水利工程論文-生態(tài)水工學(xué)的工程理念.doc

水利工程論文-生態(tài)水工學(xué)的工程理念摘要：水是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。河流、湖泊中的水與生物群落（包括動物、相互交織在一起。水是生物群落生命的載體，又是能量流動和物質(zhì)循環(huán)的介質(zhì)。水體與生物群落相互依存，相互作用，形成了江河湖泊的自凈能力。水利工程學(xué)應(yīng)吸收、融合生態(tài)學(xué)的理論，建立和發(fā)展生態(tài)水工學(xué)。在滿足人們對水的各種不同需求的同時，水利工程還應(yīng)滿足水域生態(tài)系統(tǒng)完整性、依存性的要求，恢復(fù)與建設(shè)潔凈的水環(huán)境，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧。關(guān)鍵詞：生態(tài)水工學(xué)水環(huán)境工程理念我國江河、湖泊和水庫普遍受到污染，直接威脅著飲用水的安全和人民的健因，未經(jīng)處理的工業(yè)廢水排放是最重要的點(diǎn)污染源，工業(yè)廢水造成水污染占水污染負(fù)荷50以上。由于農(nóng)田施用化肥、農(nóng)藥形成的農(nóng)田徑流，畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放的廢水、廢物，是我國水環(huán)境的重要面污染源。湖泊、水庫、河流、海灣的底部沉積物蓄積著多年來排入的大量污染物，稱為內(nèi)污染源，目前已是水體富營養(yǎng)化和赤潮形成的重要因素。水環(huán)境整治的重點(diǎn)是對污染源的治理與控制，特別是抓好工業(yè)和生活廢水的源頭治理是解決問題的關(guān)鍵。近幾年來，為改善流域的水環(huán)境，恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)，水利部門加強(qiáng)了流域的綜合管理，通過統(tǒng)一調(diào)度，初步扭轉(zhuǎn)了黃河、塔里木河及黑河持續(xù)斷流的局面。使黃河三角洲地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)得到明顯改善，塔里木河及黑河流域下游的胡楊林復(fù)蘇，鳥類及野生水禽返回，趨于惡化的生態(tài)系統(tǒng)得到了初步恢復(fù)。事實(shí)說明，水利工程不但在防洪、供水等方面作用巨大，而且在改善江河湖泊流域的生態(tài)系統(tǒng)方面也是大有作為的。生態(tài)建設(shè)已經(jīng)成了水利工作的重要任務(wù)。在這樣的大背景下，我們所討論的問題是：一個地區(qū)，一個流域生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與改善，反過來對于改善水質(zhì)會產(chǎn)生什么影響？新建的水利工程如何避免或減少對原有生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響？水利工程建設(shè)除了能滿足人對水的多種需求的同時，如何對流域生態(tài)系統(tǒng)的改善作出貢獻(xiàn)？一、水在生態(tài)系統(tǒng)中的地位和作用我們需要討論的問題是：水質(zhì)狀況與生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系，水在生態(tài)系統(tǒng)中扮演的角色，進(jìn)而討論在一個健全的生態(tài)系統(tǒng)中的水質(zhì)問題。1生態(tài)方法修復(fù)水體技術(shù)帶給我們的啟示生態(tài)方法水體修復(fù)技術(shù)，是利用培育的植物、動物或培養(yǎng)、接種的微生物的生命活動，對水中污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化及降解作用，從而使水體得到凈化的技術(shù)。生態(tài)方法水體修復(fù)技術(shù)包括：人工濕地處理技術(shù)、生物膜法處理技術(shù)、土地處理技術(shù)及生物操縱技術(shù)等。人工濕地是利用自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物的三重共同作用來實(shí)現(xiàn)對污水的凈化。生物膜法是指用天然材料（如卵石）、合成材料（如纖維）為載體，在其表面形成一種特殊的生物膜，可為微生物提供較大的附著表面，有利于加強(qiáng)對污染物的降解作用。這些微生物吞噬污染物分解為二氧化碳和水。土地處理技術(shù)是以土地為處理設(shè)施，利用土壤植物系統(tǒng)的吸附、過濾及凈化作用和自我調(diào)控功能，達(dá)到某種程度對水的凈化。一般用污水灌溉牧草或農(nóng)作物。生物操縱技術(shù)的原理主要是利用營養(yǎng)級鏈狀效應(yīng)達(dá)到凈化水的目的。比如在湖泊水庫中投放經(jīng)選擇的魚類，用以吞食另一類小型魚類，借以保護(hù)某些浮游動物不被小型魚類吞食，這些浮游動物的食物正是人們所討厭的藻類。這些技術(shù)在國內(nèi)外都已經(jīng)有一些成功的工程實(shí)例。比如深圳沙田鎮(zhèn)人口10萬人300余家。工業(yè)污水排入附近的田角河，造成水質(zhì)嚴(yán)重惡化。為解決污染問題，建立人工濕地污水處理廠，種植蘆葦、香蒲草和再力花等植物，日處理能力5000t/d，使廢水達(dá)到河流排放標(biāo)準(zhǔn)。韓國的漢江支流良才川地下生物廊道，利用河卵石表面形成的生物膜，使河流的BOD、SS等有較高的處理率。研究結(jié)果表明：在適宜的條件下，挺水植物如慈菇、茭白以及沉水植物伊樂藻、菹草等對水體中的氮和磷都有較高的去除率。常用的蘆葦對于磷的去除率達(dá)65。如果要問，生態(tài)方法處理污水的技術(shù)原理是什么呢？可以說自然界本身對于江河湖泊就具備一種很強(qiáng)的自我修復(fù)能力或稱自凈能力，這種技術(shù)不過是對自凈能力的一種強(qiáng)化，是人們遵循生態(tài)系統(tǒng)自身規(guī)律達(dá)到治污目的的一種嘗試。2生態(tài)系統(tǒng)的各要素之間的依存性與制約性所謂生態(tài)系統(tǒng)（Ecosystem），是指一定空間中的生物群落（動物、植物、微生物）與其環(huán)境組成的系統(tǒng)，其中各成員借助能量交換和物質(zhì)循環(huán)形成一個有組織的功能復(fù)合體。近年，也有學(xué)者把人類活動作為生態(tài)系統(tǒng)的要素。在這里“系統(tǒng)”一詞有兩層基本含義：一是它由一些相互依賴、相互作用的部分所組成；二是這些部分按照一定的規(guī)律組織在一起，從而使這個整體具備了統(tǒng)一的功能特性。生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各個要素之間相互依存、相互作用是其主要的特征。下面可以舉溫室效應(yīng)來說明這個規(guī)律。由于工業(yè)社會對化石燃料的高消耗，到1950年全球碳排放量達(dá)到16億，已經(jīng)超過當(dāng)時大氣層中二氧化碳的水平。到2000年達(dá)到63億，是1950年的4倍。碳排放量劇增是地球變暖的溫室效應(yīng)的根源。在過去30年地球的平均溫度從13.99上升到14.43。而且，自有記錄以來最暖和的14個年份都出現(xiàn)在1980年以后。由于生態(tài)系統(tǒng)是相互關(guān)聯(lián)、相互依存的，氣溫升高的影響發(fā)生在生態(tài)系統(tǒng)的各個方面。先是北冰洋的冰融化，其厚度從1960年的2厚降到2001年的1厚，而面積縮小了6。南極半島兩側(cè)的冰架全面后縮，近50年內(nèi)減少了70002。由于熱擴(kuò)散和冰雪融化使得海平面在世紀(jì)升高了1020，造成海洋擴(kuò)展，海水泛濫，咸水入侵。海洋表層溫度升高，輻射到大氣層中會造成更多的破壞性風(fēng)暴，使得熱帶和亞熱帶地區(qū)臺風(fēng)和颶風(fēng)頻繁發(fā)生。更進(jìn)一步講，在正常情況，冰雪覆蓋大地時，由于強(qiáng)大的反射作用，照射到地球表面上的陽光大部分返回宇宙空間。一旦冰雪大量融化，反射面積減少，會有更多的陽光熱量被吸收，這使得格陵蘭的陸地冰蓋會不可挽回地逐漸融化。而溫室效應(yīng)造成升溫引起森林火災(zāi)頻繁發(fā)生，而林火排放大量二氧化碳又加劇溫室效應(yīng)。這是所謂的“正反饋循環(huán)”，其實(shí)就是惡性循環(huán)。以上分析告訴我們，任何一個生態(tài)系統(tǒng)中各個部分之間都是相互關(guān)聯(lián)、相互依存、相互制約的。3生態(tài)系統(tǒng)的五種循環(huán)與作用那么水體的自凈能力是如何形成的呢？“生態(tài)系統(tǒng)自身規(guī)律”又是什么呢？眾所周知，生態(tài)系統(tǒng)中存在著五種循環(huán)與作用，這就是：氣候系統(tǒng)、水文循環(huán)、食物鏈（網(wǎng)）、養(yǎng)分循環(huán)及能量交換。具體說，氣候系統(tǒng)和水文循環(huán)為生物群落提供了生存條件。太陽能由綠色植物光合作用轉(zhuǎn)換為生物能，進(jìn)行著能量交換作用。生態(tài)學(xué)把各種生物劃分為生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者三大功能類群。所謂生產(chǎn)者是能用簡單無機(jī)物制造有機(jī)物的自養(yǎng)生物，包括所有綠色植物和某些細(xì)菌。綠色植物通過光合作用制造成碳水化合物。碳水化合物又可進(jìn)一步合成脂肪和蛋白質(zhì)。在這個過程中，太陽能轉(zhuǎn)化為生物能。這些有機(jī)物是地球上包括人類在內(nèi)的一切異養(yǎng)生物的食物來源。自養(yǎng)生物是生態(tài)系統(tǒng)中最基礎(chǔ)部分。所謂消費(fèi)者是不能用無機(jī)物質(zhì)制造有機(jī)物的生物，他們直接或間接地依賴于生產(chǎn)者所制造的有機(jī)物質(zhì)。這些生物屬于“異養(yǎng)生物”。包括草食動物和肉食動物。消費(fèi)者在生態(tài)系統(tǒng)中起重要作用。他們對初級生產(chǎn)物起加工、再生產(chǎn)的作用，