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文檔簡介
1、水處理設(shè)備與儀表教案模塊一水生態(tài)修復技術(shù)概述任務1水生態(tài)修復與保護學時4學時項目2水生態(tài)保護與修復的原則學時1學時教學內(nèi)容水生態(tài)保護與修復的原則教學重點水生態(tài)保護與修復的原則教學難點水生態(tài)保護與修復的原則參考資料(1)水利部水資源管理中心. 水生態(tài)保護與修復關(guān)鍵技術(shù)及應用M. 中國水利水電出版社, 2015.(2)趙進勇, 董哲仁, 孫東亞,等. 河流生態(tài)修復負反饋調(diào)節(jié)規(guī)劃設(shè)計方法J. 水利水電技術(shù), 2010, 41(9):10-14.(3)張紹良, 張黎明, 侯湖平,等. 生態(tài)自然修復及其研究綜述J. 干旱區(qū)資源與環(huán)境, 2017, 31(1):160-166.水生態(tài)修復應遵循自然規(guī)律和經(jīng)
2、濟規(guī)律,既重視生態(tài)效益,也講求社會經(jīng)濟效益。其目標和內(nèi)容應體現(xiàn)水資源開發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境相結(jié)合;人工適度干預與自然界自我修復相結(jié)合;工程措施和非工程措施相結(jié)合。生態(tài)效益的重點放在水質(zhì)改善、自然界水文情勢和河流自然地貌形態(tài)修復。應遵循產(chǎn)出效益最大化和投入成本最小化的一般經(jīng)濟原則,采取負反饋分析規(guī)劃設(shè)計方法,統(tǒng)籌兼顧,因地制宜。生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展是中國未來社會發(fā)展的必經(jīng)之路,我們不能走發(fā)達國家曾經(jīng)走過的先污染后治理的老路,也不能投入大量的資金來保護生態(tài)環(huán)境,放慢經(jīng)濟發(fā)展的進度。經(jīng)濟發(fā)展一旦受到限制,便會產(chǎn)生一些系列的社會問題,造成環(huán)境保護失去經(jīng)濟的支撐,更加不利于環(huán)境的保護。1.生態(tài)效益與社會經(jīng)
3、濟效益相統(tǒng)一的原則在水生態(tài)環(huán)境保護與修復過程中,堅持發(fā)展知識經(jīng)濟,依靠科技和高新技術(shù),增加資源的利用率,減少資源消耗,開發(fā)新能源取代有限資源,能很好地促進經(jīng)濟增長方式由粗放型向集約型轉(zhuǎn)變。建立循環(huán)經(jīng)濟,建立循環(huán)經(jīng)濟可有效利用自然資源,提高資源的配置效率,減少廢棄物的生產(chǎn)和排放,使經(jīng)濟增長對生態(tài)環(huán)境的破壞達到最小。循環(huán)經(jīng)濟在環(huán)境保護上表現(xiàn)為污染的“低排放”甚至是“零排放”,并把資源綜合利用、生態(tài)設(shè)計、清潔生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展等融為一體,從而達到低消耗、低污染、高利用的目的,以最小的資源和環(huán)境成本,取得最大的經(jīng)濟效益。加快技術(shù)創(chuàng)新,不斷推廣節(jié)水、節(jié)能、節(jié)材的新工藝、新技術(shù),降低產(chǎn)品的資源消耗,推行清潔
4、生產(chǎn)技術(shù),減少和避免資源的浪費與對環(huán)境的破壞。同時,加快工業(yè)化進程。堅決淘汰那些技術(shù)落后、能源消耗高、環(huán)境污染嚴重、產(chǎn)出較低的產(chǎn)業(yè),控制物耗高、污染嚴重的產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,鼓勵扶持能耗低、污染小、附加值高的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè),大力扶植環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。健全環(huán)境法律體系,應從環(huán)境立法、環(huán)境問題和環(huán)保實際出發(fā),堅持以人為本、人與自然和諧的理念,來維護生態(tài)平衡,改善生態(tài)環(huán)境。生態(tài)環(huán)境的保護和改善離不開經(jīng)濟的發(fā)展,而經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展也離不開現(xiàn)有的生態(tài)環(huán)境,優(yōu)化生態(tài)環(huán)境就是發(fā)展生產(chǎn)力。中國在經(jīng)濟發(fā)展過程中要充分考慮生態(tài)環(huán)境的最大負荷力,建立起“資源節(jié)約型”和“環(huán)境友好型”的國民經(jīng)濟體系,最終實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟的協(xié)調(diào)可持
5、續(xù)發(fā)展2.恢復河流自然地貌多樣性和自然水文情勢的原則河流地貌特征的多樣性是河流生態(tài)修復的重要內(nèi)容。河流地貌多樣性修復項目的實施需要了解流域特征,以及河流與流域之間所進行的能量、物質(zhì)交換情況和河道泥沙輸移情況,并綜合運用河岸帶廊道修復、河流蜿蜒性修復、河流斷面多樣性修復、深潭-淺灘序列的創(chuàng)建、河道內(nèi)局部地貌特征的改善、生態(tài)型岸坡防護技術(shù)等河流地貌多樣性修復方法。同時將流域內(nèi)不同級次的河流、水陸交錯帶、高地等部分作為一個系統(tǒng)進行考慮,綜合規(guī)劃,提出一套完善的實施措施和步驟,并需要利用生態(tài)學、生物學、地貌學、泥沙學、水力學及景觀學等多種學科的交叉研究成果。河流地貌多樣性修復中需恰當處理與防洪目標的關(guān)
6、系,要兼顧棲息地多樣性與防洪安全二者的不同需求。此外,還要正確處理河流地貌特征多樣性保護與修復中與沿河兩岸土地利用之間的矛盾,從而確保河流地貌特征多樣性的修復目標得以實現(xiàn)。3.投入最小化和生態(tài)效益最大化原則恢復被人類干擾而退化的水生態(tài)系統(tǒng)需要付出的努力要比開發(fā)利用水生態(tài)系統(tǒng)大得多。水生態(tài)修復項目往往需要投入大量的資金,如何評估修復的成本與效益,這是河流生態(tài)修復經(jīng)濟評價需要面對的重要課題。水生態(tài)修復帶來的影響是多方面的。同傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)灌溉工程、防洪工程等的性質(zhì)相類似,生態(tài)修復工程也需要初期的投入、隨后的各種支出,最后產(chǎn)生對人類有價值的效益。然而河流生態(tài)修復工程的經(jīng)濟分析有其特點??疾焐鷳B(tài)修復方案時
7、,傳統(tǒng)的經(jīng)濟分析方法一直是對擬建工程的效益賦予貨幣價值,然后直接與預期的成本進行比較。在進行經(jīng)濟分析時應考慮環(huán)境和資源的成本與效益。效益成本比最高的方案是選擇的解決方案。4.發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)自然修復功能生態(tài)系統(tǒng)都具有自然修復的能力,包括污染物的自凈化植被的再生、群落結(jié)構(gòu)的重構(gòu)、生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復等。其理論基礎(chǔ)主要包括: 生物地球化學循環(huán)、種子庫理論(生態(tài)記憶)、定居限制理論、自我設(shè)計理論、演替理論、生態(tài)因子互補理論等來自恢復生態(tài)學的基本原理。對于污染物,生態(tài)系統(tǒng)通過生物地球化學循環(huán)具有自我凈化的能力,例如土壤中重金屬可在物理、生物、化學作用下失活或轉(zhuǎn)化,從而減輕重金屬毒害。水資源中含砷、石油類等污
8、染物,也可以自然衰減,降低環(huán)境風險。對于破壞的植被,根據(jù)定居限制理論,在生態(tài)系統(tǒng)恢復前期可通過先鋒植物、土壤種子庫等為植被的再生提供基礎(chǔ),且這一能力十分突出,即使在重度損毀下依然存在著永久種子庫。對于損毀的群落結(jié)構(gòu),生態(tài)系統(tǒng)可利用自身恢復力,通過"種子庫"所記錄的物種關(guān)系形成先前穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu),而根據(jù)自我設(shè)計理論,退化生態(tài)系統(tǒng)也能根據(jù)環(huán)境條件合理地組織自己形成穩(wěn)定群落。對失去的生態(tài)系統(tǒng)功能,雖然自然修復很難像人工修復那樣定向且全面地修復各影響因子,但生態(tài)因子的調(diào)節(jié)性能力 某一因子量的增加或加強能夠彌補部分因子不足所帶來的負面影響 使生態(tài)系統(tǒng)能夠保持相似的生態(tài)功能,例如,土壤
9、中微生物的增加,可以提高營養(yǎng)元素的活性從而彌補土壤肥力的不足,提高系統(tǒng)生物產(chǎn)量。修復的目的在于利用,如果破壞后的系統(tǒng)沒有承載人類活動,不能為人類利用,那么這種破壞的修復,企業(yè)不會投入,政府也不會干預。例如,在戈壁灘上、在沙漠里采礦,也會造成地表沉陷,但是這里荒無人煙,沉陷治理好后也沒有利用價值,所以這些沉陷不會被企業(yè)修復。由此可見,人工修復是為了獲得修復對象的利用價值,那些沒有利用價值的生態(tài)系統(tǒng)就只能靠自然恢復。換句話說,礦區(qū)生態(tài)破壞往往是面狀的,但人工修復往往針對局部,呈現(xiàn)點狀分布,所以自然修復的部分遠遠大于人工修復的部分。由于對自然修復的認知度不高,目前自然修復的技術(shù)研究進展不大,生態(tài)修復
10、實踐中,自然修復區(qū)域多局限于封育手段的實施。根據(jù)我們的定義,自然修復時依然可以并且需要技術(shù)投入,但是工程需具有輕量化,低擾動的鮮明特征,其目的在于引導和控制生態(tài)系統(tǒng)自我修復進程。為此,除傳統(tǒng)封育技術(shù)外,微生物技術(shù)、種子庫技術(shù)、動物技術(shù)等也是未來自然修復技術(shù)的發(fā)展方向。5.工程措施與非工程措施相結(jié)合工程措施是指興建水利工程(如建水庫,大堤,涵閘等措施)以達到調(diào)節(jié)洪量,削減洪峰或分洪.滯洪等,改變洪水其自然運動狀況,最終控制洪水,減少損失。是個硬件措施。非工程措施是指通過法律,行政,經(jīng)濟手段以及直接運用防洪工程以外的其他手段減少洪災損失的措施。例如頒布和大力宣傳關(guān)于水利的法律法規(guī)(規(guī)范從事水利工程
11、的工作人員的操作規(guī)范);建設(shè)現(xiàn)代化的防汛指揮系統(tǒng)(做到及時有效地處理水利危機以減少損失);開展洪水保險等等;是個軟件措施。其兩者的目的都是為民造福,減少經(jīng)濟損失。兩者相依相存,缺一不可,少了工程措施,如同巧婦難為無米之炊,少了非工程措施,興利就可能成為災難。6.遵循負反饋調(diào)節(jié)設(shè)計原則所謂“負反饋調(diào)節(jié)”是大系統(tǒng)控制論的一個重要概念。首先需要定義“目標差”概念,目標差是指一個大系統(tǒng)的現(xiàn)狀與預定目標的偏離程度。負反饋調(diào)節(jié)的本質(zhì)是設(shè)計一個使目標差不斷減少的過程,通過系統(tǒng)不斷將控制后果與目標差進行比較,使得目標差在一次次調(diào)整中逐漸減小,最后達到控制的目的。在河流生態(tài)修復這一大系統(tǒng)中,河流生態(tài)系統(tǒng)是被控制
12、系統(tǒng),人們的規(guī)劃設(shè)計與管理系統(tǒng)是控制系統(tǒng)。河流生態(tài)修復過程是控制系統(tǒng)與被控制系統(tǒng)相互作用的過程。在生態(tài)修復過程初期,人們規(guī)劃設(shè)計了一套河流生態(tài)修復方案,包括初步確定了修復目標。項目開始實施后,人們按照制定的修復方案施工和管理,其實質(zhì)是向河流生態(tài)系統(tǒng)輸入一系列干擾,促使其向良性方向發(fā)展。河流生態(tài)系統(tǒng)對這種干擾持續(xù)地作出響應,其演進方向具有多種可能。對于干擾的生態(tài)響應,系統(tǒng)以信息的方式輸出。輸出的大量信息可以分為四大類型,即水文、水質(zhì)、地貌和生物。通過監(jiān)測系統(tǒng)長期、持續(xù)地進行水文、水質(zhì)、地貌和生物監(jiān)測。經(jīng)過信息濾波和傳輸,進入生態(tài)狀態(tài)評估系統(tǒng)。評估系統(tǒng)需要有適當?shù)脑u估模型支持,能夠?qū)恿魃鷳B(tài)系統(tǒng)狀況作出綜合評估。目標差評估系統(tǒng)的作用是對于現(xiàn)狀與歷史狀況進行對比分析和判斷,分析生態(tài)系統(tǒng)的演進方向,判斷生態(tài)現(xiàn)狀與修復目標的偏離程度。如圖1中,在時刻a2開展了評估,需要判斷河流生態(tài)狀況到底在包絡(luò)圖的什么坐標位置,系統(tǒng)依據(jù)這些評估結(jié)果判斷生態(tài)修復過程的方向是好轉(zhuǎn)、持平或者惡化。如
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