A. 人工湿地面积设定的计算公式是什么
AS=Q*1000/a
式中:As——人工湿地表面积(m2);
Q ——污水的设计流量(m3/d);
α ——人工湿地的水力负荷(mm/d)
B. 湿地覆盖率
湿地覆盖率:湿地占整个国土面积的百分比
【湿地定义】
由于湿地和水域、陆地之间没有明显边界,加上不同学科对湿地的研究重点不同,造成湿地的定义一直存在分歧。
国际湿地公约采用广义的湿地定义,指不问其为天然或人工、常久或暂时性的沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带,带有或静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水水体,包括低潮时水深不超过六米的水域。这一定义包含狭义湿地的区域,有利于将狭义湿地及附近的水体、陆地形成一个整体,便于保护和管理。
湿地的研究活动则往往采用狭义定义。美国鱼类和野生生物保护机构于1979年在“美国的湿地深水栖息地的分类”一文中,重新给湿地作定义为:“陆地和水域的交汇处,水位接近或处于地表面,或有浅层积水,至少有一至几个以下特征:
(1)至少周期性地以水生植物为植物优势种;
(2)底层土主要是湿土;
(3)在每年的生长季节,底层有时被水淹没。”定义还指湖泊与湿地以低水位时水深2米处为界,按照这个湿地定义,世界湿地可以分成二十多个类型,这个定义目前被许多国家的湿地研究者接受。
湿地的水文条件是湿地属性的决定性因素。水的来源(如降水,地下水,潮汐,河流,湖泊等),水深,水流方式,以及淹水的持续期和频率决定了湿地的多样性。水对湿地土壤的发育有深刻的影响。湿地土壤通常称为湿土或水成土(Hydric Soil)。
C. 会仙岩溶湿地水系统修复工程
一、总体目标和思路
根据水利部水资源[2005]362号文《水利部关于同意在桂林市开展水生态系统保护与修复试点工作的批复》和广西水利厅对漓江大水系“六江四库四湖一湿地”建设的总体思路,以及2005年以来对会仙岩溶湿地水文观测、水文地质调查成果的分析,参照广西水利电力勘测设计研究院于2005~2006年提出的会仙湿地修复水工程规划和初步设计报告[1],提出会仙岩溶湿地水系统修复的总体目标是:通过生态和工程措施,提高湿地水位和恢复湿地原有水域面积,其中将湿地核心区自然水域面积从现在的约5km2扩大到约15km2,使湿地核心区睦洞湖及周边水域的水位高程达到149.0~149.5m,湖泊水域水深从目前约0.5m增加到1m以上;并通过建立东、西两个主要控制性水利枢纽工程,使湿地东、西两边的主要排泄河谷两岸的地下水位抬升到148.0m左右,并能够排除50年一遇的洪涝灾害,有效地改善湿地水质,提升湿地的生态蓄水、保水和防洪调蓄能力,有效地改善湿地植物的生存环境,恢复湿地生态系统功能,美化湿地景观。
会仙岩溶湿地水系统修复工程规划应充分遵循湿地水系统分布格局与岩溶水系统演化的自然规律,根据湿地每年都有洪水淹没的特点和不同地段地形、地质与水文地质结构条件,尤其是要充分了解湿地的岩溶封闭储水地质体结构,采用地表、地下蓄水结合,以堵蓄(拦截洪水,提高水位)为主,补水为辅,蓄、补结合的方法,以能够有效蓄水为目的。重点对湿地内疏干渠道进行回填,恢复湿地原有的自然地形地貌形态,同时修建蓄水、补水工程,结合退耕(鱼塘)还湿(沼泽、水域)和湿地周边山区(补给区)封山育林、涵养水源和水土保持等措施,达到恢复或改善湿地原有水系统环境的目的。其中,前期的科学调查、勘察和论证是确保主要水系统修复工程能够有效蓄水保水的前提。
二、湿地水资源需求分析
由于本区降雨量在时间上分布极不均匀,80%的降雨量集中分布在每年的3~8月,尤其是5~6月,加上近年来受经济利益的驱动,对湿地的人为破坏导致湿地面积急剧减少。本次调查表明,会仙岩溶湿地自1969年以来,自然湿地(湖泊、沼泽)面积已经从超过30km2减少到目前不足13km2,湿地的地表水蓄积能力减弱,水域面积的季节性变化明显,枯水季节湖泊水域面积已萎缩到不足4km2;此外,人类活动对湿地水的疏通、灌溉和养殖用水的急剧增加造成了湿地水位的快速下降,致使小池塘、沼泽季节性干枯,湖滨区域枯季抬升到水面以上,给人为的围垦、拓荒提供了客观条件,加快了湿地被蚕食的进程。因此,实际上目前湿地水资源处于一种供需不平衡状况,即水资源输入不足以维持湿地现有水域面积和生态系统的需水要求,湿地处于逐年退化的现状。
在不考虑当前湿地水资源亏损,即假定湿地当前水资源处于供需平衡状态的前提下,按照湿地修复的总体目标,使湿地水域面积扩大到15km2,湿地地表水位平均提高按最低0.5m计算,所需要增加的水资源总量为:
会仙岩溶湿地生态系统研究
式中:Q表 为地表水资源需求总量;S为目标蓄水区的面积,即初定为15km2;Hi为新增蓄水深度。蓄水湖泊按平均提高蓄水深度0.5m计算,计算的湿地地表水资源需求为750×104m3(不含湿地内生物生态需水、土壤持水、灌溉用水和人畜饮水等);如果同时考虑将湿地水域周边枯水季节地下水位提高到平水季节水位,即将当前枯季岩溶地下水位从目前的最低大约146.5m高程抬升到148m左右,即平均提高1.5m,达到在枯水季节能维持湿地生态系统正常的需水要求,则仅按照对会仙岩溶封闭储水构造体中与地下蓄水密切相关的背斜岩溶封闭储水构造体的蓄水范围(图2-9中的第Ⅳ类储水构造体分布范围,计221.32km2)计算,所需要的水资源量为:
会仙岩溶湿地生态系统研究
式中:Q地为地下蓄水工程水资源需求总量;K为地下储水体孔隙率,根据对地表岩溶孔隙度的统计,按最低10%计算;S为地下目标蓄水区面积(大约为22132×104m2);Hi为新增蓄水深度,按1.5m计算。计算的地下蓄水水资源需求总量为3319·8×104m3。
上述两项水资源需求总量为4069·8×104m3。
三、湿地水系统修复工程方案
根据对上述水资源需求的分析,对会仙岩溶湿地水系统进行有效的修复是十分必要的。湿地水系统修复包括生态措施和工程措施。
水系统修复的工程措施包括建设地表、地下蓄水工程,增加湿地持水与水资源调蓄能力,或实施必要的补水工程。
会仙岩溶湿地多年平均降雨量(1951~2008年)为1890.4mm,降水量丰富。但由于降水在时空上分布的不均匀,致使湿地每年洪水泛滥,成为广西着名的内涝区。根据良丰水文站实测的20年洪水水位资料,有10年洪水淹没至会仙岩溶湿地核心地带的分水塘;而相思江洪水几乎每年都会淹没到睦洞湖乃至整个湿地。因此,每年5~6月暴雨期间会仙岩溶湿地均会发生全境内的洪涝灾害,每次洪水一般持续3~5d,严重时延续到 7~10d。此时的地表、地下水位一致,达到150m左右。因此,在泄洪过程中,通过控制性水利枢纽工程,保持地下水位148.0m是完全可行的。对于地表水蓄水需求,以凤凰水文站、良丰水文站在典型年份(1956年、1961年)洪水过程分析,用水文比拟法按集水面积模拟相思江睦洞河河口两年一遇(P=50%)洪水仅3d的泄洪量即达到2728×104m3[1],大大超过湿地地表蓄水工程的水资源需求750×104m3,因此,通过修坝围堤蓄洪基本可以满足湿地水系统修复的需水要求。但是,如果考虑湿地水质改善、枯水季节湿地内生态需水与工农业用水需求、保持湿地水系统的良性循环,适当引水补充枯水季节湿地水资源是十分必要的。
1.蓄水保水工程
由于会仙湿地属于岩溶地区,区域内岩溶作用强烈,尤其是地下岩溶管道密布,依据湿地优越的水文地质条件进行科学规划,即水坝的选址应充分利用岩溶封闭储水构造体稳定、有利的封闭界面条件,配合必要的水文地质勘察,科学选址,以保证蓄水后不渗漏、能有效储水保水为目标。
根据湿地内岩溶封闭储水构造体的类型、规模(级别)、分布、性质和封闭界面稳定条件,蓄水保水工程分梯级规划和设计,各级拦河蓄水工程的范围、建坝位置和性质等各有不同(图6-2)。
(1)水资源综合调蓄控制枢纽工程——地下岩溶水库
1)目标:建成集防洪排涝(50年一遇)与调蓄水资源(主体为建设岩溶地下水库,储蓄洪水,提高湿地地下水位)于一体、可人为调控的综合控制型水利枢纽(雨季开闸泄洪和旱季关闸蓄水),既能有效地泄洪和调蓄湿地水资源,科学调度漓江、洛清江洪水,又能有效储蓄洪水,提高湿地地表、地下水位,满足湿地修复后的生态需水要求,恢复湿地环境。
2)建设地点:会仙岩溶地下蓄水工程建设应按照岩溶地下储水构造体的结构,参照前人研究与实践经验[2-6],在详细调查、勘察的基础下科学选址。依据会仙岩溶封闭储水构造体结构的封闭界面条件、地形与水系统分布,将建坝地点初步选择在湿地两条主要地表与地下水排泄通道———良丰江与相思江穿越会仙褶皱-断陷复合岩溶封闭储水构造体的封闭边围段,即东部的良丰江穿越信都组碎屑岩(XD2)河床段(大致位于桂林—阳朔二级公路附近)和西部的上泥盆统溶江组灰岩与石炭系碎屑岩接触界面以下的相思江河床段(大致位于大湾—凤凰岭之间)(图6-3)。
图6-2 会仙岩溶湿地水系统修复初步规划图
3)建设规模与主要措施:蓄水范围即岩溶地下水库为整个会仙褶皱-断陷复合岩溶封闭储水构造体,储水体主要为中、上泥盆统灰岩。枯水季节地下蓄水水位保持在148.0m。建设措施包括以下方面:
● 建设东、西两个泄洪和蓄水可调控型水坝。水坝的设计应充分考虑泄洪及蓄水两方面的需求,既能在洪水高峰时快速、有效地泄洪,又能确保洪水后期能有效蓄洪,提高地下水水位和满足湿地生态需水要求。水坝的设计应满足水位的可控性或可调节性,即建成的节制闸保证在雨季能开闸泄洪,当洪水降低到蓄洪设计水位(海拔148.0 m)时,能关闸蓄水,使地下水库水位控制在148.0 m。
● 拓宽和清理下游河床,保证洪水排泄渠道畅通。在进行科学评估、论证的基础上,对西部凤凰峡峡谷进行拓宽或开挖排洪隧道,提高峡谷的瞬时泄洪能力。
图6-3 会仙岩溶湿地水利工程平面剖面示意图
但河道拓宽或开挖排洪隧道是一把双刃剑,如果没有强有力的管理或控制措施,就像潘多拉匣子,会使湿地快速疏干,加快湿地的退化进程,使湿地生态环境进一步恶化。因此,决策必须慎重。
(2)区域性蓄水工程——地表地下综合蓄水
1)目标:为减少东、西水利总控制枢纽控制水位过高造成蓄水库区被淹没土地过多的现象,设计以会仙褶皱-断陷复合岩溶封闭储水构造体中次一级岩溶封闭储水构造体为单位,通过完善其封闭边围条件,即依托其封闭界面(边围),通过人为措施,在湿地建立多个次一级区域性独立地表、地下蓄水体系,以储蓄洪水,扩大湖泊水域面积,提高湖泊、沼泽的地表水位(地下水位同高),形成连片的水域与规模化沼泽地,保证系统水文系统和生物生态系统的多样性为目标。
2)建设地点:应建立在不同类型的二级岩溶封闭储水构造体之间的分界线附近,即该储水系统水资源输出口附近。由于不同岩溶水文地质条件(结构)的差异,不同岩溶封闭储水构造体之间的分界线两侧的岩溶发育、水文、水化学和土壤等均有较大的差异,通常在不同次一级水文地质单元之间存在地形梯度和较大的水力坡度,个别河段,如睦洞湖的主要出口神龙桥、古桂柳运河东段社门岭附近等,甚至出现明显的跌水现象。依据湿地内各二级岩溶封闭储水构造体水文系统的独立性和封闭界面条件、地形与水系统分布,具体建坝地点(见图6-2)选择在以下位置:
● 睦洞湖构造盆地储水型岩溶封闭储水构造体:选择睦洞河与会仙河穿越(流出)该岩溶封闭储水构造体的边围处建坝,包括神龙桥和高桥储水坝。前者位于神龙桥上游约300 m的睦洞河(湖)出口(现建有五孔公路桥),有地表跌水;后者位于高桥村会仙河床的岩关组白云岩段,有堤坝,地表跌水明显。
· 东、西向斜储水型岩溶封闭储水构造体:包括西部临桂二塘-罗锦向斜和东部良丰-六塘向斜岩溶封闭储水构造体。对前者,主要为地表蓄水,建坝地点以地形条件为主。西部泄洪和蓄水可调控型水利总枢纽工程也是本二级蓄水工程的一部分,另外,选择在四塘河与太平河汇合口以下的丘陵区,河谷狭窄处建设低坝(控制地下水位148.0m),同时在金鸡村南建地表可控拦河滚水坝,将地表、地下水向北导向,将地下水位提高到170m以上(现水位约165m),控制金鸡河袭夺会仙复合储水构造体的地表、地下水资源;对于后者,东部泄洪和蓄水可调控型总水坝也是本区域蓄水工程的组成部分,另外,在三塘、社门岭建区域性拦河滚水坝(蓄水坝),同时,在南部西岭(沟河桥,现河床高165m)峡谷建蓄洪坝,使海拔170m以下岩溶地下水向北流入六塘向斜岩溶封闭储水构造体。
3)建设规模与措施:蓄水工程采用以多级拦河低坝(坝高2m以下)为主,地表与地下蓄水工程相结合的思路(图6-4)。所建坝能在洪水季节开闸泄洪,洪水过后即可关闸蓄水(设泄洪与蓄水水位可控制性水文节制闸)。
图6-4 会仙岩溶湿地水库建坝选址类型
为配合睦洞湖泊湿地生态景观修复,在龙山北部(龙山与督龙村之间)开挖(拓宽)一条长约500m,宽约5~10m的渠道,促进湿地水循环,改善龙山以北的沼泽化湖泊的水质,恢复湿地生态,同时形成绕龙山的水上旅游环线。
(3)局部地表蓄水工程
1)目标:主要指在封闭界面结构不稳定的岩溶边缘低地储水构造体内围堤筑堰,回填疏干渠道,恢复原有的地形格局,形成局部地表蓄水体,蓄积地表水或保持土壤水过湿状态,恢复退化湿地(湖泊、沼泽)生态环境。
2)建设地点:岩溶边缘低地储水构造体内的低洼储水塘排水口、沟渠;集中排泄的人工水道(如清水江、古桂柳运河)。
3)建设措施:回填疏干沟渠,退耕(鱼塘)还湿、保水。对集中排泄的人工水道(如清水江、古桂柳运河),主要修筑壅水性土堤(地表堵水堤)。
回填湿地内开挖的所有疏干沟渠保水,废弃取直的河道,回归河流自然特性和湿地自然属性,恢复湿地自然蓄水性能,结合退耕(鱼塘)还湿,再建低洼沼泽地和小水塘水生环境和小生态。
疏干渠道的形成有较长的历史过程,需要认真评估和循环渐进,先易后难,尤其是要与退耕还湿、退塘还湿有机地结合,既要保证群众的生活不受根本影响,也要让生态环境得到有序恢复。因此,湿地环境知识的普及与教育意义重大。政府部门在湿地环境恢复中应着重发挥引导、综合规划和管理的作用,在实施过程中给予必要的补偿和实施产业调整,是湿地修复的必经之路。
对于一些较大的疏干沟渠,如清水河谷、睦洞河出口,有必要建成具备节制闸的拦河蓄水坝(其作用是在洪水来临前开闸排空蓄洪区的蓄水,洪水期接纳相思江倒灌的洪水,发挥湿地作为泄洪区的作用;当洪水降低到蓄洪设计水位时,即关闸蓄水),同时,改造、加固原有的围堤2570m,新修围堤232m。湿地的形成经过了自然界长期的检验,恢复到湿地的原始状态没有技术风险,但如果蓄水深度加大,鉴于本岩溶边缘低地储水构造体存在不稳定的封闭界面(第四纪湖泊沉积、粘土等)条件,在加大的水压下可能会造成地表蓄水体与地下水库连通,而影响蓄水保水功能。因此,应严格控制,使设计蓄水位不超过原有(湿地退化前)水位。
对局部有地下水渗漏历史(如长期不能蓄水的九头山水库、凤凰山睦洞河-福山清水江堵水堤)、地质情况复杂但蓄水重要的地段,必须开展详细的岩溶水文地质调查与勘探,科学选址,并查出水库、堤坝渗漏的地下管道,通过人工灌浆,构筑防水帷幕,确保湿地有效蓄水。
2.补水与调水工程
虽然湿地采用以堵蓄(拦截洪水)为主的蓄水工程修复方案能够有效地拦蓄洪水,但鉴于湿地平、枯水季节补给水资源量有限,无法满足保证湿地良好水质和水循环的要求(尤其在枯水季节),因此,实施湿地补水与调水工程是十分必要的。
补水工程的主要目的是满足平、枯水季节湿地生态需水与工农业用水、改善枯水季节湿地水质,促进湿地水循环。湿地补水与调水工程包括流域外补水与流域内水资源调配两大部分。
(1)青狮潭西干渠补水工程
为流域外补水,即通过青狮潭西干渠马面支渠引青狮潭水库水补给湿地,维持枯水季节湿地的生态用水和改善湿地的水循环,保持湿地水质优良。
马面支渠现有大部分渠道年久失修或人为破坏导致沿线渗漏严重,已经不能有效地发挥其输水作用,加上青狮潭水库有效库容有限,并同时承担为漓江补水、为桂林市提供生活用水和灌溉的多重任务,能够输送到湿地的水量有限,并且马面支渠当年设计建设时主要供附近的农田灌溉,并没有考虑、也没有能力为湿地补水。根据2006~2008年调查结果,目前青狮潭水库通过马面支渠补给湿地范围的水大部分时间(用水高峰期)只能限量、限时补给到四塘乡面村、峨底村一带,即湿地的北部边缘,用水低峰时可达会仙镇督龙、文全一带,但补水量十分有限,而且在农田灌溉季节还要按计划调配供水,即隔日补水到湿地,实际年供水量不足2000×104m3,尚不能满足周边农田灌溉的需求,更不用说为湿地补水。因此,必须从桂林市水资源整体调控的层面,按照“六江四库四湖一湿地”总体布局,协调、分配水资源。可通过漓江上游正在修建的小溶江水库枯季为青狮潭补水、与斧子口水库和川江水库协调漓江补水,减少青狮潭为漓江的补水量,新增青狮潭西干渠为会仙岩溶湿地的生态补水额度。此外,加强西干渠用水管理,做好西干渠沿线不同地段的用水计划,利用每年11月至次年2月农闲季节渠道沿线灌溉需水量少却正是湿地缺水季节的大好时机,科学调配、合理利用水资源。同时,对青狮潭西干渠进行修缮、防漏,减少沿线的渠道渗漏。按照主要补水区(包括睦洞湖、分水塘和清水江流域等)最低生态需水量估算,设计增加补水流量为0.3~0.5m3/s。
(2)太平河引水工程
属于相思江流域内调水。主要措施是,依据清水江—太平河河间地块地势低洼的有利地形条件,设计引太平河水为清水江湿地枯季补水,解决清水江湿地枯水季节水资源短缺和湿地逐步退化的问题。
太平河发源于临桂县二塘乡境内,全长12km,是相思江主干支流,其上游地势低平,河流两岸有众多的湖泊(如大马塘等)、沼泽和岩溶地下水补给,河流水资源量较丰富,年平均流量4.3m3/s,太平圩—龙山以南地段河床深切,河水直接汇入相思江,水资源未被充分利用;而太平河与清水江之间地势低平,没有明显的地表分水岭,雨季时太平河洪水泛滥并通过清水江与太平河中段的河间地块中的低洼地——寺湖涌入清水江湿地,并在西官庄附近的清水江出口再次汇入相思江。但由于清水江出口处狭窄,并受相思江洪水顶托,致使桂梧高速公路以下至河口的清水江河段壅水形成面积达十余平方千米的滞洪区。
工程设计在四塘乡太平圩村西、大马塘以东的太平河桥下游100m处建拦河低坝和扩充原有(经太平圩、神山东村西入寺湖)的引水渠道,在平、枯水季节引太平河水补给清水江湿地,雨季沟通泄洪通道,为太平河泄洪削峰。
太平河在设计的拦水坝处高程为150m,寺湖北部分叉入水口高程也大约为149.5m,引水渠道长1.8km,因此,设计拦水坝抬高水位2m左右,渠道坡度1.1‰,工程量小,措施是可行的。设计引水流量为0.5~1m3/s。由于设计的拦河坝下游主要为波状垄岗地貌,耕地以旱地为主,加上引水流量小,有大马塘湿地调节,不会对下游农业灌溉和生态环境造成不良影响。
(3)会仙河引水工程
会仙河位于湿地西部边缘,雨季洪水暴涨,加上河道狭窄、拦河坝众多而洪水排泄不畅,部分洪水通过地形低洼沟谷或人工修建的引水渠道汇入湿地中心(主要是睦洞湖、分水塘和莲塘),使湿地成为会仙河的重要泄洪区。但是,在枯水季节,会仙河流量较小,并且沿河修建的众多拦河坝拦截或抽水提灌主要用于灌溉周边农田,为湿地补水流量有限。本工程计划在会仙河睦洞—莫家河段原有的拦河坝、提灌站和引水渠道系统的基础上,通过加高、加固拦河坝、维修或拓宽引水渠道,进一步加大引水量和提高引水入湿地的效率,重点是在农闲时节引水补给湿地。而在农业灌溉季节,即便因河水流量小不能有效增加对湿地水量的补给,也能提高湿地周边农田的灌溉用水量,减少湿地周边农业对湿地灌溉用水的需求。
由于会仙河枯水季节流量有限,本工程仅作为湿地补水的辅助工程措施。但如果能在会仙河上游(非碳酸盐岩分布区)修建或扩建蓄水工程,提高会仙河枯水季节流量,则本工程可以发挥更大作用。
D. 湿地修复的总体布局
会仙岩溶湿地的保护与修复、开发是一个大型、综合的生态工程。根据以上确定的湿地保护与修复的目标、原则,会仙岩溶湿地的修复应优先考虑湿地的生态价值,以保护桂林城市之“肾”为前提,在保证会仙岩溶湿地生态系统功能得到良好修复的前提下,综合考虑历史文化和景观保护与修复、旅游经济开发、绿色产业开发等各个方面,按照实现多目标“共赢”的思路,形成“一个中心,五大工程,八个园区”的整体规划布局(图 6-1),即规划建设会仙岩溶湿地管理与服务中心,实施湿地保护、水系统修复、生态修复与生态景观美化、科学文化工程和生态旅游开发工程,8个园区包括湿地主题园区(含睦洞湖、督龙塘沼泽、八仙湖和分水塘、冯家沼泽)、九头山岩溶水调蓄区、清水江河流沼泽景观区、狮子岩科学研究示范区、分水塘湖泊沼泽与古文化保护区、大马塘水质生态净化试验区、督龙水产养殖试验区、湿地周边(渣塘底—莲塘,秦塘—芬塘)生态经济综合开发区。其中,湿地保护工程和水系统修复工程是关键。
一、会仙岩溶湿地管理与服务中心
此中心集湿地管理与旅游开发服务于一体。为了减少对湿地原始生态的破坏与环境污染,建设地点选择在临桂县会仙镇,建设集住宿、餐饮、娱乐、购物为一体的旅游休闲服务体系。建立由广西及桂林市林业、水利和农业、旅游部门联合组建的管理机构,按照对湿地生态环境容量的评价,实施对湿地的保护与建设、水资源管理和调度、湿地生物资源保护与开发、旅游开发与服务及科学文化研究等职能。
二、五大建设工程
1.湿地保护工程
指对岩溶湿地进行有效的保护和管理,使现存湿地避免遭受人类活动的进一步破坏。目前,会仙岩溶湿地现存面积进一步缩小,现存水域面积不足5km2,现存面积较大的连片湿地(湖泊、沼泽)有睦洞湖、八仙湖、神龙沼、冯家沼、分水塘、寺湖、莲塘、渣塘底、九头山水草地和清水河沿岸沼泽等。这些湿地也在不断遭受蚕食,面积逐步变小,趋于消失,对其进行有效的保护意义重大。湿地保护的具体措施包括:
· 制定合理的湿地保护法规或条例、办法,严禁毁湿开荒垦殖或开挖(围)鱼塘、放牧或乱砍滥伐、破坏湿地植被、污染湿地的行为;加强湿地保护的宣传、普及教育,提高国民素质和对湿地保护的意识,增强对湿地保护的自觉性和责任心。
● 建立会仙岩溶湿地自然保护区。根据会仙岩溶湿地现状,分别划分出近期和中长期的保护区范围,圈定保护区边界。近期的保护区范围应包括睦洞湖、分水塘、八仙湖、寺湖、九头山水草地和清水河沿岸沼泽和冯家沼等;中长期保护区范围应结合退耕(塘)还湿,逐步扩大到莲塘、渣塘底、督龙塘、神龙沼、秦塘-芬塘河湖沼泽等。
图6-1 会仙岩溶湿地核心区生态修复与开发规划图
● 逐步实施退耕(包括耕地、鱼塘和养殖场)还湿。首先完成睦洞湖、分水塘、督龙塘和九头山、清水河沿岸的退耕(鱼塘和养殖场)还湿工作,恢复湿地自然水域,并落实相应的补偿措施或建立相关的保障机制,在扩大保护区范围的同时,确保保护区群众利益。
● 对湿地核心区或关键地段,逐步实施异地安置,或通过技术培训引导当地群众进入技术、劳动密集型产业、服务行业或提供湿地开发中的相关服务岗位等措施,进行分流,减少工业、农业生产对湿地的破坏,为湿地生态修复提供良好的环境。
2.湿地水系统修复工程
湿地水系统修复工程是湿地生态系统修复的前提和重要保障。针对会仙岩溶湿地水资源短缺,尤其是每年9月到次年2月的严重季节性缺水导致湖泊水面萎缩、沼泽枯竭、河水断流并造成生物多样性受到严重威胁的现实,将会仙岩溶湿地水系统修复工程规划为保水蓄水和补水两大部分。前者拟通过在湿地内分地段建设梯级拦洪坝(包括建立中—大型调蓄型水利工程)或回填开挖沟渠,恢复原有地形地貌,配合退耕(鱼塘)还湿,拦洪蓄水,增加湿地枯水季节的水资源保有量,提高地表与地下水位;后者设计修复已有的西干渠马面支渠引清狮潭水补给湿地和新建(改建)渠道引太平河水给湿地补水以提高湿地水位,扩大湿地水域面积,改善湿地地表水循环。
3.湿地生态修复与生态景观美化工程
湿地生态修复拟通过改善湿地植物生存环境,恢复现有湿地植被的群落结构,扩大主要植物分布面积,并按照稀缺性、优先性原则,建立植物修复试验区,通过保护—种植试验—推广的方式,优先保护和恢复对湿地具有重要价值的典型濒危、稀有植物,如野生稻、中华水韭等国家一、二级保护植物;设置湿地植物的功能分区(如湿地植物保护区、湿地经济植物开发区、湿地植被景观区、特色生态功能试验与示范区等);合理规划湿地植物布局,实现湿地生物群落的优生、共生和三维景观的美化,促进生态功能与生态景观美化的结合及生态景观建设与历史文化景观的融合、协调。
4.科学文化工程
在会仙岩溶湿地核心区冯家村附近建立湿地生态保护与修复科学研究与试验示范基地,开展湿地的长期科学观测、湿地生态环境及濒危动植物资源的保护和湿地生态修复关键技术与模式研究,为会仙岩溶湿地修复提供技术支撑。同时,建立湿地科学研究实验与培训大楼,普及湿地知识、生态保护与文化知识,传授农业种植知识等,将基地建设成为联合国教科文组织国际岩溶研究中心及国内外大专院校的国际学术交流、国际岩溶技术培训、研究生培养和科学普及的基地,推动会仙岩溶湿地尽快纳入国家、世界重要湿地名录。
基地建设完成后,形成的濒危植物保护园、岩溶地区特色植物园、果园和岩溶洞穴还可作为旅游观光、休闲度假的景点。
5.生态旅游开发工程
包括旅游基础设施的建设、文化古迹的修复与旅游景点开发等。
(1)旅游基础设施的建设
旅游基础设施与园林的建设应按照湿地总体规划框架实施,以不破坏自然生态为原则。为使湿地免受人为破坏和污染水质,湿地旅游综合服务设施(包括宾馆、饭店和娱乐场所)应规划建设在湿地边缘的会仙镇政府所在地,集中建设集住宿、餐饮、娱乐、购物为一体的旅游休闲服务体系,以便同时带动周边经济发展和调整农村产业结构。此外,重点建设连通规划中各旅游景点的环睦洞湖旅游公路,新建分水塘、毛家、西官庄和龙山旅游码头,在龙王庙旧址建设龙山山顶观光亭等。
(2)文化古迹保护、修复与旅游开发
湿地历史文化古迹修复是在对湿地内文化古迹的全面、详细调查,制订统一规划和开展详细设计的基础上,实施全方位的保护,并有选择性地在重点地段对被损毁的重点文化古迹进行修复和开发。文化古迹的旅游开发要重点挖掘其丰富的民俗风情和历史内涵、深厚的文化底蕴,提升景点的科学文化价值。重点修复以下具有重要历史、文化和旅游开发价值的历史文化古迹:
古桂柳运河(相思埭):重点修复分水塘—睦洞湖古运河段(包括清淤、维修破损渠道,恢复该古运河段的桥梁、陡门),恢复分水塘蓄洪保水与调蓄能力,修复或再建作为古桂柳运河(相思埭)指挥调度中心的龙王庙和总陡、东陡、西陡,恢复其作为古运河的水资源调度功能,使分水塘、睦洞湖、督龙塘和八仙湖成为连接一体的湿地主题公园。通过恢复古运河局部航道、再现古运河文化,建成连接四大湖、塘和狮子岭地下河、湿地科研基地,集湿地生态、古文化旅游观光于一体的湿地主题公园水上旅游环线。
龙头山古庙:重建位于睦洞湖湖区中心的龙头山山顶的古庙宇和观景台、登山台阶、道路、泊位等,为游客登山了望湿地全景提供良好的环境;恢复龙头山植被(包括种植景观林),并通过详细的地质历史研究与考察,增加湿地形成环境的地质旅游景点。
名人故居:对位于临桂四塘乡的陈家大院(陈宏谋、陈继昌故居)、陈家祠堂以及白崇禧故居实施保护性修复,恢复这些文化遗迹的原貌,挖掘其深厚的传统文化内涵、民族文化遗产,争取将其尽快列入广西壮族自治区和国家文物保护名单,同时,美化周边环境,为生态文化旅游创造良好的文化氛围。
总之,会仙岩溶湿地的保护、开发要在对湿地旅游资源综合评价和规划的基础上,以水系统修复为主线,以湿地生态功能的恢复和改善为主要目标,实现生态、经济、社会的协调和可持续开发。湿地的开发以生态产业为主导,以湿地的自然风光和以古桂柳运河文化古迹的开发为主线,充分挖掘后者的历史文化蕴涵和注重湿地湖色山光、田园风光与岩溶景观(地表、地下)的有机结合,使湿地成为山青、水秀、空气清新的岩溶湿地生态园区,以此带动湿地及周边的生态旅游观光和休闲、度假、科学普及与科学研究工作。
以下重点对湿地水系统修复工程、湿地生态修复与生态景观美化工程和科学文化工程进行讨论。
E. 地表生态系统生态环境效益评估方法
6.2.1 地表生态系统总效益评估方法
6.2.1.1 地表生态系统总生态环境效益评估程序
根据前面的研究,地表生态系统总生态环境效益评估程序可用图6.1表示:
图6.1 生态系统服务价值评估程序
Fig.6.1 Ecosystem service value evaluation proceres
6.2.1.2 地表生态系统总效益分类与分析
本研究主要针对河南受水区的水土保持林生态系统、城市绿地生态系统和湿地生态系统进行生态环境影响效益评估。其中,水土保持林生态系统的生态环境效益主要包括土壤保持、固碳释氧、净化大气环境等;城市绿地生态系统的生态环境效益主要包括土壤保持、固碳释氧、净化大气环境、水源涵养、调节小气候和杀菌等方面;湿地生态系统的生态环境效益主要包括水资源调节、水质净化、大气调节等方面。
6.2.1.3 地表生态系统生态环境总效益评估方法
根据已有研究,提出南水北调中线一期工程对受水区带来的生态环境效益及其价值计算公式。本研究区生态环境影响效益总价值可用式(6.1)表示:
南水北调中线工程河南受水区生态环境效益评估
式中:B为区域生态环境影响效益总价值;Bij代表第i类典型生态系统第j项生态环境效益价值;Dij代表第i类典型生态系统第j项生态环境效益的单位价值;Ai代表第i类典型生态系统的面积;Cij为单位面积第i类典型生态系统每年产生的第j种生态环境效益的能力;Sij为在利用市场价值法或非市场价值法等计算第i类典型生态系统产生的第j种生态环境效益时,采用的替代价格或成本。式(6.1)是总体思路,具体到每种生态系统服务价值的计算时,因生态系统服务本身的特点,本书选取了多种具体计算方法。
地表生态系统主要针对受水区的水土保持林生态系统、城市绿地生态系统和湿地生态系统进行生态环境影响效益评估。将水土保持林生态系统、城市绿地生态系统和湿地生态系统生态环境效益分别表示为B1、B2、B3,则有如下公式:
南水北调中线工程河南受水区生态环境效益评估
总的来说,生态环境效益物质量的评估方法比较一致,物质量评价方法在后面具体介绍;生态环境效益价值量的评估方法比较灵活,且结果具有可加、可比性。受水区生态环境效益的货币价值一律通过物价指数换算折合为按 2005年价格标准价计算的价值。“5.1.6”中,对生态系统服务价值评估的方法作了介绍,本书根据这些方法的适用性结合研究区内生态系统特点,提出了对应的价值量评价方法。价值量评价方法主要运用了影子价格法、影子工程法、机会成本法和费用分析法,具体的价值量评价方法如下:
(1)影子价格法
如“5.1.6”所述,经济学家利用替代市场技术,先寻找“环境商品”的替代市场,再以市场上与其相同的产品价格来估算该“环境商品”的价值,这种相同产品的价格被称为“环境商品”的“影子价格”。影子价格法的数学表达式为:
南水北调中线工程河南受水区生态环境效益评估
式中:V为生态系统某项服务的价值;Q为该项服务的量;SP为该项服务的影子价格。
例如,评价水土保持林提供氧气的经济价值时,先计算出水土保持林每年提供氧气的总量并假设这些氧气可用于市场交换,再以氧气的市场价格作为“影子价格”,计算出水土保持林提供氧气的经济价值。碳税法是将生态系统每年固定CO2的量乘以碳税的影子价格,从而得出生态系统固定CO2价值的一种方法,也属于影子价格法。另外,本研究在计算净化空气效益时也采用本方法进行评估。
(2)机会成本法
机会成本指的是在其他条件相同时,把一定的资源用于生产某种产品时所放弃生产另一种产品的价值,或利用一定的资源获得某种收入时所放弃的另一种收入。本研究在林地或绿地固持土壤效益中采用了机会成本法。
(3)费用分析法
用恢复或防护一种资源不受污染所需的费用来作为环境资源破坏带来的最低经济损失,即恢复费用法和防护费用法。
本书运用了费用分析法中的恢复费用法来评估林地或绿地保持土壤肥力的能力。林地破坏的直接后果之一就是随着水土流失,损失了土壤中的养分。为了恢复流失掉的土壤养分,可以通过施用化肥的办法进行补偿,则所施用的化肥的数量乘以化肥的市场价格之积,就可以作为林地或绿地保持土壤肥力的价值。
(4)影子工程法
又称替代工程法,是恢复费用法的一种特殊形式。影子工程法是在生态系统遭受破坏后人工建造一个工程来代替原来的生态系统服务功能,用建造新工程的费用来估计环境污染或生态破坏所造成的经济损失的一种方法。其数学表达式为
南水北调中线工程河南受水区生态环境效益评估
式中:V为生态系统某项服务的价值;G为替代工程的造价;Xi为替代工程中i项目的建设费用。
当生态系统生态效益的价值难以直接估算时,可借助于能够提供类似功能的替代工程或影子工程的费用,来替代该环境的生态价值。如绿地具有涵养水源的功能,这种生态系统服务功能很难直接进行价值量化。于是,可以寻找一个影子工程,如修建一座能储存与绿地涵养水源量同样水量的水库,则修建此水库的费用就是该绿地涵养水源的生态服务价值。另外,在绿地防止泥沙滞留和淤积的效益时也运用了此方法。
地表生态系统生态环境效益具体评估方法如下:
6.2.2 水土保持林生态环境效益评估方法
根据国家林业局颁布的《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T 1721—2008),森林生态系统服务功能主要包括森林在涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境、森林防护、生物多样性保护和森林游憩等方面提供的生态服务功能;森林生态系统服务功能评估即对森林服务功能开展的实物量与价值量的评估。
本研究中的水土保持林是指南水北调中线一期工程实施过程中,为保护环境在干渠沿线实施的水土保持措施中增加的水土保持林。由于南水北调中线一期工程的水土保持林是线性分布在供水线路两侧,沿线长度较长,但并未形成大片林地,涵养水源作用对于线形的防护林来说并不突出,故不考虑其涵养水源的效益。另外,根据研究目的,本研究探讨的仅是南水北调中线一期工程实施后,对河南受水区带来的生态环境方面的效益,故不考虑其积累营养物质、森林防护、生物多样性保护和森林游憩等方面的功能。经分析,本研究仅探讨水土保持林的土壤保持、固碳释氧、净化大气环境三方面的生态环境效益,其评估指标如图6.2所示。评估即对水土保持林生态系统的实物量与价值量进行评估,评估方法和单位价值量参考《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T 1721—2008),不足部分结合国内相关区域研究成果进行补充。
图6.2 水土保持林生态环境效益评估指标体系
Fig.6.2 Index system of ecological environment benefit evaluation of soil and water conservation forest
水土保持林生态环境效益(B1)主要包括土壤保持(B11)、固碳释氧(B12)、净化大气环境(B13),用公式可表示为
南水北调中线工程河南受水区生态环境效益评估
具体评估方法如下:
6.2.2.1 土壤保持效益
水土保持林土壤保持效益(B11)主要包括固持土壤效益、保肥效益及防止泥沙滞留和淤积效益,评估方法如下:
(1)固持土壤效益
A.固持土壤实物量
南水北调中线工程河南受水区生态环境效益评估
式中:B11实为林分年固土量,t/a;A1为水土保持林面积,hm2;C11为单位面积林地每年防止土壤侵蚀的能力,取值为11.11t/hm2。
B.固持土壤价值量
南水北调中线工程河南受水区生态环境效益评估
式中:B11价为固持土壤效益值,万元/a;ρ为土壤容重,取1.39t/m3;B11实为林分年固土量,t/a;根据土壤侵蚀量和土壤耕作层的平均厚度来推算土地面积减少面积。以我国耕作土壤的平均厚度h=0.5m作为林地的土层厚度,则可计算出每年可能保持的土壤面积S,hm2。根据调查,我国林业生产的平均收益取S11=263.58元 /hm2/a,对林地采用其生产的机会成本,即可估算林地固持土壤的经济价值。
(2)保肥效益
A.减少养分流失量
南水北调中线工程河南受水区生态环境效益评估
式中:
B.保肥效益价值量
南水北调中线工程河南受水区生态环境效益评估
式中:
(3)防止泥沙滞留和淤积的效益
A.防止滞留和淤积的泥沙量
据统计,全国土壤侵蚀流失的泥沙有24%淤积于水库、河湖,则水土保持林防止滞留和淤积的泥沙量可用式(6.10)表示:
南水北调中线工程河南受水区生态环境效益评估
式中:
B.防止泥沙滞留和淤积的价值量
南水北调中线工程河南受水区生态环境效益评估
式中:
6.2.2.2 固碳释氧效益
固碳释氧效益(B12)指水土保持林固定CO2和供给O2的经济价值。
(1)固碳释氧实物量
根据植物光合作用方程式,植物形成1t干物质需要1.63t CO2,放出1.2t O2。据测定,中国北方森林的CO2吸收率为l12=13.6t/hm2。用公式表示为
南水北调中线工程河南受水区生态环境效益评估
式中:B12实为固碳释氧实物量,t/a;A1为增加的水土保持林面积,hm2。
(2)固碳释氧价值量
南水北调中线工程河南受水区生态环境效益评估
式中:B12价为固碳释氧效益值,万元/a;S12为固碳价格,采用瑞典碳税率,即S12=1200元/t;
6.2.2.3 净化大气环境效益
(1)吸收污染物和滞尘效益(
吸收污染物和滞尘效益主要包括吸收有害气体SO2的效益(B131)、吸收氟化物的效益(B132)、吸收氮氧化物的效益(B133)和吸收粉尘的效益(B134)。
A.吸收污染物和滞尘的实物量(
南水北调中线工程河南受水区生态环境效益评估
式中:B13实′为吸收污染物和滞尘的实物量,kg/a;A1为增加的水土保持林面积,hm2;C131为单位面积林地吸收SO2 的能力,据《中国生物多样性经济价值评估》中的数据,阔叶林吸收SO2平均值为88.65kg/hm2,针叶林吸收SO2 平均值为215.60 kg/hm2,本书取其较小值88.65 kg/hm2;C132为单位面积林地吸收氟化物的能力,据北京市环境保护科学研究所测定,阔叶林和常绿树吸收氟化物平均值分别为4.65kg/hm2、0.50 kg/hm2,本书取其较小值0.50 kg/hm2;C133为单位面积林地吸收氮氧化物的能力,据测定,当氮氧化物的发生量为1067000t时,森林的吸收量为6.0 kg/hm2;C134 为单位面积林地吸收粉尘的能力,据《中国生物多样性经济价值评估》中的数据,针叶林的滞尘能力为33.2t/hm2,阔叶林的滞尘能力为10.11t/hm2,本书取其较小值10.11t/hm2。
B.吸收污染物和滞尘的价值量(
南水北调中线工程河南受水区生态环境效益评估
式中:
(2)降低噪音效益(
目前对森林生态系统降低噪声价值的估算方法是以造林成本的15%计,本研究也以此作为估算减弱噪声效益的标准。用公式表示为
南水北调中线工程河南受水区生态环境效益评估
式中:
6.2.3 城市绿地生态环境效益评估方法
城市绿地生态系统的生态环境效益(B2)主要包括土壤保持(B21)、固碳释氧(B22)、净化大气环境效益(B23)、水源涵养(B24)、调节小气候(B25)、杀菌(B26)等方面。前3种生态环境效益评估方法与水土保持林生态系统类似,下面仅介绍后3种生态环境效益评估方法。
(1)水源涵养效益(B24)
A.水源涵养实物量
涵养水源的物质量可以由受水区城市绿地面积和单位林地的水源涵养能力得出:
南水北调中线工程河南受水区生态环境效益评估
式中:B24实为受水区城市绿地生态系统水源涵养量,m3/a;Ai为引江水可保育的某一城市的绿地面积,hm2;C24为单位面积城市绿地每年的水源涵养能力,据调查可以取值为1105m3/hm2。
B.水源涵养价值量
南水北调中线工程河南受水区生态环境效益评估
式中:B24价为受水区城市绿地生态系统水源涵养效益值,万元/a;S24为影子工程成本,采用目前的单位库容造价,根据 1993~1999年《中国水利年鉴》平均水库库容造价为 2.17 元/t,计算当年价格指数为 2.816,则单位库容造价为6.11 元/t。
(2)调节小气候效益(B25)
城市植被改善小气候效应最明显表现在降温和增湿两方面。综合国内外研究情况,绿化能使局地气温降低3~5℃,最大可降低12℃,增加相对湿度3%~12%,最大可增加33%。用公式表示为
南水北调中线工程河南受水区生态环境效益评估
式中:B25为调节小气候效益值,万元/a;Ai 为引江水可保育的某一城市的绿地面积,hm2;CS25为城市绿地生态系统每年调节气温的影子价格,取78019元/hm2。
(3)杀菌效益(B26)
杀菌效益的评估方法采用《北京市森林资源价值》一书中的估算方法,即北京市森林资源杀菌效益占总环境效益的1%。用公式表示为
南水北调中线工程河南受水区生态环境效益评估
6.2.4 湿地生态环境效益评估方法
湿地生态系统的生态环境效益主要包括水资源调节、水质净化、大气调节等功能。用公式表示为
南水北调中线工程河南受水区生态环境效益评估
式中:B3为湿地生态系统效益值,万元/a;A3为北调水可保育的湿地面积,hm2;CS3 为湿地每年能产生的公益价值。根据Costanza的研究并结合国内关于湿地生态服务功能的研究成果,同时考虑到研究区湿地生态系统的具体特征,CS3 为122715.5元/hm2,这里以此作为研究区湿地生态系统的单位价值。
F. 湿地面积hm2
1.B 2.C
G. (二)河流湿地修复工程生态修复技术
根据湿地的构成和生态系统特征,湿地的生态修复可概括为:湿地生境修复、湿地生物修复和湿地生态系统结构与功能修复三个部分,相应地,湿地的生态修复技术也可以划分为三大类:
1.湿地生境修复技术
湿地生境修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。湿地生境修复包括湿地基底修复、湿地水状况修复和湿地土壤修复等。湿地的基底修复是通过采取工程措施,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。基底修复技术包括湿地基底改造技术、湿地及上游水土流失控制技术、清淤技术等。
湿地水状况修复包括湿地水文条件的修复和湿地水环境质量的改善。夹河湿地水文条件的修复是通过疏通水系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。需要强调的是,由于水文过程的连续性,必须严格控制水源河流的水质,加强夹河上游及相关支流的生态建设。土壤修复技术包括土壤污染控制技术、土壤肥力修复技术等。
2.湿地生物修复技术
该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、群落演替控制与修复技术等。
3.生态系统结构与功能修复技术
该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。湿地生态修复技术的研究既是湿地生态修复研究中的重点,又是难点。
基于工艺经济、技术稳定、管理简便的设计原则,综合考虑生态保护与水质净化相协调、环境效益和经济效益并重、湿地建设和农村产业结构调整相统一,根据夹河的地形地貌特征,来确定湿地生态修复工程方案。在全面查清夹河湿地资源本底和环境状况的基础上,重点保护好现有湿地资源和湿地环境,局部疏浚淤积湿地,实施退耕还湿工程,修复湿地植被,加强保护设施建设,为夹河湿地的全面保护和持续发展奠定基础。
湿地生态修复工程首先是对水域实施疏浚连通工程,增加湿地水域面积,增加湿地蓄水量。其次,对水域土驳岸和混凝土护岸实施生态护坡和湿地植物栽种工程,主要为生态护坡、栽种湿地植物,形成河道滞留塘,在保证河流水质净化效果的基础上兼顾景观开发。
4.湿地建设的主要工艺方案
该方案本着既要保障河水水质安全,又要促进经济发展和社会稳定原则,在河流综合整治过程中需采取科学的治污之路,即从流域内每一条汇水河流入手,按照目标、总量、项目、投资四位一体的小流域控制思路,实施“治”、“用”、“保”并举策略,综合运用经济、法律、科技和必要的行政手段,注重发挥市场机制、宏观管理机制和公众参与机制的作用,全面推进流域内经济结构调整、城市环境基础设施建设、清洁生产、污染治理、污水资源化、生态保护和建设等各项工作,扎实推进流域污染综合治理。
所谓“治”,即污染治理。是指以循环经济理念和工业生态学为指导,综合采用结构调整、清洁生产、末端治理、环境基础设施建设、面源污染治理、清淤疏浚等全过程污染防治措施,解决流域内环境污染问题。
所谓“用”,即行政辖区内水资源的充分循环。是以节水为基础,因地制宜,分类指导,充分利用闲置荒地及废弃河道,建设中水调蓄设施,合理规划污水回用工程,最大限度地实行水资源的流域内循环,减少污水排放量。
所谓“保”,即流域生态修复与功能强化。是在污染治理和污水资源化的基础上,采用湿地建设、水土保持、小流域开发治理、自然保护区建设等生态修复、重建技术,对流域的生态恢复过程进行强化,使之向提高自净能力、改善水质与生态环境、恢复自身应有生态功能的有利方向尽快转变。
从治理技术的内在属性和特点上来讲,污染河流的净化技术一般分为物理/化学技术和生物/生态技术。
物理/化学技术是目前在城市河道治理中比较常用的应急技术,主要有河道曝气、底泥疏浚、引水冲污和投加化学药剂等。物理/化学技术短期效果好,但是费用高,只能处理小型河流或者景观价值较高的河流,对环境有一定的副作用,生态效果不理想,难以长期应用。
生物/生态技术目前主要有生物过滤、人工湿地、滞留塘、多自然河道和植物浮床等。
(1)生物过滤技术
生物过滤技术属于污染河流的强化治理技术,特别适合于严重污染河流支流的水质净化。生物过滤技术结合了生物膜的降解特性和填料的过滤作用,既具有生物膜处理技术的处理效率和抗冲击负荷较高的特点,又具有过滤技术的稳定性(对不同种类及大小的污染物,在不同环境条件下都具有一定的去除能力),技术的适用性和持续性比较强;生物过滤技术还可以通过对运行条件的调整,实现多种污染物去除功能(如脱氮除磷等)。
(2)强化人工湿地技术
湿地是陆地和水体之间的过渡地带,具有独特的生态结构和功能,是自然环境中自净能力很强的区域之一。人工湿地可以利用天然或人工构筑水池或沟槽,在底面铺设防渗层,并充填一定深度的土壤和填料组成填料床,表面种植一些生长快速的耐水植物(如芦苇、香蒲等),形成一个含多种基质和生物的独特生态环境。因而人工湿地是一种良好的污染河水的生态净化技术。
根据水流方式,人工湿地可以分为潜流(SSF)和表面流(FWS)两种。其净化机理主要有:①过滤和沉降;②吸附和离子交换;③污染物的降解;④植物对营养物质的吸收;⑤对病原体的灭活。
表面流湿地类似于天然沼泽湿地,污水在人工湿地床体的表层流动,水位较浅,一般在0.1~0.6m左右。这种类型的人工湿地具有投资少、操作简单、运行费用低等优点。缺点是占地面积大,水力负荷低,去污能力有限,受气候影响较大,夏季会孽生蚊蝇、散发臭味。除了改善水质外,表面流人工湿地还给人们提供美学价值和为水生野生动植物提供栖息地的功能。表面流人工湿地常用于湖泊、河流的水质净化与生态修复。
在潜流湿地系统中,污水在湿地床体内部流动,可以充分利用基质层表面生长的生物膜、丰富的植物根系及基质截留等作用,有效延长水力停留时间,提高湿地系统的处理效果和处理能力,同时由于水流在土壤层以下流动,故具有保温性较好,处理效果受气候影响小、卫生条件较好等优点,是目前研究和应用较多的一种湿地系统。相对于表面流湿地,潜流型人工湿地存在易阻塞、管理复杂,投资较高及环境友好型较差等缺点。
在具体的应用中,可以通过选择不同的基质(土壤和填料),根据实际情况种植不同的植物,利用系统中不同基质、植物、微生物和动物形成的独特生态环境,对污染河水进行净化。
(3)滞留塘技术
滞留塘技术在国外的应用和研究最早出现于20世纪60年代,并逐渐受到重视。在美国、加拿大、日本等国已大规模应用于控制暴雨径流污染和污染河流的自净能力强化,并形成了成熟的应用技术,获得了大量的设计、运行和管理经验和参数。在国内也有很多类似的河道稳定塘应用,河流滞留塘技术通过直接在河床上建堰拦水,可以延长河水在单位距离上的停留时间,促进颗粒污染物的自然沉降,提高河水的透明度;可以利用河滩、河岸以及塘内的植物吸收和微生物吸附降解作用,降解河水中的有机污染物,削减氮磷等诱发水体富营养化的物质;可以利用拦水堰上的跌水,加强河水自然复氧,最终提高单位距离上的河流自净能力。河流滞留塘技术相对易于实施,管理简单,比较适合于河滩宽阔的小型河流的污染治理和修复。
(4)多自然型河道技术
“多自然型生态河道”即指“多种动植物及微生物可以共存、繁殖的河道”。构建多自然型的生态河道主要通过河道环境条件的天然模拟和强化,在再生河道生物群落的同时,创造良好的生态环境与自然景观。
天然河道是一个复杂的生态系统,由不同的生物群落所组成。河道物理结构广义上可分为:水体的河床部分(水生生物区)、河滩部分(水交换区,两栖区)和受水影响的河岸区。构建多自然型的生态河道,即从这三个层次上通过环境条件的天然模拟和强化,营造适于各种生物栖息繁衍的环境条件,再生各种生物群落,恢复和强化河道的自净能力,重建河道良好的生态系统。
(5)植物浮岛技术
生物浮岛技术是利用生态工程学原理,在受污染河道,用木头、泡沫等轻质材料搭建浮岛,以浮岛作为载体,在水面上种植植物,构成微生物、昆虫、鱼类、鸟类、植物等自然生物栖息地,形成生物链来帮助水体恢复,降解水体的COD、氮、磷的含量,主要适用于富营养化及有机污染的河流。除此之外,还具有为生物提供生息空间,改善景观以及消波护岸的功能。生物浮岛依据浮岛植物是否和水接触分为干式浮岛和湿式浮岛两种。
植物浮岛技术的核心是将植物种植于水体水面上,利用植物的生长从污染水体中吸收大量污染物质(主要为氮、磷等营养物质),并通过收获植物体的方法将其搬离水体。还可以在植物根部放置软性填料,进一步促进植物生长,去除水中污染物质。
生态浮岛可就地处理河流,工程量小,投资省;处理效果好,自然景观和谐;实现资源持续利用;使用寿命长,维护简单;避免重复污染,重复治理,实现一次投资长期受益。2002年6~11月和2003年5~10月在北京永引渠罗道庄桥上游设置了5000m2的生物浮岛,所植物种为美人蕉、旱伞草,取得了较好的水质修复效果,同时营造出美好的景观效果。但是植物浮岛技术费用较高,且适用性有所限制。
(6)生态护坡技术
河道走廊的生态修复延伸到水环境综合整治中,生态护坡以保护和创造生物良好的生存环境和自然景观为前提,在再生生物群落的同时,建设具有设定抗洪强度的河流护堤工程,能够提高水系功能和改善水的质量,把受人类严重干扰和破坏的河道修复成为水体与土壤、水体与生物相互涵养,适合生物生长的近自然状态的河道。因而,生态护坡技术在水环境综合整治中逐步得到了应用和发展。
(7)其他
包括投加生物制剂和生物操纵法等,主要是通过在人工条件下强化微生物对污染物质的降解能力,来达到净化水质的目的。
生物/生态技术的主要优点:
1)基建、运行费用低,管理方便,经济可行。生物/生态技术可以利用太阳能作为污染净化系统的能源,通过微生物和动植物的自然生长来降解、吸收、转移河水中的污染物,较少需要输入人工的能源和物质。其次,微生物和动植物在一定条件下都能按照一定规律自行生长繁殖,发挥水质净化作用,较少需要人为管理以维持净化系统的运行。
2)副作用小,对环境没有危害或者危害很小。生物/生态技术利用自然界原有的或者经过略微改造的生物,而非人工物质来净化河水,环境相容性好,不存在对环境的二次污染。稳定的河水生物/生态净化系统其内部的物质转换和能量流动处于平衡状态,各种生物之间相互依存,相互制约,不容易对外界环境造成冲击。
3)能自我调整,适应环境的变化。微生物有很强的变异能力,植物也具有一定的自我调节能力,因此当河水的污染物发生改变时,生物/生态技术在一定程度上仍旧能够发挥水质净化作用,同一种技术对不同类型的河流水质污染有较好的适用性。
4)可与亲水景观建设相结合,外在表现形式自然亲切,更富人性化。生物/生态技术利用天然的生物,而非人工的化学物质或机械等来净化河水,能较为容易地与原有自然环境相融合。
由于具有以上优势,生物/生态技术在污染河流治理中得到越来越多重视和实际应用。目前实施人工湿地和滞留塘技术对受损河道进行生态修复和水质净化已逐渐推广起来。
人工湿地水质净化工程的建设,是流域“治、用、保”综合治理思路的关键环节之一,也是净化流域内污染物的最后一道屏障。人工湿地水质净化工程建设的成败,直接关系到能否实现流域水质的目标。
H. 人工湿地规模按人均多少算
人工湿地是一种低负荷的系统,
我国北方0.2~0.5 m3/m2.d,南方0.4~0.8 m3/m2.d。
用水量,
城市里一般在0.1~0.15m3/日,
农村生活水用量一般0.05~0.08/日,平均0.06m3
北方地区取小数,南方取大数。
根据这个你就可以实际情况计算。
I. 湿地面积88×104 km2怎么理解,是88个面积超过104km2的湿地吗
88和104分别表示。这块湿地面积的长和宽的km数所以湿地的面积应该是。9152km2
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J. 某湿地公园面积很大,怎样知道它的面积S呢测绘人员采用一种“称地图,算面积”的转换测算方法.(地图
(1)硬纸板的厚度和质量必须均匀;
(2)从硬纸板上剪下样品,用天平称出其质量;
(3)再剪一个形状规则的样品,为了便于测量面积;
(4)设硬纸板的密度为ρ,厚度为h,则“地图”的密度:
ρ=
M图 |
s图h |
m样 |
hs样 |
M图 |
m样 |
M图 |
m样 |
M图 |
m样 |