生态水工学——人与自然和谐的工程学

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1、生态水工学——人与自然和谐的工程学董哲仁摘要：在健全的生态系统中水体与生物群落相互依存，相互作用，形成了江河湖泊的自净能力。水工学应吸收、融合生态学的理论，建立和发展生态水工学，在满足人们对水的各种不同需求的同时，还应满足水域生态系统完整性、依存性的要求，恢复与建设洁净的水环境，实现人与自然的和谐。1.关注江河湖库水环境现状我国江河、湖泊和水库普遍受到污染，至今仍在迅速发展。水污染加剧了水资源短缺，直接威胁着饮用水的安全和人民的健康，影响到工农业生产和农作物安全，造成的经济损失约为国民生产总值的1.5％～3％。水污染已成为不亚于

2、洪灾、旱灾甚至更为严重的灾害。据2000年统计，我国河流水质在11.4万公里评价河长中，符合和优于Ⅲ类水的河长占评价河长的58.7%，比上年下降3.7％。关于湖泊水质，在评价的24个湖泊中，9个湖泊水质符合或优于Ⅲ类水，4个湖泊部分水体受到污染，11个湖泊水污染严重。其中，滇池水质劣于Ⅴ类，处于富营养状态。关于水库水质，在评价的139座主要水库中，有118座达到Ⅱ、Ⅲ类水质标准，在未达到Ⅲ类水标准的水库中，有8座劣于Ⅴ类水。在对93座水库进行营养化程度评价时，处于中营养化状态的水库65座，处于富营养化状态的水库14座。这些情况说

3、明我国江河湖库水体污染状况严重，且有明显恶化趋势。·9·我国最近20余年经济迅猛发展，由于工业结构不合理和粗放式的发展模式，工业废水造成水污染占我国水污染负荷50％以上，未经处理的工业废水排放是最重要的点污染源。由于农田施用化肥、农药形成的农田径流，畜禽养殖业排放的废水、废物，是我国水环境的重要面污染源。湖泊、水库、河流、海湾的底部沉积物蓄积着多年来排入的大量污染物，称为内污染源，目前已是水体富营养化和赤潮形成的重要因素。内源污染还会释放出蓄存的重金属、有毒有机化学品成为二次污染源，对生态和人体健康造成长期危害。从我国生态环境的

4、总体状况看，生态环境恶化的趋势一直未得到遏制，主要表现在：森林覆盖率低，增长缓慢，部分地区覆盖率减少；草地生态破坏加重；水土流失仍然严重；荒漠化面积扩大。为了遏制这种恶化的趋势，国家已将生态环境建设提到十分重要的地位。生态环境建设主要包括两类内容：一类是以封育保护和植树种草为主要手段的植被建设；另一类是生态环境的综合治理，包括水土保持和荒漠化防治。这些重大举措必然对我国江河湖库水环境的改善产生深远的影响。在国家重视生态环境建设的大环境下，现在我们提出的问题是，为了防洪、供水、发电及航运的需求，在江河、湖泊中修建了大量的水利、水电

5、和航运工程（以下统称水利工程），这些水利工程为改善江河湖泊的水质状况能够发挥什么作用？新建的水利工程应该怎样实现人类与自然相和谐的目标？这就是本文要讨论的课题。2.在一个健全生态系统中的水为说明问题，我们先分析2个案例。2.1.河北省两座水库对比引起的思考洋河水库位于秦皇岛市抚宁县，总库容3.586亿立方米,控制流域面积755平方公里。另从其以北的桃林口水库通过引青济秦渠道引水到洋河水库，但近年引水量减少。洋河水库的主要功能是通过管线为秦皇岛年供水5500万立方米。近年来，水库水质测验为Ⅳ－Ⅴ类，主要污染因子为COD、T-P、N

6、H3-N，藻类（水华）浓度高，初步认为是铜绿微囊藻或是水华微囊藻，这种水对人体肝脏危害大。洋河水库水质恶化，富营养化严重，已经引起秦皇岛市的不满，以至计划另辟供水水源。从污染源调查看，实际上水库周边并没有工矿企业，仅在秋季周边农民加工淀粉制作粉条，废水排入水库，另外就是农田面源污染及附近3个村镇的生活污水造成的轻度污染。与洋河水库形成鲜明对照的是与其相距几十公里的桃林口水库。桃林口水库水质为I·9·类，水体清澈透明，这在海河流域实为难得。原因何在？桃林口水库周围生长着华北地区罕见的茂密森林，已经被严格封山保护，水陆交错带水生植物

7、、陆生灌木错落有致，库区内水鸟飞翔，鱼类潜泳。再看洋河水库的生态环境。水库周围山上林木覆盖率低，不少山峰近乎秃山。水陆交界带裸露，近乎空白。库内几乎无大型水生植物，水库水体属“藻型水体”。人们不禁要问：两座水库的降雨量（600－700毫米）、气温等自然条件几乎相同，为什么水质出现如此大的差异？2.2.生态方法修复水体技术带给我们的启示生态方法水体修复技术，是利用培育的植物、动物或培养、接种的微生物的生命活动，对水中污染物进行转移、转化及降解作用，从而使水体得到净化的技术。生态方法水体修复技术包括：人工湿地处理技术、生物膜法处理技

8、术、土地处理技术及生物操纵技术等。人工湿地的原理是利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重共同作用来实现对污水的净化。生物膜法是指用天然材料（如卵石）、合成材料（如纤维）为载体，在其表面形成一种特殊的生物膜，可为微生物提供较大的附着表面，有利于加强对污染物的降