生态工程环境问题论文提纲

论文题目：基于能值理论的湿地生态工程评估研究 ——以长江中上游为例

摘要：本文从流域视角审视生态环境问题的系统治理,是当前生态恢复与保护的主要策略。本研究基于湿地生态工程设计的基本理论、原则、思想等,针对长江中上游普遍存在的生态环境问题,包括面源污染问题（以农村生活污水污染为主）、城市化问题、消落区生态环境问题、库湾养殖问题以及退耕还湿盲目性问题等,提出了生态恢复、环境治理、湿地保护等的生态工程设计模式,并选择典型区域进行示范;在工程示范的基础上,构建不同湿地生态工程类型体系的能值评价模型,从能量流动和物质循环的角度,更全面的对不同类型湿地生态工程进行系统定量的评价,并根据不同类型的湿地生态工程的能值评价结果及相关工程对比分析,最后对湿地生态工程模式提出优化策略。本研究重点提出针对典型生态环境问题的湿地生态工程设计思路,并利用当前较为成熟的能值理论,构建相应的能值模型进行湿地生态工程的可持续性的评价,同时对能值模型在小尺度工程示范中的应用进行探索,从流域角度对长江中上游生态环境与经济发展可持续性提出可行策略。主要研究结论如下:（1）对于三峡库区消落区水土流失、面源污染及生物多样性减少等问题,基于桑基鱼塘的传统智慧,本研究在总结基塘工程设计思路基础上,选择在澎溪河支流白夹溪河口附近进行示范,并进行适应性能值模型的构建和评价。本研究根据消落区季节性水位变化的特殊条件,在缓坡区构建基塘系统进行农业生产活动,构建25块阶梯状串-并联复合的“塘-田”模式。基塘系统的湿地农产品产生的经济价值（40441.92￥/hm~2）较周围传统农作物的利润更高。基塘系统产出的经济作物在生长过程中未使用化肥、除草剂、杀虫剂,其经济效益潜力更高。通过比较基塘系统与传统农业耕作系统能值模型中的资源利用和环境影响,发现二者总的能值产出密度基本一致（3.99E+16 SEJ/year/ha,4.00E+16 SEJ/year/ha）,但总的能值投入,传统耕作系统高于基塘系统,基塘系统的可再生资源投入高于传统耕作系统。能值评价指标中基塘系统的可持续性（2.4）高于传统耕作系统（0.5）;与稻鸭共生等可持续性较强的系统比较,基塘系统同样具有较高的可持续性和资源利用率,具有相对低的环境负载率,相比较传统稻鱼共生系统,基塘系统不使用农药、化肥、杀虫剂为农民减少经济投入,从而获得更多的经济回报。基塘系统为缓坡消落区资源化利用提供了良好的借鉴。（2）针对城市发展带来城市雨洪、路面硬化、生物多样性减少等问题,提出生物沟、雨水花园设计等海绵体结构设计思路,并在重庆开州区进行工程示范,进行为期2年的生态监测,构建能值模型进行可持续评价与分析。本研究认为生物沟、雨水花园等“海绵体”结构设计,依据地形条件,适当设计管道收集屋顶、硬化路面的高污染负荷雨水,经过生物沟、雨水花园的滞留、拦截、消纳、下渗等,一方面使污染物质在单元体中得到拦截、净化,另一方面雨水能够在系统储水结构层中保留,为城市水资源的再利用和地下水补给提供条件。在构建的生物沟复合系统能值模型中,可再生资源利用比率为8%,不可再生资源投入所占比例较高,外来投入资源小于本地资源利用;工程可持续性中等。雨水花园系统能值模型中,系统能值产出大于投入,且系统产出增加（主要为水资源保护）;环境负载率值为3.35,工程实施对原有环境系统产生的负荷影响较小;评价系统可持续性指数大于1,总体可持续性为中等。与国外类似生物沟、雨水花园系统设计和评价相比,本研究设计旨在对城市原有绿地系统进行微地貌结构设计,减少不可再生资源的投入,生态系统的设计更加完整,能值产出均高于国内外同类系统的能值产出。由于能值评价在生物沟、雨水花园具体案例的评价研究较少,本文为这方面的研究提供案例参考。在快速城市化的今天,生物沟、雨水花园这类城市湿地单元是长江中上游生态环境恢复和保护的有效措施。（3）针对长江中游退耕还湿盲目性的问题,选择朱湖农场示范区为典型的退田还湿发展模式,进行工程实践和相关生态监测,并构建能值模型进行评价。本研究对原有农田改造,构造浅滩、洼地水塘、林泽、岛屿、圩田、潟湖、曲岸等要素,形成退田还湖、退田还塘、退田还圩、退田还泽4个大结构单元。工程系统的能值模型中,能值产出大于投入;与其他系统比较,退田还湿工程生境支持值远高于海岸湿地系统,资源供给和文化服务文化值高于海岸湿地系统,功能调节值低于海岸湿地系统。能值的生态服务价值具体表现为:文化服务＞初级产品供给＞废物处理＞生境维持＞释放O2＞固定CO2＞气候调节。工程系统能值可持续指数为5.58。随着湿地工程系统的逐步演替,可持续性慢慢增强,效益逐步增加。同时,退田还湿为流域增加湖泊数量及湖泊面积,是对长江中游洪水的调蓄能力不断提高。（4）针对长江中上游库湾养殖的生态威胁,以湖北宜都天龙湾为典型库湾养殖代表,结合地形地貌,总结其生态发展模式,并进行监测,构建能值模型进行评价。本文研究的鱼菜共生系统是由浮床体和网箱两部分组成。浮床体浮于水面上,床体上栽种花卉或水生蔬菜,网箱沉于水中养鱼。植物根系透过浮床体分散在水中,将水体上、下空间联系在一起。系统在立体空间内实现多层结构、互利共生,形成相对完整的生态系统。本研究根据工程示范特点,构建适应于库湾鱼菜共生系统的能值评价模,结果表明:鱼菜共生系统的建设和运行过程中,购置资源中不可再生资源大于可再生资源;模型产出中,没有单一研究水产品产出,而是对系统内其他物质流动、能量分配及服务反馈进行分析。反馈指标反映系统在生态恢复和生态服务方面的价值,大约是系统产出的1/10,且植物/动物比值为45.19:1,水上部分/水下部分比值为16.08:1。能值模型中的能值密度为3.73E+17 SEJ/yr/ha。系统能值产出率3.964,环境负载率为5.623,可持续性指数0.705。系统能值产出大于投入。本文的鱼菜共生系统更接近自然化的系统,人工管理干扰相对较少。（5）针对流域内农村生活污水形成的具有点-面污染特征的生态环境问题,提出复合型农家乐人工湿地设计思路,并在典型流域支流上游区域开展适应性工程实践,通过工程后期水质、生物多样性的监测,构建能值评估模型,进行可持续评价与分析。该项设计针对农业生活污水高污染、高颗粒物等特征,采用阶梯多级潜流型人工湿地,在山地条件下利用自然坡降产生水流动力,末端设计生物塘,其既净化水质,也是系统储水结构,还是灌溉菜地的水源。通过能值模型的构建和评价,本研究认为单一的人工湿地设计与本研究中的复合系统相比,复合系统总投入能值略大于人工湿地系统,可再生资源利用率相差不大,且对于两个系统而言,购买的不可再生资源均是主要投入。人工湿地系统的能值产出率略大于复合系统。两个系统产出大于投入,且环境负载率小于3,表明对环境影响较小。系统可持续性指数与类似系统比较,其高于沼气农业复合系统,低于“猪-沼-鱼”系统。系统的能值反馈高于“猪-沼-鱼”系统。系统的可持续性指数小于传统农业系统。通过水质监测,人工湿地单元可拦截、净化进入流域系统的水体,为流域水体污染物质削减发挥应有的功效。农家乐人工湿地系统的多功能效益明显,“生态肾”形式的人工湿地系统是解决地形分散且覆盖面广的乡村生活污水处理难题的有效途径。（6）流域湿地系统构建模式。基塘系统、生物沟复合系统、雨水花园系统、退田还湿系统、鱼菜共生系统和农家乐人工湿地复合系统是为应对流域内不同地区、不同经济条件、不同社会发展情势下所产生的环境生态环境问题的适应性湿地生态工程模式。流域内每项适应性的湿地生态工程都有其独特的应用价值和适用环境,工程的设计和实施,为解决流域内生态环境面临的突出问题,使已经受损或是遭受破环的生态系统得到自我恢复和修复,提供新的思路和模式。

关键词：湿地;生态工程;工程设计;能值评估;长江中上游

学科专业：环境科学与工程

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 背景

1.2 长江中上游典型湿地生态环境问题

1.2.1 农业面源污染

1.2.2 城市化

1.2.3 三峡水库消落区

1.2.4 库湾养殖

1.2.5 盲目退耕还湿

1.3 湿地生态工程设计及评价研究

1.3.1 生态工程概述

1.3.2 湿地生态工程的发展

1.3.3 湿地生态工程效益评价

1.4 能值理论及能值评价方法

1.4.1 能值理论

1.4.2 能值模型评价方法基本过程

1.4.3 能值模型基线的确定

1.4.4 模型能值分析表制作

1.4.5 模型能值流动图构建

1.4.6 模型能值指标体系建立

1.5 能值模型评价生态工程效益的研究

1.6 本研究的意义

1.7 研究内容及技术路线

1.7.1 研究内容

1.7.2 技术路线

2 研究区域

2.1 研究区概述

2.1.1 地理位置

2.1.2 地形地貌

2.1.3 气象

2.1.4 水文

2.1.5 土壤

2.2 示范工程区简介

2.2.1 广元山区乡村生态工程示范点

2.2.2 三峡库区消落区生态工程示范点

2.2.3 湖北宜都天龙湾区域生态工程示范点

2.2.4 湖北孝感朱湖农场生态工程示范点

3 基塘系统能值评价

3.1 基塘工程介绍

3.2 模型构建及评价指标

3.3 数据收集与处理

3.4 结果与分析

3.5 讨论

3.5.1 基塘工程的可再生能值资源及其影响

3.5.2 基塘工程的形态结构与水文功能

3.5.3 基塘工程的产出、投入模式分析

3.5.4 基塘工程设计及系统运行的不足

4 生物沟复合系统能值评价

4.1 生物沟复合工程介绍

4.2 模型构建及评价指标

4.3 数据收集与处理

4.4 结果与分析

4.5 讨论

4.5.1 生物沟复合工程能值资源及设计使用年限

4.5.2 生物沟复合工程结构设计及功能分析

4.5.3 生物沟复合工程的生境构造及其效益

4.5.4 生物沟复合工程的不足与优化建议

5 雨水花园系统能值评价

5.1 雨水花园工程介绍

5.2 模型构建及评价指标

5.3 数据收集与处理

5.4 结果与分析

5.5 讨论

5.5.1 能值模型在雨水花园功能评价中的应用

5.5.2 雨水花园系统设计在水环境保护中的作用

5.5.3 雨水花园植物设计及微调功能

5.5.4 雨水花园的管理与维护

6 退田还湿系统能值评价

6.1 退田还湿工程介绍

6.2 模型构建及评价指标

6.3 数据收集与处理

6.4 结果与分析

6.5 讨论

6.5.1 退田还湿环境恢复中的多重生态效益的发挥

6.5.2 退田还湿系统的整体系统设计及其洪水调蓄功能

6.5.3 圩田模式

6.5.4 退田还湿的可持续性

7 鱼菜共生系统能值评价

7.1 鱼菜共生工程介绍

7.2 模型构建及评价指标

7.3 数据收集与处理

7.4 结果与分析

7.5 讨论

7.5.1 能值评价方法的优势

7.5.2 鱼菜共生系统多级利用模式效益

7.5.3 相关政策的影响及系统维护中的不足

8 农家乐人工湿地能值评价

8.1 人工湿地工程介绍

8.2 模型构建及评价指标

8.3 数据收集与处理

8.4 结果与分析

8.4.1 农家乐人工湿地系统能值

8.4.2 沼气-人工湿地复合系统能值

8.4.3 两系统能值指数

8.5 讨论

8.5.1 乡村污水处理中人工湿地的能值评价

8.5.2 乡村污水处理模式“沼气池-人工湿地-生物塘”

8.5.3 新型模式处理效率和复合多功能效益

8.5.4 新型模式的管理和环境限制

9 总结

9.1 结论

9.2 创新点

9.3 不足与展望

致谢

参考文献

A. 附图

B. 工程能值计算具体过程