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生態修復技術工程范文1
隨著經濟的發展，人們對于生態環境的過度開發和利用導致各類生態資源越來越緊張，生態環境修復受到了廣泛的關注。水利工程施工會對周邊的水土保持等產生較大的影響，施工過程中如果不及時采取一些措施，可能會導致嚴重的水土流失，破壞生態環境。目前，水利工程施工過程中的一些技術措施已經不能夠滿足當前生態修復的需求，因此，需要借助生態修復相關理論來預防水利工程施工過程中的的水土流失。
1生態修復的概念
生態修復指的是依靠生態系統自我調節能力使其能夠向有序的方向發展，生態修復過程中一般不會人工干涉，但是特殊情況下可以輔助一些人工措施，幫助一些受破壞的生態系統進行修復，使其能夠可持續發展。自然生態組成了一個穩定的系統，由于人類的活動導致自然生態平衡被打破，幫助生態系統恢復到原有的平衡，稱之為生態修復。學術界并沒有界定生態修復和生態恢復的區別，但是一般歐美國家采用生態恢復的說法，一些亞洲國家則更加傾向于使用生態修復的說法，其本質上是相同的，都是幫助自然生態系統可持續發展，并為人類所利用。
2水利工程水土流失特點
2.1以點或線狀分布
水利工程的施工過程中由于涉及到大量的土石方工程，因此在施工過程中必然會產生水土流失的現象，如果不采取相應的措施，可能會導致生態環境的破壞。地面上的植被能夠起到防風固沙、防止水土流失的作用，但是水利工程一般位于偏遠的山川或者河流地區，且施工占用面積較大，導致水利工程施工不便利，難度增加。大興水利，修建水庫、大壩等設施，一定程度上已經對原有的生態環境進行了破壞，生態系統的平衡被打破，地面的環境遭到了破壞，導致土地大面積的暴露出來，極易造成水土流失，水土流失一般呈現出點狀或者線狀分布。
2.2被破壞的植被難以修復
水利工程設計規劃的時候需要修筑一些構筑物，這些構筑物的修建需要永久的占用部分土地，被占用的土地被構筑物長久擠壓，導致該地區的土壤弱化，土壤的肥沃程度降低，水土保持性能降低，不利于植被的恢復。生態系統自我修復能力降低，輔助人工措施后往往也難易恢復被破壞的植被。
2.3水利工程設計的多樣化
水利工程的設計范圍較大，主要包括防洪、港口、農田等多種類型的區域，不同的生態系統中的水土流失類型不同，因此水利施工過程中生態修復呈現出多樣化的特點，水土流失的表現形式也多種多樣。水土在重力作用下可能產生滑坡、塔防等現象，嚴重的還會引發洪水和泥石流等災害。
3水土保持生態修復的作用
3.1減少自然災害發生
水土保持生態修復對于維持生態系統的平衡具有重要意義，不僅能夠使得水利工程施工過程中被破壞的植被得以修復，同時能夠增加土壤的肥沃程度和蓄水能力，避免在在水利工程施工和運行過程中產生水土流失現象。水土保持還能夠對地表水和地下水起到一定的調節作用，降低自然災害發生的概率。
3.2促進水利工程經濟效益的提高
水利工程的興建就是為了優化水資源的配置，控制和調配水資源，但是實際工程施工過程中存在大量的屬兔流失現象，水資源的含泥量較高，導致水資源數量減少。在水利工程施工時，同時進行生態修復，能夠保證水庫中的水資源充足，提高水資源的需水量，延長水利工程相關構筑物的使用年限，提升其經濟效益。
4水土保持生態修復技術分析
4.1自然退化生態系統修復技術
水土流失產生的原因有很多，針對不同原因產生的生態破壞應當采取不同的措施進行防治。一些水資源比較豐富的地區，在進行水利工程施工過程中，應當充分結合當地的條件，采取引地表水或者打井、禁止放牧等措施幫助構建利于植被恢復的環境，在進行修復的過程中應當對不同的區域按照一定的分類標準進行劃分，實行分級分塊的生態修復，確保生態修復的質量和效果。
4.2過渡墾殖生態系統修復技術
針對過渡開發造成的生態系統破壞，需要退耕還林。按照國家相關法規和政策的規定，對于25度以上的坡地，都應當退耕發展生態林草，嚴格控制坡度大于25度的農田的開墾，做好坡地的生態保護工作。對于15度以下的坡地，根據坡地周圍的環境，在靠近人、村和路的地方進行改造，在保證農民基本需要的情況下進行水土保持耕作。針對由于樵采導致的生態系統破壞，嚴重的可以采取封山育林的方式，對遭到破壞的地區進行一定時間的封閉，封閉時間一般可以為3年、5年或者8年，具體需要封閉的時間參考生態系統類型、氣候、地區等因素綜合確定。除此以外，封山育林還可以輔以補種植被等措施。
4.3沿河生態修復技術
不斷減輕導致生態破壞的驅動力，對生態系統加以修復是沿河生態系統修復的重點工作內容，與此同時，還要避免河流生態環境的單一性過高，單一性過高的河流生態系統容易出現破壞，應當保證河流朝著多元性、多樣化的方向發展，并且要確保河流的連續性和連通性受到破壞后能夠及時恢復。必要時可以設置復合斷面形態，包括主河槽和護堤地，如果施工條件允許，也可以提前設置馬道或者季節性河道。
4.4經濟過度開發生態修復技術
對于由于經濟過度開發導致的生態破壞，可以采取糧果、林果間套種植的方法幫助恢復土壤原有的肥力，充分利用山地的自然坡度進行植物的種植，增加土地的使用效率。采取植物輪作的方式，提升植物的產出率。對原有生態系統生物鏈進行分析研究，采取措施模擬原有的生態鏈，逐步建立農田的循環經濟模式，實現生物鏈的良性循環。
4.5開發建設生態退化修復技術
水利工程的施工會打破當地的生態平衡，由于早先的水利工程對于環境修復這部分并不重視，并沒有制定有針對性的措施，因此已經造成了嚴重的生態環境破壞。針對這種水利工程項目應當立即停止施工，找出生態環境破壞產生的原因，并進行適應性的調整和防治。比如，施工范圍內，可以充分利用土地種植一些成活率高、適應性強的植物進行生態修復，能夠起到很好的水土保持的作用。適當加強區域的生物覆蓋，避免出現施工過程中大量水土流失的現象。
4.6減少生態植物的破壞，維護原有生態系統
水利工程施工對周邊環境的擾動較大，盡可能的保護原有生態植物不被破壞，維護原有的生態平衡，對于一些必須要進行砍伐的植被，在其被破壞后應當適當的采取措施，替代其喪失的生態功能，防止裸露的土地產生水土流失。水利工程施工是應當盡量避開植被茂密的區域，控制整個工程對生態環境的破壞。
生態修復技術工程范文2
關鍵詞 礦區生態系統;人為干擾;修復與重建技術
中圖分類號X3文獻標識碼A文章編號 1674-6708(2010)18-0096-02
1 人為干擾對礦區生態系統的影響
1.1 人為干擾的概念
人為干擾是區別于自然干擾的另一種主要干擾方式,是指由于人類生產、生活和其它社會活動形成的干擾體對自然環境和生態系統施加的各種影響。人為干擾無論從傷害強度、作用范圍、持續時間還是發生頻率、潛在危害、誘發性等方面,都常常高于自然干擾。
1.2 人為干擾的方式
對于中國礦區環境生態系統,人為干擾的主要方式是污染。主要包括:水資源的破壞和污染、廢氣污染、固體廢物污染、噪聲污染等污染。
煤礦開采礦區廢水的排放使許多水域被污染,水質下降甚至喪失飲用水的價值,洗煤污水的污染程度較礦井水為重;煤矸石在露天堆放過程中,經雨水淋溶后部分物質形成地表徑流進入土壤、地表水體或地下水體時,造成土壤、地表水或地下水的污染;煤礦開采過程中噪聲污染主要是由于各種機械設備工作時所產生的,不僅直接影響的身體健康,還會影響周圍居民的工作、生活和學習。
2 礦區受損生態系統的特征
根據目前的研究成果,礦區受損生態系統的主要特征可以概括為:
1)生態系統受損傷的各種變化都始于結構的改變
礦區水土資源受到污染破壞、物種資源急劇衰減、礦區植被面積下降、植物光和作用的轉換效率低,能量流動效率降低、物質循環受阻等,修復礦區生態需要借助于生態系統的外部力量才能促進礦區生態功能的轉變,礦區生態治理和維持成本加大。
2)生態系統過程受阻和功能衰退是受損生態系統的主要特征
礦區產業結構的演變通過對生態系統的破壞力和生態修復能力而影響礦區生態系統功能的發揮。開發初期,礦區生態惡化程度較低,生態系統維持成本較低,礦區生態自我修復的能力較強,對礦區生態長期影響較小;礦區形成期,礦區污染和生態環境破壞力加大,礦區生態的自我修復能力急劇下降,治理成本上升,但是礦區生態治理在可以接受的范圍之內,需要加大礦區治理的力度或實行清潔化生產,以消除開采過程生態系統的破壞力。如果失去礦山生態治理的時期,礦區進入衰退期,整個礦區的惡化程度急劇上升,礦區生態修復的周期長、成本高、修復能力脆弱,對礦區持續發展的長期影響大,嚴重阻礙礦區社會的持續發展能力。
3)關鍵組分和過程的狀態決定著生態系統的回復進程
一個具有自我維持能力的生態系統才是真正健康的生命系統,生態系統的關鍵物種(如建群種、優勢種、關鍵的傳粉動物、頂級食肉動物等)和關鍵生態過程,在受損傷的的生態系統中還是否存在,對于受損傷的生態系統的恢復進程至關重要。在礦區生態修復的過程中,要注重生物種類、數量、生物量的增加,更要注重物種間的競爭和協同關系,才能更充分地利用系統自身的潛能,促進礦區生態系統的恢復進程。
3 探索人為干擾下的生態演替規律
礦區生態系統是人類生態系統經過漫長的發展時期才產生的,在人為干擾下礦區生態系統先后存在3種不同的類型:
1)原始型礦區生態系統
人類社會早期礦區生態系統,社會生產力水平低,礦業開發利用程度很低,對自然生態系統的壓力不大,生態與礦業開發的矛盾沒有顯現。
2)掠奪型礦區生態系統
19 世紀開始社會生產力有了飛速提高,對礦產的需求量不斷擴大。人們僅僅為了追求經濟發展而進行掠奪式的開發,環境污染嚴重,礦區環境生態系統嚴重破壞。
3)協調型礦區生態系統
這種礦區生態系統類型以生態與經濟協調和可持續發展的理論作指導,必將成為普通存在的先進礦區生態系統類型。礦產資源的綜合利用率高, 礦區災害很少發生, 礦區生態系統處于健康狀態。
4礦區生態系統修復和重建技術
礦區生態修復的綜合技術主要包括監測、預測及風險評估技術,管理技術,規劃設計 技術,工程修復技術,化學與生物修復技術。
4.1 監測、預測及風險評估技術
主要是對礦區生態環境損害進行動態監測與預測,揭示損害的程度、范圍、機理和規律及風險,為礦區生態環境治理技術的選擇和有關法規與技術標準的制定提供依據。
4.2 管理技術
主要是對受損礦山生態環境進行科學的管理、宏觀過程管理以及礦山整個生命周期的環境修復管理。
4.3 規劃設計技術
礦區生態環境規劃設計技術包括傳統規劃法和計算機輔助規劃法。在詳盡調查、監測的基礎上,運用先進的規劃技術和手段對礦區生態進行詳細的規劃。
4.4 工程修復技術
包括回復生態系統的各種工程措施。應根據不同的破壞特征、不同的自然條件采取不同的技術措施,主要包括生態破壞的工程修復技術和環境污染的工程(物理)修復技術。
4.5 化學與生物修復技術
指提高和改善重建系統生產力和環境安全的各種化學和生物措施,其中生物工程(含植物修復)、生態工程、化學修復和土壤改良技術等是十分重要的。
4.6 采煤沉陷區生態修復技術
采煤沉陷是我國兩大面廣的礦區生態問題,其主要的修復技術主要包括疏排法、挖深墊淺法、充填復墾法、直接利用法、修整法、生態工程復墾法等方法。將土地復墾技術和生態工程技術結合起來,綜合運用生物學、生態學、經濟學、環境科學、農業科學、系統工程學的理論,運用生態系統的物種共生和物質循環再生等原理,結合系統工程方法對破壞土地所涉及的多層次利用的工藝技術。
5 結論
本文主要闡述了在人為干擾下生態系統的變化,特別是對中國礦區生態系統的研究,提出礦區生態修復和重建技術,在開發礦產能源的同時,走經濟與生態環境的可持續發展之路。
參考文獻
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生態修復技術工程范文3
論文摘要：闡述水利工程與水域生態的關系，介紹了生態水利規劃的基本原則：工程安全性與經濟性原則；提高河流形態的空間異質性原則；生態系統自設計與自我恢復原則；景觀尺度與整體修復原則；反饋和調整設計原則。
1水利工程對河流生態系統的影響
在社會生產過程中水利工程對經濟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系統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、連續性和流動性，使水域的流速、水深、水溫、自水流邊界、水文規律等自然條件發生重大改變。這些改變對河流生態系統造成的影響是不容忽視的。未來的水利工程在權衡社會經濟需求與生態系統健康需求這二者關系方面，似應強調水利工程在滿足人類社會需求的同時，兼顧水域生態系統的健康和可持續性。
2生態水利工程
從學科發展角度看，現在的水利工程學的學科基礎主要是工程力學和水文學，水利工程規劃設計主要對象是水文系統，往往忽視生命系統的現狀和未來風險等問題。學科的進一步發展應吸收生態學理論及方法，促進水利工程學與生態學的交叉融合，用以改進和完善水利工程的規劃及設計理論，形成水利工程學新的學科分支——生態水利工程學。生態水利工程學作為水利工程學的一個新的分支，是研究水利工程在滿足人類社會需求的同時，兼顧水域生態系統健康與可持續性需求的原理與技術方法的工程學。生態水利工程的內涵是：對于新建工程，是指進行傳統水利建設的同時（如治河、防洪工程），兼顧河流生態修復的目標。對于已建工程，則是對于被嚴重干擾河流重點進行生態修復。生態水利工程將與傳統治污技術、清潔生產（生態產業）及環境立法和資源管理一起，成為河流生態建設的主要手段之一。
3生態水利工程的規劃設計原則
3.1工程安全性和經濟性原則
生態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、發電、航運等需求，也要兼顧生態系統的可持續性。生態水利工程既要符合水利工程學原理，也要符合生態學原理。生態水利工程的工程設施必須符合水文學和工程力學的規律，以確保工程設施的安全、穩定和耐久性。工程設施必須在設計標準規定的范圍內，能夠承受洪水、侵蝕、風暴、冰凍、干旱等自然力荷載。按照河流地貌學原理進行河流縱、橫斷面設計時，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，動態地研究河勢變化規律，保證河流修復工程的耐久性。
對于生態水利工程的經濟合理性分析，應遵循風險最小和效益最大原則。由于對生態演替的過程和結果事先難以把握，生態水利工程往往帶有一定程度的風險。這就需要在規劃設計中進行方案比選，更要重視生態系統的長期定點監測和評估。另外，充分利用河流生態系統自我恢復規律，是力爭以最小的投入獲得最大產出的合理技術路線。
3.2提高河流形態的空間異質性原則
一個地區的生境空間異質性越高，就意味著創造了多樣的小生境，能夠允許更多的物種共存。反之，如果非生物環境變得單調，生物群落多樣性必然會下降，生物群落的性質、密度和比例等都會發生變化，造成生態系統某種程度的退化。由于人類活動，特別是大規模治河工程的建設，造成自然河流的渠道化及河流非連續化，使河流生境在不同程度上單一化，引起河流生態系統的不同程度退化。生態水利工程的目標是恢復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魚類、鳥類和其他生物物種，生態水利工程的重點應該是盡可能提高河流形態的異質性，使其符合自然河流的地貌學原理，為生物群落多樣性的恢復創造條件。
在確定河流生態修復目標以后，就應該對于河流進行生物調查、地貌歷史和現狀進行勘查和評估，建立河流地貌數據庫和生物資源數據庫。遙感技術和地理信息系統（GIS）是水文、河流地貌和生物調查的有力工具。關鍵的工作步驟是在以上兩種調查工作的基礎上，確定環境因子與生物因子的相關關系，必要時建立某種數學模型。河流環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、水溫、泥沙、營養鹽的遷移轉化、水文周期變化等。研究的內容包括：調查單個生物因子的基本需求，評估各種生物因子的相互關系和制約條件，對于“關鍵種”或標志性生物的環境因子進行分類和評估。在眾多的環境因子中，識別那些對于系統的結構和功能具有重要意義的環境因子，在此基礎上進行河流地貌學設計和生物棲息地的設計。
3.3生態系統自設計、自我恢復原則
生態系統的自組織功能表現為生態系統的可持續性。自組織的機理是物種的自然選擇，也就是說某些與生態系統友好的物種，能夠經受自然選擇的考驗，尋找到相應的能源和合適的環境條件。
將自組織原理應用于生態水利工程時，生態工程設計與傳統水工設計有本質的區別。像設計大壩這樣的人工建筑物是一種確定性的設計，建筑物的幾何特征、材料強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。河流修復工程設計與此不同，生態工程設計是一種“指導性”的設計，或者說是輔設計。依靠生態系統自設計、自組織功能，可以由自然界選擇合適的物種，形成合理的結構，從而完成設計和實現設計。成功的生態工程經驗表明，人工與自然力的貢獻各占一半。
傳統的水利工程設計的特征是對于自然河流實施控制。而設計生態水利工程時，要求工程師必須放棄控制自然界的動機，樹立新的工程理念。因為依靠人力和技術控制自然界是不可能的。人們要善于利用生態系統自組織、自設計這個寶貴財富，實現人與自然的和諧。需要強調的是，地球上沒有兩條相同的河流，每一條河流的特點都是各不相同的。因此，每一項生態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價值，尋求最佳的生態工程方案。
自設計理論的適用性還取決于具體條件。包括水量、水質、土壤、地貌、水文特征等生態因子，也取決于生物的種類、密度、生物生產力、群落穩定性等多種因素。在利用自設計理論時，需要注意充分利用鄉土種。引進外來物種時要持慎重態度，防止生物入侵。
3.4景觀尺度及整體性原則
河流生態修復規劃和管理應該在大景觀尺度、長期的和保持可持續性的基礎上進行，而不是在小尺度、短時期和零星局部的范圍內進行。在大景觀尺度上開展的河流生態修復效率要高。小范圍的生態修復不但效率低，而且成功率也低。整體性是指從生態系統的結構和功能出發，掌握生態系統各個要素間的交互作用，提出修復河流生態系統的整體、綜合的系統方法，而不是僅僅考慮河道水文系統的修復問題，也不僅僅是修復單一動物或修復河岸植被。
景觀則是指生態學中的景觀尺度。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行河流修復規劃？首先，水域生態系統是一個大系統，其子系統包括生物系統、廣義水文系統和人造工程設施系統。廣義水文系統又與生物系統交織在一起，形成自然河流生態系統。而人類活動和工程設施作為生境的組成部分，形成對于水域生態系統的正負影響。水域生態系統受到脅迫時，需要對于各種脅迫因素之間的相互關系進行綜合、整體研究。其次，必須重視水域生境的易變性、流動性和隨機性的特點，這些特點決定了生物種群的基本生存條件。水域生態系統是隨著降雨、水文變化及潮流等條件在時間與空間中擴展或收縮的動態系統。再者，河流生態系統是一個開放的系統，與周圍生態系統隨時進行能量傳遞和物質循環，一條河流的生態修復活動不可能是孤立的，還需要與相鄰的流域的生態修復活動進行協調。最后，河流生態修復的時間尺度也十分重要。河流系統的演進是一個動態過程。每一個河流生態系統都有它自己的歷史。河流生態修復是靠時間做工作的。有研究指出，濕地重建或修復需要大約15~20a的時間。因此對于河流生態修復項目要有長期準備，同時進行長期的監測和管理。
3.5反饋調整式設計原則
生態系統的成長是一個過程，河流修復工程需要時間。從長時間尺度看，自然生態系統的進化需要數百萬年時間。進化的趨勢是結構復雜性、生物群落多樣性、系統有序性及內部穩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。從較短的時間尺度看，生態系統的演替，即一種類型的生態系統被另一種生態系統所代替也需要若干年的時間，期望河流修復能夠短期奏效往往是不現實的。
生態水利工程規劃設計主要是模仿成熟的河流生態系統的結構，力求最終形成一個健康、可持續的河流生態系統。在河流工程項目執行以后，就開始了一個自然生態演替的動態過程。這個過程并不一定按照設計預期的目標發展，可能出現多種可能性。
意識到生態系統和社會系統都不是靜止的，在時間與空間上常具有不確定性。除了自然系統的演替以外，人類系統的變化及干擾也導致了生態系統的調整。這種不確定性使生態水利工程設計不同于傳統工程的確定性設計方法，而是一種反饋調整式的設計方法。是按照“設計—執行（包括管理）—監測—評估—調整”這樣一種流程以反復循環的方式進行的。在這個流程中，監測工作是基礎。監測工作包括生物監測和水文觀測。評估的內容是河流生態系統的結構與功能的狀況及發展趨勢。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行生態修復的河流比較。
在反饋調整式設計過程中，提倡科學家、管理者和當地居民及社會各界的廣泛參與，通過對話、協商，以尋求共同利益。提倡多學科的交流和融合，提高設計的科學性。
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生態修復技術工程范文4
關鍵詞：河道；污染；生態修復
中圖分類號：X143文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）10002402
1引言
河道是包括河堤、護坡、河床、水體、微生物和動植物的復雜生態系統，既是防洪排澇、引水抗旱的重要通道，又是休閑娛樂和觀賞旅游的場所。自從進入工業革命之后，人們一味追求經濟的發展，大量工業廢水、農業污水和生活污水直接排入河流，加上河流管理和維護的缺失，河道普遍出現形狀單一、河道結構硬化、水環境惡化、河流生態系統嚴重破壞、河道景觀嚴重散失等問題[1]。然而，河道環境基礎設施的建設遠遠滯后于經濟的發展，如何進行河道生態修復建設是當前河道生態修復亟待解決的問題。因此，河道生態修復技術的進步對于河道生態修復具有十分重要的意義。
2河道生態修復的原則
河道生態修復是在堅持自然原則、生態原則、整體景觀原則的基礎上達到改善河流水質、優化河流景觀、設計合理的空間的目標[2，3]。
2.1自然原則
自然原則是河道生態修復的關鍵。河道生態修復材料的選擇方面應盡量運用自然材料，例如，運用木樁、拋石、沉石進行護坡護岸，在河堤上采用喬、灌、草立體防護，河道內可以通過營造適宜的生物棲息環境來凈化河道水資源，在一定程度上可以改善河道污染的現狀，緩解河道污染的問題。
2.2生態原則
生態原則，就是要充分考慮河流的生物多樣性。在采取因地制宜發展穩定塘、人工濕地及生物柵等處理技術的同時，應重視河岸植被建設，為水生動物的生存繁衍提供合理空間，確保水體適合分解微生物的生存。水生動植物和微生物可以提高水域生物凈化能力，從而有效控制水體污染物，使河道生態系統的物質循環和能量流動處于良性狀態。
2.3整體景觀原則
整體景觀原則，就是從整體景觀的宏觀概念出發，整體上把握河道景觀的現狀以及河道污染情況，將治理、修復、凈化與環境景觀美化有機結合，進行立體修復，進而實現生態環境、社會以及經濟效益的最大化。
3河道生態修復技術
河道生態修復主要目標是凈化水質、優化河流景觀和設計合理的空間。目前改善河流的水質主要技術手段有物理修復、化學修復和生物修復3種方法，優化河流景觀和設計合理的空間包括生態工程修復、生態護堤和河道景觀設計等措施。
3.1凈化河流水質技術
3.1.1物理修復技術
物理修復主要是采取各種工程措施改善受污染河道的水文條件和底泥環境條件，從而達到河道生態修復的目的[4]。目前物理修復技術主要包括底泥疏浚、底泥稀釋和沖刷、引水換水、機械除藻、水力調度、氣體抽提、空氣吹脫等技術，這些技術有目的明確、見效快等優點，但同時存在工程量大、成本高、治理不徹底等不足。
3.1.2化學修復技術
化學修復就是向受污染的河道中投入化學改良劑，通過藥劑學改良劑能夠與污染物發生化學反應，生成對環境無害的中性物質，以達到凈化水質的目的[4]。該方法常用于處理突發性水污染，有速度快、效果好等優點，但治理效果不佳，也不能從根本上解決問題，因此化學修復只能作為一種輔助治理手段。
3.1.3生物修復技術
生物修復技術是充分利用水體中的植物、水生動物和微生物的吸收、降解和轉化作用，將水體中的有害污染物濃度降至最低，實現河道水質生態恢復的目標。
（1） 植物修復。植物修復法是利用高等水生植物及其根際微生物的共同作用去除水體中的污染物，其凈化機理是植物的直接吸收、植物根莖部釋氧、生物化感、植物根系微生物降解。研究表明，水麻、一年蓬等植物能高效吸收重金屬鎘；水芹菜、馬尾草等植物能富集水體中N、P；金魚藻、眼子菜等水生植物向水體中釋放的化感物質能抑制藻類的大量繁殖[5]。
（2） 微生物修復。微生物作為生態系統中的分解者，不僅能夠清除水體污染物，對水中營養成分的循環也起著重要作用，一些有特殊分解轉化能力的微生物在河流生態修復中倍受歡迎。微生物修復技術包括兩個方面：一方面是投加營養物質或曝氣增氧等方式，目的是促進土著微生物的生長；另一方面是直接向水體中投加高效降解菌。目前應用廣泛的有：①微生物強化法（通過調控污染水體中的溶解氧濃度、pH值、營養鹽濃度等，促進土著微生物吸附、吸收和降解河道中的污染物）；②生物膜技術（由細菌、真菌、原生動物和藻類等組成生物膜，通過與污水充分接觸，降解其中的污染物）；③投菌法（向污染水體投加針對不同污染物性質的高效菌種，如有機污染物高效降解菌、硝化細菌、光合細菌等，從而達到凈化水質的目的）。這些技術在國內外河流污染治理工作中得到了廣泛應用[6]。
（3） 復合生物修復。植物修復和微生物修復都是單獨研究植物和微生物在凈化水質的過程中發展的河道水質凈化技術，單獨運用某一種植物或微生物是很難達到理想效果，因此，在實際應用中，人們會將各種生物修復技術進行整合，多種生物合理配置，從而使修復效果達到1+1>2的效果。目前國內外廣泛應用的復合生物修復技術主要有人工浮島技術（由人工設計建造漂浮在水面上供動植物、動物和微生物生長棲息繁衍的生物生態設施）和人工濕地技術（由人工基質和生長在上面的多種水生植物組成）[7]。這兩種方法都是利用基質填料、微生物和水生動植物之間的協同作用，實現對水體中絕大部分有害物質，如重金屬、有機物等，進行分解吸收，達到凈化水體的目的[8]。
3.2優化河流景觀和設計合理的空間
3.2.1生態工程修復技術
生態工程修復主要把握好三個方面的內容：一是降低邊坡坡度；二是配置凹岸和凸岸、淺灘和深塘；三是修建池塘。凹岸和凸岸、淺灘和深塘的交替出現，一方面增加流水的紊動，促進了河水充氧，另外，淺灘、深塘和池塘的底層有大量底沙和淤泥，為水生動物提供了主要棲息地和保護區，以及覓食空間，保護了生態多樣性[3]。另外，河壩、混凝土河道等對河流生態系統有一定的負面影響，在河道生態修復中應盡量避免。有很多新興生態環保材料，如生態磚、生態水泥和生態混泥土等都能夠提高河流的生態效益。
3.2.2生態護堤技術
生態護堤技術分為植物護坡技術和植物工程復合護坡技術。植物護坡主要通過植被根系的力學效應（深根錨固和淺根加筋）和水文效應（降低孔壓消弱濺蝕和控制徑流）來固土防止水土流失，在滿足河道生態環境需要的同時，還能進行景觀造景[5]。生態護堤技術可以防止單一工程型護坡技術帶來的呆板和負面生態效應，極其有利于保護和恢復生態環境，同時也具備傳統護坡的防范、保護功能。生態護堤技術將河流的安全防護和對河道生態環境的保護有機結合，是確保河流安全和生態環保的良好措施[7]。
2014年10月綠色科技第10期
廖思紅，等：河道生態修復技術自然與生態
3.2.3河道景觀設計
河道道景觀設計包括河道形態設計和河岸的綠化美化。河道形態設計首先保障河流安全防護，降低河水流速、削減洪峰流量，在此基礎上應提高河流的空間異質性，為各種生物提供良好的棲息場所[9]。例如橫斷面上避免混凝土和漿砌石的硬質護岸；縱斷面上設置蛇形曲線，合理布置深潭淺溝，盡量恢復河流的生態原貌[10]。在流經城市的河流修復中，河流綠化應考慮將河水和植物合理搭配，從而使得河流生態與城市整體景觀和諧統一。
4展望
河流的污染和結構的破壞是一個全球性的生態問題，加強河流的治理是一個全球性的生態熱點問題。鑒于每一條河道治理的復雜性和不可預測性，應充分考慮“一河一策”的修復理念，關注多種修復技術的聯合作用。尤其倡導以生物修復技術法為主導，物理修復技術和化學修復技術相結合，最大程度實現河道的污染治理、河道景觀美化和沿河居民生活環境的統一。
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生態修復技術工程范文5
[論文摘要]開展生態修復研究與實踐，應理清環境、生態、環境生態、生態恢復、生態建設、生態工程等與之相關的一些概念及科學內涵，避免概念上的混亂。我國的生態工程與國外的環境生態修復和生態恢復有較大差別，將生態學應用于農林水等生產領域，是我國生態工程研究與實踐的突出特點。流域生態修復是今后生態修復的發展方向，水土保持工程是建設項目生態修復的主體;當前亟待開展生態修復機理、生態修復潛力、生態修復指標體系等方面的研究。
在人與自然和諧相處，人口、資源和環境協調發展戰略思指導下，水利部提出了“加強封育保護，充分發揮生態自我修能力，加快水土流失防治步伐”的水土流失防治新思路。全水土保持生態修復試點啟動后，各地因地制宜，采取措施，加配套，積極開展封山禁牧、輪封輪牧，努力探索和總結生態修的技術和經驗。生態修復已為水土保持工作者所熟知，但其學涵義及有關問題尚待明確和研究。現對生態修復的若干關概念、理論及有關問題作一討論，以期達到拋磚引玉之目的。
1 生態修復相關的重要概念和理論
1.1 環境與生態
廣義上講，環境是人以外的一切事物的總和，如現代人居環境即為廣義的環境概念;狹義上講，環境是影響有機體生長、發展和生存的外界物理條件的總和。生態系統簡稱生態，是有生命的主體(包括人類)與無生命的客體的總和。研究有機生命體與無機環境關系的科學稱為生態學，研究生命體以外的無機環境的科學稱為環境學。生態修復的研究與實踐離不開環境學和生態學，而后者尤為重要。
1.2 生態環境與環境生態
生態包括環境，“生態環境”的說法是不科學和難以理解的，可以牽強地理解為與生命體最密切相關的環境。我國所謂的生態環境實際就是生態，準確地講“生態環境建設”應為“生態建設”[1]。生態修復是對生態系統的修復，故不能稱為生態環境修復。
環境雖然是無機的，但完全從無機角度理解環境是不完整的。特別是自然環境，本身是生物體或生物群體周圍的整體狀況，只有應用生態學原理研究、認識和理解環境，才能更有效地解決環境問題，這就是環境生態學。環境生態作為概念不易理解，但環境生態學無疑是科學的，他對生態修復理論和技術的形成起到了直接的推動作用。
1.3 干擾與生態演替
自然界發生的大大小小的事件，如火災、水災、泥石流、蟲害、大風、人類活動等，改變著生態系統的結構與功能，這些事件稱之為干擾。干擾可分自然干擾和人為干擾。干擾促使某一相對穩定的生態系統發生變化，舊的環境和物種破壞了，新的環境和物種又會產生，并在一定時間內維持其相對穩定。在沒有嚴重干擾的情況下，自然生態系統會定向地、有秩序地由一個階段發展到另一個階段，這稱為生態內因演替。演替的結果，最終會出現一個相當穩定的生態系統狀態，這稱為頂極穩定狀態。每一演替階段有其特定生物群落特征，頂極穩定狀態的群落稱為頂極群落。干擾常使生態系統受損并改變，稱為外因演替。生態系統正常演替總是從低級向高級發展，而干擾使演替進程發生變化，嚴重時，如人類大規?；顒樱瑒t使生態系統向相反方向演替，這稱為逆序演替。生態修復就是使擾生態系統的逆序演替轉向正常演替[2]。
1.4 生態穩態與生態閾值
生態系統不是絕對平衡的，而是永恒地發生著演替，舊的平衡打破了，新的平衡就會產生，當演替到頂極狀態時，在很長時間內將處于相對穩定狀態，即穩態。生態系統動態平衡中的穩定狀態，稱為生態穩態。穩態生態有相當強的自我調控能力，在干擾作用下雖不斷地振蕩和變化，但只是量變;當干擾嚴重并超過其調控能力時，系統將發生質變、崩潰，而走向逆序演替，甚至不可逆演替。穩態生態抵抗干擾的自我調節能力的限度稱為生態閾值[2]。只有研究生態穩態和生態閾值，才能確定修復生態系統的類型、區域、難易程度、時間周期，并確定合理的修復指標。
1.5 人與自然共生理論
人與自然共生和和諧相處，是人類對“自然改造論”深刻反思后產生的新認識。人是自然生態系統的組成部分，不是其對立面，脫離生態規律的自然改造，損害了自然生態系統，必然損害人自身。人與生物、生物與生物之間存在著互利互惠的共生現象。任何形式的自然改造必須建立在人與自然共生的基礎之上。F.Vester基于共生現象的研究，總結了人類系統與生物系統之間生物控制的8條規律。據此研究，生態學家提出了以最小能量輸入和最小物質消耗以保證生態系統自我調節和恢復能力的生態設計原則。這也是生態修復規劃設計的指導思想。
2 國外的環境生態修復與生態恢復
修復的本意是對錯誤和缺陷進行糾正的作用或過程，修復最早從污染環境治理角度被定義為:借助外界作用力使某個受損的特定對象部分或全部恢復到原初狀態的過程。環境生態修復起源于環境修復，生態恢復又受環境生態修復的影響。
2.1 環境修復與環境生物修復
環境修復是對被污染的環境采取措施使污染物濃度降低到未污染前的狀態。早期的環境修復主要采用工程技術手段，以后采用物理和化學手段。1972年美國嘗試采用微生物生命代謝活動降解管線泄漏造成的汽油污染，1989年對Exxon Val-dez油輪泄油造成污染的阿拉斯加海海面進行修復(阿拉斯加研究計劃)，從而出現了環境微生物修復技術，后來出現了環境植物修復技術，最終形成了環境生物修復技術。環境生物修復被定義為利用生物生命代謝活動降解被污染環境的污染物，并使之無毒化和無害化。
2.2 環境生態修復
20世紀60年代，美國生態學家H.T.Odum提出生態工程概念，受此啟發，歐洲一些國家嘗試應用研究，并形成所謂“生態工程工藝技術”，實際屬于清潔生產的范疇。隨著生態學與環境生態學的發展，90年代美、德等國家提出通過生態系統自組織和自調節能力來修復污染環境的概念，并通過選擇特殊植物和微生物，人工輔助建造生態系統來降解污染物，這一技術被稱為環境生態修復技術。由于生態系統的復雜性，該技術至今還不成熟，國外的環境生態修復也只是對輕度污染陸地的環境修復，最典型的事例就是通過濕地自調節能力防治污染。這與我國的生態自我修復有很大差別。
2.3 生態恢復
生態修復技術工程范文6
關鍵詞：生態水利工程設計原則
一、 水利工程對河流生態系統的影響
在社會生產過程中水利工程對經濟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系統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、連續性和流動性，使水域的流速、水深、水溫、自水流邊界、水文規律等自然條件發生重大改變。這些改變對河流生態系統造成的影響是不容忽視的。未來的水利工程在權衡社會經濟需求與生態系統健康需求這二者關系方面，似應強調水利工程在滿足人類社會需求的同時，兼顧水域生態系統的健康和可持續性。
二、 生態水利工程
從學科發展角度看，現在的水利工程學的學科基礎主要是工程力學和水文學，水利工程規劃設計主要對象是水文系統，往往忽視生命系統的現狀和未來風險等問題。學科的進一步發展應吸收生態學理論及方法，促進水利工程學與生態學的交叉融合，用以改進和完善水利工程的規劃及設計理論，形成水利工程學新的學科分支-生態水利工程學。生態水利工程學作為水利工程學的一個新的分支，是研究水利工程在滿足人類社會需求的同時，兼顧水域生態系統健康與可持續性需求的原理與技術方法的工程學。生態水利工程的內涵是：對于新建工程，是指進行傳統水利建設的同時（如治河、防洪工程），兼顧河流生態修復的目標。對于已建工程，則是對于被嚴重干擾河流重點進行生態修復。生態水利工程將與傳統治污技術、清潔生產（生態產業）及環境立法和資源管理一起，成為河流生態建設的主要手段之一。
縱觀人類社會對水的開發利用大致經歷過五個階段：
（一）以防洪建設為主的階段
人類社會要求發展首先要確保自己的安全，特別是人類開始在水域周邊定居之后就必須進行防洪建設。一般是堤防、城墻、城區排水系統等，并且隨著社會經濟水平的提高，不斷提高防洪建設水平。
（二）以供水建設為主的階段
人類社會防洪安全得到一定保障之后，經濟就會發展。經濟發展到一定程度之后，水的供需矛盾就日益突出，這時各種引水、配水等供水系統的建設成為水利建設的主要內容，經濟越發展，要求供水能力和保障率越高。
（三）以水資源保護為主的階段
伴隨社會經濟的發展，供水量越高，排污量增加，水域的污染將造成重大社會問題。因而水資源保護、改善水域水質等水環境建設將成為水利建設的主要內容。
（四）以景觀建設為主的階段
在水質問題基本解決之后，隨著人類生活水平的不斷提高，旅游事業的發展，人們會對水域周邊的景觀提出較高的要求。因此，以水域空間管理，為人們提供良好的休息娛樂空間為主要內容的水利建設將首先在城市周邊地區得到發展。
（五）以生態修復為主的階段
隨著人們對保護生物多樣性意識的增強，人們重新審視自然水域在生態環境中的作用，要求恢復水系自然生態功能的呼聲越來越高。水域不僅要清潔、美觀，而且要求水域生機盎然。即回歸自然、修復水域的生態系統成為目前發達國家水系管理的主要內容。
綜上所述，在社會經濟的不同發展階段，水利建設所表現的相應內容也有所不同。改革開放以來，由于經濟發展十分迅速，而前一時期由于水利建設投資不足，問題積累較多，在現階段表現的發展階段性不十分清楚。在防洪方面城市防洪標準較高，大江大河可防中、小洪水；在供水能力方面北方缺水嚴重，江河斷流，但地下水開采能力較強，造成地下水嚴重超采；水域污染已十分嚴重，流經城市的水系普遍呈嚴重污染，重大污染事故時有發生；在一些大城市水系已開始景觀建設，但水質普遍較差；水系的生態修復問題尚沒有引起足夠重視。
現在人們對水利建設的要求應當是全方位的，可以預計在21世紀的前半段，人們將會要求恢復碧水藍天、山川秀美，要求水系恢復良好的資源功能、環境功能和生態功能。而我國水利現代化要求我們進行大水利建設，在盡可能短的時間內完成水利五階段的跨越。
三、生態水利工程的規劃設計原則
（一）工程安全性和經濟性原則
生態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、發電、航運等需求，也要兼顧生態系統的可持續性。生態水利工程既要符合水利工程學原理，也要符合生態學原理。生態水利工程的工程設施必須符合水文學和工程力學的規律，以確保工程設施的安全、穩定和耐久性。工程設施必須在設計標準規定的范圍內，能夠承受洪水、侵蝕、風暴、冰凍、干旱等自然力荷載。按照河流地貌學原理進行河流縱、橫斷面設計時，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，動態地研究河勢變化規律，保證河流修復工程的耐久性。
對于生態水利工程的經濟合理性分析，應遵循風險最小和效益最大原則。由于對生態演替的過程和結果事先難以把握，生態水利工程往往帶有一定程度的風險。這就需要在規劃設計中進行方案比選，更要重視生態系統的長期定點監測和評估。另外，充分利用河流生態系統自我恢復規律，是力爭以最小的投入獲得最大產出的合理技術路線。
（二）提高河流形態的空間異質性原則
一個地區的生境空間異質性越高，就意味著創造了多樣的小生境，能夠允許更多的物種共存。反之，如果非生物環境變得單調，生物群落多樣性必然會下降，生物群落的性質、密度和比例等都會發生變化，造成生態系統某種程度的退化。由于人類活動，特別是大規模治河工程的建設，造成自然河流的渠道化及河流非連續化，使河流生境在不同程度上單一化，引起河流生態系統的不同程度退化。生態水利工程的目標是恢復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魚類、鳥類和其他生物物種，生態水利工程的重點應該是盡可能提高河流形態的異質性，使其符合自然河流的地貌學原理，為生物群落多樣性的恢復創造條件。
在確定河流生態修復目標以后，就應該對于河流進行生物調查、地貌歷史和現狀進行勘查和評估，建立河流地貌數據庫和生物資源數據庫。遙感技術和地理信息系統（GIS）是水文、河流地貌和生物調查的有力工具。關鍵的工作步驟是在以上兩種調查工作的基礎上，確定環境因子與生物因子的相關關系，必要時建立某種數學模型。河流環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、水溫、泥沙、營養鹽的遷移轉化、水文周期變化等。研究的內容包括：調查單個生物因子的基本需求，評估各種生物因子的相互關系和制約條件，對于“關鍵種”或標志性生物的環境因子進行分類和評估。在眾多的環境因子中，識別那些對于系統的結構和功能具有重要意義的環境因子，在此基礎上進行河流地貌學設計和生物棲息地的設計。
（三）生態系統自設計、自我恢復原則
生態系統的自組織功能表現為生態系統的可持續性。自組織的機理是物種的自然選擇，也就是說某些與生態系統友好的物種，能夠經受自然選擇的考驗，尋找到相應的能源和合適的環境條件。
將自組織原理應用于生態水利工程時，生態工程設計與傳統水工設計有本質的區別。像設計大壩這樣的人工建筑物是一種確定性的設計，建筑物的幾何特征、材料強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。河流修復工程設計與此不同，生態工程設計是一種“指導性”的設計，或者說是輔設計。依靠生態系統自設計、自組織功能，可以由自然界選擇合適的物種，形成合理的結構，從而完成設計和實現設計。成功的生態工程經驗表明，人工與自然力的貢獻各占一半。
傳統的水利工程設計的特征是對于自然河流實施控制。而設計生態水利工程時，要求工程師必須放棄控制自然界的動機，樹立新的工程理念。因為依靠人力和技術控制自然界是不可能的。人們要善于利用生態系統自組織、自設計這個寶貴財富，實現人與自然的和諧。需要強調的是，地球上沒有兩條相同的河流，每一條河流的特點都是各不相同的。因此，每一項生態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價值，尋求最佳的生態工程方案。
（四）景觀尺度及整體性原則
河流生態修復規劃和管理應該在大景觀尺度、長期的和保持可持續性的基礎上進行，而不是在小尺度、短時期和零星局部的范圍內進行。在大景觀尺度上開展的河流生態修復效率要高。小范圍的生態修復不但效率低，而且成功率也低。整體性是指從生態系統的結構和功能出發，掌握生態系統各個要素間的交互作用，提出修復河流生態系統的整體、綜合的系統方法，而不是僅僅考慮河道水文系統的修復問題，也不僅僅是修復單一動物或修復河岸植被。
景觀則是指生態學中的景觀尺度。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行河流修復規劃？首先，水域生態系統是一個大系統，其子系統包括生物系統、廣義水文系統和人造工程設施系統。廣義水文系統又與生物系統交織在一起，形成自然河流生態系統。而人類活動和工程設施作為生境的組成部分，形成對于水域生態系統的正負影響。水域生態系統受到脅迫時，需要對于各種脅迫因素之間的相互關系進行綜合、整體研究。其次，必須重視水域生境的易變性、流動性和隨機性的特點，這些特點決定了生物種群的基本生存條件。水域生態系統是隨著降雨、水文變化及潮流等條件在時間與空間中擴展或收縮的動態系統。再者，河流生態系統是一個開放的系統，與周圍生態系統隨時進行能量傳遞和物質循環，一條河流的生態修復活動不可能是孤立的，還需要與相鄰的流域的生態修復活動進行協調。最后，河流生態修復的時間尺度也十分重要。河流系統的演進是一個動態過程。每一個河流生態系統都有它自己的歷史。河流生態修復是靠時間做工作的。因此對于河流生態修復項目要有長期準備，同時進行長期的監測和管理。
（五）反饋調整式設計原則
生態系統的成長是一個過程，河流修復工程需要時間。從長時間尺度看，自然生態系統的進化需要數百萬年時間。進化的趨勢是結構復雜性、生物群落多樣性、系統有序性及內部穩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。從較短的時間尺度看，生態系統的演替，即一種類型的生態系統被另一種生態系統所代替也需要若干年的時間，期望河流修復能夠短期奏效往往是不現實的。
生態水利工程規劃設計主要是模仿成熟的河流生態系統的結構，力求最終形成一個健康、可持續的河流生態系統。在河流工程項目執行以后，就開始了一個自然生態演替的動態過程。這個過程并不一定按照設計預期的目標發展，可能出現多種可能性。
意識到生態系統和社會系統都不是靜止的，在時間與空間上常具有不確定性。除了自然系統的演替以外，人類系統的變化及干擾也導致了生態系統的調整。這種不確定性使生態水利工程設計不同于傳統工程的確定性設計方法，而是一種反饋調整式的設計方法。是按照“設計―執行（包括管理）―監測―評估―調整”這樣一種流程以反復循環的方式進行的。在這個流程中，監測工作是基礎。監測工作包括生物監測和水文觀測。評估的內容是河流生態系統的結構與功能的狀況及發展趨勢。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行生態修復的河流比較。
在反饋調整式設計過程中，提倡科學家、管理者和當地居民及社會各界的廣泛參與，通過對話、協商，以尋求共同利益。提倡多學科的交流和融合，提高設計的科學性。
