一些人力可以控制的退化因素,例如富营养化等,。而对于非人力可以控制的因素,例如海平面的上升或是风暴等,在湿地恢复的初期,应当加强缓冲区和风险评估的措施。

以下几个方面可以有助于生态修复的最大化:

  • 湿地是否存在永久性的水源。

  • 土壤条件和地形是否具有蓄水能力。

  • 湿地的人为干扰,这些人为干扰对此处湿地的生物环境和水环境所造成的影响。


在自然的状态下,湿地是位于陆地生态系统和水生态系统之间的那部分狭长的交错区。当明确了城市湿地的形态、地形和基本特征以及自然作用的模式之后,就可以根据这些基本信息对湿地生态系统进行恢复。例如,我们只有知道了湿地地貌是平缓、陡峭还是垂直以后,才能更进一步的了解地形是如何影响蓄水、侵蚀、排水以及未来土地发展的潜力等等。

湿地生态的恢复方式

主动的恢复方式

主动的湿地生态修复方式属于生态工程,它可以直接改变湿地演替的过程和结构,例如调整水系、进行植被恢复、甚至是引入关键的物种。这种恢复途径包括改变地形和轮廓,通过水流的控制设施来有效管理水量和水位,种植各种水生的湿生的植被,根除一些非本土的和入侵性的物种,并且根据具体物种对生存环境的不同要求来调试合适的土壤等。

被动的恢复方式

而被动的城市湿地恢复方式是一种偏重于借助自然的生态系统本身自我恢复自我维持的能力来达到预期的湿地生态恢复效果。例如在城市湿地恢复的初期,要尽可能的清除整个系统内人为因素的干扰,这些干扰包括消除并处理点源污染、封山禁牧、禁止收割芦苇和捕猎湿地内的动物、拆除海岸围堰等。并且在恢复了湿地的水文状况后,通过植被的逐渐更替来慢慢的进行湿地恢复。

这种方式和目前大多数自然保护区采取的方式相同。它的优势是不仅可以直接用于生态恢复还可以充分的利用当地或者是临近的湿地的种子库,并且价格低廉。适用于尚存有湿地特征或者是可以运用简单的低科技手段就能进行重建的场地并且人为干扰可以得到严格控制,资金投入较少的地区和项目。其目的在于使用最小的代价,借助自然循环的过程重新建立城市湿地的自然生态结构。



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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。湿地生态的恢复包括基低和水环境的恢复。基底恢复主要通过工程措施,改良土壤,维护基底的稳定性;水环境恢复包括水文条件的恢复和湿地水环境质量的改善。恢复手段通常包括缓解造成湿地退化的破坏因素以及重新建立关键的生态系统组成。


构建人工湿地水处理系统

人工湿地是一种由人工建造和监督控制,由土壤和填料(如卵石等)混合组成填料床,在床体的表面种植去污力强、成活率高的水生植物(如芦苇等),形成一个独特的动植物生态环境。污水在床体的填料缝隙中或在床体表面流动的过程中,主要利用湿地生态系统中的物理、化学、生物途径,通过过滤、吸附、共沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化。

人工湿地最显著的特点是对有机污染物有较强的降解能力。废水中的不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤作用,可以很快地被截留进而被微生物利用;废水中可溶性有机物则可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程而被分解去除,通过定期更换湿地床填料及收割湿地植物将污染物移出水体。与传统污水处理技术相比较,人工湿地具有投资少、见效快、易维护、运行费用低等特点。

微生态活水(HDP)直接净化工艺

在水体中设置曝气造流设备,消耗同样的动能可比传统潜水泵大出20倍的水流量,而且很节能,用很小的耗能就可以将庞大的水体搅动起来,使之成为肉眼可见的流水,每天可循环10到20次,真正实现“流水不腐”。     

进入水体的溶解氧与黑臭物质(H2S,FeS等还原物质)之间发生了氧化还原反应。利用曝气充氧设备向水中传递氧气,使氧气、活性污泥、污染物三者充分混合,使污泥处于悬浮状态保证微生物有足够的氧进行物质代谢。

在水中安放微生物载体,水中原有微生物和人工投撒的微生物菌在载体上大量生长。大量的微生物把水中的有机物吃掉,产出二氧化碳和水,从而降解了水中的污染物,强化了水体自净能力,提升水质。

LID技术(Low Impact Development低影响开发)

通过模拟自然条件,在源头应用微型分布式生态处理设施使得区域开发后的水文特性与开发前基本一致,进而保证将土地开发对生态环境造成的影响减到最小。LID(低影响开发)作为“海绵城市”建设的指导思想,是一种雨洪控制与雨水利用的可持续排水系统。

核心目标是维持开发前后水文特征不变,包括径流总量、峰值流量和峰现时间。LID模式下的景观能有效蓄集调配雨水,在硬质景观和自然环境之间建立有效联系,这些优势使其势必成为今后景观建设发展的主要方向。

构建生态浮岛

人工浮岛生态治理技术是国际上新兴的污水处理技术,它用轻质材料在水面上做成一个个浮岛,上面种植一些观赏性较强的水生植物如美人蕉等花卉通过植物对污染物的吸收作用达到净化水质的目的同时具有创造生物(鸟类、鱼类)的生息空间、改善景观、消减波浪、保护堤岸等作用。

农业生态浮岛

在水上多次重复种植经济作物。不同类的植物对应的农业生态浮岛本体材料是不同的,例如:以水稻为代表的禾本科植物为一类本底材料,以空心菜为代表的旋花科植物为一类本底材料。


园艺型生态浮岛

采用浮盘组合拼装而成。因其独特透气孔,栅条种植篮对植物根系生长特别有利,在缺乏营养物的水中吸收营养,供植物生长。


漂浮太阳能农场

利用太阳能提供能源的水污染治理和水环境保护设备。其技术方案包括带有漂浮机构的机架和安装在机架上太阳能电池以及与太阳能电池连接的气泵,气泵出气口通过管道与曝气机构连接。


构建生物栅

生物栅是一种人工绳状填料,它是以硬质的纤维丝作为骨架再用丝状纤维作为骨架中空部位的填充物。正是通过丝状纤维缠绕出的细小空隙来保护附着其上的浮游动物免予滤食性鱼类的摄食,又提供了较高的比表面积,从而使浮游动物和微生物在填料上以较高的密度生存。当含藻水体流经填料区时将其以较高的速率牧食,这样通过人工措施增加了单位水体中微生物和浮游动物的数量从而也就增加水体的自净能力。


构建河道生物群落

在生态景观河道内种植一些观赏植物,放养滤食性鱼类利用各级营养级之间的生物链效应达到净化水质的目的。如水草吸收水中的氮与磷,浮游动物以藻类为食;滤食性鱼类以浮游动物为食;杂食性鱼类以小型鱼类为食。通过合理搭配草、鱼之间的比例,构建一个平衡的水生生态系统。

构建生态护岸

岸边环境是水陆生态系统之间的一道桥梁,对水陆间的物流、能流、生物流的交换有着重要意义,发挥着廊道、过滤器和天然屏障的功能,在巩固堤岸、防止冲刷、拦截污染物、提供栖息地等方面都有着巨大的作用。根据实际情况,可选择自然缓坡植物型护岸、石笼净水复合护岸、石积护岸、木桩护岸等护岸形式。


强化水体循环

调活水体,提高水体自净能力。拟构建的生态景观河道人工湿地应该与其它水系相连通,水体从湿地的一端流入,经净化处理后,从另一端排出再进入河道,实现水体循环流动,同时达到净化污水的目的。


微生态活水(HDP)循环工艺

通过特制的专用设备“超大流量造流曝气机”,一边曝气一边营造庞大水流,同时通过特种生物载体作为微生物的巢穴,大量培养微生物。曝气充氧、大流量造流、微生物载体三者结合,构成了一个完善的技术体系。

功效:在水体中设置曝气造流设备,消耗同样的动能可比传统潜水泵大出20倍的水流量,具有节能效果,用很小的耗能就可以将庞大的水体搅动起来,使之成为肉眼可见的流水,每天可循环10到20次,真正实现“流水不腐”。

水上推流式太阳能曝气一体机

以太阳能作为设备运转的直接动力,利用流体力学原理,设置独特的转盘式复氧叶轮,通过转盘叶轮旋转拨动水循环,将水横向推流输送至远端,底部缺氧水体向上补充,以极低能耗驱动水体产生大范围富氧循环流,激活水体自净功能、实现生态循环。

SOLARMBA微泡式太阳能曝气机

由太阳能电池组件、静音鼓风曝气机、空气释放器及控制系统等组成。空气释放器采用固定微泡释放器,利用微孔曝气管、曝气盘,释放出极微小的气泡,延长气体在水中的停留时间,有利于氧的传输,提高了氧的利用率,使曝气效率得到提升。

太阳能解层式曝气机

采用光伏太阳能电池组件作为设备运转的直接动力,设置独特的旋切提拉曝气叶轮,通过叶轮旋转提升作用将底部缺氧区转移到水体表面,与表层富氧水混合。同时表层富含DO水体通过离心旋转横向水平扩散、纵向进入底层缺氧区,由此实现水体解层、增氧和纵横向循环交换三重功效。最大限度地将表层溶解氧超饱和水体转移到水体底层,增加底层水体溶解氧,消除自然分层,提高水体自净能力。

水上提水式曝气机(漂浮式安装)

电机带动螺旋状叶轮高速旋转,将大量的水体提升后抛出,形成水幕,将空气裹入水中,完成对雾水的充氧。被抛液体落下时撞击液面形成波浪,使水中含氧增加。同时,由于水体的提升作用,底部的污水与上部的污水形成循环,使液面不断更新,完成对水体的搅拌混合作用。


水质动态监测与预报

景观水质监测,是实施景观水体水质恢复的基础。开展水环境时空动态监测,定期定点实施水质监测,针对不同河段、不同时期水环境恶化程度,采取相应技术措施,一旦发现水质恶化,及时启动污水处理紧急预案,以免水质恶化,是保持湿地清洁的重要措施。


来源:和美智业机构

图片来源:网络媒体

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