1、毕业论文 文客久久 本科 毕业论文 (设计 ) 题 目： 城市河道治理方法研究进展 学 院： 学生姓名： 专 业： 农业资源与环境 班 级： 指导教师： 起 止 日期： 毕业论文 文客久久 目 录 中文摘要 1 英文摘要 2 1 前言 3 1.1 城市河道的功能与地位 3 1.2 城市河道问题的产生与发展 3 1.3 城市河道治理研究动态 3 1.3.1 国外研究动态 3 1.3.2 国内研究动态 4 2 城市河道存在的主要问题 4 2.1 城市河道防洪 、 排涝问题 4 2.2 城市河道水污染问题 4 2.3 城市河道生态系统破坏 5 3 城市河道治理的主要方法 5 3.1 物理方法 5 3
2、.1.1 引水冲污 5 3.1.2 疏浚河道 5 3.1.3 人工曝气 5 3.2 化学方法 6 3.2.1 强化混凝 6 3.2.2 化学氧化法 6 3.2.3 化学沉淀法 6 3.2.4 中和处理法 7 3.3 生物 生态方法 7 3.3.1 微生物强化法 7 3.3.2 生物膜法 7 3.3.3 水生植物法 7 3.3.4 生态河堤建设 8 4 城市河道治理方法优缺点的比较 9 4.1 物理方法的优缺点 9 4.2 化学方法的优缺点 9 4.3 生物 生态方法的优缺点 9 5 总结与展望 10 参考文献 11 毕业论文 文客久久 城市河道治理方法研究进展 摘要 城市和城市河道相符依存、相
3、互影响，一方面，城市的 发展对城市的防洪、排涝提出更高的要求，另一方面，城市的发展使得城市河道遭受了污染，城市河道生态系统被破坏。在了解城市河道存在的问题的基础上，科学合理的分析城市河道问题的成因，为城市河道治理提供依据。同时，了解国内外河道治理的研究发展历程，总结国内外河道治理的经验。针对城市河道治理遇到的不同问题，将城市河道治理方法分为物理方法、化学方法和生物 -生态方法。最后，比较物理方法、化学方法和生物 -生态方法的优缺点，对城市河道治理的研究发展进行总结和展望。 关键词 城市河道 治理方法 毕业论文 文客久久 Uban river management method research
4、 progress Abstract City and urban river are interdependence and mutual influence,on the one hand, the development of the city to the citys flood control and drainage put forward higher request, on the other hand, the development of the city makes the uban river suffered pollution, urban river ecolog
5、ical system was damaged. In urban river about the problems, and on the basis of the analysis of the scientific and rational urban river the cause of the problem, and provide the basis for urban river harnessing. Understand the development of river channel management in and abroad, and to the river T
6、hames in Britain,the Rhine river of Europe and the United States river ecological restoration project Maximilian as an example, summarizes the domestic and foreign river harnessing of experience. According to uban river harnessing meet different problem, urban river management methods are classified
7、 into physical method, chemical method and biological-ecological method. Finally,discuss the advantages and disadvantages of physical method, chemical method and biological-ecological method to the city river harnessing research development of summary and outlook. Key words City river Management met
8、hod 毕业论文 文客久久 城市河道治理方法研究进展 1 前言 1.1 城市河道的功能与地位 城市“因水而生，因水而兴”，河道为城市的发展提供了水源，具有防洪排涝和航运的功能。从历史上看几乎所有城市的形成都与河流相关，如泰晤士河畔的伦敦、秦淮河畔的南京。河道为这些城市带来大量物资和客流，加速了城市的形成和发展。河道是城市的重要组成部分，一方面，河道是城市环境的重要依托，另一方面，河道是城市城市生态系统的重要要素。随着城市的发展，人们对于城市河道也越来越重视，一些地方投入巨额资金进行河道建设，河道的地位也越来也高。河道的功能不再局 限于供水、防洪和排涝，人们开始更加注重河道的文化功能和生态环境功
9、能。 1.2 城市河道问题的产生与发展 城市河道最初的功能在于防洪排涝，河道工程设施的不完善导致城市面临巨大的防洪防汛压力，这一时期城市河道问题在于防洪排涝的不足。随着经济社会的快速发展，尤其是第一次工业革命后，大量工业废水直接排入河道，污染了河道水体，破坏了河道的生态系统。20世纪以来，城市人口急剧增加，城市污水管网的不完善导致生活污水进入河道加剧了河道的污染。同时现代农业的发展，化肥和杀虫剂大量被使用，部分没被吸收的化肥和残留的杀虫剂经由雨 水冲刷进入河道，化肥和杀虫剂中含有大量的氮磷元素，将会导致城市河道的富营养化。 1.3 城市河道治理研究动态 1.3.1 国外研究进展 从 20 世纪
10、 50 60 年代起英、美等发达国家就开始研究河流污染的治理问题。英国政府采用工程措施和生态措施相结合治理泰晤士河水污染。工程治理措施 污水和废水处理系统 :区域性防治的特点是不以各个污染源为单位建设污染防治设施，而是建立完善的城市污水和废水处理系统，这是各国最普遍采用的城市河流污染的硬件工程治理措施。生态防治措施 芦苇床废水处理系统：芦苇床处理系统是一 种人工种植芦苇的湿地污水处理工艺。利用芦苇根系发达和优越的水土气交换能力等生态效应，使污水流经种有芦苇的土壤床或沙砾床而产生的自然净化现象 1。 美国从 20 世纪 70 年代开始就对基西米河渠道化工程引起生态系统的退化进行了长期的观测研究，
11、同时组织了论证与评估，研究如何采取工程措施和管理措施对于河流生态系统进行修复。基西米河流生态修复工程 2主要项目第一期工程从 1998年开始实施。完成后河道洪泛区栖息地物理、化学和生物发生了重大变化，提高了溶解氧水平，改善了鱼类生存条件。同时重建宽叶林沼泽栖息地，使涉水禽 和水鸟可以充分利用洪泛区湿地。基西米河河流生态修复工程的第一期工程的顺利实施证明了河流生态修复的可行性，为河流的治理开创了新的道路。 直至 20世纪后半叶，日本的城市河道整治目标仍是减少洪涝灾害，而从未考虑河流的自毕业论文 文客久久 然环境特征以及美学景观价值。以铃木兴道为首的日本专家在对岷江成都段河流环境进行调查对“多自然
12、型河流治理法 ”进行了广泛研究，强调采用生态工程的方法治理河流环境、 恢复水质、维护景观多样性和生物多样性 3-5。 综合英、美和日本河道治理的研究发展，国外对于河道治理已经由硬性工程设施的建设转向河道生态 系统的修复，工程建设与生态修复相结合的模式将成为河道治理的主流方法。 1.3.2 国内研究进展 新中国成立初期，城市河道的治理以开发水资源、河道航运以及建设水库、水坝等提高抗灾能力和改善灌溉条件为主； 20世纪 80年代进入工程治河阶段，全国各大城市普遍开展大规模以工程措施为主、防洪排涝为目的的河道整治。自 20世纪末国内开始认识到传统的防洪、 水资源开发等活动使河流的水文条件和地形地貌特
13、征等发生了较大变化，河流的生态系统功能严重退化。 此后，开始广泛吸收国外先进的思想和理念，逐步在河流管理中注重对河流生态的保护和恢复。李伟杰 6-7等在对曝气充氧技术在我国城市中小河道污染治理中的应用进行了研究，该技术投资省、运行成本底、对周围环境没有明显影响，在我国河道治理中具有广阔的应用前景。与发达国家相比，国内的城市河道整治理念和措施较为滞后，尤其是在城市河流生态修复方面仍处于起步和技术探索阶段，基本局限于水质改善和景观建设，传统水利与栖息地修复、景观营造等的有机结合相对较为缺乏。刘丽萍 8对滇池富营养化治理进行了研究，发现滇池的治理偏重水利建设，忽视了对湖滨带的保护和湖泊生态系统的修复
14、。近年来，国内对于河道治理生态修复 研究有所加强，但是与国外仍然有较大差距。 2 城市河道存在的主要问题 2.1 城市河道防洪、排涝问题 城市河道传统的功能在于蓄水、防洪和排涝。但是伴随着城市人口对于土地的需求，与河争地现象时有发生，河岸、河滩被大量的违章建筑所侵占，河汊、低洼地被擅自填堵用于房地产开发等现象屡见不鲜 9。同时，由于整治乏力，河道淤积严重，加上部分建筑垃圾和生活垃圾直接排入河道，加剧了河道淤塞，河床升高，河道蓄水能力下降，引排不畅，严重影响城市河道防洪和排涝功能。 2.2 城市河道水污染问题 随着城市社会经济的发展和人口的 增加，随之产生的工业废水和生活污水排放也急剧增加。工业
15、企业为了节省生产成本，污水处理设施建设投入不够或者污水处理设施建成后不使用，将未经处理的污水直接排入河道。规模较小的工业企业没有配套的污水处理设施，产生的污水直接排入河道，造成河道水质恶化，破坏了河道水生态环境。 另外一方面就是生活污水的排放问题。生活污水主要通过市政污水管道收集，对于市政管网建设完善，基本实现雨污分流的地区，可以有效的阻止生活污水直接流入城市河道。但对于我国绝大部分城市，市政管网的雨污分流建设并不完善。大量的生活污水通过合流管道直接排入 河道。生活污水中营养物质含量高，容易造成河道的富营养化，导致河道水质下降，水体受污染发黑发臭 10。同时，城市污水处理设施的不完善，导致城市
16、污水的处理率低，未来的及处理的污水只能直接排放入河道，造成城市河道水体污染。 毕业论文 文客久久 另外不可忽视农业生产对于河道水体的污染。近年来，为了片面追求农作物的高产量，肥料和杀虫剂的使用量远远超出了正常范围。未被农作物吸收利用的肥料和杀虫剂经过雨水冲刷进入河道，肥料中的氮磷等营养物质会导致河道水体富营养化，杀虫剂中的有机物难以被吸收会持续污染河道。 2.3 城市河道生态系统破坏 城 市河道生态系统是城市环境的重要组成部分，包括河堤、河床、护坡、水体及水生生物等组成部分。上述提到的城市河道水污染问题是城市生态系统破坏的一方面表现。城市河道水体的污染导致水体中生物的栖息环境发生改变，部分水生
17、动植物、两栖动物死亡，河道生物变得单一甚至灭绝。同时，藻类、微生物等大量繁殖，水质恶化，发黑发臭。 3 城市河道治理的主要方法 3.1 物理方法 3.1.1 引水冲污 引水冲污的目的是通过水利设施（如闸门、泵站）的调控引入污染河道上游或附近的清洁水源来稀释受污染河水，降低污染物的浓度，调活水体 ，加快河网水体流动，提高水体的复氧、自净能力，加快污染物的降解，从而达有效改善河道水质。 薛朝霞 11等在 引水冲污治理苏州的水环境 中对引水冲污 主要技术问题、环境和社会效益及其存在的问题 进行了讨论分析，从理论方面证明 进行引水冲污后苏州外城河的径流量将加大，这增加了外城河的环境容量，增强了水体的自
18、净能力，使流入外城河的污染物得到自然稀释和降解，将会消除外城河的黑臭现象。熊万永 12的福州内河引水冲污工程的实践与认识表明内河引水冲污，消除了内河主要水系的黑臭，改善了水环境，外江出流的岸边污染带亦有所减轻，达到了 引水冲污的目的。黎坤等 13对珠海市前山河水力排污冲淤联合调度的效果进行分析，结果表明由于大量干净水源的稀释和交换，前山河总体水质明显改善，达到预期效果。 3.1.2 疏浚河道 河道的堵塞主要原因在于外源的建筑废弃物、生活垃圾等的进入，河床变高，底泥淤积。河道的疏浚可分为扩宽河道和清淤两部分。扩宽河道目的是加大河道的切面积，使河道的河水乘载能力增大，这是防洪的有效方法。清淤主要是
19、清除河道中的杂草杂物以及底泥。底泥是河道污染物的沉淀物，淤积的底泥中含有大量的营养物质，若未及时疏浚，可能会导致河道进一步的内源 性污染。目前常用的底泥疏浚主方式要有两种：第一种方法是直接将水抽干，然后使用推土机和刮泥机清除表层底泥；第二种方法则是带水作业，利用船载抓斗清挖或者水力冲挖等方式进行 14-15。清淤后，河床的深度增加，提高了河道的蓄水能力。因此，疏浚河道能有效提高河道的蓄水能力、防洪和排涝能力。 3.1.3 人工曝气 正常状况下，河道水体中的溶解氧足以满足自净过程中微生物分解有机物需要的耗氧量。但是当水体受到污染后，过量的有机物排入水中，大气复氧不能及时补充微生物分解有机物消耗的
20、溶解氧，溶解氧含量大幅降低，不利于水 体自身的净化。另外，水体中溶解氧含量过低将导致厌氧细菌大量繁殖，形成厌氧分解，产生甲烷、硫化氢等气体，使水体发黑发臭。 毕业论文 文客久久 城市河道人工曝气是利用曝气设备对河道水体进行增氧，促进水体中微生物对有机物的分解，以达到净化水质的目的。人工曝气设备的设置需要根据治理河道条件（包括水深、流速、河道断面形状、周边环境条件等）和污染源特征采用不同的方式。 1988 年，德国利用纯氧曝气船对 Saar 河进行人工曝气，以提高水体中的溶解氧含量。共运行 24d，每天运行210h , 总耗氧量 10 万 m3，结果表明：曝气装置附近处水体的溶 解氧浓度升高至
21、15mg /L，然后沿着河道逐渐下降，直到下游 7km 处降至零 , 在这段河道内水体的臭味被有效地去除 , 证明了技术的可行性 16。为迎接 1986 年的亚运会和 1988 年的夏季奥运会，在韩国水萦江(suyong)河口釜山港湾的快艇区域安置了 9 台 73. 55 kW ( = 100 马力 )的曝气装置。研究表明，曝气能够有效地改善水萦江河口快艇区域的水质，可以增加 DO、削减 COD、改善透明度、消除臭味。这些效果为 1986 年亚运会和 1988 年夏季奥运会的快艇比赛提供了良好的水质条件 17。 1990 年，为保证亚运会的顺利进行，在北京清河的一个长约 4 km 的河段中放置
22、了 8 台 11 kW（ =15 马力 )的美国 Aire - O2 曝气设备，利用叶轮吸气推流式曝气系统进行人工充氧。在 8 月 26 日至 9 月 29 日电运行期间，基本消除了曝气河段的臭味， BOD5去除率约为 60 %， CODCr去除率约 80 %，氨氮去除率达 45 %，曝气区的 DO 从 0 上升到 5 7 mg/L，曝气区邻近区域的 DO 上升到 4 5 mg/ L18 。由此可见，人工曝气复氧是治理河道污染的一种有效的工程措施 19。 3.2 化学方法 河道治理的化学方法是 通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物或将其转化为无害物质的废水处理法 ，
23、主要包括强化混凝、化学氧化、化学沉淀和中和处理等。目的在于去除水中目标污染物，提高水体透明度，净化水质。 3.2.1 强化混凝法 混凝系凝聚作用与絮凝作用的合称。前者系因投加电解质，使胶粒电动电势降低或消除，以致胶体颗粒失去稳定性，脱稳胶粒相互聚结而产生；后者系由高分子物质吸附搭桥，使胶体颗粒相互聚结而产生。 目前常见的混凝剂主要有 铝盐 (硫酸铝、明矾等 )和铁盐 （ 三氯化铁、硫酸亚铁和硫酸铁等 ） 以及高分子混凝剂。 高分子混凝剂 又可分为 无机和有机的两种。聚合氯化铝和聚合氧化铁是目前国内外研制和使用比较广泛的无机高分子混凝剂。有机高分子混凝剂当前使用较多的是人工合成的聚丙烯酰胺 。
24、3.2.2 化学氧化法 化学氧化法 利用强氧化剂氧化分解 水体 中污染物，以净化废水的方法。强氧化剂能将 水体 中的有机物逐步降解成为简单的无机物，也能把溶解于水中的污染物氧化为不溶于水、而易于从水中分离出来的物质。 化学氧化法氧化剂的选择主要考虑 对废水中特定的污染物有良好的氧化作用，反应后的生成物应是无害的或易于从废水中分离，价格便宜， 来源方便，常温下反应速度较快，反应时不需要大幅度调节 pH 值等。 化学 氧化处理法几乎可处理一切 水体 ，特别适用于处理 水体 中难以被生物降解的有机物，如绝大部分农药和杀虫剂，酚、氰化物，以及引起色度、臭味的物质等。 3.2.3 化学沉淀法 化学沉淀
25、法 是通过向 水体 中投加可溶性化学药剂，使之与其中呈离子状态的无机污染物起化学反应，生成不溶于或难溶于水的化合物沉淀析出，从而使净化 水体 的方法。根据沉淀毕业论文 文客久久 剂的不同，可分为： 氢氧化物沉淀法，即中和沉淀法，是从 水体 中除去重金属有效而经济的方法； 硫化物沉淀法，能更有效地处理含金属 水 体 ，特别是经氢氧化物沉淀法处理仍不能达到排放标准的含汞、含镉 的水体 ； 钡盐沉淀法，常用于电镀含铬 水体 的处理。化学沉淀法是一种传统的水处理方法，广泛用于水质处理中的软化过程，也常用于工业废水处理，以去除重金属和氰化物。 3.2.4 中和处理法 中和处理法是利用中和作用处理 水体污
26、染 ，使之净化的方法。其基本原理是，使酸性废水中的 H+与外加 OH-，或使碱性废水中的 OH-与外加的 H+相互作用，生成弱解离的水分子，同时生成可溶解或难溶解的其他盐类，从而消除它们的有害作用。反应服从当量定律。采用此法可以处理 水体 酸性 过强或 者水体 碱性 过强问题 ， 目的在于 调节酸性或碱性 水体 的pH 值。 3.3 生物 -生态方法 3.3.1 微生物强化法 目前采用途径主要有两类：一是直接向河道投加微生物菌剂或酶制剂；二是直接向河道投加微生物促生剂，促进 “土著”微生物的生长。微生物在自然界大量而广泛的存在 ,是生态系统的重要组成之一，它们能将自然界中的动、植物的尸体及残骸
27、分解 , 将一些有害的污染物质加以吸收和转化，成为无毒害或毒害较小的物质。在城市河道水质恶化的时候，直接投加适量的微生物 (各类菌种 )或者投加微生物促生剂，加速水中污染物的分解，起到水质净化的 作用。 3.3.2 生物膜法 生物膜技术是一种 利用附着生长于某些固体物表面的微生物（即生物膜）进行 污水处理的方法。它主要利用微生物群体附着于某些载体的表面上呈膜状，通过与污水接触，生物膜上的微生物能有效截留、吸附、降解污染物，从而使污水得到净化。生物膜法治理河道污染的实质是对天然河流中所发生的生物过程的一种强化。 它以天然材料 (如卵石、砾石及天然河床等 )或人工合成接触材料 (如塑料、纤维等 )
28、为载体 ，要求 载体比表面积 较大 大 ，以利于 微生物 的大量附着，加强 对污染物的降解能力 20。 近年来，利用生物膜技术治理污染河道得到了重视，主要有砾石接 触氧化法、 人工填料接触氧化法 等 。 砾间接触氧化法是根据河床生物膜净化河水的原理设计而成 ,通过人工填充的砾石 ， 使水与生物膜的接触面积增大数十倍 ,甚至上百倍。水中污染物在砾间流动过程中与砾石上附着的生物膜接触、沉淀 ， 进而被生物膜作为营养物质而吸附、氧化分解 ， 从而使水质得到改善。该方法使用天然材料为填料 ， 花费少 ， 净化效果好 ,因此得到了广泛的应用 21。 人工填料接触氧化法是在小型河道、排水沟 (渠 )内或外
29、设置净化设施 ,在设施内填充粒状、细线状、垫子状、波板状填料等 ,利用填料比表面积大、空隙率 高的特点 ,使大量的微生物附着在其表面 ,形成生物膜。当污水流过净化装置时 ， 其中的污染物质与生物膜接触被吸附、沉淀 ， 进而被分解。这样 ， 污水在排入河流之前就能得到充分的净化 ， 减少了河流污染的 来 源 ， 同时还能对污染的河流起到稀释作用。 3.3.3 水生植物法 水生植物是河流水体自净系统的重要组成部分，其主要作用表现在以下几个方面：光毕业论文 文客久久 合作用释放氧气，增加水体中溶解氧的含量；大型水生植物根系庞大，能为微生物和其他生物提供栖息场所；水生植物能吸收水体营养物质、富集重金属
30、及一些有毒有害物质； 部分水生植物具有抑制有害藻 类生长的能力，能遏制底泥营养盐向水体的再释放 22。然而，水生植物有着其自身的耐污极限，水质过度恶化超过极限则水生植物不能生存。因此，在河道治理中，选择的植物往往需要一定的预培养试验，且选择的植物具有繁殖能量强、抗逆能力强、根系发达、易栽培管理、可资源化利用和具有观赏性等特点。根据河道治理时采用的植物类型不同，目前水生植物法所采用的方式主要有生物浮床（人工浮岛）和人工湿地等。 生态浮床又称人工浮岛，是以水生植物群落为主体，应用物种间共生关系，充分利用水体空间生态位和营养生态位的原则，建立高效的人工生态系统 ，以削减水体中的污染负荷23。生态浮床
31、的作用原理包括两方面： 一方面，利用表面积很大的植物根系在水中形成浓密的网，吸附水体中大量的悬浮物，并逐渐在植物根系表面形成生物膜，膜中微生物吞噬和代谢水中的污染物成为无机物，使其成为植物的营养物质，通过光合作用转化为植物细胞的成分，促进其生长，最后通过收割 浮床 植物和捕获鱼虾减少水中营养盐；另一方面， 生态浮床 通过遮挡阳光抑制藻类的光合作用，减少浮游植物生长量，通过接触沉淀作用促使浮游植物沉降，有效防止 “ 水华 ” 发生，提高水体的透明度，其作用相对于前者更为明显，同时 生态浮 床 上的植物可供鸟类栖息，下部植物根系形成鱼类和水生昆虫生息环境 ，有利于增加水体生物多样性 24。 常用的
32、生态浮床生物载体结构， 框架可采用亲自然的材料如竹、木条等，植物生长的浮体一般是由高分子轻质材料制成，质轻耐用，浮岛上植物一般选择各类适宜的陆生植物和湿生植物。 生态浮床整体美观，可以集生物修复和景观于一体，水面载体的应用方便了水生植物的收集，即用船只将框架单元和放养的水生植物拖至岸边，人工打捞收集。 人工湿地是 由人工建造和控制运行的 类似于自然湿地状态的湿地状系统。人工湿地对污水的净化是物理、化学及生物共 同作用的结果。人工湿地由人工基质、水生植物、微生物三部分构成，它们相互联系、相互作用。目前广泛应用的人工湿地主要以沙粒、沙土、土壤、石块为基质。这些基质一方面为水生植物提供载体和营养物质
33、，另一方面为微生物的生长提供稳定的依附表面。其中水生植物在人工湿地生态处理系统中发挥着十分重要的作用 25-27 。水生植物能否发挥其最大的净化及应用潜力，关键在于植物种类的选择和植物物种间的搭配，特别是通过试验选择耐污性强、净化效果好、适宜其生存环境的植物种类。人工湿地中的微生物主要生存在基质中和依附水生植物的根部，对污 水中有机物质进行降解，净化水体。目前人工湿地已被广泛应用于河道治理的工程实践中。 3.3.4 生态河堤建设 生态河堤是融现代水力工程学、环境科学、生物科学、生态学、美学等学科于一体的水力工程。它以“保护、创造生物良好的生存环境和自然景观”为前提，在考虑具有一定强度、 安全性和耐久性的同时，充分考虑生态效果，把河堤由过去的混凝土人工建筑改造成水体和土体，水体和生物相互涵养且适合生物生长的仿自然状态的护坡。 生态河堤的类型主要有以下三种：自然原型护岸模式，主要采用植物保护河堤，以保护河岸自然特性，如种植杨柳、水 杨、白杨以及芦苇、莒蒲等具有喜水特性的植物，又他们发达的根系来固堤，增强河堤抗洪能力；自然型护岸模式，不但采用种植植被，且采用石
