生態工程在水資源保護利用中的應用

劉莉　張曉婉

摘要：指出了水資源短缺和污染成為越來越嚴重的問題，生態工程的“資源化、清潔化、經濟化的特點，使得生態工程建設在水保水利上的應用越來越廣，針對當前水資源短缺和水污染問題系統總結了相應的生態工程措施，展望了今后的生態工程在水利建設上的應用將成為研究的重點。

關鍵詞：水資源短缺；水污染；生態工程

中圖分類號：X32102

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）08016802

1引言

當前，隨著經濟的發展，工業、農業、生活用水量不斷增加，中國人均水資源量位于世界100多位，水資源問題已成為制約經濟社會發展越來越嚴重的問題之一。為解決當前水資源不足的問題，人們采取了各種各樣的措施，從管理上、政策上、方法上提出相應的解決措施，在黨的“十八大上，黨中央提出生態文明建設，強調生態良性循環是實現可持續性發展的關鍵，為此，生態工程的資源化、清潔化生產特征，已越來越引起人們的關注。之前的多數文章都是針對水資源的某一問題提出生態工程措施，本文在總結前人的基礎上，針對當前水資源存在的問題，提出其相應的生態工程措施，以期為后來的進一步研究提供一定的依據。

2中國的水資源問題

就目前來看，我國面臨的水問題主要有三個：洪澇災害頻繁、水資源短缺和水污染嚴重。

21洪澇災害頻繁

20世紀90年代至21世紀初，我國幾大江河流域頻頻發生洪災，1998年發生在長江、嫩江和松花江流域的特大洪水，造成全國29個省（自治區、直轄市）農田受災面積2229萬hm2，死亡410人，房屋倒塌68萬間，直接經濟損失21億元，這充分暴露了我國江河堤防薄弱、湖泊調蓄能力較低等問題。近年來，國家加大了對防洪工程的投入，一些重要河流的防洪狀況得到了改善[1]。

22水資源短缺

農業方面，現有的044億hm2灌溉面積中尚有0067億hm2灌溉保證率低，不能滿足干旱年份的灌溉要求；工業及城市用水方面，230個被調查城市中，嚴重缺水的有40多個，占17%，一般缺水的140個，占63%。鄱陽湖、洞庭湖、太湖、巢湖、洪澤湖五大淡水湖，面積已縮小1/4甚至1/2，水資源短缺問題越來越嚴重[2]。

23水污染嚴重

中國七大水系和內陸河流水質評價的123個重點河段中，符合《地面水環境質量標準》1、2類的占2%，符合3類的占27%，屬4、類的占48%。具有監測資料的200多條河流中，有80條受到污染，230條受到嚴重污染，有60%的水質達不到飲用水標準，有11%的水質不符合農業灌溉要求，有6%的毒物含量超過污水排放標準[2]。

3生態工程定義

不同的學者對生態工程定義有不同的認識。eal（1991）認為生態工程是基于自然的生態系統設計而非傳統的工程技術。美國..Odum將生態工程定義為“人類利用自然能源對環境進行控制，20世紀80年代后，生態工程在歐洲及美國逐漸發展起來，提出了生態工程技術，即“依據對環境生態的了解，以最小的投入達到對環境損害最小的一些技術。我國生態學家、生態工程建設先驅馬世駿先生給生態工程下的定義為：“生態工程是借助生態系統中物種共生與物質循環再生原理，結構與功能協調原則，結合結構最優化方法，設計的促進分層多級利用物質的生產工藝系統[3]。

4生態工程的應用實例

41生態工程在解決水資源污染中的應用

411濕地生態工程設計

濕地介于陸地生態系統和水生生態系統，水位接近地表，或以淺水形式覆蓋地表。濕地中有周期性的水生植物生長、終年飽和的土壤水分和不透水層。通過物理、化學、生物等過程使濕地中污染物降解[4]。

劉鵬指出可以通過自然人工濕地減緩水流的速度，增加水力停留時間，吸收輸入濕地的營養成分，濕地植物如蘆葦和水葫蘆能有效地吸收有毒物質，有利于毒物和雜質的沉淀和排除，截留了68%的氮、43%的鱗；除此之外，還指出人工濕地利用可以吸收氮磷的經濟作物，一方面減少了水體的富營養化，另一方面，增加了一定的經濟收入。朱棣[6]等以山東南四湖為例，進行人工濕地生態工程設計，利用不同植物種類對水生生活的適應性狀不同，吸收水體中的特定污染物質，分別設立了浮水植物區、挺水植物區、沉水植物區三級處理污水工藝，對BOD處理率為908%，COD為809%，懸浮物為911%，N和P的處理率為80%和7%。

412緩沖帶截留技術

緩沖帶，全稱保護緩沖帶，最早是由美國農業部國家自然資源保護局發布。緩沖帶是指利用有一定寬度的植被與受納水體隔開，減少污染源和河流、湖泊之間的直接連接并且能夠控制土壤侵蝕伴隨的養分流失[4，]。

劉鵬指出水體岸邊的緩沖林帶通過控制侵蝕，減少徑流中氮、磷濃度，防止流失泥沙、養分進入河道水體。毛戰坡[4]等指出氮在緩沖帶內的截留作用主要是隨泥沙沉降、反硝化作用、植物吸收；磷在緩沖帶內的截留主要是磷隨泥沙的沉降及溶解態磷在土壤和植物殘留物之間的交換，以及緩沖帶土壤中植物根孔的形成有利于過濾作用的增強和吸附容量的擴大。

413水塘系統

天然的或人工的水塘，通過其間歇性的雨與河流進行水、養分的交換，同時降低流速，使懸浮物得到沉降，增加水流與生物膜的接觸時間，水塘對非點源污染物的滯留和凈化能力很強。

劉興國[7]等以水塘系統技術為基礎，設計了一種生態工程化循環水池塘養殖系統，通過水質交換，使水體水質變好，同時還起到節水、減排效果。劉鵬利用多水塘系統，以水塘為點、溝渠為線的流域系統，表明多水塘系統能截留來自農業的氮、磷污染負荷94%以上。

414土地處理系統

土地處理系統是將土地處理技術與多種符合生態、環保要求的技術整合成一個系統，實現區域污水的循環處理和資源化利用。

劉明輝[8]等利用土壤、微生物、植物組成的生態系統通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、微生物轉化和植物吸收等來凈化污水。劉鵬利用高分子如PAM能與水相互作用增加入滲、減少徑流的特性來改善土壤的結構和增加土壤中團聚體的穩定性。

42生態工程在解決水資源不足問題中的應用

當前最主要的就是雨水的資源化，不僅可以減輕區域洪澇，還能夠充分地利用雨水資源。

汪毅[9]將生態工程應用到雨水收集利用中，指出利用南方院區普遍存在的水塘和魚塘，配以必要的鋼筋混凝土調節池，利用天然防滲材料，實現了利用自然條件來為工程服務的初步設想。王一鈞[10]等采用了自然回收凈化、部分間接利用的雨水回收利用生態工程，指出利用雨水生態塘調蓄雨水凈化的同時，也提高雨水的利用率上；另外提出水保耕作技術如帶狀間作技術、糧草等高帶狀輪作技術、等高耕作技術等在不同程度上起到攔蓄徑流、減少土壤沖刷、提高糧食產量的作用。endprint

摘要：指出了水資源短缺和污染成為越來越嚴重的問題，生態工程的“資源化、清潔化、經濟化的特點，使得生態工程建設在水保水利上的應用越來越廣，針對當前水資源短缺和水污染問題系統總結了相應的生態工程措施，展望了今后的生態工程在水利建設上的應用將成為研究的重點。

關鍵詞：水資源短缺；水污染；生態工程

中圖分類號：X32102

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）08016802

1引言

當前，隨著經濟的發展，工業、農業、生活用水量不斷增加，中國人均水資源量位于世界100多位，水資源問題已成為制約經濟社會發展越來越嚴重的問題之一。為解決當前水資源不足的問題，人們采取了各種各樣的措施，從管理上、政策上、方法上提出相應的解決措施，在黨的“十八大上，黨中央提出生態文明建設，強調生態良性循環是實現可持續性發展的關鍵，為此，生態工程的資源化、清潔化生產特征，已越來越引起人們的關注。之前的多數文章都是針對水資源的某一問題提出生態工程措施，本文在總結前人的基礎上，針對當前水資源存在的問題，提出其相應的生態工程措施，以期為后來的進一步研究提供一定的依據。

2中國的水資源問題

就目前來看，我國面臨的水問題主要有三個：洪澇災害頻繁、水資源短缺和水污染嚴重。

21洪澇災害頻繁

20世紀90年代至21世紀初，我國幾大江河流域頻頻發生洪災，1998年發生在長江、嫩江和松花江流域的特大洪水，造成全國29個省（自治區、直轄市）農田受災面積2229萬hm2，死亡410人，房屋倒塌68萬間，直接經濟損失21億元，這充分暴露了我國江河堤防薄弱、湖泊調蓄能力較低等問題。近年來，國家加大了對防洪工程的投入，一些重要河流的防洪狀況得到了改善[1]。

22水資源短缺

農業方面，現有的044億hm2灌溉面積中尚有0067億hm2灌溉保證率低，不能滿足干旱年份的灌溉要求；工業及城市用水方面，230個被調查城市中，嚴重缺水的有40多個，占17%，一般缺水的140個，占63%。鄱陽湖、洞庭湖、太湖、巢湖、洪澤湖五大淡水湖，面積已縮小1/4甚至1/2，水資源短缺問題越來越嚴重[2]。

23水污染嚴重

中國七大水系和內陸河流水質評價的123個重點河段中，符合《地面水環境質量標準》1、2類的占2%，符合3類的占27%，屬4、類的占48%。具有監測資料的200多條河流中，有80條受到污染，230條受到嚴重污染，有60%的水質達不到飲用水標準，有11%的水質不符合農業灌溉要求，有6%的毒物含量超過污水排放標準[2]。

3生態工程定義

不同的學者對生態工程定義有不同的認識。eal（1991）認為生態工程是基于自然的生態系統設計而非傳統的工程技術。美國..Odum將生態工程定義為“人類利用自然能源對環境進行控制，20世紀80年代后，生態工程在歐洲及美國逐漸發展起來，提出了生態工程技術，即“依據對環境生態的了解，以最小的投入達到對環境損害最小的一些技術。我國生態學家、生態工程建設先驅馬世駿先生給生態工程下的定義為：“生態工程是借助生態系統中物種共生與物質循環再生原理，結構與功能協調原則，結合結構最優化方法，設計的促進分層多級利用物質的生產工藝系統[3]。

4生態工程的應用實例

41生態工程在解決水資源污染中的應用

411濕地生態工程設計

濕地介于陸地生態系統和水生生態系統，水位接近地表，或以淺水形式覆蓋地表。濕地中有周期性的水生植物生長、終年飽和的土壤水分和不透水層。通過物理、化學、生物等過程使濕地中污染物降解[4]。

劉鵬指出可以通過自然人工濕地減緩水流的速度，增加水力停留時間，吸收輸入濕地的營養成分，濕地植物如蘆葦和水葫蘆能有效地吸收有毒物質，有利于毒物和雜質的沉淀和排除，截留了68%的氮、43%的鱗；除此之外，還指出人工濕地利用可以吸收氮磷的經濟作物，一方面減少了水體的富營養化，另一方面，增加了一定的經濟收入。朱棣[6]等以山東南四湖為例，進行人工濕地生態工程設計，利用不同植物種類對水生生活的適應性狀不同，吸收水體中的特定污染物質，分別設立了浮水植物區、挺水植物區、沉水植物區三級處理污水工藝，對BOD處理率為908%，COD為809%，懸浮物為911%，N和P的處理率為80%和7%。

412緩沖帶截留技術

緩沖帶，全稱保護緩沖帶，最早是由美國農業部國家自然資源保護局發布。緩沖帶是指利用有一定寬度的植被與受納水體隔開，減少污染源和河流、湖泊之間的直接連接并且能夠控制土壤侵蝕伴隨的養分流失[4，]。

劉鵬指出水體岸邊的緩沖林帶通過控制侵蝕，減少徑流中氮、磷濃度，防止流失泥沙、養分進入河道水體。毛戰坡[4]等指出氮在緩沖帶內的截留作用主要是隨泥沙沉降、反硝化作用、植物吸收；磷在緩沖帶內的截留主要是磷隨泥沙的沉降及溶解態磷在土壤和植物殘留物之間的交換，以及緩沖帶土壤中植物根孔的形成有利于過濾作用的增強和吸附容量的擴大。

413水塘系統

天然的或人工的水塘，通過其間歇性的雨與河流進行水、養分的交換，同時降低流速，使懸浮物得到沉降，增加水流與生物膜的接觸時間，水塘對非點源污染物的滯留和凈化能力很強。

劉興國[7]等以水塘系統技術為基礎，設計了一種生態工程化循環水池塘養殖系統，通過水質交換，使水體水質變好，同時還起到節水、減排效果。劉鵬利用多水塘系統，以水塘為點、溝渠為線的流域系統，表明多水塘系統能截留來自農業的氮、磷污染負荷94%以上。

414土地處理系統

土地處理系統是將土地處理技術與多種符合生態、環保要求的技術整合成一個系統，實現區域污水的循環處理和資源化利用。

劉明輝[8]等利用土壤、微生物、植物組成的生態系統通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、微生物轉化和植物吸收等來凈化污水。劉鵬利用高分子如PAM能與水相互作用增加入滲、減少徑流的特性來改善土壤的結構和增加土壤中團聚體的穩定性。

42生態工程在解決水資源不足問題中的應用

當前最主要的就是雨水的資源化，不僅可以減輕區域洪澇，還能夠充分地利用雨水資源。

汪毅[9]將生態工程應用到雨水收集利用中，指出利用南方院區普遍存在的水塘和魚塘，配以必要的鋼筋混凝土調節池，利用天然防滲材料，實現了利用自然條件來為工程服務的初步設想。王一鈞[10]等采用了自然回收凈化、部分間接利用的雨水回收利用生態工程，指出利用雨水生態塘調蓄雨水凈化的同時，也提高雨水的利用率上；另外提出水保耕作技術如帶狀間作技術、糧草等高帶狀輪作技術、等高耕作技術等在不同程度上起到攔蓄徑流、減少土壤沖刷、提高糧食產量的作用。endprint

摘要：指出了水資源短缺和污染成為越來越嚴重的問題，生態工程的“資源化、清潔化、經濟化的特點，使得生態工程建設在水保水利上的應用越來越廣，針對當前水資源短缺和水污染問題系統總結了相應的生態工程措施，展望了今后的生態工程在水利建設上的應用將成為研究的重點。

關鍵詞：水資源短缺；水污染；生態工程

中圖分類號：X32102

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）08016802

1引言

當前，隨著經濟的發展，工業、農業、生活用水量不斷增加，中國人均水資源量位于世界100多位，水資源問題已成為制約經濟社會發展越來越嚴重的問題之一。為解決當前水資源不足的問題，人們采取了各種各樣的措施，從管理上、政策上、方法上提出相應的解決措施，在黨的“十八大上，黨中央提出生態文明建設，強調生態良性循環是實現可持續性發展的關鍵，為此，生態工程的資源化、清潔化生產特征，已越來越引起人們的關注。之前的多數文章都是針對水資源的某一問題提出生態工程措施，本文在總結前人的基礎上，針對當前水資源存在的問題，提出其相應的生態工程措施，以期為后來的進一步研究提供一定的依據。

2中國的水資源問題

就目前來看，我國面臨的水問題主要有三個：洪澇災害頻繁、水資源短缺和水污染嚴重。

21洪澇災害頻繁

20世紀90年代至21世紀初，我國幾大江河流域頻頻發生洪災，1998年發生在長江、嫩江和松花江流域的特大洪水，造成全國29個省（自治區、直轄市）農田受災面積2229萬hm2，死亡410人，房屋倒塌68萬間，直接經濟損失21億元，這充分暴露了我國江河堤防薄弱、湖泊調蓄能力較低等問題。近年來，國家加大了對防洪工程的投入，一些重要河流的防洪狀況得到了改善[1]。

22水資源短缺

農業方面，現有的044億hm2灌溉面積中尚有0067億hm2灌溉保證率低，不能滿足干旱年份的灌溉要求；工業及城市用水方面，230個被調查城市中，嚴重缺水的有40多個，占17%，一般缺水的140個，占63%。鄱陽湖、洞庭湖、太湖、巢湖、洪澤湖五大淡水湖，面積已縮小1/4甚至1/2，水資源短缺問題越來越嚴重[2]。

23水污染嚴重

中國七大水系和內陸河流水質評價的123個重點河段中，符合《地面水環境質量標準》1、2類的占2%，符合3類的占27%，屬4、類的占48%。具有監測資料的200多條河流中，有80條受到污染，230條受到嚴重污染，有60%的水質達不到飲用水標準，有11%的水質不符合農業灌溉要求，有6%的毒物含量超過污水排放標準[2]。

3生態工程定義

不同的學者對生態工程定義有不同的認識。eal（1991）認為生態工程是基于自然的生態系統設計而非傳統的工程技術。美國..Odum將生態工程定義為“人類利用自然能源對環境進行控制，20世紀80年代后，生態工程在歐洲及美國逐漸發展起來，提出了生態工程技術，即“依據對環境生態的了解，以最小的投入達到對環境損害最小的一些技術。我國生態學家、生態工程建設先驅馬世駿先生給生態工程下的定義為：“生態工程是借助生態系統中物種共生與物質循環再生原理，結構與功能協調原則，結合結構最優化方法，設計的促進分層多級利用物質的生產工藝系統[3]。

4生態工程的應用實例

41生態工程在解決水資源污染中的應用

411濕地生態工程設計

濕地介于陸地生態系統和水生生態系統，水位接近地表，或以淺水形式覆蓋地表。濕地中有周期性的水生植物生長、終年飽和的土壤水分和不透水層。通過物理、化學、生物等過程使濕地中污染物降解[4]。

劉鵬指出可以通過自然人工濕地減緩水流的速度，增加水力停留時間，吸收輸入濕地的營養成分，濕地植物如蘆葦和水葫蘆能有效地吸收有毒物質，有利于毒物和雜質的沉淀和排除，截留了68%的氮、43%的鱗；除此之外，還指出人工濕地利用可以吸收氮磷的經濟作物，一方面減少了水體的富營養化，另一方面，增加了一定的經濟收入。朱棣[6]等以山東南四湖為例，進行人工濕地生態工程設計，利用不同植物種類對水生生活的適應性狀不同，吸收水體中的特定污染物質，分別設立了浮水植物區、挺水植物區、沉水植物區三級處理污水工藝，對BOD處理率為908%，COD為809%，懸浮物為911%，N和P的處理率為80%和7%。

412緩沖帶截留技術

緩沖帶，全稱保護緩沖帶，最早是由美國農業部國家自然資源保護局發布。緩沖帶是指利用有一定寬度的植被與受納水體隔開，減少污染源和河流、湖泊之間的直接連接并且能夠控制土壤侵蝕伴隨的養分流失[4，]。

劉鵬指出水體岸邊的緩沖林帶通過控制侵蝕，減少徑流中氮、磷濃度，防止流失泥沙、養分進入河道水體。毛戰坡[4]等指出氮在緩沖帶內的截留作用主要是隨泥沙沉降、反硝化作用、植物吸收；磷在緩沖帶內的截留主要是磷隨泥沙的沉降及溶解態磷在土壤和植物殘留物之間的交換，以及緩沖帶土壤中植物根孔的形成有利于過濾作用的增強和吸附容量的擴大。

413水塘系統

天然的或人工的水塘，通過其間歇性的雨與河流進行水、養分的交換，同時降低流速，使懸浮物得到沉降，增加水流與生物膜的接觸時間，水塘對非點源污染物的滯留和凈化能力很強。

劉興國[7]等以水塘系統技術為基礎，設計了一種生態工程化循環水池塘養殖系統，通過水質交換，使水體水質變好，同時還起到節水、減排效果。劉鵬利用多水塘系統，以水塘為點、溝渠為線的流域系統，表明多水塘系統能截留來自農業的氮、磷污染負荷94%以上。

414土地處理系統

土地處理系統是將土地處理技術與多種符合生態、環保要求的技術整合成一個系統，實現區域污水的循環處理和資源化利用。

劉明輝[8]等利用土壤、微生物、植物組成的生態系統通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、微生物轉化和植物吸收等來凈化污水。劉鵬利用高分子如PAM能與水相互作用增加入滲、減少徑流的特性來改善土壤的結構和增加土壤中團聚體的穩定性。

42生態工程在解決水資源不足問題中的應用

當前最主要的就是雨水的資源化，不僅可以減輕區域洪澇，還能夠充分地利用雨水資源。

汪毅[9]將生態工程應用到雨水收集利用中，指出利用南方院區普遍存在的水塘和魚塘，配以必要的鋼筋混凝土調節池，利用天然防滲材料，實現了利用自然條件來為工程服務的初步設想。王一鈞[10]等采用了自然回收凈化、部分間接利用的雨水回收利用生態工程，指出利用雨水生態塘調蓄雨水凈化的同時，也提高雨水的利用率上；另外提出水保耕作技術如帶狀間作技術、糧草等高帶狀輪作技術、等高耕作技術等在不同程度上起到攔蓄徑流、減少土壤沖刷、提高糧食產量的作用。endprint