基于承载力调度模型的生态系统水质修复研究

周 蕾

(新疆吐鲁番市水利水电勘测设计研究院，新疆 吐鲁番 838000)

人类社会与水生态系统存在着相互依存、相互制约的复杂联系，人类经济社会能够从水生态系统中获取利益，但是水生态系统的变化也会影响和制约人类经济社会发展。当前，我国水资源开发利用程度不断提高，污染排放量持续增加，经济社会用水占生态用水的现象比较普遍，水生态系统面临了严峻的挑战[1]。同时，随着公众环保意识的提高，对水质保护的需要越来越迫切，及时对生态系统水质保护与修复引起了社会各界的普遍关注。目前对于水生态系统水质污染修复方法主要有两种，一种是基于模糊识别模型的水生态系统污染修复方法，另一种是基于协同理论的水生态系统污染修复方法。基于模糊识别模型的水生态系统污染修复方法主要是确定水资源承载力评价指标，对影响水生态系统的各个因素进行评价，然后依据主要的影响因素进行修复；基于协同理论的水生态系统污染修复方法主要研究水生态系统中各个因子之间、因子与系统之间、系统与环境之间的协调合作、互补的关系，确定需要修复的内容，完成对水生态系统污染修复[2-3]。但是传统的两种方法在修复上存在修复效果差的问题，为此做了基于承载力调度模型的生态系统水质污染修复研究。

1 水质-生态系统水资源承载力调度模型

的构建

1.1 水生态承载力

水质生态学是指对生物环境水因素的影响以及有机体对各种水条件的适应[4]。承载力是广泛用于描述开发约束的概念。从内部的本质可以分为主题和目的。主题是水生态系统，目的是对水生态系统的水质修复。主题和目的相互作用，相互限制。

水质的生态学修复能力在某些条件下，水质的生态系统的自我调节功能和弹性极限处于相对稳定的状态。在水生态系统的结构基本上没有变化的前提下，很难改变自我调节能力。因此，水质的生态学修复能力也是物质和功能的复合式。在某个地区，自然资源的总量是确实的，但是由于物质的循环、能源的流动、信息的传递，资源的利用率和支持力会受到不同的影响。水质的生态学修复能力在一定程度上具有多样性，并在一定范围内受到限制。通过掌握水生态系统的变化规律和经济和环境的分辩关系，人类根据生产和生活的需要自然地管理和控制，有效地保护和修复水质。

1.2 水质-生态系统水资源承载力调度模型

根据水质的生态学修复能力的特性，建立了水质-生态系统水资源承载力调度模型。水质生态学的修复能力的研究对象是人类支配的水生态系统。了解河流流域水生态系统水质修复的内部因果与结合效应是水生态学水质修复能力研究的重要关系。水生态系统是由自然生态系统和人类社会组成的复杂生态系统，包括资源、环境、经济、社会等许多系统。其数学表达是水生态学修复能力=f(水资源系统，水环境系统，社会系统，经济系统)，每个子系统相互交叉影响，共同决定水质生态学修复能力。水生态学修复系统的分类方法一般有两种。一是将水的生态学修复能力系统分解为人口子系统、经济子系统、水资源子系统、水环境子系统和水生态子系统。水质-生态系统水资源承载力调度模型如图1所示。

图1 水质-生态系统水资源承载力调度模型

2 基于承载力调度模型的水质生态系统修复

2.1 水生态分区

中国在广大领域、多条河流、复杂的水项目、复杂的气候和水文不同的流域，流域的生态学和水文特征完全不同[5]。通过结合修复能力分配模型，主要功能可以分为生态功能分割和水资源分割。以水循环生态系统为对象，考虑到地域水文、水资源特性、河川生态系统功能、水工学的影响，通过GIS技术来区分水生态系统，定义了生态系统功能的定位。因此，计划单位的分割是水生态保护和恢复计划的重要基本工作。

水质生态学的地域化，根据寻找各自的生态学的要素的不连续性和一致性，记述了类似点和差异[6-7]。区域化的指导性意识形态是最小化地区内差异，最大化地区间差异，遵循以下原则。要综合考虑流域上下流域的水资源条件和水生态系统的特点两者的空间差异及其相关性应考虑以确保区域化的操作性。水生态地带的划分应与现有国家水资源部门、生态系统功能划分、水功能划分及其他相关分区的结果相连接[8]。根据生态功能的决定。在具有多个水生态学功能的地区，人们喜欢水生态调节功能，在具有多个水生态学调节功能的区域中，优选具有主导性的调节功能。

表1 水质指标对水生生物的安全范围值

国家水生态系统采用2级分割系统[9]。第一级水生态学部门满足水资源开发利用和水生态学保护的宏观管理和总体布局的需要。根据保护和恢复目标的确定和对策布局生态功能和保护要求的类型，第三级水生态学部门可以根据二次水生态学的划分进一步划分。根据中国从西到东形成的三种梯田地形，结合地理位置、气候带、降雨分布、地域水生态学特性，国家分为七个一流水的生态学划分[10]。根据东部温带亚湿地，西部温带亚干旱带，西北温带干燥带，东南中国亚热带湿润地带，西南中国亚热带湿润地带及西南高原气候带地形，地形，气候，降雨，生态系统功能的种类和经济，社会发展的状态，作为整个国家可做34个次级水生态地区域划分。水生态区是在习惯地理地形之后命名的[11-12]。不同生态系统的特征和不同生态系统的不同。水生态系统的水生态功能主要包括水保护、河川、湖沼的栖息地恢复、物种多样性的保护、地表水的利用、沙和土的保持、水景观保全、地下水保护这7种类型[12]。

2.2 生态系统水质修复评价指标标准

根据水生态系统及其功能型，分析了计划河流部分的水质生态保护需求。通过水质指数对水生生物安全性的影响，确立了水质生态系统保护和复原的标准系统。水生生物水质指标的安全范围值如下表所示。

依据上述水质指标对水生生物的安全范围值加以明确，对水质生态系统污染修复提供依据。要对水质生态系统污染修复，需要正确处理好以下四方面的关系，如表2所示。

表2 生态系统水质保护修复的标准体系

2.3 基于承载力调度模型的水生态系统修复流程设计

在生态系统水质修复评价指标的基础上，采用水质-生态系统水资源承载力调度模型进行修复，建立的基于承载力调度模型的生态系统水质污染修复过程如图2所示。

图2 基于承载力调度模型的生态系统水质污染修复流程

在污染修复方法上，主要包含微生物修复[13]、水生植被修复[14]、河流滨岸带生态修复[15]、河道物理结构建设[16]和湿地修复，在修复过程中，依据重点修复顺序进行修复。

微生物修复[17]，投加微生物促进有机污染物降解；水生植被修复，降低水位，目的是使更多光照可以到达河底，改善水质与底质条件；河流滨岸带的生态修复，主要是建立过渡带结构、恢复滨岸带的生态环境和保持尽可能多的生物多样性；河道物理结构建设，采用植石法和浮石带法，削减污染输入量；湿地修复上，主要利用将物理、化学与生物结合，对污水净化。以此，通过上述过程，完成生态系统水质污染修复。

根据水质生态学状态的评价，根据生态学的保护对象和目的的生态学特性、对应的水质生态学的功能类型和保护需求分析，确立水质生态学的恢复和保护措施系统。具体来说，包括生态系统的水质需求保证、水质环境保护、河川、湖的栖息地维持、水生生物保护、生态学的监视、管理等5个类别，对于各自的分类，还被分为14个类别。

(1)生态水质的需求保证是河流和湖泊生态保护和恢复的中心内容。在河川和湖沼的范围内，包含水质、水量和过程的要求，在特定的生态系统保护和恢复目标下，意味着保证被表面流出和地下水位支撑的生态系统的水要求。首先，生态系统的基本流程必须由工程调度和监测管理来保证。

(2)水质环境保护主要基于水功能区域的保护要求和逐步合理控制污水排放量，实现污水排放浓度和对河流污染物总量的控制。对于湖泊和水库，应该采取非点源、内因性、富营养化等对策。

(3)河川湖栖息地的维持主要是维持河川和湖的连接性、栖息地形态和栖息地条件的规定。河川和湖沼的连接性，与河川和湖沼的曲折形状一起，考虑着河川和湖沼的纵贯性，横断性，垂直连接性。栖息地形态的维持主要包括自然栖息地保护、栖息地重建、3个场地保护和河岸地带保护和恢复。生活条件的调节主要是低温水流的控制，过饱和气体的控制和水和沉积物的限制。

(4)水生生物的保护包括遗传因子、个体群以及水的生态系统平衡和进化保护。水生生物的保护及再生，以水生生物的多样性及水生生物的保全性为目的，对水生生物资源及水生生物进行全体保护。

(5)生态监测和管理主要包括相关监控、生态补偿和各种综合管理措施。事前实施水生态保护，实施计划和实施，试验各种措施的效果是重要的手段。我们要注意非技术手段在水的生态保护和恢复中的作用，加强法律、管理系统、技术标准、方针措施、资本投资、科学技术创新、布赖城和教育和市民参与的建设和管理。然后，请确立长期的机制。

3 结语

本文做了基于承载力调度模型的生态系统水质修复研究。根据水生态承载力的特点，构建承载力调度模型，结合水生态分区，建立水生态系统状况评价指标标准体系，实现基于承载力调度模型生态系统水质修复的设计。水质生态保护和修复是与水文过程、物理化学过程和生物学过程密切相关的复杂系统工程。理论研究和实际工作还处于初始阶段和快速发展阶段，水生态保护和修复计划技术和方法还需在未来的水生态保护和恢复训练等相关研究中进一步作出测试和改进。