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1 生態(tài)水利工程的概述
1.1生態(tài)水利工程的概念
水利工程是一項要依賴許多重要的的工程力學(xué)的工程項目,而生態(tài)水利工程的側(cè)重點(diǎn)就不僅在這些傳統(tǒng)的體系建設(shè),而是在水利工程建設(shè)的基礎(chǔ)上考慮更多有關(guān)水利工程建設(shè)對其周圍生態(tài)環(huán)境造成的一系列影響,所以會結(jié)合一定的生態(tài)學(xué)理論和工程建設(shè)的部分方法,所以可以說一門綜合性的工程體系。
1.2生態(tài)水利工程的分類
生態(tài)環(huán)境主要可分為兩大類,包括像三峽工程這樣的防洪水利的工程,以及像小浪底工程這樣的農(nóng)田水利的工程。
1.3生態(tài)水利工程的特點(diǎn)
生態(tài)水利工程有以下特點(diǎn):首先,生態(tài)水利工程有較強(qiáng)的綜合性,它能把許多單個的水利項目相互聯(lián)系起來在形成一個系統(tǒng),而系統(tǒng)內(nèi)部之間又是互相制約而又不可分割的,同時工程的建設(shè)也會聯(lián)系到其他的經(jīng)濟(jì)建設(shè)類項目工程[1];其次,生態(tài)工程建設(shè)必然要聯(lián)系到生態(tài)環(huán)境,所以對從前項目建設(shè)都會忽略掉的江海河流的環(huán)境以及生態(tài)氣候都會加以關(guān)注,對生態(tài)環(huán)境發(fā)揮更好的作用;再者,生態(tài)水利工程的建設(shè)由于會考慮到很多因素,并且工程建設(shè)的難度也會很大,是對傳統(tǒng)水利建設(shè)的挑戰(zhàn),因而所需要的建設(shè)資金也會更多。
1.4生態(tài)水利工程的功能
而關(guān)于生態(tài)水利工程的功能也作如下介紹:首先最重要的一點(diǎn),生態(tài)水利的建設(shè)必然會產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益,因為可以利用水利建設(shè)中的防洪期來發(fā)電,還可以發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)和旅游業(yè)等;其次,生態(tài)水利工程會更好的利用水資源,因為蓄水能力的增強(qiáng)可以更好的利用到農(nóng)業(yè)發(fā)展以及自來水行業(yè)等,還可以再干旱的時期滿足人畜的正常飲水以及農(nóng)業(yè)應(yīng)用。所以在生態(tài)方面來說,生態(tài)水利工程起到了調(diào)節(jié)的作用,是人類在水資源的需求上達(dá)到一個平穩(wěn)的狀態(tài),還可以調(diào)節(jié)作用工程項目對水資源的利用,從而促進(jìn)社會的經(jīng)濟(jì)發(fā)展[2];再者,生態(tài)水利工程的建設(shè)將會加強(qiáng)防洪抗洪的能力,這樣能在一定程度上減少洪災(zāi)的發(fā)生,保護(hù)生態(tài)環(huán)境。
2 生態(tài)水利工程設(shè)計中注意事項
生態(tài)水利工程不同于傳統(tǒng)的水利工程,其難度更大、技術(shù)要求更高,所以更需要進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計,以達(dá)到造福社會的目的。所以工程的設(shè)計當(dāng)中需要關(guān)注以下的注意事項:首先,生態(tài)水利工程顧名思義要遵循生態(tài)學(xué)的原理,所有的水利工程的建設(shè)都要把遵循自然規(guī)律當(dāng)作首要任務(wù);其次,在水利工程修建的前期,應(yīng)該把生態(tài)保護(hù)當(dāng)作設(shè)計的重要方向,而可持續(xù)發(fā)展也要擺在首位;再者,水利工程和生態(tài)環(huán)境的聯(lián)系要把握好,二者在利弊權(quán)衡上要分析的當(dāng)。因為在生態(tài)水利工程建設(shè)當(dāng)中必然要在一定程度上改變生態(tài)系統(tǒng),而對于生態(tài)系統(tǒng)的平衡也要做好分析,避免破壞生態(tài)系統(tǒng)平衡。所以在工程建設(shè)中,對于水資源的利用和開發(fā)一定要合理,以達(dá)到良性發(fā)展的效果;最后,生態(tài)水利工程的建設(shè)一定要把前期的工程設(shè)計和規(guī)劃,以及實際操作中的具體施工做好合理的預(yù)算。只有把這些最基本的要點(diǎn)完成,生態(tài)水利工程的建設(shè)才會達(dá)到改善生態(tài)系統(tǒng)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目的,最后達(dá)到真正的可持續(xù)發(fā)展。
3 生態(tài)水利工程的基本設(shè)計原則
3.1針對生態(tài)水利工程,發(fā)揮其對整個河流的自我修復(fù)能力
這種自我修復(fù)能力的發(fā)揮,就需要尋找到合適的環(huán)境條件和相應(yīng)的能源條件,并且依靠系統(tǒng)的修復(fù)能力來選擇適合的物種,進(jìn)而形成合理的生態(tài)結(jié)構(gòu)。一個好的水利工程就需要把人工建設(shè)和自然保護(hù)的比重分配好,二者應(yīng)該比重相當(dāng),不要違背生態(tài)水利建設(shè)的初衷,去破壞環(huán)境來尋求經(jīng)濟(jì)效益的提升,應(yīng)該從尊重自然、尋求平衡入手,把河流的自我修復(fù)功能發(fā)揮最大化。在工程的設(shè)計上更多的選擇因地制宜,尊重自然,選擇最合理的方案。
3.2積極保護(hù)河流多樣性
河流的多樣性的保護(hù)也就是對生物多樣化的維持。河流多樣性生物環(huán)境的形成主要是由于河流里生長著很多不同種類的動植物。河流的水文環(huán)境多樣性主要有河寬、河流的形狀和連續(xù)性以及流速等等方面的內(nèi)容。河流的生態(tài)方面的特點(diǎn)主要是兩相聯(lián)系,指的是水―陸和水―氣兩個方面的兩相,這樣形成的生境條件較為開放;因為上中下游的生境不同,即具有異質(zhì)性,這就促成了流域生境的豐富多樣化。因此,設(shè)計生態(tài)水利工程時,應(yīng)該對要保護(hù)生物多樣性予以充分的考慮,對于原有的多樣性生物棲息環(huán)境應(yīng)該盡可能地予以保護(hù)和恢復(fù),這樣生物的多樣性才能有一個良好的生存環(huán)境。
3.3 重視對生態(tài)水域整體生態(tài)系統(tǒng)性的修復(fù)
河流的生態(tài)系統(tǒng)還包括其周邊的村莊和田園、森林等,其還承擔(dān)著為生物提供棲息地的作用。所以說水域是一個大的生態(tài)系統(tǒng),它還包括水文系統(tǒng),而水文系統(tǒng)不但包括地下和地表的水系統(tǒng),好包括和河流相關(guān)的湖泊、水塘、濕地和洪澤區(qū)等[3]。水文系統(tǒng)還與很多生物聯(lián)系形成復(fù)雜的河流生態(tài)系統(tǒng)。還有,生態(tài)水利工程的建設(shè)的過程當(dāng)中需要考慮到河道的問題,因為河道會對總的河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響,并且河流生態(tài)系統(tǒng)的其他要素也要考慮周全,他們也是生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的關(guān)鍵因素。
3.4兼顧安全性和經(jīng)濟(jì)性
生態(tài)水利工程建設(shè)的目的就是在滿足人類經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求的同時,還能對生態(tài)環(huán)境起到保護(hù)作用。所以在水利工程建設(shè)的過程當(dāng)中一定要符合相關(guān)科學(xué)的工程學(xué)原理和生態(tài)學(xué)原理。所以在工程設(shè)計時,要根據(jù)實際情況,考慮到洪水、寒凍等情況的最大負(fù)荷能力;還要根據(jù)地理學(xué)原理分析河流橫斷面和縱斷面的情況,以及河流的動態(tài)變化趨勢來分析規(guī)律,從而保證河流的生態(tài)修復(fù)的持久性。要保證工程的風(fēng)險最小而創(chuàng)造的利益最大。
4 結(jié)語
總體來說,生態(tài)水利建設(shè)是一門追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)相平衡的學(xué)問,但由于發(fā)展的時間較短,相關(guān)的經(jīng)驗技術(shù)不是很成熟,所以在項目建設(shè)上不是很完善,要想更好的為人類的生態(tài)環(huán)境服務(wù),就必須遵循自然的規(guī)則,人與自然的相互和諧。
參考文獻(xiàn)
[1]閻世忠.淺析生態(tài)水利工程的規(guī)劃設(shè)計基本原則[J].硅谷,2009( 18) .
引言: 為努力實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和水利工程建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展,我們需建設(shè)生態(tài)水利工程。當(dāng)前我國的生態(tài)水利工程建設(shè)是基于原有技術(shù)基礎(chǔ)之上,采用引進(jìn)新興的高科技環(huán)保技術(shù)和方案來完成對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。
1.在生態(tài)水利建設(shè)當(dāng)中應(yīng)該遵循的原則
1.1加強(qiáng)對水利工程所在地的河流生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)原則
生態(tài)水利工程是一項系統(tǒng)性、整體性的工程,在水利工程建設(shè)中既要科學(xué)化、合理化又要廣泛涉及到各方面,需應(yīng)對防洪、澆灌、供水、發(fā)電、航運(yùn)等需求,也要兼顧生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性。建設(shè)生態(tài)水利工程既要把水利工程學(xué)原理與生態(tài)學(xué)原理相結(jié)合。生態(tài)水利工程的工程設(shè)施必須符合水文學(xué)和工程力學(xué)的的相關(guān)規(guī)定,以此來確保工程質(zhì)量確保其順利進(jìn)展。工程設(shè)施必須符合相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),能夠承受一系列自然災(zāi)害造成的影響。按照河流地貌學(xué)原理進(jìn)行動態(tài)地探究河勢變化規(guī)律,保證河流工程建設(shè)的質(zhì)量,降低修復(fù)工程的次數(shù)幾乎不同河流都有自己各自的生態(tài)環(huán)境特點(diǎn),在進(jìn)行河流生態(tài)環(huán)境保護(hù)的時候要具體問題具體分析,依據(jù)不同的生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)采用不同的治理保護(hù)措施,從而更合理的確保河流生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。
1.2保護(hù)水體系統(tǒng)的完整性
水體系統(tǒng)由地表水和地下水構(gòu)成,我們在對水體保護(hù)時要綜合考慮多方面的因素,從而實現(xiàn)對水體的整體保護(hù)。
1.3要加強(qiáng)對水利工程周邊生物物種的保護(hù)
在水利工程建設(shè)當(dāng)中要符合生物多樣性原則,為在水利工程建設(shè)中保護(hù)生物多樣性,在工程開始建設(shè)之前要對當(dāng)?shù)丨h(huán)境和生物多樣性進(jìn)行調(diào)查。
1.4提高河流形態(tài)的空間異質(zhì)性原則
為發(fā)展經(jīng)濟(jì),我們不得不進(jìn)行經(jīng)濟(jì)建設(shè)。由于不合理的工程建設(shè),對河流帶來不少污染,使河流生態(tài)環(huán)境在不同程度上單一化,引起河流生態(tài)系統(tǒng)的不同程度退化。進(jìn)行生態(tài)水利工程建設(shè)的目標(biāo)是通過采取相關(guān)治理措施來保護(hù)生物的多樣性,生態(tài)水利工程的重點(diǎn)應(yīng)該是盡可能提高河流形態(tài)的異質(zhì)性,使其符合自然發(fā)展規(guī)律,最大限度的保護(hù)生物群落。
1.5生態(tài)系統(tǒng)自設(shè)計、自我恢復(fù)原則
生態(tài)系統(tǒng)的自組織功能表現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性。自組織的機(jī)理是物種的自然選擇,依靠生態(tài)系統(tǒng)自設(shè)計、自組織功能,可以由自然界選擇合適的物種,形成合理的結(jié)構(gòu),從而完成設(shè)計和實現(xiàn)設(shè)計。
生態(tài)水利工程建設(shè)是基于傳統(tǒng)的水利工程設(shè)計的基礎(chǔ)上,通過應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù),采用新的工程理念。使工程建設(shè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)相統(tǒng)一。
河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃和管理是在大規(guī)模、周期性長和可持續(xù)性的基礎(chǔ)上進(jìn)行,這樣才能確保河流生態(tài)修復(fù)的高效率。整體性是指從生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和性能出發(fā),使生態(tài)系統(tǒng)各個要素交互結(jié)合,提出修復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)的整體、綜合的系統(tǒng)方法。
水域生態(tài)系統(tǒng)是一個大系統(tǒng),當(dāng)水域生態(tài)系統(tǒng)受到脅迫時,需要對各種造成因素進(jìn)行綜合性、整體性探究。其次,還要重視生物種群的基本生存條件。再者,由于河流生態(tài)系統(tǒng)和四周生態(tài)系統(tǒng)能隨時進(jìn)行能量傳遞和物質(zhì)循環(huán),一條河流的生態(tài)修復(fù)活動需要和周圍流域的生態(tài)修復(fù)活動協(xié)調(diào)發(fā)展。最后,由于河流生態(tài)修復(fù)周期性長,需掌握好河流生態(tài)修復(fù)的時間尺度。河流生態(tài)修復(fù)是靠時間做工作的。對于河流生態(tài)修復(fù)項目要有長期預(yù)備,同時進(jìn)行長期的監(jiān)測和管理。
2.生態(tài)水利工程的作用和價值
2.1加強(qiáng)生態(tài)工水利工程建設(shè)可以對河床岸坡進(jìn)行更加有力的保護(hù)
為確保生物多樣性和生態(tài)和諧,我們需進(jìn)行生態(tài)水利工程建設(shè)。在生態(tài)工程建設(shè)中采用更加生態(tài)環(huán)保的技術(shù)手段,對河床的岸坡進(jìn)行更加合理的保護(hù)。此外還有加強(qiáng)材料的質(zhì)量檢驗,確保河床穩(wěn)固,從而避免由河床岸坡的局部透水造成河流堤岸的潰堤。所以采用生態(tài)水利工程可以對河流坡岸有更好的保護(hù)。
2.2生態(tài)水利工程建設(shè)可以保護(hù)河流生態(tài)環(huán)境的多樣性
在生態(tài)水利工程建設(shè)的當(dāng)中,需要事先對周邊環(huán)境進(jìn)行調(diào)查,然后根據(jù)調(diào)查的結(jié)果對水利工程的建設(shè)過程進(jìn)行有效的技術(shù)改進(jìn)。
2.3生態(tài)水利工程建設(shè)可以節(jié)約土地資源
因為事先對水利工程進(jìn)行了綜合性有效性的評估,所以采用生態(tài)水利工程建設(shè)可以縮小水利工程的面積覆蓋范圍,提高土地的有效利用率。而且減少水利工程的占地面積可以減少水利工程對生態(tài)環(huán)境的影響,從而實現(xiàn)對生態(tài)水利工程建設(shè)的目的。
3.水利工程對河流生態(tài)系統(tǒng)的影響
在享受水利工程對經(jīng)濟(jì)和社會帶來巨大功能的同時,也要看到水利工程對河流生態(tài)系統(tǒng)造成的一些影響。人類整治河道修筑堤壩等活動人為的改變了河流的多樣性性能等,造成自然條件發(fā)生重大改變。這些改變對河流生態(tài)系統(tǒng)造成的影響是不容忽視的。未來的水利工程應(yīng)使社會經(jīng)濟(jì)需求和生態(tài)系統(tǒng)健康協(xié)調(diào)發(fā)展,使水利工程在滿足人類社會需求的同時,確保水域生態(tài)系統(tǒng)的健康和可持續(xù)性。
4.對生態(tài)水利工程的經(jīng)濟(jì)合理性分析
應(yīng)確保風(fēng)險最小和效益最大化發(fā)展原則。由于對生態(tài)演替的過程和結(jié)果事先難以把握,規(guī)劃設(shè)計中進(jìn)行方案比選,更要重視生態(tài)系統(tǒng)的長期定點(diǎn)監(jiān)測和評估。另外,充分利用河流生態(tài)系統(tǒng)自我恢復(fù)規(guī)律,是力爭以最小的投入獲得最大產(chǎn)出的合理技術(shù)路線。精質(zhì)量高要求的完善做工
我們對生態(tài)水利工程建筑的材料質(zhì)地和主體設(shè)計構(gòu)造及工程外型設(shè)計有著高要求,以此來盡可能滿足人們對生活環(huán)境品質(zhì)的追求。
節(jié)能工程是重點(diǎn),為貫徹落實可持續(xù)發(fā)展觀,綠色生產(chǎn),低耗能生產(chǎn)、提高資源的回收利用等節(jié)能方針,人們一直努力著。不僅在生活中要貫穿低碳節(jié)能理念,在生態(tài)水利工程建設(shè)中同樣更應(yīng)注意節(jié)能環(huán)保。合理利用材料資源,回收利用,這樣不僅可以節(jié)約建筑成本更重要的是減少了資源的浪費(fèi)和對生態(tài)環(huán)境的破害。最大限度的做好生態(tài)水利工程建設(shè)。
總結(jié)
生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)成長是一個周期性長、見效慢的過程,需要很長的時間才能完成河流修復(fù)工程。在土地資源日益短缺的年代,合理利用資源、提高土地利用率是我們大家所努力的方向。雖然生態(tài)水利工程建設(shè)有一定發(fā)展,但仍面臨施工難度大,工程技術(shù)高,施工設(shè)備不健全,人員管理不善,風(fēng)險多等困難。因此需要我們不斷學(xué)習(xí),引進(jìn)新設(shè)備,改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù),加強(qiáng)施工管理等進(jìn)一步去協(xié)調(diào)完善整個工程。建立進(jìn)度控制的組織系統(tǒng),項目經(jīng)理部負(fù)責(zé)落實各層次的進(jìn)度控制人員,落實具體任務(wù)和工作責(zé)任,并對工程總體進(jìn)度計劃按照分項工程進(jìn)行層層分解,做更細(xì)致的施工網(wǎng)絡(luò)圖,施工中按照網(wǎng)絡(luò)圖計劃施工,同時根據(jù)現(xiàn)場反饋信息作適當(dāng)調(diào)整,對突發(fā)事件作出補(bǔ)救措施。在優(yōu)化組合和動態(tài)管理的原則下,根據(jù)主體、裝修、設(shè)備安裝三大階段的任務(wù)特點(diǎn),及時調(diào)整勞動組合。相對集中、合理安排人力、技術(shù)、材料、機(jī)具和資金等各生產(chǎn)要素,力求達(dá)到進(jìn)度快,質(zhì)量好,服務(wù)佳等三大目標(biāo),同時在安全生產(chǎn)、文明施工方面也要創(chuàng)造出良好業(yè)績。結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、生物群落多樣性、系統(tǒng)有序性及內(nèi)部穩(wěn)定性都有所增加和提高是我們做河流生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)所追求的目標(biāo),同時也增強(qiáng)對外界干擾的反抗力。從時間尺度看,生態(tài)系統(tǒng)的演替是一個漫長的過程,河流修復(fù)不可能在短期實際內(nèi)有所改善。生態(tài)水利工程規(guī)劃設(shè)計主要是在模擬成熟的河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,力求最終形成一個健康、可持續(xù)的河流生態(tài)系統(tǒng)。
在社會生產(chǎn)過程中水利工程對經(jīng)濟(jì)與社會有著巨大的作用,同時也要看到水利工程對河流生態(tài)系統(tǒng)造成了不同程度的影響。人類整治河道修筑堤壩等活動人為的改變了河流的多樣性、連續(xù)性和流動性,使水域的流速、水深、水溫、自水流邊界、水文規(guī)律等自然條件發(fā)生重大改變。這些改變對河流生態(tài)系統(tǒng)造成的影響是不容忽視的。未來的水利工程在權(quán)衡社會經(jīng)濟(jì)需求與生態(tài)系統(tǒng)健康需求這二者關(guān)系方面,似應(yīng)強(qiáng)調(diào)水利工程在滿足人類社會需求的同時,兼顧水域生態(tài)系統(tǒng)的健康和可持續(xù)性。
2生態(tài)水利工程
從學(xué)科發(fā)展角度看,現(xiàn)在的水利工程學(xué)的學(xué)科基礎(chǔ)主要是工程力學(xué)和水文學(xué),水利工程規(guī)劃設(shè)計主要對象是水文系統(tǒng),往往忽視生命系統(tǒng)的現(xiàn)狀和未來風(fēng)險等問題。學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)吸收生態(tài)學(xué)理論及方法,促進(jìn)水利工程學(xué)與生態(tài)學(xué)的交叉融合,用以改進(jìn)和完善水利工程的規(guī)劃及設(shè)計理論,形成水利工程學(xué)新的學(xué)科分支——生態(tài)水利工程學(xué)。生態(tài)水利工程學(xué)作為水利工程學(xué)的一個新的分支,是研究水利工程在滿足人類社會需求的同時,兼顧水域生態(tài)系統(tǒng)健康與可持續(xù)性需求的原理與技術(shù)方法的工程學(xué)。生態(tài)水利工程的內(nèi)涵是:對于新建工程,是指進(jìn)行傳統(tǒng)水利建設(shè)的同時(如治河、防洪工程),兼顧河流生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)。對于已建工程,則是對于被嚴(yán)重干擾河流重點(diǎn)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。生態(tài)水利工程將與傳統(tǒng)治污技術(shù)、清潔生產(chǎn)(生態(tài)產(chǎn)業(yè))及環(huán)境立法和資源管理一起,成為河流生態(tài)建設(shè)的主要手段之一。
3生態(tài)水利工程的規(guī)劃設(shè)計原則
3.1工程安全性和經(jīng)濟(jì)性原則
生態(tài)水利工程是一項綜合性工程,在河流綜合治理中既要滿足人的需求,包括防洪、灌溉、供水、發(fā)電、航運(yùn)等需求,也要兼顧生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性。生態(tài)水利工程既要符合水利工程學(xué)原理,也要符合生態(tài)學(xué)原理。生態(tài)水利工程的工程設(shè)施必須符合水文學(xué)和工程力學(xué)的規(guī)律,以確保工程設(shè)施的安全、穩(wěn)定和耐久性。工程設(shè)施必須在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi),能夠承受洪水、侵蝕、風(fēng)暴、冰凍、干旱等自然力荷載。按照河流地貌學(xué)原理進(jìn)行河流縱、橫斷面設(shè)計時,必須充分考慮河流泥沙輸移、淤積及河流侵蝕、沖刷等河流特征,動態(tài)地研究河勢變化規(guī)律,保證河流修復(fù)工程的耐久性。
對于生態(tài)水利工程的經(jīng)濟(jì)合理性分析,應(yīng)遵循風(fēng)險最小和效益最大原則。由于對生態(tài)演替的過程和結(jié)果事先難以把握,生態(tài)水利工程往往帶有一定程度的風(fēng)險。這就需要在規(guī)劃設(shè)計中進(jìn)行方案比選,更要重視生態(tài)系統(tǒng)的長期定點(diǎn)監(jiān)測和評估。另外,充分利用河流生態(tài)系統(tǒng)自我恢復(fù)規(guī)律,是力爭以最小的投入獲得最大產(chǎn)出的合理技術(shù)路線。
3.2提高河流形態(tài)的空間異質(zhì)性原則
一個地區(qū)的生境空間異質(zhì)性越高,就意味著創(chuàng)造了多樣的小生境,能夠允許更多的物種共存。反之,如果非生物環(huán)境變得單調(diào),生物群落多樣性必然會下降,生物群落的性質(zhì)、密度和比例等都會發(fā)生變化,造成生態(tài)系統(tǒng)某種程度的退化。由于人類活動,特別是大規(guī)模治河工程的建設(shè),造成自然河流的渠道化及河流非連續(xù)化,使河流生境在不同程度上單一化,引起河流生態(tài)系統(tǒng)的不同程度退化。生態(tài)水利工程的目標(biāo)是恢復(fù)或提高生物群落的多樣性,但是并不意味著主要靠人工直接種植岸邊植被或者引進(jìn)魚類、鳥類和其他生物物種,生態(tài)水利工程的重點(diǎn)應(yīng)該是盡可能提高河流形態(tài)的異質(zhì)性,使其符合自然河流的地貌學(xué)原理,為生物群落多樣性的恢復(fù)創(chuàng)造條件。
在確定河流生態(tài)修復(fù)目標(biāo)以后,就應(yīng)該對于河流進(jìn)行生物調(diào)查、地貌歷史和現(xiàn)狀進(jìn)行勘查和評估,建立河流地貌數(shù)據(jù)庫和生物資源數(shù)據(jù)庫。遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)(GIS)是水文、河流地貌和生物調(diào)查的有力工具。關(guān)鍵的工作步驟是在以上兩種調(diào)查工作的基礎(chǔ)上,確定環(huán)境因子與生物因子的相關(guān)關(guān)系,必要時建立某種數(shù)學(xué)模型。河流環(huán)境因子包括河流河勢、蜿蜒度、橫斷面形狀及材料、流速、水位、水質(zhì)、水溫、泥沙、營養(yǎng)鹽的遷移轉(zhuǎn)化、水文周期變化等。研究的內(nèi)容包括:調(diào)查單個生物因子的基本需求,評估各種生物因子的相互關(guān)系和制約條件,對于“關(guān)鍵種”或標(biāo)志性生物的環(huán)境因子進(jìn)行分類和評估。在眾多的環(huán)境因子中,識別那些對于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能具有重要意義的環(huán)境因子,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行河流地貌學(xué)設(shè)計和生物棲息地的設(shè)計。
3.3生態(tài)系統(tǒng)自設(shè)計、自我恢復(fù)原則
生態(tài)系統(tǒng)的自組織功能表現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性。自組織的機(jī)理是物種的自然選擇,也就是說某些與生態(tài)系統(tǒng)友好的物種,能夠經(jīng)受自然選擇的考驗,尋找到相應(yīng)的能源和合適的環(huán)境條件。
將自組織原理應(yīng)用于生態(tài)水利工程時,生態(tài)工程設(shè)計與傳統(tǒng)水工設(shè)計有本質(zhì)的區(qū)別。像設(shè)計大壩這樣的人工建筑物是一種確定性的設(shè)計,建筑物的幾何特征、材料強(qiáng)度都是在人的控制之中,建筑物最終可以具備人們所期望的功能。河流修復(fù)工程設(shè)計與此不同,生態(tài)工程設(shè)計是一種“指導(dǎo)性”的設(shè)計,或者說是輔設(shè)計。依靠生態(tài)系統(tǒng)自設(shè)計、自組織功能,可以由自然界選擇合適的物種,形成合理的結(jié)構(gòu),從而完成設(shè)計和實現(xiàn)設(shè)計。成功的生態(tài)工程經(jīng)驗表明,人工與自然力的貢獻(xiàn)各占一半。
傳統(tǒng)的水利工程設(shè)計的特征是對于自然河流實施控制。而設(shè)計生態(tài)水利工程時,要求工程師必須放棄控制自然界的動機(jī),樹立新的工程理念。因為依靠人力和技術(shù)控制自然界是不可能的。人們要善于利用生態(tài)系統(tǒng)自組織、自設(shè)計這個寶貴財富,實現(xiàn)人與自然的和諧。需要強(qiáng)調(diào)的是,地球上沒有兩條相同的河流,每一條河流的特點(diǎn)都是各不相同的。因此,每一項生態(tài)水利工程必須因地制宜,充分尊重每一條河流的自然屬性和美學(xué)價值,尋求最佳的生態(tài)工程方案。
自設(shè)計理論的適用性還取決于具體條件。包括水量、水質(zhì)、土壤、地貌、水文特征等生態(tài)因子,也取決于生物的種類、密度、生物生產(chǎn)力、群落穩(wěn)定性等多種因素。在利用自設(shè)計理論時,需要注意充分利用鄉(xiāng)土種。引進(jìn)外來物種時要持慎重態(tài)度,防止生物入侵。
3.4景觀尺度及整體性原則
河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃和管理應(yīng)該在大景觀尺度、長期的和保持可持續(xù)性的基礎(chǔ)上進(jìn)行,而不是在小尺度、短時期和零星局部的范圍內(nèi)進(jìn)行。在大景觀尺度上開展的河流生態(tài)修復(fù)效率要高。小范圍的生態(tài)修復(fù)不但效率低,而且成功率也低。整體性是指從生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能出發(fā),掌握生態(tài)系統(tǒng)各個要素間的交互作用,提出修復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)的整體、綜合的系統(tǒng)方法,而不是僅僅考慮河道水文系統(tǒng)的修復(fù)問題,也不僅僅是修復(fù)單一動物或修復(fù)河岸植被。
景觀則是指生態(tài)學(xué)中的景觀尺度。景觀尺度包括空間尺度和時間尺度。為什么在景觀的大尺度上進(jìn)行河流修復(fù)規(guī)劃?首先,水
域生態(tài)系統(tǒng)是一個大系統(tǒng),其子系統(tǒng)包括生物系統(tǒng)、廣義水文系統(tǒng)和人造工程設(shè)施系統(tǒng)。廣義水文系統(tǒng)又與生物系統(tǒng)交織在一起,形成自然河流生態(tài)系統(tǒng)。而人類活動和工程設(shè)施作為生境的組成部分,形成對于水域生態(tài)系統(tǒng)的正負(fù)影響。水域生態(tài)系統(tǒng)受到脅迫時,需要對于各種脅迫因素之間的相
互關(guān)系進(jìn)行綜合、整體研究。其次,必須重視水域生境的易變性、流動性和隨機(jī)性的特點(diǎn),這些特點(diǎn)決定了生物種群的基本生存條件。水域生態(tài)系統(tǒng)是隨著降雨、水文變化及潮流等條件在時間與空間中擴(kuò)展或收縮的動態(tài)系統(tǒng)。再者,河流生態(tài)系統(tǒng)是一個開放的系統(tǒng),與周圍生態(tài)系統(tǒng)隨時進(jìn)行能量傳遞和物質(zhì)循環(huán),一條河流的生態(tài)修復(fù)活動不可能是孤立的,還需要與相鄰的流域的生態(tài)修復(fù)活動進(jìn)行協(xié)調(diào)。最后,河流生態(tài)修復(fù)的時間尺度也十分重要。河流系統(tǒng)的演進(jìn)是一個動態(tài)過程。每一個河流生態(tài)系統(tǒng)都有它自己的歷史。河流生態(tài)修復(fù)是靠時間做工作的。有研究指出,濕地重建或修復(fù)需要大約15~20a的時間。因此對于河流生態(tài)修復(fù)項目要有長期準(zhǔn)備,同時進(jìn)行長期的監(jiān)測和管理。
3.5反饋調(diào)整式設(shè)計原則
生態(tài)系統(tǒng)的成長是一個過程,河流修復(fù)工程需要時間。從長時間尺度看,自然生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)化需要數(shù)百萬年時間。進(jìn)化的趨勢是結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、生物群落多樣性、系統(tǒng)有序性及內(nèi)部穩(wěn)定性都有所增加和提高,同時對外界干擾的抵抗力有所增強(qiáng)。從較短的時間尺度看,生態(tài)系統(tǒng)的演替,即一種類型的生態(tài)系統(tǒng)被另一種生態(tài)系統(tǒng)所代替也需要若干年的時間,期望河流修復(fù)能夠短期奏效往往是不現(xiàn)實的。
生態(tài)水利工程規(guī)劃設(shè)計主要是模仿成熟的河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),力求最終形成一個健康、可持續(xù)的河流生態(tài)系統(tǒng)。在河流工程項目執(zhí)行以后,就開始了一個自然生態(tài)演替的動態(tài)過程。這個過程并不一定按照設(shè)計預(yù)期的目標(biāo)發(fā)展,可能出現(xiàn)多種可能性。
意識到生態(tài)系統(tǒng)和社會系統(tǒng)都不是靜止的,在時間與空間上常具有不確定性。除了自然系統(tǒng)的演替以外,人類系統(tǒng)的變化及干擾也導(dǎo)致了生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)整。這種不確定性使生態(tài)水利工程設(shè)計不同于傳統(tǒng)工程的確定性設(shè)計方法,而是一種反饋調(diào)整式的設(shè)計方法。是按照“設(shè)計—執(zhí)行(包括管理)—監(jiān)測—評估—調(diào)整”這樣一種流程以反復(fù)循環(huán)的方式進(jìn)行的。在這個流程中,監(jiān)測工作是基礎(chǔ)。監(jiān)測工作包括生物監(jiān)測和水文觀測。評估的內(nèi)容是河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能的狀況及發(fā)展趨勢。常用的方法是參照比較方法,一種是與自身河流系統(tǒng)的歷史及項目初期狀況比較,一種是與自然條件類似但未進(jìn)行生態(tài)修復(fù)的河流比較。
在反饋調(diào)整式設(shè)計過程中,提倡科學(xué)家、管理者和當(dāng)?shù)鼐用窦吧鐣鹘绲膹V泛參與,通過對話、協(xié)商,以尋求共同利益。提倡多學(xué)科的交流和融合,提高設(shè)計的科學(xué)性。
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恢復(fù)生態(tài)學(xué)的基本原理包括限制因子原理、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)理論、生態(tài)適宜性原理、生態(tài)位理論、群落演替理論、生物多樣性原理和斑塊-廊道-基底理論等(任海等,2001),它們對園林設(shè)計及施工具有指導(dǎo)作用。限制因子原理要求在設(shè)計中需要找出生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的關(guān)鍵因子;生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)理論要求設(shè)計的物種結(jié)構(gòu)能充分利用時空資源,并具備自我維持能力或降低人工維護(hù)頻度;生態(tài)適宜性原理表明多使用鄉(xiāng)土植物,并在充分了解植物生態(tài)學(xué)特性的前提下做種植設(shè)計;生態(tài)位理論指導(dǎo)植物的搭配,合理安排其在生態(tài)系統(tǒng)中的位置與尺度;群落演替理論表明園林綠化可縮短生態(tài)恢復(fù)時間,但對極端退化的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)時,演替理論不適用,只具有指導(dǎo)意義;生物多樣性原理要求適當(dāng)增大物種多樣性可使恢復(fù)的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性更高;斑塊-廊道-基底理論指導(dǎo)景觀層次的規(guī)劃,考慮在生境破碎化的場地中,合理利用空間。
生態(tài)修復(fù)與風(fēng)景園林
城市生態(tài)系統(tǒng)是個規(guī)模大、關(guān)系復(fù)雜的動態(tài)生態(tài)系統(tǒng),它既有自然的組成要素,又有高度人工化的組成要素。城市綠地在改善環(huán)境質(zhì)量、維護(hù)城市生態(tài)平衡、保持水土、美化景觀等方面起著十分重要的作用,喬灌木藤草植物合理地配置在一個群落中,形成復(fù)合層次和優(yōu)美季相景觀,具有不同生態(tài)特性的植物各得其所,構(gòu)成一個穩(wěn)定的群落。由于城市建設(shè)造成的人工棄土、土地,改變了地表徑流,導(dǎo)致水土流失加劇,大量泥沙及生活垃圾淤積河道,阻塞排水管道,使水土資源遭到破壞。因此,生態(tài)修復(fù)集成技術(shù)可以在方案設(shè)計時重點(diǎn)考慮并在園林工程中實施,最終使得城市生態(tài)系統(tǒng)向良性方向發(fā)展。
園林種植設(shè)計在特定的城市生態(tài)環(huán)境條件下,應(yīng)將保持水土、抗污吸塵、耐貧瘠、抗病蟲害、耐粗放管理、根系發(fā)達(dá)等作為植物選擇的標(biāo)準(zhǔn)。植物的合理配置不但可增加城市建筑藝術(shù)效果,豐富城市景觀,更能減輕暴雨沖蝕和水土流失,從而改善城市人居環(huán)境。在城市園林綠化中,應(yīng)充分考慮植物的生態(tài)位特征,利用不同植物在空間、時間和營養(yǎng)生態(tài)位上的分異來配置植物,避免種間直接競爭,形成結(jié)構(gòu)合理、種群穩(wěn)定的復(fù)層群結(jié)構(gòu),以利種間互相補(bǔ)充,既充分利用水土資源,又能形成優(yōu)美的景觀。
園林工程與生態(tài)修復(fù)在土方工程、給排水工程、水景工程、園路工程中應(yīng)結(jié)合種植工程,利用園林植物的防護(hù)作用實現(xiàn)生態(tài)修復(fù)。園林排水:園林綠地的排水,一般主要靠地面及明渠排水,結(jié)合道路、地形可做成淺溝式排水渠,溝內(nèi)生長植物,起到減緩徑流速度及防止水流沖刷的作用。解決由地表沖蝕措施有:①從豎向設(shè)計角度考慮。種植采用鋪地植物護(hù)坡;②使用工程措施。設(shè)置谷坊和擋水石,并與植物搭配消減沖刷力(孟兆禎,2003)。水景護(hù)坡:園林中開辟水面要求有穩(wěn)定的湖岸,在水體邊緣必須建造駁岸和護(hù)坡,其中植物護(hù)坡措施包括防護(hù)林、植草和生物-工程綜合措施,通常采用深根性和淺根性樹種結(jié)合的喬灌木混交林。坡面植草可提高坡面抗蝕能力,減小徑流速度,增加入滲,防止面蝕和細(xì)溝侵蝕,也有助于防止塊體運(yùn)動。生物-工程綜合措施,即在工程措施間隙或表面種植植被,以增強(qiáng)其強(qiáng)度,如混凝土構(gòu)件間隙空格種草,與土工材料配合植草及綠色混凝土模塊等。園路鋪裝:園路按路面材料不同分為:整體路面、塊料路面、碎料路面、簡易路面等。園路的設(shè)計在滿足造園藝術(shù)要求的前提下盡量利用原地形,以保證路基的穩(wěn)定,減少土方量及水土流失量;路面應(yīng)有3%~8%的縱坡和1.5%~3%的橫坡。采用生態(tài)鋪裝路面可提高水土流失防治效果,常見種類有透水瀝青、透水水泥混凝土、生態(tài)透水磚和其他特殊透水材料。新建的居住區(qū)中,使用最多的鋪裝材料是石材,占使用頻率的44%,礫石及磚的比例分別占使用頻率的18%、20%(黃玲,2009)。
園林生態(tài)修復(fù)發(fā)展趨勢
關(guān)鍵詞:濕式除塵脫硫設(shè)備 基本原理 流程 凈化效果
造成我國大氣環(huán)境污染的主要因素為燃煤和燃油煙氣,它主要由二氧化硫和其他顆粒污染物組成,污染了環(huán)境和影響了人體健康。鑒于此,我國從上個世紀(jì)就已經(jīng)著手脫硫除塵設(shè)備的研發(fā)工作,截止到目前,我國絕大多數(shù)燃煤和燃油裝置都安裝了這種設(shè)備。但由于經(jīng)濟(jì)的較快發(fā)展,大氣污染情況進(jìn)一步嚴(yán)重,因此,研發(fā)出一種高效濕式除塵脫硫設(shè)備變得十分必要和緊迫。
一、濕式除塵脫硫的基本原理
1.物理吸收的基本原理
氣體吸收可分為物理吸收和化學(xué)吸收兩種。如果吸收過程不發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng),僅僅是被吸收氣體溶解于液體的過程,稱為物理吸收,如用水吸收SO2。物理吸收的特點(diǎn)是,隨著溫度的升高,被吸氣體的吸收量減少。
物理吸收的程度,取決于氣--液平衡,只要?dú)庀嘀斜晃盏姆謮捍笥谝合喑势胶鈺r該氣體分壓時,吸收過程就會進(jìn)行。由于物理吸收過程的推動力很小,吸收速率較低,因而在工程設(shè)計上要求被凈化氣體的氣相分壓大于氣液平衡時該氣體的分壓。因為物理吸收速率較低,所以很少單獨(dú)采用物理吸收法。
2.化學(xué)吸收法的基本原理
若被吸收的氣體組分與吸收液的組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng),則稱為化學(xué)吸收,例如應(yīng)用堿液吸收SO2。應(yīng)用固體吸收劑與被吸收組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng),而將其從煙氣中分離出來的過程,也屬于化學(xué)吸收,例如爐內(nèi)噴鈣(CaO)煙氣脫硫也是化學(xué)吸收。在化學(xué)吸收過程中,被吸收氣體與液體相組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng),有效的降低了溶液表面上被吸收氣體的分壓。增加了吸收過程的推動力,既提高了吸收效率又降低了被吸收氣體的氣相分壓。因此,化學(xué)吸收速率比物理吸收速率大得多。
物理吸收和化學(xué)吸收,都受氣相擴(kuò)散速度(或氣膜阻力)和液相擴(kuò)散速度(或液膜阻力)的影響,工程上常用加強(qiáng)氣液兩相的擾動來消除氣膜與液膜的阻力。在煙氣脫硫中,瞬間內(nèi)要連續(xù)不斷地凈化大量含低濃度SO2的煙氣,如單獨(dú)應(yīng)用物理吸收,因其凈化效率很低,難以達(dá)到SO2的排放標(biāo)準(zhǔn)。因此,煙氣脫硫技術(shù)中以化學(xué)吸收法為主,物理吸收法為輔。
3.化學(xué)吸收的過程
化學(xué)吸收是由物理吸收過程和化學(xué)反應(yīng)兩個過程組成的。在物理吸收過程中,被吸收的氣體在液相中進(jìn)行溶解,當(dāng)氣液達(dá)到相平衡時,被吸收氣體的平衡濃度,是物理吸收過程的極限。被吸收氣體中的活性組分進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),當(dāng)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時,被吸收氣體的消耗量,是化學(xué)吸收過程的極限。
4.化學(xué)吸收過程的速率及過程阻力
化學(xué)吸收過程的速率,是由物理吸收的氣液傳質(zhì)速度和化學(xué)反應(yīng)速度決定的?;瘜W(xué)吸收過程的阻力,也是由物理吸收氣液傳質(zhì)的阻力和化學(xué)反應(yīng)阻力決定的。
在物理吸收的氣液傳質(zhì)過程中,被吸收氣體氣液兩相的吸收速率,主要取決于氣相中被吸收組分的分壓,和吸收達(dá)到平衡時液相中被吸收組分的平衡分壓之差。此外,也和傳質(zhì)系數(shù)有關(guān),被吸收氣體氣液兩相間的傳質(zhì)阻力,通常取決于通過氣膜和液膜分子擴(kuò)散的阻力。
二、高效除塵脫硫設(shè)備的除塵脫硫過程
根據(jù)濕式除塵脫硫的基本原理,本課題組設(shè)計了一款高效除塵脫硫設(shè)備,其除塵過程主要有3級。第一,在進(jìn)氣管中安裝噴頭,它可以噴出霧化液體,這些霧化液體可充分與塵體接觸,從而完成第一級除塵工作。第二,而后形成的高速氣體流直接沖向設(shè)備中的水面,形成大量的水霧,這些水霧和煙氣中的體積較大的顆粒物結(jié)合,并沉降到水底,完成第二級除塵工作。第三,由于煙氣的沖擊力較強(qiáng),“S”型管道中出現(xiàn)了旋流霧液,霧液與顆粒物結(jié)合,進(jìn)一步除塵,則完成第三級除塵。這三個過程不僅有除塵過程,還伴有脫硫過程,即設(shè)備中的堿性液體成功實現(xiàn)煙氣的脫硫。最后,排出凈化的氣體時,則需經(jīng)過脫水器的處理,而后如大氣。
三、高效濕式除塵脫硫裝置的凈化效果
1.試驗裝置
為分析設(shè)備改造后的除塵脫硫效果,可確定試驗設(shè)備的相關(guān)參數(shù),鍋爐處理量為2 t/h,處理氣量為700m3/h,其長寬高分別為800mm、400mm、1700mm,進(jìn)、出氣管直徑均為150mm。
煤塵可作為模擬粉塵,二氧化硫氣體現(xiàn)行制備,堿性溶液為氫氧化鈉溶液。
2.試驗效果
實驗過程中只需對進(jìn)、出口處的二氧化硫濃度和粉塵濃度進(jìn)行測量,本設(shè)備密封效果極好,因此,實驗結(jié)果非常準(zhǔn)確。測量結(jié)果如表2所示。
表2 除塵脫硫效率
結(jié)果顯示,當(dāng)液氣比為0.34 L/ m3 時,其除塵率和脫硫率較高。與國內(nèi)其他同類設(shè)備相比,它可在較小的阻力和液氣比條件下,實現(xiàn)更好地脫硫和除塵效果。
四、結(jié)束語
本設(shè)備在除塵和脫硫基本原理的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)了除塵和脫硫高效化、一體化,此外,還可以有效除去較小的顆粒污染物。設(shè)備本身造價低,能耗小,結(jié)構(gòu)密封性好,適用范圍廣,具有良好的應(yīng)用效果。
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