一种生态演替式景观水体系统的修复与维护方法

技术领域

本发明涉及水域生态修复技术领域，尤其涉及一种生态演替式景观水体系统的修复与维护方法。

背景技术

目前全球环境污染问题都不容乐观，并且污染在日益加剧。在淡水资源短缺的今天，水体污染就成为了环境问题中的重中之重。城市化进程的加快，生态文明建设被提到前所未有的高度。

景观水体作为生态园林建设中的重要一环，一般而言是仿照大自然天然山水景观的形式，设计溪流、瀑布、人工湖等景观，这些在我国传统园林中有较多的应用。在现代公园的水体景观设计当中，更多地使用了如喷泉、水幕、跌水等形式。景观水体的重要性不仅体现在利用水体改善环境、调节气候、控制噪音，而且还能够借助水体流动性的特点，减轻水体周围其它建筑物的凝滞感，动静结合使整个空间更加有立体感。但是目前大多景观水体存在着一些问题。一般景观水体建设初衷都是为了创造出一个优美的生态景观，为居民提供一个清水、休闲的宜居场所，但大部分并没有按自然界水循环理论进行规划设计，大多变成一个几乎无自净功能的封闭系统，且其内部结构不合理，加上外来污染物质的输入，以及管理和维护不完善，随着时间的推移易发生富营养化，最终水体水质变差，严重者甚至导致水体发黑、发臭，影响水景观赏效果和居民生活环境。其存在问题主要表现在以下几个方面：

1)水体水质保持较差

通常一些景观水体为封闭型或半封闭型的小面积水体。因其与外界水体缺乏连通，基本成为一潭死水，水质会很快发生变化。水体面积较小，不能形成有效的重力流、风致流，水体自身动力条件较差。这样，一些死角区域水质易恶化，污染物也易在死角处沉积，成为水体的内源污染，并影响整个景观水体的水质。

2)补水水质较差

通常，景观水体的补水有这几个方面：自然落雨降水、地表水、再生水。主要补水还是以地表径流汇集为主，而景观园林中公共绿地面积较大，在降雨的淋洗冲刷作用下，一些污染物质经地表径流进入水体，使得补水水源水质较差。另外，一些景观水体以再生水作为补水水源，由于再生水中营养盐含量较高，进而给水体富营养化提供了物质基础，进而加剧了污染程度。

3)外源污染物进入水体

景观水体一般为人造露天地表水体，外源污染严重，主要有：a.人为或自然引进的尘土、污染物，如漂浮着的塑料袋、纸屑、杂草落叶等；b.地表径流、地下水和雨水，会夹杂着地面或是空气中的含N、P等物质进入水体；c.周边植物腐烂和底泥污染，如季节性死亡的植物残体、各种污染物或死亡的生物群落沉积到池底腐烂分解形成的底泥，还有向水中投入的过多食料和鱼类的排泄物等；d.公园绿地施加的化肥农药；e.临近公园水体的餐厅、厕所等产生的生活污水和生活垃圾等。

4)水体生态系统不完善

水体具有自己的环境容纳量和自净能力，但这都是建立在其自身水体生态系统完善的基础上的。完整的生态系统是由生产者、消费者、分解者及其外周环境所构成的。生产者作为生态系统的能量来源，决定整个生态系统的稳定和发展，系统的稳定性也为水体充分发挥自净能力提供了保证。而在景观水体中，初级生产者由以水生植物为主要成分。目前一些景观水体生态系统不完善主要体现在以下几个方面：一是水体中的水生植物种类比较单一，大多景观水体采用硬底结构，不适合水生动植物和微生物的生长和栖息，水生生物的生存环境受到很大制约，同时又阻断了水陆生物间的物质和能量交换；二是水体水深较浅，生存环境单一，没有深浅、缓急、曲折之分，使众多水生生物无隐蔽和藏身之处。因此，水体难以形成一个完整的、功能健全的、良性的水生态系统。

鉴于当前景观水体的一系列问题，遵循水体自然生态演替的水体修复与维护方法的应用就显得尤为必要了。通过当前已有的相关修复技术资料查阅发现：文献“生态演替式水体修复技术在卫河邯郸段污水处理中的应用”介绍了一种生态演替式水污染生态治理方法。首先用臭氧对被污染水体进行消毒、杀菌；接着用生物激活剂激活被污染水体中的有益微生物，降解被污染水体中的有机污染物；然后用有效微生物来改善水质，营造水体良性的微生物环境。该方法利用生态治理水污染，恢复了水体良性微生物环境，使被污染的水体达到生态的自然平衡。文献“卫河邯郸段生态演替式水体修复技术研究”细阐述了在河流污染的各种修复方法和技术的基础上，结合研究区域的流域概况，水资源利用和水质的污染现状，对其污染水体进行修复，提出了具体的治理方案。文献重点分析了湿地和稳定塘的净化机理，以及工程设计与方法。以上文献中未涉及到景观水体系统构建中的生态演替式理念的一体化技术集成。专利文献(CN104310591A)公开了一种城市景观水体生态系统的构建方法，该方法包括以下步骤：对水体基底进行改良；采用立杆标记种植区域的方法，种植沉水植物，构建水下森林；配以层次的挺水景观植物；投放浮游动物(大型溞)，提高水体透明度；投放鱼虾贝类等水生生物，完善水体生态系统；生态系统运行后进行维护和管理。专利文献(CN105130000A)公开了一种水下森林的构建方法，包括以下步骤：步骤1，水域水质检测和基底改良；步骤2，构建水底地形；步骤3，水域周围设置消浪带；步骤4，采用放样定位桩确定种植范围；步骤5，选择沉水植物并实施植物种植。对于不同底质的水域可分情况采用的叉子种植法、抛掷种植法或容器种植法，应用具有一定的推广和使用性。以上专利文献未涉及景观水体系统构建中的生态演替式理念的一体化技术集成，以及维护中引入进水水质在线监测、预警和微纳米曝气射流装置的智能控等方面，亦未形成生态演替式景观水体系统修复与维护的精品示范工程。

发明内容

为解决现有技术的上述不足，本发明的目的在于提供一种生态演替式景观水体系统的修复与维护方法，具有符合拟自然人工生态且向自然生态演替，实现水生态系统的良性循环，人居环境生态、宜居的特点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种生态演替式景观水体系统的修复与维护方法，包括以下步骤：

步骤1，景观水体调研及污染负荷计算，了解待修复景观水体现状，包括水质、水生动植物组成和生长状况、水体理化性质、来水水质，初步判断整个景观系统状况，找出存在的问题，明晰内外源污染负荷；

步骤2，控制进水水质，稳定水体的高溶氧状态，快速培植优势好氧微生物，提高水体透明度，打造水体生物生存的生态基础；

步骤3，水生植物群落构建，进行生态浮岛、水下草坪、水下森林、湿地系统的构建，并做出合理的湿生木本、水生植物群落配置，构建健康的以植被为主的生态系统；同时针对不同类型岸线构建生境缓冲带，引入湿生木本植物并进行群落配置优化，同时考虑景观美学提升；

步骤4，采用生物操纵技术，将水体通过藻类转化的氮、磷营养物质以水生动物产量的形式得以固定；对于水域面积较大的自然景观水体，根据水体浮游植物初级生产力，投放不同营养级输水生动物，环棱螺、河蚌、锯齿新米虾滤食水体藻类和颗粒悬浮物；在水生动物的调控与维护中，应用中度干扰技术进行不同营养级鱼类投放或是人为干扰可以有效地活跃整个系统；

步骤5，对于封闭静水水体，增加循环设施，使整个水体流动起来；植被以浮叶和生态浮床为主；在后期维护中引用微纳米曝气射流装置提高水体溶氧，同时引入水质实时在线监测系统对水体做动态监测和预警，以及引入以增加空气纳米负离子的跌水装置。

步骤1所述的污染负荷计算，水体污染负荷由自然背景值、底泥营养盐释放、点源污染和面源污染组成，污染负荷计算如下：

式中：W

所述的生物操纵技术，具体做法是：对于水域面积大于1km

所述的岸线缓冲带构建，具体做法是：采用植被和土木工程相结合的方法，除了传统的水生植被，还引入湿生木本植物，辅以生态砖、生态混泥土来巩固水岸线，使水体与土壤相互渗透，促进水系的横向连通，而且兼具自然景观效果的水系护岸形式；其中，对于自然底质状况的较大水体，以木本植物为主要景观元素，配以挺水植物构建水体景观；遵循较高的观赏性、稳定性、较强的生态适应性的植物组合搭配模式的原则；

所述的水下森林/草坪技术，具体做法是：根据水体地形如自然底质引入沉水、挺水、植物进行水下种植；硬质的采取水底、水体盆栽式构建沉水植被，辅以浮叶、漂浮植物以及生态浮岛构建，除了考虑修复效果还兼顾景观效应；形成不同群落结构的植被配置，苦草+/金鱼藻/穗花狐尾藻群落、眼子菜+苦草+金鱼藻+狐尾藻群落等；水面构建生态浮岛，以挺水植物、湿生草本植物为主，行成如千屈菜+美人蕉+风车草+大叶算盘子、千屈菜+再力花+梭鱼草+细枝叶下珠群落的配置模式。

所述的曝气复氧技术，具体做法是：对于封闭静水水体，增加循环设施，使整个水体流动起来；引用微纳米曝气射流装置提高水体溶氧，以及引入以增加空气纳米负离子的跌水装置。

本发明的有益效果是：

一、与现有技术相比，本发明一方面除了从污染源的角度出发，如整治甚至推荐关闭不合排放标准的工厂、工程等；对生产设备及工艺进行技术上的改进，做到清洁生产、排放等。另一方面就是对已经受到污染的景观水体环境进行基于生态演替式的修复改善。利用培育的植物、动物或培养接种的微生物生命活动对水体污染物进行转移、转化及降解作用，从而使水体得到净化的技术，同时和空间绿化环境及景观改善结合起来，并在治理区建设休闲和娱乐设施，创造人与自然融合的优美环境，达到真正人与自然的和谐统一。本技术思路是，截除污染源，消除目标区域内争氧物质，稳定水体的高溶氧状态，快速培植优势好氧微生物，打造水体生物生存的生态基础，并通过水体微生物、水生动物、水生植物系统构建,以“生物操纵”、“中度干扰理论”等生态学原理为基础建立起遵循自然规律的人工生态，进一步通过人工生态向自然生态演替，恢复水体生物多样性，并充分利用自然系统的循环再生、自我修复等特点来实现水生态系统的良性循环。从而得到一个健康、稳定的水生态系统。

二、与现有各单一的水体修复技术相比，本发明集成不同的水体修复技术，结合生态理念，应用在景观水体建设中，成为生态园林建设中的一大助力。这些主要修复技术就包括生态清淤技术，水生动植物修复技术，人工湿地技术，生态浮到技术，生物膜净化技术，曝气复氧技术，低影响开发技术等。景观水体作为生态园林建设中的重要一环，既要满足人们的审美需求，又要做到生态、宜居、低碳、环保，以符合现代生态文明建设。因而我们在景观水体修复中采用生态演替式理念来进行修复与维护。其是一项遵循自然演替规律，因地制宜的采用相应技术的组合与集成，以生态学理论为基础，为景观水体修复与维护提供理论基础。

三、经济效益

与现有技术相比，本发明采用提升人居环境的生态、宜居技术，初步预估，如果是南方景观水体，通过引证文献，结合地区降水量，在南方地区涵养水源价值约10元/m

四、社会效益

与现有技术相比，本发明技术的成功实施能够改善现有景观水体建设中水体易恶化，维护困难等一系列问题。整个景观水体“活”起来，更好地与周边生态景观相衔接和呼应，在自然观光、旅游、娱乐等方面的功能均有所提升，甚至是带动具有景观水体的地产和旅游业的增值。因此，基于生态演替式水体修复与维护技术在景观水体修复与维护中的应用符合生态文明建设理念，真正做到人居环境的生态、宜居。

附图说明

图1为本发明基于生态演替式的景观水体修复和维护方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

1)案例分析

从具体修复案例分析的角度，考察不同景观水体的工程项目，对各种不同类型景观水体中所运用的水体修复技术进行参观考察。对比不同案例，从多个层面对实例进行解读，分析其各应用技术方面的特征，加深对各种水体修复技术理解。

2)案例实证

参与实际项目，以前期所得原则、方法进行具体的生态演替式原理景观水修复与维护，验证其可行性，在实践中不断完善研究理论。分析各种具体条件下不同修复技术因地制宜的集成设计方法及其优劣势，从实例上加以验证，从而归纳出各种条件下的生态演替式景观水体修复与维护的集成技术的实践在理论上的验证，进一步对其理论技术进行丰富和完善。

实施例1

如图1所示，一种生态演替式景观水体系统的修复与维护方法，包括以下步骤：

(1)景观水体调研及污染负荷计算：对景观水体进行调研，包括水体面积、地形等参数，水体理化性质、水生生物等状况及来水水质，初步判断整个景观系统状况，找出存在的问题，明晰内外源污染负荷；

根据污染源组成，水体污染负荷由自然背景值、底泥营养盐释放、点源污染和面源污染组成。污染负荷计算如下：

式中：W

(2)进水水质控制：对进水水体污染负荷进行计算，针对性的进行分级处理，主要包括人工湿地、下凹式绿地、雨水花园和透水铺装设施进行进水处理；

区域内面源污染主要是降雨和地表径流等，

1)天然降雨入河/湖量负荷W

W

A为集雨面积；h为年平均降雨量；α为雨水污染物浓度系数(雨水中COD、总氮、总磷浓度分别在25～200、0.83～6.25、0.038～0.250mg/L)。

2)地表径流污染负荷

采用以下公式简单且合理地计算出各类型用地的径流污染负荷：

L＝0.01α·ψ·P·A·C

式中：L为一定面积排水区域的年污染负荷,kg/(hm

针对以上进水污染主要采取复合垂直流和表面流人工湿地净化。

1)复合垂直流人工湿地计算：

根据降解的BOD

A＝Q(lnC

K

式中：A为复合垂直流人工湿地面积，m

2)表面流人工湿地面积计算：

基于k-C一级动力学模型，对于特定污染物达标所需的湿地面积：

A＝0.0365Q/k·[ln(C

式中：A:表面流人工湿地面积，ha

(3)岸线缓冲带进行湿生木本、水生植被构建及优化配置：水体岸线构建主要以采用植被和土木工程相结合的方法，除了传统的水生植被，还引入湿生木本植物，辅以生态砖、生态混泥土来巩固水岸线，使水体与土壤相互渗透，促进水系的横向连通，而且兼具自然景观效果的水系护岸形式。

对于自然底质状况的较大水体，以木本植物为主要景观元素，配以挺水植物构建水体景观。遵循较高的观赏性、稳定性、较强的生态适应性的植物组合搭配模式的原则。

选用的湿生木本植物：水翁、秋枫、水松、落羽杉等；挺水植物：美人蕉、风车草、再力花、纸莎草、菖蒲、千屈菜等；两者进行优化搭配，兼顾景观效果的同时起到水体净化作用。

(4)水体修复技术集成：在严格把控进水的基础上，结合水体污染负荷进行相应修复技术的集成，以达到水体修复的目的。

水环境容量指水体环境在规定的环境目标下所能够容纳的最大污染物总量，反映了特定水体水质保护目标与污染物排放量之间的动态输入响应关系。因此一个健康、稳定、平衡的水生态系统满足下式：

Q

在水体生态修复过程中，综合应用各处理技术，采用量化的方式把控整个各个级联上的物质和能量流动状况，最终营建一个稳定、平衡的水生态系统。

在明晰了需要消减的污染负荷量后，对水体进行复氧处理，以便后期进行水生动植物群落的构建。引入纳米爆气射流装置，快速复氧，尤其是针对已经黑臭的水体效果显著。根据水体地形如自然底质引入沉水、挺水、植物进行水下草坪、水下森林构建；硬质的采取水底、水体盆栽式构建沉水植被，辅以浮叶、漂浮植物以及生态浮岛(浮床)构建，除了考虑修复效果还兼顾景观效应。因地制宜行成不同群落结构的植被配置，如苦草+/金鱼藻/穗花狐尾藻群落、眼子菜+苦草+金鱼藻+狐尾藻群落等。同时水面构建生态浮岛，以挺水植物、湿生草本植物为主，行成如千屈菜+美人蕉+风车草+大叶算盘子、千屈菜+再力花+梭鱼草+细枝叶下珠群落等配置模式。

在以上以植被为主的措施相对稳定后，从生态系统角度综合考虑，引入水生动物以及辅以微生态制剂来形成一个健康稳定的水生态系统。根据水体用途和面积，对于兼顾景观和渔业发展的大型水体，引入部分中上层虑食性鱼类，主要控制藻类生物量；底栖杂食性鱼类细鳞斜颌鲴对藻类、有机碎屑控制；杂食性鱼类对有机碎屑摄食及提高水体生物多样性；刮食性，水底附着生活的底栖动物环棱螺、河蚌、青虾、米虾等摄食藻类及有机碎屑；枝角类等浮游动物，摄食藻类及有机碎屑。其中草食性鱼类投放量按以下估算：

F＝P

F为渔产潜力(kg/亩)，P

摄取的饵料能＝生长能+呼吸代谢能+排遗排尿能+······

式中：F

(5)后期管养维护及示范工程推广应用：以上步骤以期形成一个景观水生态系统，是其中要素自然演替，同时增加适当人为干扰加以维持。在水质方面仍要严格控制进水，响应设置出水管道，以增加整个水体的流动性。对于水质、水生生物等予以适当干预，加强管理，控制认为或不可抗力如极端暴雨径流带来的污染物，增强周边雨污分流管道系统建设和水体预警装置，同时做好应急预案；水生植物后期打捞、收割以及根据区域、季节适当增删来优化配置等；鱼类的部分移除以及不同配比的调控使整个水生态系统的演替更加趋于良性并能长久循环。

采用以上生态演替式景观水体修复与维护方法的成熟、稳定且取得良好效益的景观水体形成示范工程，针对性的进行推广与应用，并根据实际情况进行调整与优化，最终为生态园林建设与发展、生态宜居环境建设提供技术与方案。

实施例2

一种生态演替式景观水体系统的修复与维护方法，包括以下步骤：

步骤1，景观水体调研及污染负荷计算，了解待修复景观水体现状，包括水质、水生动植物组成和生长状况、水体理化性质、来水水质，初步判断整个景观系统状况，找出存在的问题，明晰内外源污染负荷；

步骤2，控制进水水质，稳定水体的高溶氧状态，快速培植优势好氧微生物，提高水体透明度，打造水体生物生存的生态基础；

步骤3，水生植物群落构建，进行生态浮岛(床)、水下草坪、水下森林、湿地系统的构建，并做出合理的湿生木本、水生植物群落配置，构建健康的以植被为主的生态系统；

步骤4，采用生物操纵技术，将水体通过藻类转化的氮、磷营养物质以水生动物产量的形式得以固定；对于水域面积大于1km

步骤5，对于封闭静水水体，增加循环设施，使整个水体流动起来；植被以浮叶和生态浮床(岛)为主；在后期维护中引用微纳米曝气射流装置提高水体溶氧，同时引入水质实时在线监测系统对水体做动态监测和预警，以及引入以增加空气纳米负离子的跌水装置(提水式曝气设备)。

步骤1所述的污染负荷计算，水体污染负荷由自然背景值、底泥营养盐释放、点源污染和面源污染组成，污染负荷计算如下：

式中：W

所述的生物操纵技术，具体做法是：对于水域面积大于1km

所述的岸线缓冲带构建，具体做法是：采用植被和土木工程相结合的方法，除了传统的水生植被，还引入湿生木本植物，辅以生态砖、生态混泥土来巩固水岸线，使水体与土壤相互渗透，促进水系的横向连通，而且兼具自然景观效果的水系护岸形式；其中，对于自然底质状况的较大水体，以木本植物为主要景观元素，配以挺水植物构建水体景观；遵循较高的观赏性、稳定性、较强的生态适应性的植物组合搭配模式的原则。

所述的水下森林/草坪技术，具体做法是：根据水体地形如自然底质引入沉水、挺水、植物进行水下种植；硬质的采取水底、水体盆栽式构建沉水植被，辅以浮叶、漂浮植物以及生态浮岛构建，除了考虑修复效果还兼顾景观效应；形成不同群落结构的植被配置，苦草+/金鱼藻/穗花狐尾藻群落、眼子菜+苦草+金鱼藻+狐尾藻群落等；水面构建生态浮岛，以挺水植物、湿生草本植物为主，行成如千屈菜+美人蕉+风车草+大叶算盘子、千屈菜+再力花+梭鱼草+细枝叶下珠群落的配置模式。

所述的曝气复氧技术，具体做法是：对于封闭静水水体，增加循环设施，使整个水体流动起来；引用微纳米曝气射流装置提高水体溶氧，以及引入以增加空气纳米负离子的跌水装置。

实施例3

如图1所示，本发明提供一种生态演替式景观水体系统的修复与维护方法的另外一种实施方式，与实施例1不同的在于，在进水人工湿地植被配置、水下草坪、水下森林、生态浮岛构建方面的植被落落组成和优化配置方面有所差异，这需要根据水体污染负荷、污染状况、水体所处区域(如南方或北方)，需要采取不同的植物配置模式。在后期维护过程中，根据需求投入不同水质在线监测设备系统，同时根据景观水体地形及外周环境设计不同需求的跌水装置(提水式曝气设备)来增强周边空气负离子强度，以生态景观促进人们的生态宜居。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。