一种富营养化大型湖库生态敏感区蓝藻水华控制的方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明属于环境保护【技术领域】，具体为一种富营养化大型湖库生态敏感区蓝藻水华控制的方法。本发明借助自然风力和风向的作用，将大水域的蓝藻导流汇集到一个人为设置的小型围隔区内并防止其再次逃逸，然后通过其中集中放养的高密度的食藻动物将其捕食，在蓝藻密度过高时，再配以人工打捞清除。通过有效的消浪措施，降低围隔区内、外风浪，为蓝藻上浮汇聚创造条件。通过生态敏感区内外常年的种群源控制，减少蓝藻水华爆发的机会，并为其他水生动植物的恢复创造条件，最终形成蓝藻越来越少，其他有益生物越来越多的良性发展局面。
【专利说明】一种富营养化大型湖库生态敏感区蓝藻水华控制的方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明属于环境保护【技术领域】，具体涉及一种富营养化大型湖库生态敏感区蓝藻水华控制的方法及系统。
【背景技术】
[0002]我国目前许多大型湖库水体都存在着较为严重的富营养化问题。由于水体富营养化所引发的蓝藻水华频繁发生，常常对周边城市的用水安全和人居环境等产生重大影响。针对大型湖库日益严峻的蓝藻水华影响，国内外已在外源截污、内源疏浚、生物修复、蓝藻打捞等方面开展了大量的研究和工程应用。这些工作尽管对减少进入水体的外源污染和底泥释放等方面发挥了一定作用，但多数情况下并未对大范围内的水质改善和蓝藻水华的控制产生明显的效果。
[0003]在大型湖库水体中，有一些对生态较为敏感的区域，如饮用水源保护区、旅游观光休闲区、或本身离周边人居环境较近的区域。如果这些生态敏感区一旦有蓝藻水华爆发，就会对人类生产、生活和休闲娱乐等活动产生重大不利影响。富营养化大型湖库水质改善和蓝藻水华的控制往往需要较长一段时间，而如何在其大范围内的水质尚未得到明显改善和蓝藻水华得到有效控制之前，有效控制局部生态敏感区内的蓝藻水华，保障其生态安全，还是一个尚未很好解决的难题。本项发明就是针对该问题而提出的。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供 一种在大型湖库中如何有效控制局部生态敏感区内蓝藻水华的方法及系统，以便在湖库整体水质未得到明显改善之前，保障这些敏感区的生态功倉泛。
[0005]本发明提供的方法共包括“控源、集中、防逃、消浪”等4个部分，4个部分综合作用，形成一整套技术体系，既可用于指导全国范围内各种大型湖库生态敏感区的蓝藻水华控制实践，也可用于中小型湖库全湖的蓝藻水华控制。
[0006]本发明提供的富营养化大型湖库生态敏感区蓝藻水华控制方法，具体内容包括:
(1)控源:常年控制生态敏感区外面蓝藻的侵入和生态敏感区内的蓝藻，使蓝藻浓度控制在水华爆发的阈值水平之下；
(2)集中:设置围隔区域，借用自然风力把生态敏感区内四处漂浮的蓝藻集中到该围隔区域内，使其得到浓缩和上浮，便于清除；同时将食藻动物放到该围隔区域内，让食藻动物对进来的蓝藻持续进行捕食；
蓝藻过多时，再借助人为力量将食藻动物清除出围隔区；
(3)防逃:通过设计软围隔和纳藻门材料、结构和安装方法，使之既能满足纳藻需要，又能防止进入围隔区的蓝藻再次逃逸出去；另外，通过在软围隔内层加装双层网围结构，防止食藻动物逃逸到外面，为围隔区内蓝藻的高效清除创造有利条件；
(4)消浪:在生态敏感区外围大围隔外侧设置以漂浮植物为主体结构的消浪带，减少风浪对挡藻大围隔的冲击和侵入到生态敏感区内的蓝藻量；同时利用较小围隔区域的围隔削减其内部的风浪，使进入小围隔区内的蓝藻能及时分层上浮，便于及时清除。
[0007]本发明还包括富营养化大型湖库生态敏感区蓝藻水华控制系统，该系统包括软围隔和消浪带；其中:
所述软围隔结构为:中间段为“弓形全密封软围隔”，两边各设置一个底部固定于水底，上部为可开、可关的纳藻门；
所述软围隔由浮在水面的用橡胶包裹的泡沫塑料枕浮子、中间微米级孔径塑料布裙体以及底部用塑料布包裹的砾石配重组成；配重部分自动陷入湖底淤泥中，保持封闭状态；纳藻门中间裙体部分和底部配重结构与软围隔类似，上面部分用带铁环的绊子固定后将铁环穿在钢丝绳上，通过岸边一侧的绞车来控制钢丝绳的松、紧，以便控制纳藻门的开、关；所述软围隔用于把生态敏感区内四处漂浮的蓝藻集中到软围隔所围隔区域内，使蓝藻得到浓缩和上浮，便于清除；同时将食藻动物放到该围隔区域内，让食藻动物对进来的蓝藻持续进行捕食；
所述消浪带以漂浮植物为主体结构，设置于生态敏感区外围大围隔外侧，用以减少风浪对挡藻大围隔的冲击和侵入到生态敏感区内的蓝藻量。
[0008]本发明的有益效果如下:
(I)环境效益 本发明所提供的技术能使富营养化大型湖库在其整体水质尚未得到明显改善之前，率先控制好其重要的生态敏感区内的蓝藻水华，以确保发挥其应有的生态服务功能。另外，大量蓝藻的清除，又能减少对水质的污染，增加其透明度，为有益生物的修复创造条件。本技术的实施过程中，不会增加新的能耗和环境排放，由此可见，其环境效益是非常明显的。
[0009](2)经济效益
本发明的使用，可更为高效的控制住重要生态敏感区内的蓝藻水华。驱动蓝藻移动和聚集的过程均借助自然风力的作用，可以减少能耗和劳动力成本，因此其运营过程成本很低。另外，生态敏感区生态服务功能的恢复和正常发挥，也将产生巨大的经济效益。因此，本方法的使用，将产生明显的经济效益。
[0010](3)社会效益
本发明的使用，可使富营养化大型湖泊中的重要生态敏感区蓝藻水华得到有效控制，减少藻源内负荷污染或由于其腐烂等带来的异味，改善水体景观和水质，对周边群众、游客、饮用水源地等均具有良好的作用，因此其社会效益十分明显。
【具体实施方式】
[0011]1.控源
这里讲的“源”包括两个方面，一是指生态敏感区外面大水域的蓝藻种群源；二是指生态敏感区内部的蓝藻种群源。
[0012]对于敏感区外面大水域的蓝藻，通过设置全封闭的软围隔方式将其大部分阻挡在外面，部分逃逸进入敏感区内的蓝藻，将与内部自身增殖的蓝藻一道加以控制。[0013]对于敏感区内的蓝藻，则需在蓝藻水华尚未大爆发前持续不断的加以清除，防止其形成燎原之势。对于已经爆发蓝藻水华的水体，同样应持续不断的清除水体中的蓝藻,增加水体透明度，减少藻毒素污染水平，为其他水生动植物群落的恢复创造条件。至于如何高效清除，则采用下面提到的“集中围歼”的战略。
[0014]2.集中
这里讲的“集中”包括两个方面的集中，一是指蓝藻的集中，二是指蓝藻天敌的集中。
[0015]让广泛分布在水体中的蓝藻有效集中到一个很小的围隔区内，一方面将使围隔区外的蓝藻密度得到有效削减，增加水体透明度和减少藻源污染量，为其他水生动植物群落创造再生复壮的条件；另一方面，随着围隔区外水生动植物群落的逐步恢复，反过来又会进一步发挥其生态净化和抑藻功能，进一步降低围隔区外剩余蓝藻的增殖速度。
[0016]为了将分布在大水域范围中的蓝藻进行有效集中，本发明提出的方法是采用下文提到的借用风力的方法。在实际工作中，可根据生态敏感区大小、水质好坏和湖岸形态具体情况，在主导风、次主导分的下风向设置多处用于蓝藻集中的围隔区，以便更好的满足蓝藻控制要求。
[0017]除了让蓝藻集中外，另外还需要蓝藻天敌的集中，即将捕食蓝藻的水生动物如鲢鱼、螺、蛘等集中投放到蓝藻围隔区内，利用蓝藻天敌的集中捕食作用，将爆发水华前陆续进入围隔区的蓝藻(浓度相对较小)及时消灭，防止其再增殖。投放的鲢鱼可捕食上中层蓝藻，投放的螺、蛘可捕食底层和底泥中的蓝藻，这样形成立体式的蓝藻全方位捕食系统。食藻动物的投放量要根据蓝藻多少和围隔区大小、水体溶氧供应能力综合决定。
[0018]另外，值得指出的是，通过食藻动物的集中来消灭进入围隔区蓝藻的方法一般在未爆发蓝藻水华之前或进入围隔区蓝藻密度较少的情况下实施，而围隔区内蓝藻增加到一定程度后，就必须开启人工打捞系统，及时将进入围隔区内的蓝藻清除出去。由于上述原因，同时考虑到食藻鱼类和其他水生动物投放成活率，应在秋末冬初开始投放食藻动物，这样既能保证其有较好的成活率，又能在`冬季来临之后捕食沉底的蓝藻种源，同时在来年初春气温回升蓝藻开始逐渐萌动时对其有效捕食，使围隔区内蓝藻始终控制在水华爆发的阈值之下。
[0019]3.借力
这里讲的“借力”主要包括三个方面的内容，一是借助风力的作用，将围隔区外飘浮散布的蓝藻汇聚到围隔区内；二是借助软围隔形态的科学设计实现蓝藻的集中；三是借助生物的手段实现对围隔区内蓝藻的捕食清除。
[0020]蓝藻密度一般略低于所在水体水分密度，在无风或小风情况下，蓝藻一般会飘浮于水面，在自然风的吹拂之下，蓝藻大多向下风向慢慢漂移聚集，所以我们采用借助风力的作用，将蓝藻输送到布局在下风向的围隔区内，实现蓝藻的集中。值得指出的是，在风力较强时，往往会形成较大的波浪，使藻、水混合均匀，此时蓝藻不再飘浮于水面，难以实现蓝藻的聚集，此时应有相应的消浪措施。
[0021]蓝藻的集中，除了借助自然风力之外，还通过科学的设计围隔区围隔形态予以配合。为了最大限度的收集围隔区外蓝藻，将围隔中间段设计为“弓形全密封软围隔”，两边各设置一个底部固定于水底，上部为可开、可关的纳藻门。弓形部分主要发挥的是导藻功能。由于其弓形形态，可将来自围隔区外面的蓝藻沿着围隔体导向设有纳藻门的两边，在纳藻门打开的情况，借助风力将其纳入围隔区内。纳藻门根据风向的变化随时决定是开还是关。由弓形导藻围隔段和两个纳藻门共同组成的围隔区大小可根据当地地形条件和蓝藻多少具体确定。纳藻门的大小不宜过大，一般宽度在IOm以内。
[0022]另外，第三个借力是指借助食藻动物的力量来消灭集中到围隔区中的蓝藻，其实施方法在前面已有论及，这里不再赘述。
[0023]4.防逃
防逃主要包括两个方面的内容，一是指防止进入围隔区内的蓝藻逃逸；二是要防止围隔区内食藻动物的逃逸。
[0024]将蓝藻汇聚到一个小小的围隔区内，旨在更好地使其集中和将其消灭、清除，所以所设置的弓型软围隔部分必须是全封闭的。软围隔一般由浮在水面的由橡胶包裹的泡沫塑料枕浮子、中间微米级孔径塑料布裙体(可透水但不过藻)以及底部由塑料布包括的砾石配重组成。软围隔布置好之后，配重部分自动陷入湖底淤泥中，保持封闭状态。纳藻门中间裙体部分和底部配重结构与软围隔类似，上面部分用带铁环的绊子固定后将铁环穿在钢丝绳上，通过岸边一侧的绞车来控制钢丝绳的松、紧，以便控制纳藻门的开、关。为了更好的保证纳藻效果，同时减少进入围隔区内蓝藻从纳藻门逃逸的机会，应实时观测纳藻门两侧的风向和蓝藻运动方向，及时开启或关闭纳藻门。围隔区的设置，为蓝藻集中处置和清除创造条件，极大地提高了工作效率并大幅度降低了打捞成本，同时为早期控藻和全年控藻等长效机制的建立提供了保障。
[0025]除了围隔区内蓝藻的防逃之外，还需要防止围隔区内食藻动物的逃逸，需要在围隔体内侧设置一道双层的防止食藻动物逃逸的网，网孔径大小设计为可让蓝藻自由通过，但能防止食藻鱼类和蛘类从围隔区内逃逸。投放的食藻鱼和蛘类规格应大一些，以增加其生存能力和减少逃逸的机会。
[0026]5.消浪
大水域中由于风程较长，所以风浪往往较一般小型水体要大。研究表明，在无风、小风的情况下，水华蓝藻一般会上浮在水面上，在微风作用下，可慢慢移动，为其汇聚创造了条件。但当风力增加到一定程度之后，风浪逐渐加大，层流变为湍流，上浮的蓝藻会被裹挟进整个水层，无法满足借助风力汇聚蓝藻的条件。因此，要在较大的水域内，实现蓝藻的实时汇聚，就需要采取必要的消浪措施，在目标水体内创造一个相对安静的水面，以便加快蓝藻的自动上浮和汇聚。另外，外围消浪带的设置，除了便于蓝藻上浮外，还能在一定程度上减少风浪对软围隔的冲击，增加其使用寿命。
[0027]可在生态敏感区全封闭软围隔外面15-20m远处种植一定宽度的飘浮植物(如水葫芦)带作为消浪滞藻带，其宽度根据当地常年风力大小和风浪大小确定，风浪较小的地方可设置为15-20米宽，风浪较大的地方可设置为40-50米宽。水葫芦消浪带边界需要用网片和钢管桩加以阻隔，以防其逃逸。该消浪带设置之后，不但可以减少生态敏感区外来风浪直接对软围隔的冲击，减少外来蓝藻直接堆积在软围隔外侧，而且还可以减少生态敏感区内的风浪，促进其中的蓝藻分层、上浮。
[0028]除了生态敏感区外侧的消浪外，还需要围隔区内的消浪。在风力作用下进入围隔区的含藻水，在进入围隔区后，由于风浪的减小，其中的蓝藻会慢慢上浮起来。为了减少围隔区内风浪，除了靠软围隔本身起到很好的消浪作用外，同时可通过减小围隔区面积、减少围隔区内风 程长度等方式来降低其风浪。
【权利要求】
1.一种富营养化大型湖库生态敏感区蓝藻水华控制的方法，其特征在于具体步骤包括: (1)控源:常年控制生态敏感区外面蓝藻的侵入和生态敏感区内的蓝藻，使蓝藻浓度控制在水华爆发的阈值水平之下； (2)集中:设置围隔区域，借用自然风力把生态敏感区内四处漂浮的蓝藻集中到该围隔区域内，使其得到浓缩和上浮，便于清除；同时将食藻动物放到该围隔区域内，让食藻动物对进来的蓝藻持续进 行捕食； 蓝藻过多时，再借助人为力量将食藻动物清除出围隔区； (3)防逃:通过设计软围隔和纳藻门材料、结构和安装方法，使之既能满足纳藻需要，又能防止进入围隔区的蓝藻再次逃逸出去；另外，通过在软围隔内层加装双层网围结构，防止食藻动物逃逸到外面，为围隔区内蓝藻的高效清除创造有利条件； (4)消浪:在生态敏感区外围大围隔外侧设置以漂浮植物为主体结构的消浪带，减少风浪对挡藻大围隔的冲击和侵入到生态敏感区内的蓝藻量；同时利用较小围隔区域的围隔削减其内部的风浪，使进入小围隔区内的蓝藻能及时分层上浮，便于及时清除。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述围隔区域的围隔结构为:中间段为“弓形全密封软围隔”，两边各设置一个底部固定于水底，上部为可开、可关的纳藻门。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述软围隔由浮在水面的用橡胶包裹的泡沫塑料枕浮子、中间微米级孔径塑料布裙体以及底部用塑料布包裹的砾石配重组成；配重部分自动陷入湖底淤泥中，保持封闭状态；纳藻门中间裙体部分和底部配重结构与软围隔类似，上面部分用带铁环的绊子固定后将铁环穿在钢丝绳上，通过岸边一侧的绞车来控制钢丝绳的松、紧，以便控制纳藻门的开、关。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述软围隔设置一道双层的防止食藻动物逃逸的网，网孔径大小设计为可让蓝藻自由通过，但能防止食藻鱼类和蛘类从围隔区内逃逸。
5.一种基于权利要求1-4之一所述方法的富营养化大型湖库生态敏感区蓝藻水华控制系统，其特征在于包括软围隔和消浪带；其中: 所述软围隔结构为:中间段为“弓形全密封软围隔”，两边各设置一个底部固定于水底，上部为可开、可关的纳藻门； 所述软围隔由浮在水面的用橡胶包裹的泡沫塑料枕浮子、中间微米级孔径塑料布裙体以及底部用塑料布包裹的砾石配重组成；配重部分自动陷入湖底淤泥中，保持封闭状态；纳藻门中间裙体部分和底部配重结构与软围隔类似，上面部分用带铁环的绊子固定后将铁环穿在钢丝绳上，通过岸边一侧的绞车来控制钢丝绳的松、紧，以便控制纳藻门的开、关； 所述软围隔用于把生态敏感区内四处漂浮的蓝藻集中到软围隔所围隔区域内，使蓝藻得到浓缩和上浮，便于清除；同时将食藻动物放到该围隔区域内，让食藻动物对进来的蓝藻持续进行捕食； 所述消浪带以漂浮植物为主体结构，设置于生态敏感区外围大围隔外侧，用以减少风浪对挡藻大围隔的冲击和侵入到生态敏感区内的蓝藻量。
【文档编号】C02F3/32GK103663708SQ201310673288
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2013年12月12日
【发明者】王寿兵, 马小雪, 汪远安, 郑正, 屈云芳 申请人:复旦大学