生态排水（精选7篇）
生态排水 篇1
1 传统边坡的缺陷与不足
传统边坡在消耗大量能源的同时, 还存在着以下的严重问题: (1) 阻断了与大地的交流, 生态遭到严重破坏; (2) 容易造成视觉疲惫; (3) 容易沉降, 造成边坡失稳, 甚至坍塌; (4) 与基础坡底相容性较差; (5) 边坡绿化困难; (6) 施工难度大, 周期长; (7) 基础建设要求高; (8) 不吸收噪音和热量; (9) 冻融、膨胀土地区, 刚性结构技术问题难以解决。
2 三维排水柔性边坡技术的优点
三维排水柔性边坡技术是由生态袋、连接扣、植物生长根系构建的复合稳定柔性生态边坡支护系统。将物理加固支护与生态支护有机统一, 植物根系穿透生态袋扎入坡土结构土石中, 从而形成生态袋、植被、坡体共同受力的坡面支护体系, 能有效防治坡面冲刷和水土流失。生态袋透水不透土, 能迅速排除坡面多余水分, 促进植物根系的生长发育, 有效保证坡体结构。
2.1 攻克了传统边坡的技术难题
三维排水柔性边坡可快速建造植被, 并与周边植被快速融合, 促进景观的整体协调统一。花仙子生态系统可选用适合当地气候特点的植物, 草类、藤本、灌木、乔木有机组合, 使植物不易退化, 大大减少后期维护费用。并可根据需要任意造景, 景观效果好, 减少温室效应。有利于生态系统快速恢复, 有利于将边坡环境迅速还原成自然状态。
2.2 降低边坡工程建造成本
采用三维排水柔性边坡技术做挡土墙结构, 造价比传统浆砌石挡土墙结构节约30%～60%, 在北方冻融地区 (重力式挡墙基础深度1.5～2.0m) 造价再节省10%以上。在近水软基部位, 还可大大降低工程造价。
2.3 节约公路建设用地
三维排水柔性边坡技术可以在等级公路建设中构筑永久稳定性边坡。根据试验表明, 与常规方法建设的等级公路相比, 由于坡比系数的改变, 柔性生态边坡工程系统建设的等级公路边坡可大大节省土地。例:某等级公路坡高3m, 坡比系数是1:1.5, 若采用本系统修建, 坡比系数仅为1:0.5, 按此方法计算则每km可节约耕地0.67hm2。到2020年, 我国将有近300万km等级以上的公路, 如此计算, 可节约20万hm2土地。
2.4 节约水利建设用地
以南水北调中线工程为例, 总干渠长1400km, 渠深8m, 渠道底宽6.3～35.6m。传统护坡坡比系数2.0～3.0, 干渠边坡每km占地4hm2。采用本系统, 坡比系数0.7, 干渠边坡每km占地为1.12hm2, 节省土地2.86hm2;全线可节省土地4000hm2;按现在的地价约为30～60亿人民币。
2.5 节约铁路建设用地
复线铁路可以在原单线路基上直接建造, 而不需要再征占人类赖以生存的土地。使用本系统对坡比为1:1.95的单线铁路进行复线改造, 每km铁路可节约耕地0.33hm2。根据权威部门发布的数字, 到2020年中国将有复线铁路40万km, 如此计算, 可节省耕地13.33万hm2。
2.6 生态环保, 消音美观
植被选择多样化, 有利于生态系统的快速恢复, 有利于将边坡环境迅速还原成自然状态, 可以和自然生态环境完美融合。施工时不产生建筑垃圾和施工噪音。
2.7 结构稳定牢固
结构面通过植被的发达根系与坡体结合成一个同质整体, 使人工边坡和原自然边坡之间不会产生分离、坍塌等现象。并且随着时间的延长, 日趋强壮的植被根系使边坡结构的稳定性及牢固性更强, 是自然的、有生命的永久生态工程。
2.8 施工简单
在施工技术人员的指导下, 没有任何边坡建设技术经验的劳动力均可参加施工, 解决大量剩余劳动力的就业问题。一般不需要对基础进行工程处理, 对不均匀沉降的适应性是本系统的特点之一, 同时结构不会产生温度应力, 无需设置温度缝。施工快捷、方便、不需要“三通一平”, 材料搬运轻便。
3 三维排水柔性边坡结构原理
三维排水柔性生态边坡挡土墙结构理论依据是按照土力学莫尔·库仑理论发展的加筋土理论的基本原理。三角内摩擦紧锁结构是按照力学抗拉及抗剪原理为依据。
4 三维排水柔性边坡植被种植方式
三维排水柔性边坡植被种植方式为喷播、混播、压播、插播、铺种草皮、围坑栽植等6种方式。
4.1 喷播
适用于大面积的旱地绿化作业, 施工迅速快捷, 植被种子选择范围广, 成本相对较低, 是草本和灌木最常用的播种方式。适宜各种坡比情况, 不适宜水位变动部位和暴雨天气。
4.2 混播
适用于亲水边坡, 零星工程的绿化, 人员养护不便的位置;适宜各种坡比情况, 但豆科植物不能混播。
4.3 压播
适用于枝条、藤状类植物, 但成活率相对较低。适应涨落带位置。适宜各种坡比边坡。
4.4 插播
适用于乔、灌、花类植物, 使植物层次丰富, 也可构筑各色图案。
4.5 铺种草皮
可以立刻体现绿化效果, 保证成活效果, 特别适宜应急工程。
4.6 围坑栽植
适用于土层要求较深的大乔木移栽和对边坡原有树种进行保护, 坡角大于50°的陡边坡慎用。
5 三维排水柔性边坡技术的工程领域
三维排水柔性边坡技术可应用于水利工程、公路工程、市政工程、房地产等工程领域中关于边坡绿化的相关园林工程。
5.1 水利工程
生态河岸、水土保持、水库涨落带复绿、湿地工程、湖海景观岸工程等。
5.2 公路工程
路基景观边坡、景观挡土墙工程、生态隔离带、膨胀土景观边坡、冻融地区景观边坡等。
5.3 市政工程
山体复绿、城市中心生态河岸、公园湖岸、垃圾掩埋场、矿山复绿、高尔夫球场、园艺景观墙、盐碱地景观边坡等。
5.3 房地产
人工景观河道、住宅区景观边坡、亲水景观挡土墙等。
5.5 其他
沙漠绿化、自然保护区、河湖海岸景观防护堤岸、生态垂直墙、已有硬体结构面的生态复绿等。
摘要：随着我国工业化水平进程的加快, 生态环境破坏也日益严重。本文以园林绿化工程中的边坡绿化为对象, 重点介绍了三维排水柔性生态边坡技术的优点及应用。该技术可快速建造植被, 并与周边植被快速融合, 有利于生态系统快速恢复, 有利于将边坡环境迅速还原成自然状态, , 促进景观的整体协调统一。
关键词：园林工程,生态边坡,边坡绿化技术,三维排水柔性生态边坡工程
生态文明城市排水工程规划的探讨 篇2
1 城市排水工程规划建设基本情况
贵阳市中心城区城市排水工程以城市总体规划为指导,先后编制中心城区及各区排水工程专项规划,在规划指导下,城市排水工程建设取得较快发展,目前基本已形成从雨、污水收集→处理→排放与回用的较完善的城市排水系统。
1.1 城市排水管网
目前中心城区建成主要排水管道总长已超过1000km,已建城市排水管网雨污分流建成率达到77%,其中雨水管(渠)道占36%,污水管(渠)道占到41%,合流管(渠)道占23%。
1.2 污水处理
2009年中心城区污水排放量56×104m3/d,中心城区已建成污水处理厂6座,全市最大的新庄污水处理厂(设计规模25×104m3/d)已于2009年12月底投入试运行,城市污水处理厂设计总处理规模58×104m3/d,实际污水处理量40×104m3/d,城市污水处理率从2000年的零处理提高到2009年的71.4%。
1.3 污水排放与回用
目前中心城区污水处理厂尾水均按照《贵阳市地面水域水环境功能划类规定》规定水域划类要求进行排放。由于贵阳市中心城区位于长江水系与珠江水系分水岭上,地处水系上游,河道径流量小,目前污水处理厂污水回用主要以补充河道环境用水为主。
2 回顾与评价
2.1 经验总结
1)规划对城市排水工程建设指导与调控作用日益增强
2000年国务院批复《贵阳市城市总体规划(1996-2010年)》,在规划中明确提出逐步建立健全城市雨、污分流排水体制;确定污水处理应坚持集中与分散相结合的原则,在总体规划的指导下,贵阳市陆续开工建设小河、花溪、二桥、金阳、白云、新庄污水处理厂的建设,在污水处理厂的建设前期论证、中期方案及施工设计中,规划多次参与讨论、厂址选择、现场勘查,建设业主及设计单位充分听取规划意见在各区控制性详细规划排水工程专项规划中深入确定了南明河、小黄河、麻堤河、小车河、市西河、贯城河、松溪河、鱼梁河、小湾河、三江河、大关、麦架河、百花湖及金竹14个排水分区、的规划方案,规划覆盖了中心城区1230km2,服务人口220万人。
2)明确以水环境治理为平台、大力推进城市排水工程建设规划要求
贵阳市自2000年实施“南明河三年变清”、“南明河长治久清”等水环境治理工程,极大的促进城市排水工程建设,通过水环境治理工程的实施,城市污水处理能力由2000年的零处理大幅度提高到目前的58×104m3/d,管网建设达到近100km,城市水环境质量明显提高、城市面貌日新月异。
3)坚持水源保护与污水治理相结合的规划原则
贵阳市是一座山地城市,部分城市建设用地已进入水源地汇水区域,在对该区域进行污水治理、排水管网建设中,规划明确提出污水(包括处理后污水)应采取跨流域排放,确保水源地水源安全。目前金阳新区、花溪、龙洞堡、金竹地区的污水跨流域排放工程均已建成,饮用水水源地水质状况明显改善。
4)实施排水通道的规划控制与保护管理
在城市排水工程建设中,常因排水通道被侵占而导致管网建设困难甚至无法实施。自2001年开始实施严格排水通道规划管理,在建设单位申请规划审批时,涉及排水管网通道的建设物、构筑物必须退让规划断面两侧5m,并实行严格规划验收程序,从而确保城市排水管网建设的顺利进行。
2.2 当前主要存在问题
1)城市截污干线处于超负荷运行的问题突出
中心城区主要河流沿线建成的污水截流管(渠)干线部分段由于年久老化、设计标准低、雨污分流不完善等因素,常出现管(渠)污水溢流入河道的情况,不仅影响截污干线安全运行,污水入河对河道水质构成极大的威胁。
2)雨污分流排水管网的建设和完善还十分艰巨
中心城区排水管网经过长期的建设虽已基本建成较完善的系统,由于排水管网建设涉及面广、建设周期长、投资大等因素,目前尚有部分污水无法截入污水管(渠),同时中心城区雨污混接现象也较突出,加之贵阳市多年降雨量在1189mm以上,导致污水处理厂进水COD、BOD浓度偏低,导致污水处理厂净化污水的作用还不明显。
3)污水资源化程度还处于较初级的阶段
贵阳市人均水资源量1 288m3,仅约为全国水平的1/2,属缺水城市。目前中心城区已建成的6座城市污水处理厂,处理后的污水基本以补充河道环境用水为主,处理后的污水未能得到充分利用,水资源循环利用率还较低。
4)初期雨水治理的规划研究还有待进一步完善
城市降雨形成的地表径流,尤其是初期雨水对城市地表的冲刷形成的径流包含许多污染物质,有固态废物碎屑(城市垃圾、动物粪便、城市建筑施工场地堆积物)、化学药品(草坪施用的化肥农药)、空气沉降物和车辆排放物等,初期雨水也是城市水环境的主要污染源,对河道构成污染威胁。
3 探讨与建议
生态文明的本质即是“人与自然和谐共处”的可持续发展理念,城市排水工程规划最根本的宗旨“消除污染、保护环境”,其出发点与生态文明理念是高度一致的,在编制城市排水工程中始终要将建设生态文明城市作为追求的目标。
3.1 全面推进城市雨污分流排水体制的建设
城市排水体制的确定是城市排水工程规划的重要基础,城市排水管网、设施的布局和规模的确定与之密切相关,因此,在排水工程规划中应重视对城市排水体制的研究,一般城市排水体制分为合流制和分流制两种类型(见表1)。
雨、污分流制建设虽然在保护环境、消除污染是具有卫生条件好、利于防止水体污染的优势,但还存在建设难、管理难、效果不明显等问题,对是否采用分流制还存在争议。笔者认为城市排水工程其目的是保护水环境、消除水污染,建设城市雨、污分流制是城市走可持续发展之路、建设生态文明城市的必然之路,结合城市发展可逐步推进城市雨、污分流建设,在城市新区应坚定不移的建设分流制,在城市老城区可先建设沿河、沿主要排水干线建设污水截流沟(管),再结合旧城改造逐步建设上游雨、污分流,并最终实现城市雨、污排水体制的建设。
3.2 实施管网统一管理和分级建设,有序推进城市雨、污分流排水体制的建设
城市雨、污分流排水管网建设和管理是一个长期、复杂的系统,建设单位和管理单位多,建设协调和管理难度大,错接、漏接等问题普遍存在,使雨、污分流效果不明显。在管理上应由一个部门或单位作为统一管理机构,协调管网建设、保存管网资料等,在建设中实施城市建设部门主要负责城市道路雨、污管网、沿河污水截流管(沟)、主要排水干线的建设;小区、社区由房开单位、社区负责雨、污管网建设,形成分级明确、管理有力的城市排水管网建设和管理体系。
3.3 着力推进城市污水资源化利用
污水回用的途径一般分为两种,城市污水处理厂污水回用,小区、公建等源头污水回用。从理论上说,源头污水就近回用,减少下游管网、污水厂压力、减少投资无疑是最理想的,但由于源头污水水量水质不稳定、设施选址难、运行费用高等弊端。在近期应着力推进已建、新建污水处理厂进行污水回用,其水量水质稳定、易于实施,能有效实现水资源循环利用、减小取用水库及河道的水量、减少对城市水体污染,实现可持续发展。
3.4 开展雨水利用与初期雨水治理的规划研究
城市水体是调节城市气候、美化城市环境、维持城市生态系统的重要载体,在规划中应利用雨水收集系统合理布局雨水集蓄设施、合理利用截流式雨污分流制截流初期雨水。使城市水体水面有所扩大、城市水体污染得到有效控制。
4 结语
城市排水工程规划是指导城市排水工程建设和管理的重要依据之一,在城市排水工程规划编制中应坚持贯彻可持续发展、生态文明理念,结合城市发展,使城市排水工程规划能有效指导城市排水工程建设有序、合理推进。
摘要：回顾与评价贵阳市城市排水规划建设及存在问题,提出了,在规划编制中城市排水体制、排水管网建设与管理、污水再生利用、城市雨水再生利用和初期雨水治理等问题与生态文明城市建设相结合的探讨。
关键词：城市排水体制,排水管网建设与管理,污水再生利用,雨水利用
参考文献
[1]山地城市排水工程规划的探讨[J].给水排水,2006(7):4-6.
生态排水 篇3
近年来, 随着人口增加和经济发展, 粮食需求的巨大压力加剧了我国化肥、农药的需求量, 导致农田退水中氮、磷浓度和负荷不断上升, 加之不合理的田间灌溉排水管理, 农田排水沟渠功能严重受损, 造成面源污染问题日渐突出, 生态效益日益降低, 已成为当今世界的热点和难点问题[4,5]。农田排水沟渠系统在多个方面具有重要作用, 包括改善生态环境、涵养地下水源、净化土壤及水质、调节气候、保护生态多样性[6]。近年来, 随着生态环境问题的日益突出, 研究者对于农田排水沟渠的研究从其水利功能转向生态功能、环境效应, 以充分发挥其作用[7,8,9,10,11,12]。因此, 有必要对以往研究情况及时进行回顾和总结, 以为相关研究的进一步开展提出合理建议。
1 农田排水沟渠水文与生态环境效应
1.1 水文效应
农田排水沟渠是农田排水汇入河流和湖泊的通道, 沟渠中生长着适应于此环境的水生植物, 一般有芦苇、蒲草等挺水植物, 当暴雨发生时, 可起到蓄持降水、阻滞地表径流的作用。
排水沟渠系统中各个沟渠系统相互独立, 形成各个独立的小水库, 起到蓄持整个区域降水的目的, 起到农田排水的“汇”的作用, 同时淹没农田及洪水发生的机会减少。相应的, 沟渠也可起到田间灌溉水的“源”的作用, 在少雨的季节可以用来补充农田水分亏缺[2]。
沟渠还可调控地表及地下水位, 主要途径有以下2个:一是利用其输水两道的功能直接影响;二是通过边界的渗透性补给或排泄潜水间接影响[1]。研究表明, 在沟渠密布的农业区, 沟渠水位与农田地下水位呈显著正相关, 整个区域的地下水位随着沟渠中的水流多少而改变[3]。国内外研究认为控制水位对农田水文和水环境产生重要影响, 可减少农田排水中氮、磷的养分输出, 改善排水水质, 同时可人为抬高地下水位, 使土壤水分得到充分利用[6]。目前, 国内外对沟渠水文效应的研究不太系统, 不利于湿地、农田保护与管理工作的开展。
1.2 生物效应
农田排水沟渠由水、生物、土壤组成[9,13,14], 具有一定的深度和宽度, 可发挥相应的生态功能。农田排水沟渠可作为水生动植物的栖息地, 对保持农业景观的生物多样性具有重要的意义, 是影响区域生物活动的重要因素。但由于其是半自然生态系统, 容易受到耕作、农药、施肥等农业活动的干扰和影响, 且由于其没有乔木的遮挡, 较易受到风的影响。
农田排水沟渠的生物群落包括植物、鱼、无脊椎动物、两栖动物、哺乳动物及鸟类等。国内外研究[15,16,17,18,19]发现, 农田排水沟渠系统作为水生动植物的重要栖息地, 可为景观物种提供避难场所, 是许多农业景观中生物多样性的一个重要的残存源, 同时增加了人的视觉效果和农业景观的可视性。沟渠内的蒲草、芦苇等为鸟类提供了食物和栖息地, 沟渠生态系统的各个组成部分互相影响, 底质的稳定受底栖动物活动的影响, 底栖动物还会影响沟渠内的水质状况。有研究者[20]认为, 沟渠的存在还会导致生境破碎化, 从而降低某些物种的生境质量, 因为排水导致物种丰富度的减少, 再加上对来自自然和人类干扰的调节能力很差, 不利于某些动物的发展。
沟渠系统的结构不同, 发挥的功能也不尽相同, 其可作为农田中动物的迁移廊道, 影响动物的数量和种类。一般情况下, 低级廊道系统以结点为连接点, 作为高级廊道系统的整体性部分, 从而构成高等级廊道系统。研究表明, 周围水田的水力连通性与农田排水沟渠影响鱼类在农田和沟渠之间的迁移, 如果迁移难度越小, 捕食及繁殖就更容易, 沟渠系统中的动物物种丰富度就越高[21]。
农药及化肥等农用化学物质的使用量, 随着对农田经济效益的片面追求而逐渐增加, 造成沟渠内水体水质的恶化, 沟渠内生物的栖息环境遭到破坏。特别是某些农药含有剧毒, 遗留在沟渠中直接将所有动物杀死, 青蛙和蟾蜍等有益动物的种群减少加剧了农田病虫害的暴发程度, 从而促使农民使用更多的农药, 造成恶性循环。排水沟渠内氮、磷等的浓度和污染负荷升高, 使水体呈现富营养化状态, 造成藻类植物过度生长, 成为沟渠中优势群落, 大量的植株残体腐败时严重污染水体, 严重影响了沟渠湿地的生态服务功能[22]。
1.3 去污效应
农田排水沟渠系统作为特殊的生态系统, 不仅利用自身的物理、化学和生物作用吸收和转化了周围环境输入的氮磷等元素, 同时又作为上游农田非点源污染的“汇”和下游水体中污染物的“源”, 对下游的湖泊和河流等水体的水质有严重的影响, 所以目前沟渠的去污净化受到了广泛的关注和重视。
农田排水沟渠中的污染物一般指氮、磷等营养元素, 农田排水沟渠的主要组成部分包括基质底泥、植物和微生物, 通过植物吸收、沉降作用、介质吸附、微生物作用及三者协同对农业非点源污染进行净化, 减少进入河流和湖泊的污染物, 降低河流和湖泊发生富营养化的可能性[23,24]。Meuleman (1993) 等的研究指出, 天然沟渠能够吸收水体中氮、磷污染物, 其中对磷素的去除率高达90%~95%[25], 2001年, Woltemade在美国马里兰、伊利诺斯、依阿华等地开展湿地接纳农田排水的试验, 结果表明:所有试验区的湿地都能降低氮和磷的浓度, 且氮、磷的去除率与湿地的大小、汇水面积及农田排水在湿地中的滞留时间有很大关系, 同时也存在着再次污染的威胁[26]。
近来研究表明, 植物是沟渠去除营养物质能力最强的因素之一。Abe等[27]在研究沟渠内植物如何去除水体中的氮、磷时发现, 植物吸收和底泥的同化作用是沟渠有效去除氮的主要途径;徐红灯等[28]通过动态模拟试验研究对比不同排水沟渠对农田流失氮、磷的截留作用, 同时通过静态模拟试验探讨了水生植物对氮、磷在水—沉积物—水生植物这一微观系统中的截留作用, 结果表明:有植物的生态沟渠氮、磷的截留效率在30%以上, 而自然沟渠的截留效率为20%~30%;姜翠玲等[29]的研究表明长江中下游地区植物对营养物质的吸收是去除面源污染的主要机制, 其中芦苇和茭白对氮的吸收能力较强, 每年秋季收割的芦苇可带走氮818 kg/hm2和磷103.6 kg/hm2, 茭白可带走氮131 kg/hm2和磷28.9 kg/hm2, 定期收割湿地植物是防止植物二次污染的主要措施, 因为湿地植物死亡后会向水体中释放营养物质;沟渠中的水生植物可以加速营养物质的水土界面交换和传递, 从而使上覆水中的营养物质含量快速减少, 同时水生植物液可通过自身吸收作用截留一部分营养物质, 因此水生植物能有效截留和转化营养物质。
底泥吸附被看作是湿地去除磷的主要方式, 其主要发生在表层, 深度越浅, 吸附能力越高, 这是由于铁、铝呈无定性的氧化态形式, 表层土壤和底泥处于好氧状态, 能与磷形成难溶的复合物[30]。但是这种反应是一个可逆的过程, 如果湿地排水中磷的浓度较低时, 其吸附的部分磷有可能重新释放到水中。
湿地降解污染物的主要机制是利用微生物分解和转化氮, 通过微生物的硝化和反硝化作用来完成氮的去除。污水中磷的去除是在微生物对磷的正常同化和过量积累的基础上, 将有机磷化合物转变成磷酸盐, 并将溶解性差的磷化合物溶解。
2 沟渠的模型及管理措施研究
2.1 沟渠模型研究
沟渠模型的研究对象主要是排水沟渠中氮、磷污染物的迁移和转化, 包括对其进行定量及定性的描述, 分析其氮、磷污染物的主要来源和迁移特性, 预计其对受纳水体的影响, 针对不同土地利用变化及土地管理技术对沟渠产生的污染负荷进行估计, 进而估算其对环境的影响, 为流域规划和科学管理提供决策[31]。目前, 专门用于模拟沟渠的模型为非点源模型。
多数沟渠模型是在河流或湖泊的基础上发展起来的, 改造后的模型对沟渠水文和生态环境效应进行了一定研究。通过Waterpas-model模型 (Devos等[32]提出) 的模拟, 结果发现如果沟渠水位过高, 不仅减少农作物产量, 降低农民的经济效益, 而且会增加地表水中磷负荷, 从而导致非点源污染的严重发生。通过DITCH模型的模拟发现, 农田地下水位受沟渠水位的影响较大, 且受土壤水力导度影响较大[33]。水体中植物的优势种从沉水植物变为浮游植物是水体富营养化的典型标志, 可用PCDitc模型确定引起水体富营养化的营养物质的阈值[34]。
2.2 沟渠管理措施研究
农田排水沟渠的主要作用就是为农田灌溉和排水服务, 保证粮食生产安全, 但随着农田非点源污染的加剧, 沟渠水环境遭到破坏, 水体富营养化加剧。因此, 对农田排水沟渠的管理既要考虑农业收益, 又要考虑对环境的保护, 在提高农业生产力的同时, 保护水环境, 为动植物提供良好的栖息地, 保持生态系统良性循环, 获得良好的经济效益和生态效益。
农田排水沟渠的管理措施有很多, 从控制水质来看, 目前最广泛有效的是在美国发展起来的“最佳管理措施 (best management practices, BMPs) ”, 最佳管理措施是防治或减少农业非点源污染最有效和最实际的措施[35], 主要用来控制农业活动中污染物的产生和运移, 防止污染物进入水体, 避免农业非点源污染的形成。从对沟渠来讲, 管理措施主要有底泥清淤、植物收割等。清淤能提高沟渠的排水能力, 沟渠底部的营养物质 (主要是磷) 可通过清淤移除沟渠, 可以改善沟渠内的水质[36,37,38]。有研究表明, 五里湖底泥清淤后半年内水体中总磷和溶解磷含量比疏浚前下降10%~25%[39]。底泥清淤措施在国内外得到广泛应用。但是清除底泥的处理即是需要解决的问题。如果底泥弃置沟渠旁, 在降水条件下底泥中的磷被淋溶, 再次随地表径流进入沟渠水体。同时, 也有研究表明, 清淤在短期内可能恶化水质, 清淤前的底质向上覆水释放磷素的速率要比清淤后的底质慢, 所以短期内水质会有一定的恶化, 清淤对环境的影响还需要进行进一步研究。沟渠底泥中包含大量植物所必需的营养元素, 可将底泥返田, 目前关于底泥返田的研究还比较少。植物吸收是沟渠去除氮、磷等营养物质的主要途径, 但植物地上部分死亡后, 其残体内的营养物质将再次释放产生二次污染, 通过植物收割的方法去除营养物质是重要的途径。研究表明, 每年进行收割或至少2年收割1次对于维持沟渠内植物种群多样性具有非常重要的意义[37]。但是野生植物对农民来说没有很大的利用价值, 农民不会主动进行收割, 如果用吸收氮、磷能力强的经济植物作为渠道的野生植物, 可以促使农民自觉收割。姜翠玲等[9]研究表明, 通过在渠道中种植茭白, 自然生长的茭草可以有效吸收沟渠湿地底泥中富集的氮、磷, 同时秋季收获的茭白也为当地农民带来可观的收益。
3 趋势及展望
3.1 加强沟渠湿地生态水文过程和机理的研究
目前, 沟渠湿地生态水文方面的研究主要包括调节径流、去除污染物、维护生物多样性方面, 但对于整体上水文生态过程及其内部机理的研究还比较少。因此, 在以后的研究过程中, 应该将整个沟渠系统作为一个整体, 研究其与其他各生态系统之间的关系, 对大气—植物—土壤各个界面的水文生态过程进行模拟从而进一步揭示沟渠整体性效应发挥的作用机制。
3.2 沟渠湿地与农田生态系统安全的研究
沟渠湿地生态系统与农田生态系统有密切的联系, 目前国内外对农田排水沟渠在维持农田生态系统生物多样性方面的作用研究较少, 两者之间的相互关系及影响机理尚不清楚, 加强沟渠湿地与农田生态系统安全需进一步进行研究, 从而为保持农田生态系统的稳定、保证粮食安全提供依据。
3.3 沟渠模型的研究
目前, 已有学者提出少量的沟渠湿地模型, 但这些模型多数是在河流或湖泊的基础上发展起来的, 针对性不强, 不具备广泛使用性, 不能对沟渠湿地中的物理、生物、化学过程进行精确模拟。对农田排水沟渠的研究需要通过模拟综合, 但目前多数模型均较单一, 特别是与GIS的结合, 解释污染物在农田—沟渠—生物间的迁移转化和相互作用机理是沟渠模型需要研究的方向。
3.4 加强对沟渠管理措施的研究
生态排水 篇4
项目用地位于中新天津生态城南部片区的世茂新城, 世茂新城与起步区、动漫产业园共同组成南部片区, 05-10-01-02地块是世茂新城最北端的地块。用地范围东至生态谷, 西至中新大道, 南至彩虹桥, 北至中津大道。
2. 工程概况
规划用地面积58857.9m2, 总建筑面积110699m2;项目为住宅小区, 住宅类型采用塔式高层, 板式小高层相结合的方式, 塔式高层层数为16层、18层、21层、24层, 板式小高层为11层, 设计按《中新生态城绿色建筑设计标准》执行;小区设置气力垃圾收集系统, 太阳能热水系统满足100%的住户的使用, 外墙保温采用新型材料, 地下汽车库设置光导管自然采光。
3. 非传统水源利用方式
天津作为资源型缺水城市, 人均本地水资源占有量只有160m2, 中新生态城用地为盐地、盐碱荒地和湿地, 属水质性缺水地区。按《天津市住宅设计标准》10.1.1条规定:最高日生活给水定额为85~120升/人·日;其中中水用水定额为30~40升/人·日, 相关用水量计算见表1和表2。
非传统水源利用率可通过下列公式计算:
公式中, Ru—非传统水源利用率, %;
Wu—非传统水源设计使用量 (规划设计阶段) 或实际使用量 (运行阶段) , m3/a;
WR—再生水设计利用量 (规划设计阶段) 或实际利用量 (运行阶段) , m3/a;
Wr—雨水设计利用量 (规划设计阶段) 或实际利用量 (运行阶段) , m3/a;
Ws—海水设计利用量 (规划设计阶段) 或实际利用量 (运行阶段) , m3/a;
Wo—其它非传统水源利用量 (规划设计阶段) 或实际利用量 (运行阶段) , m3/a
Wt—设计用水总量 (规划设计阶段) 或实际用水总量 (运行阶段) , m3/a。
由上表数据确认非传统水源利用率为 (注:本项目雨水利用带有不确定性, 暂不计入) (见表3) :
4. 室内给水分区方式
根据《绿色建筑评价标准》GB/T50378中规定, 居住建筑入户管表前压力不大于0.2MPa;并结合《导则》对二次供水的规定, 在市政供水管网压力不小于0.20Mpa的前提下, 室内供水采用管网叠压成套设备, 300户左右一套设备。在室内给水系统分区层数上通过计算 (计算见表4) , 确认市政供水供至四层, 五层开始加压供水, 每八层一个给水分区, 分区的底部四层入户表前加支管减压阀。
5. 可再生能源利用方式
天津市位于华北平原东北部, 东临渤海北依燕山, 纬度39度05分, 经度117度04分, 海拔高度3米。天津为太阳能资源较丰富区 (Ⅱ) 区, 年辐射量5152.36MJ/m2 (水平面) , 年日照时数为2612.7小时。从表四和图中可看出年内日照时数以5月最多, 月日照时数在275.3小时;6月为次多, 12月最少, 12月与5月相比, 少97小时 (见表5) 。
太阳轨迹分析 (根据ECOTECT软件计算) :
分户阳台壁挂式太阳能集热计算 (见表6) 。
集中式太阳能集热计算 (见表7) 。
5.1
本工程住户热水采用太阳能和电辅助加热系统，太阳能为“集中集热—分户贮水—分户使用”和“分户集热—分户贮水—分户使用”相结合方式，太阳能热水覆盖100%住户的使用。
5.2 集中集热方式
太阳能集热板集中放置于屋顶上合建筑外立面上, 在屋顶放置膨胀水箱和循环水泵, 在每户家里安装一个具有换热功能和辅助电加热功能的承压贮热水罐, 太阳能集热水通过管路与贮热水罐内的换热器, 形成一个循环回路, 通过换热方式, 将每户贮热水罐内的水加热。
5.3 分户集热方式
太阳能集热板放置于每户的阳台侧面上, 在每户家里安装一个具有换热功能和辅助电加热功能的承压贮热水罐, 太阳能集热水通过管路与贮热水罐内的换热器, 形成一个循环回路, 通过换热方式, 将每户贮热水罐内的水加热。
集中集热方式集热器面积计算依据:
公式中:Ac—直接系统集热器总面积, m2;
Qw—日均用水量, kg;
Cw—水的定压比热容, kJ/ (kg·℃) ;
tend—贮热水箱内水的设计温度, ℃;
ti—水的初始温度, ℃;
JT—正南朝向, 倾角为当地纬度的平面上年平均日太阳辐照量, kJ/m2;
f—太阳能保证率, %;根据系统使用期内的太阳辐照、系统经济性及用户要求等因素综合考虑后确定, 宜为30%~80%;
ηcd—太阳能集热器年平均集热效率;根据经验取值宜为0.25~0.50, 具体取值应根据集热器产品的实际测试结果而定;
ηL—管路及贮水箱的热损失率;根据经验取值宜为0.20～0.30;
以建筑日照计算 (示意如图4) 为基础, 集热器不宜受建筑墙体、周围设施和树木遮挡的部位, 应满足一天不少于4小时日照时数的要求, 集热面积结合楼座朝向进行面积补偿百分比修正, 可计算出每栋楼的太阳能年产热水量 (见表8) 。
5.4 年节能量计算
以1号楼为例, 1号楼每天依靠太阳能产生60℃热水量为10772.05L, 此部分热水能量为10772.05L×4187J/kg·℃×45℃=2029.62MJ, 节省电能563.78度, 电费按0.5元/度计算, 每天节省电费281.89元, 则每年节省电费为102889.85元。本系统设计年限为15年, 则15年共节省电费1543347.75元。
5.5 寿命内太阳能系统的总节省费用
(1) 计算依据
SAV—系统寿命期内的总节省费用 (元)
PI—折现系数
Cc—常规能源热价
A—太阳能系统总增投资, 按0.9×106元计算
DJ—维护费用, 取0.5%
d—年市场折现率, 可取银行贷款利率, 目前为6.12%;
e—年燃料价格上涨率, 取3.4%;
n—分析节省费用的年限, 从系统开始运行算起, 集热系统寿命按15年计算
(2) 相对于其他能源的节省费用
经计算得出:相对于电热水器, 太阳能系统寿命期内节约费用272万;
5.6 回收年限预评估 (Ne)
太阳集热系统投资主要包括集热系统和控制系统两部分的投资。其它不可预见费包括根据具体的工程情况有所不同, 一般占总投资的5%左右。一个设计合理的太阳热水系统, 应能在寿命期内用节省的总费用补偿回收增加的初投资, 完成补偿的总累积年份即为增投资的回收年限。
(1) 计算依据
PI= (ΔQsave·Cc-A·DJ) =A
PI=A/ (ΔQsave·Cc-A·DJ)
d—五年以上银行贷款利率，取6.12%
e—年燃料价格上涨率，取3.4%
(2) 相对于普通能源的回收年限预评估:相对于电热水器, 太阳能系统约6年回收成本;
5.7 太阳能环保效益的评估
太阳热水系统的环保效益体现在因节省常规能源而减少了污染物的排放, 主要指标为二氧化碳的减排量。
W—标准煤热值, 29308KJ/Kg。
每年二氧化碳的减排量为57.1吨, 15年寿命期内二氧化碳的减排量为856.5吨;
6. 雨水利用方式
天津市气候受西北大陆季风影响, 雨量偏少, 多年平均降雨量为586mm, 年蒸发量高达1000~1200mm。降雨主要集中在6~9月份, 占年降雨量的83%。其中7~8月份降雨占全年降雨量的63%。
多年平均各月降水量国家气象局多年统计见表9。
雨水回收利用收集池计算 (P=2a, 对应24小时降雨厚度:76.6mm) (见表10) 。
地貌单元属第四系冲积——海积平原, 场地浅层地下水属潜水类型, 地下水的补给以大气降水入渗为主, 排泄以蒸发为主。地下水稳定水位埋深在0.6~3.1米左右, 相初见地下水位埋深在0.8~3.3米左右, 地下水位随季节有所变化, 年波动幅度一般小于1.0米。
注:昼时-指白昼的小时数;平均晴天时间-指无云的晴天小时数
土层渗透系数K值试验统计表 (见表11) 。
雨水下渗计算 (P=2a, 对应24小时降雨厚度:76.6mm) (见表12) 。
从表9和表11计算结果, 并结合表九中的数据得出:该地块并不适合雨水完全下渗, 即使现场的铺地材质采用渗水性材质或下凹式绿地。考察类似下渗设施工程后显示, 雨水实际下渗效果并不理想, 下渗井或下渗池经常积水, 在雨季来临时甚至个别出现地下水涌上来。故该项目以雨水收集池和下渗设施相结合, 略微侧重于雨水收集, 在小区内设置180m3雨水收集池, 以备小区绿化之用。同时, 室外设置雨水收集管道 (沟) , 由该管道 (沟) 将雨水引至小区绿地或主道路下雨水渗透管 (沟) 和渗透井内, 使设计重现期内的降雨量全部下渗, 超重现期部分的雨水溢流排入市政雨水管道, 流程示意如下:
屋面、地面雨水→雨水管道 (沟) →渗透管 (沟) →入渗井→市政雨水管道
7. 其它
根据生态城总体规划, 区域内设有城市污水处理厂, 区域内的污、废水均进入污水处理厂处理, 按规定各住区或场地的污水排放满足《污水综合排放标准》GB8978中的三级标准即可。同时考虑室内外污废水合流排放, 若厨房含油废水进入化粪池, 冬天室外温度在-10度左右, 化粪池的处理效率明显降低, 也为避免化粪池的通气管设置和清掏对小区环境的二次污染, 室外污水管道不设置化粪池, 在室外污水管道的管径和坡度严格按设计充满度下不淤流速控制, 在管道的起始端设计流速宜适当加大。
室内所有卫生洁具水嘴均采用节水型产品, 满足《节水型生活用水洁具》 (CJ164-2002) 中要求。
给水与排水的室外管道基础的处理措施:
室外给水管道采用PE给水管, 电熔连接。管道基础要求平整并有足够的强度, 开挖管沟须防止扰动基底原状土壤。基底处于地下水位以下的较软土层时, 可采用先垫15cm厚、粒径小于50mm厚碎石, 再铺5cm厚砂垫层的处理方法。
室外排水管采用PE双壁波纹管, 电熔连接。管道基础采用土弧基础。先对地基进行加固处理, 达到规定地基承载力后, 再敷设中粗砂基础层。基础表面应平整, 其密实度应达到85%~90%。在管道设计土弧基础范围内的腋角部位, 必须采用中粗砂回填密实。回填范围不得小于设计支承角2α+30° (180°) , 回填密实度应达到95%以上。
参考文献
[1]《中新天津生态城绿色建筑评价技术细则》 (天津市城乡建设和交通委员会) .
[2]《中新天津生态城绿色建筑设计标准》 (DB29-195-2010) (中新天津生态城管委会、中国建筑科学研究院) .
[3]《天津市住宅设计标准》 (J968-2007) (天津市建设管理委员会) .
[4]《生态城相关设计导则》 (能源、管网部分) (内部资料) .
[5]《建筑与小区雨水利用工程技术规范》 (GB50400-2006) (中国建筑工业出版社) .
生态排水 篇5
滨海电厂对邻近海域生态环境影响的主要污染因子是温排水, 温排水对生态环境的直接影响因素是温升和余氯。根据有关文献资料, 一些发达国家在20世纪70年代以前就开始了电厂温排水对水生生态环境影响的研究。从20世纪80年代初开始, 国内相继出现了相关研究成果介绍。电厂卷载效应也是影响邻近海域生态环境的一个主要因素。电厂卷载效应对浮游生物损伤的研究, 国外早在70年代就已达到盛期[1,2], 而国内的研究则刚刚起步。
1国内外研究现状
1.1温升对海洋生态环境影响的研究
1.1.1 温升对浮游生物的影响
国内外对这方面的研究较多, 普遍认为, 温排水使水域温度升高, 若环境水体升温后超过水生生物生长的适宜温度, 尤其是炎热的夏季, 可能导致水生生物的生长受到抑制或死亡。但如周围水体升温后仍在水生生物适温范围内, 环境水体温度的升高则会促进水生生物的生长和繁殖。
金腊华等[3]的观测结果表明, 当水体适度增温时 (ΔT≤3℃) , 群落中的种类数增加, 其中浮游植物的种类数平均增加50%, 浮游动物的种类数平均增加76%。在春季, 温度场弱增温区生物量最高, 是自然水温区生物量的1.3倍;而在冬季, 温度场弱增温区的浮游动物生物量是自然水温区生物量的2.4倍。但是在水体强增温时 (ΔT>3℃) , 水生生物群落中种类出现减少。尤其是在夏季自然水温较高时, 在强增温 (ΔT>4℃) 区内, 亦即水温超过35℃时, 浮游动物的种类和数量都会减少, 降低了群落的物种多样性, 还会改变群落中的物种组成, 有些种类的个体数量明显减少, 而个别耐热种类数量开始增加, 成为明显的优劣种。
徐晓群等[4]的研究结果表明, 滨海电厂温排水对活动能力强的大型浮游动物的影响明显, 对桡足类等活动能力弱的小型浮游动物影响较小, 或几乎没有影响。温排水对大型浮游动物的影响主要集中在近排水口的区域, 且影响区域面积大小与该地的水文动力作用联系密切。
1.1.2 温升对底栖生物的影响
调查研究表明:电厂附近海域底栖生态系统会受到明显扰动;附近海域底栖生物的种类和数量均有明显下降, 优势种亦发生了较大程度的变化;底栖生物的生物多样性指数、均匀度和丰富度均较低, 且呈明显下降趋势, 群落结构各参数值极为不理想[5,6,7]。
但关于影响程度, 国内外普遍认为:只要温升不是过高, 影响范围不是过大, 不会造成很大危害;在夏季的强增温区内, 底栖动物会减少, 如果增温区仅限于表层, 则对底栖动物无影响;季节不同, 水温对底栖动物的影响有所差别;温升对底栖动物的种类组成和生物量没有明显的规律性影响。一般认为, 温排水会造成底栖动物栖息场所的减少, 其中夏末至中秋期间, 影响最大。因为在夏末至中秋期间, 自然水温很高, 若再提高水温, 动物的生长可能受到抑制或导致死亡。因此, 在夏末至中秋季节, 温升对底栖动物造成不利影响最大, 动物极度减少的区域会向中增温区扩展。
胡德良等[8]有关湘潭热电厂热排放对湘江大型底栖无脊椎动物影响的研究表明, 增温4℃对底栖动物有利, 并且在一定的水温范围内, 自然水温越低, 增温对底栖动物种类与数量的增加越有利。在春秋两季, 适度温升对节肢动物种类与数量的增加有利。但在强增温区, 增温6℃以上, 大型底栖动物有机体代谢增大, 需氧量相应增大, 而水体受多种因素影响, 随温度升高而溶解氧降低, 这将不利于大型底栖动物的生存, 使大型底栖动物在强增温区消失, 进而造成大型底栖动物栖息场所的减少, 这与王传崑[9]关于沿海火电厂工程建设对海洋环境影响的研究结果一致。
另外, 法国的一项研究结果也表明, 只有靠近排水口3 km2海域内的底栖生物才受到显著影响[10]。
1.1.3 温升对鱼类的影响
热排放进入受纳水体后, 会改变鱼类等水生生物在水体中的正常分布, 引起群落结构的变化[11,12,13]。国内对升温水体中鱼类生态学的研究做了一些工作。一般认为, 不同增温区对鱼类的影响也不同, 通常增温幅度大于3℃对某些鱼类的危害比较明显;增温幅度小于3℃对鱼类则表现出有利的影响, 一定范围内种群数量随水温升高而提高, 并且鱼类的迁入增多、迁出减少, 其个体数量也增加。
研究表明[14,15], 热排放对邻近水域鱼类的产卵活动影响较为明显, 鱼类一般避开温升1.0℃以上水域而趋于在热排放的边缘区域 (温升1.0℃) 产卵。盛连喜等[16]报道了升温水体中的鱼类种群动态, 结果表明, 温排水对鱼类的影响十分复杂, 评价这种影响需要考虑到整个生态系统, 包括鱼类的营养学特征和空间生态位。现有的研究成果还不能从整体上评价温排水给鱼类带来的生态影响。
中国水产科学研究院通过对我国几大水系鱼类及水产动物共65种的抽样调查、急性热冲击试验、热回避试验、最大起始致死温度和持续热影响试验, 探讨了我国渔业水域的废热排水对鱼类影响的温度标准[17]。认为我国夏季废热排水最高温度珠江水系和湛江沿岸水域不得超过36℃;长江和钱塘江水系、黄河水系不得超过35℃;黑龙江和松花江水系不得超过26℃;大连湾近岸水域不得超过24℃;西北地区冷水性鱼类水域不超过21℃, 且各水系最大水温变化范围不能超过±3℃。
1.2余氯对海洋生态环境的影响
滨海电厂工业中需要采用海水对发电机组进行冷却, 但海水含有的污损生物幼体容易黏附在冷却系统的内壁, 造成内壁表面形成绝热层, 甚至阻塞管道, 从而影响冷却效果, 损坏冷却系统, 以至于危及电厂的安全运行。用氯处理冷却的目的就是为了防止污损生物的黏附, 而冷却水流经整个冷却系统后仍含有部分氯, 构成余氯的来源。但是氯处理后的海水会随温排水注入邻近水域, 对水生生物产生毒害作用, 影响水生生态环境。
1.2.1 海水中的氯化学
Cl2 (ap) 与H2O反应生成HOCl。
Cl2 (ap) +H2O→HOCl+HCl;Kb=4×10-4。
HOCl是一种弱酸。
HOCl→H++OCl-;PKa=7.5
显然, HOCl与OCl-的相对量是pH的函数。当pH小于7.5时, HOCl的相对含量大;pH大于7.5时, OCl-的相对含量大。Cl2 (ap) , HOCl和OCl-称为游离有效氯。
氯可与水中一些还原性无机物或某些有机物反应。如氯与水中的氨反应产生一系列氯化铵化合物, 称为氯胺, 亦称为化合有效氯。
HOCl+NH3 (aq) →NH2Cl+ H2O
或HOCl+NH3→NH2Cl+H2O
HOCl+NH2Cl→NHCl2+H2O
HOCl+NHCl2→NCl3+H2O
3种形态化合物余氯中NH2Cl稳定性最好;其次为NHCl2;NCl3最差。当pH不小于7时, 主要产物是NH2Cl。
游离余氯性质不稳定, 易被光解, 且高温、搅动都可加速其光解过程。Goldman等[18]发现, 向海水中加入9～130 mg/L的有效氯, 12 h后测定余氯浓度, 发现海水中的余氯浓度衰减了80%。余氯在水体中的动态变化比较复杂, 通常氯处理后的电厂冷却水流经整个冷却系统大约要15～25 min。刚排出的冷却水中, 游离余氯占主要部分, 化合余氯所占比例不大, 但随冷却水排入邻近水体, 游离余氯不断被稀释、光分解、挥发、与海水中还原物质和有机物质发生发应而浓度逐渐降低, 性质比较稳定的NH2Cl是水体中余氯的主要存在形态。
1.2.2 对初级生产力
国外研究表明, 电厂温排水对邻近水域初级生产力的重要抑制因素是余氯, 而不是温排水的热冲击[19,20]。Hamilton等[21]对美国马里兰州Patuxent河畔Chalk Point电厂氯处理对初级生产力的影响进行了研究, 通过对比电厂冷却系统有无进行氯处理, 对电厂进、排水口的叶绿素a浓度进行了分析比测, 并认为电厂温排水中的余氯将是损害初级生产力的主要因素。Brook等[22]对电厂温排水中的浮游植物进行研究, 发现当电厂进行氯处理时, 浮游植物的光合作用、呼吸作用受到了抑制, 而停止氯处理后, 则无影响。
电厂温排水中的余氯对邻近水域中的游浮植物的影响可达数千米范围, Eppley等[23]曾估算San Qnofre电厂温排水对邻近水域初级生产力的影响发现损失的有机碳竞达到了15～30 kg/d。由此可见, 余氯对邻近水域初级生产力的影响是不容忽视的。
1.2.3 对水生生物的毒性作用
余氯对水生生物的影响已经在试验室的生物测试和实验结果中显示出来[24]。余氯对水生生物的破坏作用主要取决于余氯的浓度和作用时间[25,26,27]。余氯浓度低且作用时间长可能与浓度高而作用时间短的毒性效应一样。不同形态的余氯对水生生物的毒害作用也有不同。对于浮游植物和浮游动物, 化合余氯的毒性要比游离余氯的强。关于余氯对鱼类的毒害作用存在较大争议, 大多数研究表明, 在余氯浓度较高时, 游离余氯的毒害作用强于化合余氯。
1.3卷载效应对海洋生态环境的影响
取水口附近汇流明显, 卷载效应不容忽视。卷载效应是水环境温度、温升幅度、物理压力、生物群落结构季节变化以及电厂水工设计特征等系列因素相互作用的综合[28]。根据国外的研究结果, 电厂卷载影响对浮游生物数量损伤率在10%～30%左右[2]。根据我国科研工作者的研究[1,2], 电厂温排水系统对海水浮游藻类数量的损伤率在11.98%～27.08%左右, 均值为19.82%, 卷载效应对浮游动物的损伤率较浮游藻类高;根据青岛电厂的监测结果[1], 桡足类损伤率为29%～34%, 受损的种类多是偶见种, 尤其是个体较大的种类, 如中华哲水蚤、太平洋哲水蚤。
2温排水对生态环境影响出现的新问题
近年来, 随着国家经济建设的飞速发展, 在同一大水域上共建数座大型电厂的现象已不鲜见。数千米范围内可能出现两个以上电厂, 如象山港的国华宁海电厂和浙江大唐乌沙山电厂。滨海电厂朝着更加密集化、大型化的方向发展, 对应的研究也呈现出类似的特点。
电厂群温排水与以往的单个电厂循环冷却水具有以下不同之处:① 电厂群温排水含有大量余热, 比单个电厂要大很多。因此迫切需要考虑邻近水域的热容量。② 考虑到温升的叠加效应, 电厂群温排水对附近水域的热影响比单个电厂的热影响更为复杂。
这些不同之处, 使得当前的温排水研究在解决这个特定的工程问题上仍然存在着以下不足:① 传统数值预报模型难以精确地考虑电厂群中各电厂温排放之间的热量叠加效应及加和作用, 对大水体热量的累积效应缺乏预测能力, 因而对电厂群所在大水域热容量的评估乏力, 亟须开发新的预报模型[29,30,31];② 对于已建的大型电厂群, 缺乏环境热容量方面的研究;③ 以往温排水的观测多为利用温度计观测进行定点同步观测[31]。由于定点观测的站位有限而且比较分散, 在后期温升范围图的绘制中需要通过定点站位的温度值, 通过数据插值来获得需要的不同程度温升范围。该方法可以较近似表示温升范围, 但也存在较多的问题。
3温排水的研究趋势
对于以上提出的问题, 从滨海电厂叠加效应的角度出发, 今后的研究面临如下问题需要解决。
(1) 在现有数值模型的基础上, 根据电厂群的自身物理特性, 在湍流的参数化方法、海气热通量和边界条件方面做一些尝试和改进, 从而开发出新的适合电厂温排水预测的模型。并结合温排水对海域生态系统的影响研究成果, 开展电厂群附近生态系统动力学研究。
(2) 利用数值模拟的方法, 从整个大水域来考虑电厂建设的总体规划布局, 研究和建立多电厂排、取水布置的最优导向, 强化电厂间以及电厂与其他开发项目间的协同作用和加和作用。
(3) 对于已建的电厂群, 开展大水域环境热容量评估, 并着眼于污染源减排和提升水域热排放管理水平。
生态排水 篇6
1 海水源热泵工艺原理
海水泵将海水送往蒸发器, 海水的热量在此交换给工质, 海水的温度下降, 排出温降海水, 与此同时蒸发器中的低压气液混合工质获得热量变为低压的气体, 低压气体进入压缩机, 升压为高压、高温过热气体后再进入冷凝器;工质的热量在此交换给用户端来水, 工质冷凝成高压高温液体, 经过节流机构后, 成为低压气液混合体, 回到蒸发器。与此同时, 用户端来水获得热量, 温度升高, 回到用户端。在夏季运行时, 用一些阀门就改变流向, 就可以将冬季的运行模式转换为夏季运行模式, 海水冷量交换给用户, 排放出温升海水。
2 项目排水情况
冬季运行模式下, 排水量6 840 m3/h, 海水温降2.5℃。夏季运行时, 排水量为4 096 m3/h, 海水温升10℃。该项目海水电解氯加药系统设计采用连续加药和冲击加药2种方式, 连续加药, 设定有效氯浓度1.0 mg/L;为防止海生物对次氯酸钠的抗药性, 每月冲击加药1次, 冲击加药量为3 mg/L, 冲击投加时间为0.5 h。根据相关研究[2], 正常连续加药浓度为1.0 mg/L时, 排放海水的余氯浓度为0.15~0.20 mg/L, 选定为0.2 mg/L作为排水余氯源强进行预测。冲击加药时选定0.45 mg/L作为排放源强。
3 海水排放对海域生态环境的影响预测与分析
3.1 预测模型
温排水 (冷排水) 的温升 (温降) 影响采用二维热量对流扩散方程:
余氯排放的二维深度平均对流扩散方程:
3.2 预测结果
研究表明, 各种海洋生物都有一定的正常生长温度范围和最佳温度范围。海洋生物的一些生长功能受海水温度影响, 如海洋生物的新陈代谢、代谢速率、生长和繁殖等。在海洋生物生长的适温范围内, 当环境水温下降或升高时, 海洋生物的生长和繁殖基本不会受到影响。当环境水温变化超过海洋生物生长的适宜温度范围时, 将可能导致海洋生物生长受到抑制或损害。
为保护海洋生物免受热污染的损害, 我国海水水质标准规定一类、二类海水人为造成的海水温升夏季不超过1.0℃, 其他季节不超过2.0℃, 但海水水质标准中没有冷海水排放造成的温降标准。
对温排水排放和冷排水排放海洋环境影响进行数值预测。温排水排放和冷海水排放的海洋环境影响预测模型在表述形式上是一样的[3]。主要预测温排水或冷排水排入海洋水体之后, 温升场或温降场的空间分布和时变过程, 分析其对海洋生态环境的影响。
3.2.1 温排水引起的温升场对海域生态环境的影响。
研究表明, 温升值的分布呈现明显的随潮变化特征。落潮流期, 高温升值区域成舌状向东北方向伸展, 温升0.1℃的等值线向东北最远可抵达七仙岭沿岸海域 (图1) 。涨潮流期, 高温升值区域呈扁平状顺着围堤向西南伸展。在涨潮中间时前后, 温升值高于0.1℃的海水团可能进入保护区 (图2) 。整个潮周期内, 温升值普遍很低, 没有形成明显的超标区。温升值很低的主要原因是因为本海区水深流急, 温排水很快被稀释冷却, 不易形成大面积的高温升区。排水口近区应有很小的区域持续保持高温升, 但范围相当小, 该模型尺度不能分辨。从整个温升场的分布变化过程看, 养殖区和保护区界线内的温升值可达0.1℃, 远低于一类海水水质标准的限值 (夏季温升) 。
3.2.2 冷排水所引起的温降对海域生态环境的影响。
冷排水连续排放的时间段内, 分析在1个潮周期内12 h整点时刻的冷排水温降分布情况和变化过程。冷排水的温降值很小。温降为0.05℃的等值线所包围的面积很小, 大部分时段呈扁平状顺堤分布, 涨潮流期间向西南偏移, 落潮流期间向东北偏移。涨潮中间时前后, 温降值高于0.05℃的舌形水团可能进入养殖区 (图3) , 其温降值介于0.05~0.10℃, 持续时间为1 h左右。其余的时间段内, 养殖区内的温降值低于0.05℃。保护区界内的温降值始终低于0.05℃。分析结果显示, 在冷排水连续排放的时期内, 温降对海域环境的影响是极其轻微的。
3.2.3 排水中余氯对海域生态环境的影响。
目前, 我国尚未制订海水中余氯的浓度标准。有关研究资料表明[4], 淡水生物慢性中毒的余氯剂量为0.015 mg/L, 海水生物为0.02mg/L, 超过上述浓度时, 能引起生物死亡。因此, 该评价暂以海水中余氯浓度0.02 mg/L来作为衡量的标准。
温排水和冷排水中的残存余氯对许多生物产生毒害作用, 主要表现在2个方面:一是对被卷吸入管道系统的生物, 氯化海水就是要达到防止其中的附着生物等在取排水管道系统内附着生长的目的;二是在温排水和冷排水中排入周围海域后对周围水体中生物的影响, 这是氯化处理的负面作用。
余氯随温排水或冷排水排入海域后对生物产生慢性毒害作用, 其作用对象主要是海水中的浮游生物和微生物, 鱼类由于其趋避功能而离开余氯羽流影响的海域。余氯羽流的范围及其浓度取决于排水口余氯浓度及排水设计方式, 同时还与潮汐和气象条件有关[5,6,7]。根据数值模拟结果, 该项目在各种工况下所形成的余氯浓度均远低于0.02 mg/L。在最不利情况下, 即冷排水冲击加氯的工况条件, 所形成的≥0.01 mg/L的面积也仅有0.002 km2, 没有形成明显的≥0.02mg/L影响区。在各种工况条件下, 养殖区和保护区区内的余氯浓度均低于0.0 015 mg/L。综合上述分析, 可以得出结论, 热泵项目的余氯排放对附近海域影响极其微弱, 对养殖区和保护区不会构成污染损害。
4 结论
建立工程海域二维潮流数值模型, 对工程海域潮流场实施了数值模拟, 将数值模拟结果与实测资料进行比较, 表明工程海域属强流区, 水深流急, 有利于污染物的稀释扩散。
在温排水排放过程中, 养殖区和保护区界线内的温升值可达0.1℃, 远低于一类海水水质标准的限值。在冷排水连续排放期间, 温降对海域环境的影响极其轻微。热泵项目的余氯排放对附近海域影响极其轻微, 对养殖区和保护区不会构成污染损害。
摘要：海水源热泵技术是一种利用海水这一可再生能源作为冷热源, 既可供热又可制冷的高效节能系统。海水源热泵在运行中, 其排水的温度升高或降低, 以及排水中含有的余氯会对排水海域生态环境产生一定影响。以大连某热泵项目为例, 对海水源热泵项目可能产生的环境影响进行分析。结果表明:在温排水排放过程中, 养殖区和保护区界线内的温升值可达0.1℃, 远低于一类海水水质标准的限值。在冷排水连续排放期间, 温降对海域环境的影响极其轻微。热泵项目的余氯排放对附近海域影响极其轻微, 对养殖区和保护区不会构成污染损害。
关键词：海水,热泵,排水,生态环境,海域
参考文献
[1]周修茹, 谢继红, 陈东, 等.海水热泵的冬季运行特性分析[J].能源工程, 2007 (2) :58-61.
[2]刘兰芬, 谭红武, 张士杰.电厂余氯排放对水域环境影响评价方法研究[J].水利学报, 2004 (6) :98-103.
[3]李桂中.电力建设与环境保护[M].天津:天津大学出版社, 2000.
[4]刘慧.海水热泵对海水温度影响分析[J].环境科学与管理, 2010, 35 (1) :53-56.
[5]乔凤杰, 徐砚.热泵技术的发展及存在问题[J].信息技术, 2011 (2) :119-121.
[6]蒋爽.基于热泵系统的海水热扩散研究[D].大连:大连理工大学, 2006.
生态排水 篇7
目前, 国内外关于滨海电厂温排水对海洋生态环境影响的研究主要集中在4个方面:一是对温排水排放水域进行数值模拟与分析, 并对海域热环境容量、余氯衰减等进行计算[1,2,3];二是根据实际调查资料, 分析电厂温排水引起的周围海域水质、沉积物、生物群落、渔业资源等方面的变化[4];三是在数值模拟的基础上, 定性分析温排水对水生生态的影响[5,6];四是滨海电厂温排水管理即排放标准、政策法规、余热利用等方面的研究[7,8]。青岛滨海电厂温排水环境影响研究主要集中在数值模拟分析及其环境容量、电厂的卷载效应等方面的研究, 并取得了一些研究成果。
1青岛滨海电厂温排水环境影响研究现状
1.1数值模拟
关于电厂温排水流场和温度场的早期研究基本局限于简单情况下的分析求解或用物理模型进行实验研究, 二者基本上是分开进行的。随着计算机的发展和应用, 人们开始把注意力转向较为经济的数值模拟技术, 并且致力于能同时模拟和预测流场和温度场的混合模型, 主要包括二维和三维两种热扩散模型[9]。二维模型以平面二维浅水方程、二维温度对流扩散方程为基础建立起来的二维温度场和水动力场祸合求解的温排水模型应用最为广泛。温排水二维热扩散的预测模型存在一定的局限性, 它不能够模拟温升的垂直分布状况, 所以在温排水量比较大、受纳水体较深时, 必须利用三维热扩散预测模型进行模拟温排水排入受纳水体后的流速场和温度场变化情况[10]。三维数值模型有:POM (普林斯顿海洋模型) 、ECOM (estuary coastland ocean model) 、荷兰的DELFT模型等。我国缺乏自行开发的、国际上影响较大的三维水动力数值模型, 一般使用较多的是POM和ECOM, 但是一般的使用者缺乏对模型内在机理的了解, 难以对模型提出突破性的改进。
对于青岛近岸海域尤其是胶州湾海域, 由于水深较浅, 采用二维数值模型对温排水的温升扩散范围进行模拟可以得到较为准确的预测结果, 如远航采用平面二维ADI (alternating direction implicit) 数学模型对胶州湾黄岛电厂温排水温升范围进行了模拟预测, 预测结果较准确[11]。张慧在二维潮流数值模型的基础上建立热扩散模型, 计算了黄岛电厂附近海域的热环境容量[12]。三维模拟主要是王丽霞介绍的三维热扩散模型, 该模型在一阶湍流封闭理论的基础上引入计算网格无法分辨的次网格能量密度, 同时考虑了热盐的空间变化, 计算出质量、动量和热量平衡方程中的湍粘性和湍扩散系数, 并将该模型成功地应用于青岛市黄岛发电厂温排水工程[13]。
1.2电厂的卷载效应对海洋生态的影响
电厂的卷载效应是指电厂取排水过程中对于水中能通过过滤网系统而进入冷凝器的小型浮游生物、卵、大型生物及鱼类幼体所造成的损害, 它主要包括系统内的瞬时高温冲击、机械损伤、在一些电厂还应包括为防止管道堵塞而人为投放杀虫剂的化学因素的危害。
盛连喜等开展了青岛电厂卷载效应对浮游生物、对虾仔虾、梭幼鱼的损伤和危害的研究, 结果表明:青岛电厂的卷载效应主要是冷却水系统内的机械应力和高温冲击的作用结果, 电厂进出口水温温升多不超过10℃, 所以卷载效应以机械应力为主。卷载致死率和生物的密度、体长及形态特征有关。卷载生物受冲击时间越长, 增温幅度越大, 对生物的致死率越高。同时电厂二次滤网孔径以及系统内水的流速等也对卷载效应的危害有影响。青岛电厂卷载效应对梭幼鱼的致死率为63.4%～78.7%, 对仔虾的致死率约为28%～67%, 虾类比鱼类更容易受到机械应力的损伤。浮游藻类受损率为11.98%～27.08%, 浮游动物的受损率为31%～90%, 受损伤最重的类群是桡足类和无节幼虫。受损伤后恢复最快的是原生动物, 最慢的是桡足类[14,15]。
1.3余氯对海洋生态的影响
电厂运行过程中, 冷却系统会出现水生生物附着生长, 这一现象也称为生物污损。主要分为两类:一类是贻贝、藤壶和水媳虫等大型生物引起的管道系统和排水渠的阻塞;另一类是由细菌和真菌等微生物生长形成的生物膜, 两类生物污损相互联系, 影响冷却效果甚至堵塞冷却系统。因此, 电厂定时向循环冷却水中加入一定量的物质以清除管道中附着的藻类微生物, 最常用的是投放氯气, 从而造成冷却水中含有余氯。
余氯对水生生物的影响较大, 主要破坏水生生物从水中获取溶解氧的能力, 从而对受纳水体的生态环境造成影响。张燕等人利用有限元分步杂交方法对胶州湾潮流场进行了模拟, 确立了余氯衰减系数为0.69, 建立了胶州湾余氯的二维输运-扩散模型, 对青岛市黄岛电厂三期温排水工程中余氯浓度分布及影响范围进行了预测, 结果表明较高浓度的余氯 (≥0.03 mg/L) 分布在排水口附近约100 m以内的范围, 距离排水口160 m 以外的水域, 余氯浓度≤0.01 mg/L[16]。温排水中的余氯对浮游植物光合作用和呼吸作用有抑制, 初级生产力下降。Matlice和Zitlel根据大量的研究[17], 推导出对于海洋生物以及淡水生物, 余氯浓度的安全阈限为0.02 mg/L, 低于此限值对水生生物没有毒性作用, 为海洋生态环境保护提供了一定的依据。
2温升对海洋生态影响的研究现状
温度是影响水生生物生长、发育、繁殖的重要因子之一, 直接关系着水生生物数量的变动。从20世纪开始, 国内外专家就已开展了一些关于水温升高对浮游生物、底栖动物、鱼类等的影响研究, 电厂温排水使受纳水体增温后, 会对水生生物的数量、种类组成和群落结构等方面产生一定的影响。
在增温水体中:在春季温度场弱增温区 (△T≤3℃) 水生生物生物量最高, 是自然水温区生物量的1.3倍;而冬季的浮游动物生物量是自然水温区生物量的2.4倍。从水生生物的种类来看, 当水体适度增温时 (△T≤3℃) , 群落中的种类数明显增加, 其中浮游植物的种类数平均增加50%, 浮游动物种类数平均增加76%, 底栖动物的种类数可增加40%。尤其是在水温较低的春秋季节、冬季表现得更加明显。但在水体强增温时 (△T>3℃) , 水生生物群落中种类开始减少, 尤其是在夏季自然水温较高时在强增温区内, 亦即水温超过35℃时, 浮游动物的种类和数量都会减少[4]。长久的温升会使群落中的种类组成发生相应的变化:一些耐温性或喜温性的种类, 如蓝藻、绿藻、裸藻、原生动物、轮虫、软体动物和寡毛类的种类数在群落中所占的比例开始增加;而群落中一些喜低温的种类相对减少, 其中表现比较明显的有硅藻、金藻、桡足类以及一些水栖昆虫等。在夏季, 温排水的热效应的影响较大, 会使某些藻类暂时消失, 使海区浮游植物基本的种类组成发生改变。温排水引起的增温也会引起群落中种类和数量的变化, 热污染水域海洋植物与正常水体环境植物对比时, 发现冷却水改变了底栖海藻的群落结构, 大量种群消失, 而刺松藻等个别海藻的生物量却提高了[18]。温排水对水生生物还产生温度胁迫效应即当水体温度升高或降低时, 水生生物不能适应外界热效应和冷冲击的温度变化而受到损害。
目前对青岛电厂温排水对海洋生物种群、数量和生物群落的影响研究较少, 而滨海电厂温排水排放量正在逐年增加, 因此, 需要尽快开展滨海电厂温排水对胶州湾内生物群落组成、结构和生态演替影响研究。
3今后需要开展的工作
3.1温排水管理研究
目前我国尚没有针对温排水制定相关的水温环境控制标准, 也没有制定温排水排放的规范, 现行的水质评价体系中部分涉及水温的规定, 但也十分笼统。因此, 在确定取排水口位置、温排水排放强度的环境可行性等方面缺少依据。研究和制定适应火、核电厂温排放的水温控制和规定, 完善我国的温排水管理体系已是当务之急。随着国家经济建设的飞速发展, 近年来在同一大水域上共建数座大型 (数百万级) 电厂的现象已不鲜见。开展温排水排放的整体规划研究, 以大水域统筹规划为基础, 科学评估水域整体承载能力, 合理布局同一流域内取、排水口的位置已经成为我国温排水管理研究中亟须开展的新方向。
3.2温排水混合区关键控制参数研究
由于国内现有的热污染控制标准体系中的混合区参数不明确、可执行性不强, 所以在和国外相关标准中关于温排水混合区的若干关键控制参数的规定作对比的情况下, 今后需要开展:① 确定温排水排放口控制的极端高温值 (或排放口的最大温升) ;② 确定温排水混合区边缘的温升限值;③ 确定温排水混合区的范围。
3.3温排水环境影响评估技术的研究
由于缺少温排水评价标准和技术方法, 目前国内温排水环境影响研究大多停留在定性的基础上, 随着滨海电厂的飞速发展, 温排水对海域造成怎样的影响, 是否产生污染和损害都将是今后海洋管理工作中的重要工作内容。因此, 需要建立温排水环境影响及其生态损害技术体系:① 开展温排水监测技术研究。随着海洋监测技术手段的不断完善, 温排水监测应在常规监测技术基础上结合遥感监测、在线监测技术手段开发多源监测体系, 从而提供范围更广、精度更高、频率更密的监测数据。② 开展评估技术体系研究。确立评估技术指标尤其是针对温排水的特殊性研究海洋生物 (鱼类、藻类、浮游和底栖生物等) 热影响、余氯影响指标, 建立评估方法。③ 开展温排水污染损害及生态补偿机制研究, 建立海洋生态系统补偿方法。
4结束语
滨海电厂温排水排放对海洋生态环境造成的影响已日益引起社会关注, 虽然许多专家和科研机构做过相当多的研究, 但是随着环境问题的严重, 温排水环境影响的研究还任重道远。本研究仅对已有的研究成果进行了一些总结和归纳, 这方面的更深入、科学的研究有待于进一步开展。
摘要：随着滨海电厂的迅速发展, 电厂温排水排放对邻近海域的生态环境影响越来越受到人们的关注。文章概括了青岛电厂温排水数值模拟现状、温排水排放对海洋生态环境影响方面的一些研究成果, 并提出了存在的问题和今后应关注的研究方向。