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人工浮岛的水质净化

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湖沼沿岸植物带的水质净化要素由以下7个:
1.植物茎等表面对生物特别是藻类的吸附;
2.植物的营养吸收;
3.水生昆虫的摄饵、羽化等;
4.鱼类的摄饵、捕食;
5.防止已沉淀的悬浮性物质再次上浮;
6.日光的遮蔽效果;
7.在湖泥表面的除氮人工浮岛比起湖沼沿岸植物带来它具有附着生物多、水中直接吸收N、P等特点,在对植物性浮游生物的抑制、提高水的透视度等方面效果比较显著。
为了对人工浮岛的水质净化效果进行定量分析,1995年专业研究者们在霞浦(土浦市大岩田)进行一次隔离水域试验,他们分别设置3个边长为4m的正方形、水深15m的相互隔离的水域,在这三个隔离的水域里,A、B水域各放一个人边长2m(4m2)的人工浮岛,在其上面分别栽培蒲公英和水毛花,C水域为对照水域,没有人工浮岛。
从1995年5月11日放置人工浮岛开始,历经8个多月,期间进行了6次调查,主要调查水中叶绿素和COD变化过程从左边的图-2可以看出,没有设置人工浮岛隔离水域C,夏季蓝藻的细胞繁殖很快,相当于有人工浮岛的10倍左右取7、9、12月的数值平均后,人工浮岛占有率只有25%的条件下,削减了94%的植物性浮游生物由此可以得出人工浮岛抑制夏季的植物性浮游生物的细胞繁殖的效果非常大的结论另外人工浮岛对COD的抑制效果夏季也比较明显,大约能削减50%,但是入冬以后抑制效果很小其他类似的试验研究结果同样得出人工浮岛夏季抑制植物性浮游生物、COD的效果突出的结论专家普遍认为植物的遮蔽效果在抑制植物性浮游生物的细胞繁殖方面起了很大作用。 有关人工浮岛上的鸟类研究相对比较多,特别是鸟的种类、筑巢情况等几乎在所有的人工浮岛上都进行过调查在霞浦土浦港的人工浮岛上,已发现一些鸟类的巢穴,有时为了吸引某种鸟在岛上搭窝,根据该鸟的筑巢习惯在人工浮岛上进行特殊布置,为该鸟创造筑巢的条件。
陆生昆虫的的调查1996年在土浦港的人工浮岛、附近的樱川河口的芦苇林、附近的住宅区空地草坪上进行过一次,调查方法是用采用网捕捉、排打取出、随机取样、目视观察等方法调查结果表明住宅区的草地上昆虫最多,其次是樱川河口,人工浮岛上最少人工浮岛上昆虫有10目35科53分类群,蜘蛛类有8科18分类群人工浮岛上种的构成与樱川河口的芦苇林大致相同,只是量少一些其原因是人工浮岛上没有土壤,而土壤在昆虫的生活史中十分必要,所以说人工浮岛上的昆虫生息条件还有欠缺。 作为消波物体的人工浮岛属于浮防波,在海岸工程专业研究的比较多它的优点主要有以下几个方面:
1.因有较高的水交换机能,防止堤防内的(海)水污染作用较大。
2.不受设置水域深浅的影响,即使在深水区也比固定式防波堤的建设费用要低3.与水下地基的好坏没什么关系,即使设置在软弱地基上,也不需要进行地基处理
4.设置场所的变更容易。
5.除了消波,其它多目的利用也可以。
6.现场施工的工期短。
7.一般可在场外制作,质量容易保证除了上述的若干优点外,作为防波用的浮岛,比起其它防波建筑物,与岸边的植物带的融和性更好,而且浮岛本身又可成为生物的良好生息场所不过防波浮岛也存在若干的不足:
1.为了达到期望的防波效果所需要研究的课题比较多。
2.绳索的拉断、水下锚固端的破坏都比较容易。
3.修补比较困难。
由于波浪的原因日本很多湖的沿岸植物带的面积越来越小,近几年已引起人们的注意特别是霞浦麻生町岛并地区的情况比较典型1972年该沿岸还是一片50m宽的绿色长廊,到了1997年只剩下10m×60m的一小块绿地,靠近水的一侧可以见到象似被挖开的寝食断面,岸边附近的水深1m左右经过对湖心风速和风向3年间的观测,掌握了频率较高的风向(不考虑来自陆地方向的风),由此算出它的代表波高为064m、周期T=34m,方向为西偏南8°消波浮岛的消波率与风向有很大关系,一般在5%~40%之间,要是把反射波的影响考虑进去设计消波率可达53%设置在霞浦的消波浮岛的消波率,经检测达50%,第二年岸边植物面积增加34%可见人工浮岛的消波效果还是很大的。
经过几十年的研究发展,国内、外生态浮岛技术得到极大完善,然而其仍处于试验与示范阶段,存在一些问题和不足。
1.现有生态浮岛栽培不易进行标准化推广应用。不同的湖泊河流,其富营养化水平不同,水流、温度、风速、水体波动等都各不相同,需要相应的浮岛设计组合和浮岛植物种类搭配,很难制定一个统一的标准予以推广应用。
2.现有生态浮岛难以推行机械化操作。生态浮岛漂浮在水面上,日常的管理均在水面上完成,目前其管理操作大多采用人工完成,在小面积的试验示范中尚可,若大面积推广,需要经常、及时采收,人工操作就不能满足需要,限制其发展。
3.现有生态浮岛制作施工周期长。从目前来看多数的生态浮岛都是采用现场制作及现场种植的模式,大面积制作施工周期较长。
4.现有生态浮岛难以过冬。生态浮岛上的植物大多数不能过冬,尤其在冬季天气较冷的北方地区植物需要在第二年春天重新种植。
5.现有生态浮岛多数采用大型水生植物及水生蔬菜难以抵抗极端的大风、大雨及大浪。
6.国内、外目前使用的生态浮岛单体面积较小,大多数是在小面积的河湖中使用,难以对较大的河湖进行生态修复,现需要有超大面积的生态浮岛。
目前利用无土草坪的各种优点制作生态浮岛已取得很好效果,解决了目前国内、外生态浮岛制作技术存在的诸多问题,并能达到如下效果:
1.无土草坪生态浮岛采用禾本科草建成,禾本科草是一类根系发达,适应性强的多年生植物,具有净化富营养化水体的潜在优势。由于无土草坪生态浮岛草坪高度不高,结构牢固,它能抵抗极端大风、大雨及大浪并能达到在不同的水流、温度、富营养化水平不同等情况下使用。用,难以对较大的河湖进行生态修复,现需要有超大面积的生态浮岛。
2.无土草坪生态景观浮岛采用在地面培育已经成坪的无土草坪,用草坪在工厂里组合成浮岛模块,到了施工场地根据所需要的面积,只要将相邻的浮岛模块相连在一起,即可制成所需生态景观浮岛,这样的制作方法使工程现场施工变得更为方便快捷,由于无土草坪生态景观浮岛特殊的结构及方便的管理可以用它能制成超大面积的浮岛。能够对较大的河湖进行生态修复,应该说无土草坪生态景观浮岛目前是国内、外唯一能制成超大面积的浮岛
3.无土草坪生态景观浮岛制成后漂浮在水面上景观立现,整齐划一,就像一块绿色的地毯景观效果非常明显。冬季在南方不冻的水面无土草坪生态景观浮岛四季常绿,即便在北方冰冻的水面无土草坪被冻在冰面第二年开春能够返青,返青率远高于地面草坪。
4.用无土草坪制成的生态景观浮岛表面平整并有足够的浮力,在大面积使用中工人可以在草坪上用剪草机剪草。无土草坪在地面使用时1怕干旱2怕缺肥,但是无土草坪生态景观浮岛漂浮在富营养化水面上也就没有这些问题了。实验证明水面栽培条件下禾本科高羊茅草的叶绿素含量、叶片含水量、干重、密度、盖度等指标均显著高于土培条件,草坪每年剪草的次数高于地面草坪,这样就能更多的将水体中的富营养物质搬离水体,用禾本科无土草坪制成的生态景观浮岛是对较大的河湖修复富营养化提供一条有效的新途径,并具有极高的环境经济价值、资源价值和社会价值,在国、内外具有广阔的推广运用前景。

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