管网雨水补给河道用水的人工湿地水质净化流程研究

中国北方部分地区水资源短缺,河道干涸,但夏季雨水资源潜力丰富。虽径流受到一定污染,但较于生活污水和工业废水,其污染程度更低,成分更简单。雨水通过低运行成本的人工湿地净化系统,可以实现较好的净化效果,满足河道景观需求和生态补水。城市管网雨水承载能力过重的城市边缘区,建设更新过程中进行雨污分流制度,更适于采用人工水质净化的方式将城市雨水管网中的雨水进行就近消纳,减轻城市雨水管网压力,并利用表面负荷率（ALR）来确定并校核人工湿地面积。在综合现在人工水质净化主流程预处理单元、人工湿地单元和消毒存储单元3个环节的基础上,以低运营成本、低管理成本、最优净水量为指向,引入物联网技术智能管控系统,行程具有能控制各级出水水质监测、多级管控、净水生态功能与游览景观功能相结合等多重优点的人工水质净化全流程,达到符合河道水质标准的净化效果。该流程为缓解北方城镇河道缺水现状、解决城市雨洪问题提供新思路。     

基于二元水循环效率提升的城市湿地修复策略

城市湿地对人地系统的水循环调节起着关键作用。随着城市的发展,水资源短缺问题日益突出,探讨湿地在缓解城市水资源危机中的作用具有重要意义。基于“自然-社会”二元水循环理论,综合分析了我国城市用水量在全国总用水量占比急剧增加的现状,以及城市水循环效率低下的重点问题;基于城市水循环途径的取水、输水、用水、排水和回水五个阶段,系统提出湿地的保护恢复有助于改善城市水资源利用状况,增强城市湿地空间优化配置和水资源可持续利用的协同效应;充分考虑城市生态空间整体优化及湿地布局,全面阐释在城市国土空间规划指导下,通过增加城市水循环中社会水回归容量和缩短社会水回归距离,提升城市水循环效率,充分发挥湿地生态工程对城市水循环优化的调控作用;最后,兼顾城市中长期规划发展的协调性、适应性,探讨了湿地保护修复以提升水循环效率的策略,包括多功能水源地建设、缩短汇水距离、多级净水、营建小微湿地以及构建自循环理念的再生系统等具体措施,为城市湿地资源空间规划的整体布局提供重要依据,对促进城市水资源可持续利用和建设人与自然和谐共生的韧性城市具有重要意义。     

海河流域生态需水核算

从生态系统角度分析了生态需水内涵和生态需水与生态用水概念的差别。探讨了海河流域自然陆地、河流、湿地、城市 4种生态系统类型生态需水核算方法 ,并对其生态需水量进行了核算。大气降水首先被天然植被利用后形成地表径流 ,才能被人类管理利用来满足经济水量和生态水量需求。从水资源管理来说 ,河流、湿地、城市等生态需水来源于径流性水资源可称为狭义生态需水 ,而包括利用降水性水资源的天然植被生态需水在内的全部生态系统生态需水可认为是广义的生态需水。狭义生态需水是水资源管理及生态需水研究和关注的重心。研究结果表明 :海河流域河流生态需水 31.6 4× 10 8m3,占多年平均天然径流量的 12 % ;湿地生态需水为 34.31× 10 8m3,占 13% ;城市生态需水量 10 .83× 10 8m3,占 4 .1% ,3项合计占径流总量的 2 9.1%。生态需水量是一个动态的值 ,随生态保护目标的提高和经济的发展核算结果必然发生变化 ,维护生态环境质量的状况不同 ,也存在最大、最小生态需水量的阈值问题 ,此类问题需今后进一步研究     

人工湿地系统在湖泊生态修复中的作用

湖泊在维系区域水安全、生态安全和环境安全中具有重要价值。然而,受到人类非理性水土资源开发活动和全球变化的影响,部分湖泊遭到污染、无序垦殖及生态和环境需水被挤占而发生退化,其生态服务功能和经济社会价值也显著降低,对湖泊进行生态修复已成为政府部门、学术界和社会公众共同关心的资源与环境问题之一。在湖泊生态修复中,人工湿地系统可有效降低湖泊污染负荷,对湖泊生态系统的非生物环境进行有效调控;此外,人工湿地系统可对湖泊生物物种进行定向培育、增殖和保护。人工湿地系统消减湖泊污染负荷主要包括对外源性污染负荷的生态拦截和对内源性污染负荷的生态萃取。根据外源性污染负荷的入湖方式,生态拦截又包括针对无组织排放污染负荷(主要包括农田区坡面径流和城市地表径流)的带状拦截和针对有组织排放污染负荷的前置库拦截及线状拦截。在利用人工湿地系统进行湖泊生态修复过程中,需要结合湖泊生态系统的基本特征、生态退化的动力学机制和生态修复目标,按照节水、节地原则,适时、适地、适效地建设人工湿地系统及组合系统,充分发挥人工湿地系统对湖泊的综合生态修复功能。需要特别指出的是,在利用人工湿地系统进行湖泊生态修复过程中,要在多方论证和生态风险调控的基础上进行,避免外源性物种入侵对湖泊生态系统的破坏。     

大庆市生态城市建设的影响因素与对策

大庆是一个典型的资源型城市,是中国最大的石油化工基地,针对大庆在生态城市建设中存在的草原"三化"、石油石化工业生产对环境破坏和污染、对城市地域空间的优化重视不够等三大问题,分析了大庆所具有的优势和不利因素,提出了相应的对策和具体措施.由于草原"三化"问题严重,必须开展草原生态系统的修复和重建,要突出大庆草原型生态城市的特色;湿地是大庆市宝贵的资源,在严加保护的同时,要建立人工-自然复合湿地生态系统,充分发挥湿地的多种生态服务功能;石油化工生产对环境污染和破坏严重,必须开展"绿色油田"工程建设,以适应生态城市的需要;城市开放空间系统的优化是生态城市建设的关键,应采取建设生态公路、生态广场、生态小区及安装风光路灯、绿色建筑等优化措施.     

西藏拉萨拉鲁湿地生态系统服务功能价值估算

青藏高原是“世界屋脊”,也是我国及南亚、东南亚地区江河水系的主要水源区。该区分布有13.3×104km2的天然湿地,仅西藏自治区就有6×104km2的各种类型湿地。这些湿地对于维护青藏高原地区的生态功能,保证下游地区江河水生态安全具有重要的战略地位。但是由于许多湿地紧邻人类活动密集的城市地区,也被视为重要的城市建设土地后备资源,他们的开发与保护,长期以来一直存在着争议。以拉萨拉鲁湿地为例,对高寒草甸沼泽湿地的生态服务功能进行了定量估算。研究发现,拉鲁湿地生态系统每年的服务功能总价值达到5481万元,其中物质生产功能价值仅有315万元,占总生态服务功能价值的5.75%;如果将该湿地开发为城市建设用地,平均每年的增值也只有1391万元,仅为生态系统功能总价值的25.38%。可以看出,保护这些湿地的生态价值要远比直接开发的价值高得多,因此在西藏地区经济发展和城市扩张的过程中,必须从整个生态系统的角度出发,科学合理地保护和利用湿地资源。     

基于协同发展的北方湿地公园生态修复技术研究——以琉璃河湿地公园为例

以北京房山区琉璃河湿地公园为例, 针对该区水质污染严重、水生态退化及景观单一等问题, 统筹考虑区域生态环境特征及历史文化底蕴, 以水质改善、水生态健康稳定、水景观协调为目标, 基于水环境水生态、水景观“三位一体+”的生态综合治理理念, 采用水系廊道连通、人工湿地及构建水生态系统等一系列适合区域环境特点的关键技术, 逐步实现河流湿地水系连通、河湖水质提升、恢复水生态、打造水景观, 建设成集水文调蓄、生物多样性保护、水质净化及休闲娱乐为一体的城市湿地公园, 协同湿地保护与城市发展战略需求。湿地公园生态修复方案可为北方湿地公园的生态修复提供相应的借鉴。     

生态网络视角下武汉市湿地生态格局分析

城市湿地是城市发展的重要生态保障。快速城市化进程导致湿地景观破碎化,威胁湿地生态系统安全。生态网络通过廊道连接重要生境斑块,基于生态网络分析城市湿地生态格局,不仅可了解湿地的空间分布情况,还可反映湿地系统的结构与连通性特征。以武汉市为研究区,利用形态学空间格局分析(Morphological Spatial Pattern Analysis, MSPA)方法识别湿地源地,结合地表景观类型、地形坡度及人类活动强度因素构建综合阻力面,采用最小累积阻力模型(Minimum Cumulative Resistance, MCR)提取生态廊道构建湿地生态网络,最后对网络进行重要性分级。分析网络的结构及区域特征,结果表明:武汉市湿地规模较大,但破碎化严重且空间分布不均;网络空间结构不完备但景观结构良好,重要廊道多位于城市边缘斑块间且集中分布在南部地区;各区域湿地格局特征不同,江夏区及汉南区湿地资源丰富且斑块质量高,廊道分布多且景观结构较好但重要性不高,黄陂区及东西湖区湿地总量少且形态破碎,区内廊道少、重要性低且景观结构有待改善,新洲区湿地规模小,廊道分布较少且景观结构不完善,但湿地及廊道重要性均较高。研究结果将为武汉市湿地保护与建设工作提供科学依据。     

中国生态地理区城市水资源利用效率及影响因素

水资源利用效率是落实最严水资源管理制度和水生态文明建设的重要内容,是中国国民经济社会发展的重要战略问题。通过分类数据包络分析模型对2007-2016年中国生态地理区城市水资源利用效率进行测算,分析全国和生态地理区城市水资源利用效率特征,采用Tobit回归模型探讨中国和生态地理区城市用水效率的影响因素。研究结果表明：我国城市水资源利用效率普遍较低,全国水资源效率均值呈现先下降后上升波动式发展,全国城市间用水效率差距在缩小。生态地理区水资源利用效率差异显著,温带干旱区、温带半干旱区、温带半湿润区、温带湿润区和亚热带湿润区用水效率依次递减,区域间水资源效率差异在逐渐减小。城市人口、土地利用结构、经济发展水平、产业结构与全国城市水资源利用效率呈显著正相关,而城市供水、用水结构、水资源管理政策则表现为显著负相关性。     

湿地生态水文模型研究综述

变化环境下湿地生态水文格局及过程发生了深刻变化,已对流域、区域乃至我国水安全和生态安全构成威胁。湿地生态水文模型是揭示湿地生态格局与生态过程的水文学机制的有效工具和重要手段。介绍了湿地生态水文模型的概念、内涵、构建方法及分类,回顾了湿地生态水文模型的国内外发展历程,论述了目前湿地生态水文模型研究应用的重点领域:湿地生态水文调控与生态补水、流域湿地生态恢复重建与水资源综合管控和气候变化下湿地生态水文变化评估与应对策略。针对目前研究中存在的问题及薄弱环节,提出未来研究的发展趋势和亟需加强研究的重点方向。     

Remediation potential of agricultural organic micropollutants in in-situ techniques: A review

Agricultural activities can be important source of organic pollution. In agricultural intensive areas, organic chemicals have a high possibility of entering the water cycle, which could pose a potential risk to human health. Low-cost and high efficiency in-situ techniques instead of energy and money consuming ones to control agricultural organic micropollutants (Agro-OMPs) in aquatic system are extremely needed. In this paper, emerging Agro-OMPs were discussed focusing on their occurrence, pathways and risks. The mechanisms, dominant parameters and effectiveness of riverbank filtration, riparian buffer zone, constructed wetland and permeable reactive barriers for removing these pollutants are presented and discussed. Ecological succession in Riverbank Filtration (RBF) system is worth noticing for its stability maintenance. Riparian buffer zone (RBZ) should be explored more focusing on flexibility improvement and construction standardization. Constructed wetland (CW) is quite efficient on antibiotic resistance genes (ARGs) attenuation, but the risk of ARGs propagation still exist. Besides, more innovations should be made on combination, field-scale application and long-term evaluation of in-situ remediation techniques, which will provide references for agricultural water management and water quality improvement.     

人工湿地植物对观赏水中氮磷去除的贡献

研究了处理观赏用轻度富营养化水的人工湿地中植物的生长特性和氮磷去除作用。研究发现 ,所选用的 2 1种植物中 ,有17种植物在人工湿地中生长良好 ,稳定生长 10 5 d以后 ,其平均总生物量在 15 5～ 1317g/ m2之间 ,除了鸭跖草的地上地下生物量比 (A/ U)为 2 0 .5外 ,其余都在 1.18～ 4 .2 9之间。植株地上部 N和 P的浓度分别在 10 .99～ 34.74 mg/ g和 0 .5 9～ 3.81mg/ g之间 ;地下部 N和 P浓度分别在 6 .2 0～ 2 9.5 0 mg/ g及 0 .72～ 3.83mg/ g之间。大部分植物地上部 N和 P的浓度大于地下部 (p<0 .0 5 )。植物的 N、P积累量分别在 2 .10～ 2 4 .4 8g/ m2 和 0 .2 3～ 1.95 g/ m2 之间。在处理轻度富营养化水的人工湿地中 ,植物吸收对氮磷的去除起着主要作用——贡献率分别为 4 6 .8%和 5 1.0 %。植物的氮磷积累量与浓度及生物量之间均存在显著相关 ,所以可以直接以生物量为指标选择人工湿地植物。同时考虑净化和景观效果 ,可为处理城镇轻度富营养化水的人工湿地的植物选择提供参考     

Use of a geographic information system data base to measure and evaluate wetland changes in the St. Marys River,Michigan

A digital data base was constructed by photo interpretation, mapping, and digitizing seven dates of aerial photography on the St. Marys River, Michigan, USA. The data base was used in conjunction with geographic information system software to examine historical changes in wetland area. Total wetland area between 1939 and 1985 ranged from 7 200 to 7 317 ha over a 46-year period of high and low water. There was greatest variation in areas of emergent wetland and scrub-shrub wetland, which appeared to be responding primarily to changes in water level.     

人工湿地生态系统服务综合评价研究

人工湿地作为一种高生产力的生态系统能为人类提供多种服务。但多年来对人工湿地的研究主要集中在其净化机理上, 而一直缺乏系统、综合的人工湿地生态系统服务评价体系。基于层次分析法和模糊隶属函数法等数学理论, 首次建立了对人工湿地生态系统服务进行综合评价的方法——人工湿地生态系统服务综合指数。开展了以北京奥林匹克森林公园人工湿地为例生态系统服务综合评价。其生态系统服务综合指数的得分为0.7848 分。该得分较理想, 说明北京奥林匹克森林公园人工湿地具有可观的生态系统服务价值。它能在净化水质、提供栖息地、有机质生产、微气候调节、休闲娱乐和科研教育等诸多方面提供良好服务。对人工湿地生态系统服务进行综合评价, 有利于比较不同人工湿地或同一人工湿地不同时期服务质量的优劣, 从而为人工湿地的研发、设计、建设、运行和管理提供指导。       

大型人工湿地生态可持续性评价

大型人工湿地现已广泛应用于湖滨带、河滨带水质净化及湿地生态修复,这些人工湿地的生态可持续性评价对于其科学管理调控及长期可持续运行具有重要意义。运用综合指标评价及层次分析法,根据人工湿地生态系统的特点,提出并建立了适合评价人工湿地可持续性运行的指标体系,建立的评价指标包括生态特征与功能、水质净化功能及经济社会功能三项一级指标,及对应的14个二级指标。运用建立的评价指标体系对南四湖湖滨带新薛河大型人工湿地示范工程的生态可持续性运行了评价,评价结果显示:植物多样性、氨氮去除能力、生物入侵抵抗力、野生动物栖息地、COD去除能力是影响大型人工湿地运行效果的主要制约因素;新薛河人工湿地生态可持续性综合指数为0.6862,处于"良"级,其中生态特征功能可持续性指数最高,为0.7732;水质净化功能和社会经济功能指数分别为0.6190,0.6492。由结果可知,南四湖新薛河大型人工湿地具有重要的生态修复功能,水质净化功能方面应加强植物定期收割及植被管理,同时经济社会功能还有待加强,植物经济效益及旅游娱乐效益还有待深入开发。建立的人工湿地可持续性运行的评价指标体系具有较强的针对性,可用于其他大型人工湿地的生态可持续性评价。     

Low-carbon assessment for ecological wastewater treatment by a constructed wetland in Beijing

Presented in this paper is a low-carbon assessment for wastewater treatment by a constructed wetland as ecological engineering. Systems accounting by combining process and input-output analyses is applied to track both direct and indirect GHG emissions associated with the wastewater treatment. Based on the detailed assessment procedures and the embodied GHG emission intensity database for the Chinese economy in 2007, the GHG emissions embodied in both the construction and operation stages of a pilot constructed wetland in Beijing are investigated in concrete detail, with parallel calculations carried out for a cyclic activated sludge plant as a typical conventional wastewater treatment system for comparison. With the overall embodied GHG emissions taken into account, the constructed wetland is shown to be remarkably less carbon intensive than the conventional wastewater treatment system, and the contrast in GHG emission structure is also revealed and characterized. According to the results, the ecological engineering of the constructed wetland is considered to be favorable for achieving the low-carbon goal.     

Removal of polycyclic aromatic hydrocarbons and linear alkylbenzene sulfonates from domestic wastewater in pilot constructed wetlands and a gravel filter

Removal efficiencies of polycyclic aromatic compounds (PAHs) and linear alkyl benzene sulfonates (LAS) were evaluated in a pilot-scale constructed wetland (CW) system combining a free water surface wetland, a subsurface wetland and a gravel filter in parallel. The effect of parameters such as temperature and mass loading rate was also examined. The subsurface constructed wetland system was found to have the overall best performance on pollutants removal. In particular, the average removal of PAHs and LAS was 79.2% and 55.5% for the SSF (Subsurface Flow) constructed wetland, 68.2% and 30.0% for the FWS (Free Water Surface) constructed wetland and 73.3% and 40.9% for the gravel filter, respectively. Removal efficiency and the estimated first-order volumetric removal rate constant (k_v) for both PAHs and LAS decreased with increasing water temperature. The experimental results suggest that the absorption in solid media is the main mechanism for xenobiotics removal in constructed wetlands and that the overall performance of the SSF wetland is significantly better than the FWS wetland or the gravel filter.     

洱海低污染水处理湿地中应用海菜花的可行性

人工湿地因其成本低、效率高、地区适宜性强等特点,成为洱海低污染水处理的优先考虑手段之一。人工湿地的建设及运行不仅仅是技术问题,而是要充分考虑当地的实际,挖掘其资源（植物产品）价值。从技术、环境、生态以及经济角度论证了将乡土经济植物海菜花应用于湿地系统中的可行性,结果表明：1）海菜花人工种植技术较为成熟,能为洱海低污染水处理湿地中海菜花的存活和丰产提供保障;2）洱海气候适宜应用湿地系统,低污染水营养足以保证海菜花生长。而海菜花四季生长旺盛,具有一定的净水能力。就环境可行性来讲,海菜花完全可以应用到洱海低污染水湿地净水系统中去;3）将海菜花应用到洱海低污染水湿地净水系统中,有助于增加洱海的生态景观效益,不仅可以规避外来物种入侵风险,而且有利于濒危物种的恢复,生态可行性较好;4）将海菜花应用到湿地净水系统中,可以充分利用来水中营养盐,变废为宝,同时持续稳定地产生较好地经济效益,为因湿地建设而失地的农民提供生活保障。     

Assessment of sustainable vermiconversion of water hyacinth at different reactor efficiencies employing Eudrilus eugeniae kinberg

The Erh-Ren River is one of the most polluted rivers in Taiwan. Although its flow rate is relatively low, the rate is still beyond the capacity of any traditional water treatment facility. A pilot-scale constructed wetland (CW) is the attempt used to purify the highly polluted river water and to collect data for the construction and operation of a full-scale system in the future. This article reports the results from this initial stage of our research work. During the study, the most efficient nutrient removal occurred between April and October. The monthly average removal rates of chemical oxygen demand (COD) ranged from 13-51% of ammonia-N (AN) from 78-100%, and of orthophosphate (OP) from 52-85%. After November, input COD levels increased, and the monthly average removal rates of ammonia-N dropped to 16% and of orthophosphate to 13%. The dramatic changes in removal efficiency suggest that the macrophytes in the CW had a direct influence on the water treatment and that the change of seasons and the quality of the river water inhibited the growth of the macrophytes.     

The flower and the butterfly constructed wetland system at Koh Phi Phi—System design and lessons learned during implementation and operation

In 2007, a constructed wetland system was implemented on the tourist island of Koh Phi Phi in Southern Thailand. This paper presents the process of planning, designing and implementing the system and discusses the performance and operational issues 3 years after implementation. The system is an international lighthouse project showing the potential for aesthetical integration of constructed wetland systems in the built environment. The system comprises a wastewater collection system for the main business and hotel area of the island, a pumping station and a pressure pipe system to the treatment facility, a multi-stage constructed wetland system, and a system for reuse of treated wastewater. The treatment chains consist of vertical-flow, horizontal subsurface flow and free water surface flow units. Because the treatment system is located at the centre of the island, surrounded by resorts, restaurants and shops, the systems are designed with terrains as scenic landscaping. The wastewater is treated to meet the Thai effluent standards for total suspended solids and nitrogen, but because of inadequate pre-treatment and removal of oil and grease prior to the system, the standards for oil and grease and BOD are not met. A number of challenges during construction and operation have caused problems with clogging of the vertical flow constructed wetlands and given rise to odour problems. Safeguards were prepared, but not effectively activated, mainly because no key-person or key-authority took responsibility for managing the system.