（二）河流湿地修复工程生态修复技术

根据湿地的构成和生态系统特征，湿地的生态修复可概括为：湿地生境修复、湿地生物修复和湿地生态系统结构与功能修复三个部分，相应地，湿地的生态修复技术也可以划分为三大类：

1湿地生境修复技术

湿地生境修复的目标是通过采取各类技术措施，提高生境的异质性和稳定性。湿地生境修复包括湿地基底修复、湿地水状况修复和湿地土壤修复等。湿地的基底修复是通过采取工程措施，维护基底的稳定性，稳定湿地面积，并对湿地的地形、地貌进行改造。基底修复技术包括湿地基底改造技术、湿地及上游水土流失控制技术、清淤技术等。

湿地水状况修复包括湿地水文条件的修复和湿地水环境质量的改善。夹河湿地水文条件的修复是通过疏通水系等水利工程措施来实现；湿地水环境质量改善技术包括污水处理技术、水体富营养化控制技术等。需要强调的是，由于水文过程的连续性，必须严格控制水源河流的水质，加强夹河上游及相关支流的生态建设。土壤修复技术包括土壤污染控制技术、土壤肥力修复技术等。

2湿地生物修复技术

该技术主要包括物种选育和培植技术、物种引入技术、物种保护技术、种群动态调控技术、种群行为控制技术、群落结构优化配置与组建技术、群落演替控制与修复技术等。

3生态系统结构与功能修复技术

该技术主要包括生态系统总体设计技术、生态系统构建与集成技术等。湿地生态修复技术的研究既是湿地生态修复研究中的重点，又是难点。

基于工艺经济、技术稳定、管理简便的设计原则，综合考虑生态保护与水质净化相协调、环境效益和经济效益并重、湿地建设和农村产业结构调整相统一，根据夹河的地形地貌特征，来确定湿地生态修复工程方案。在全面查清夹河湿地资源本底和环境状况的基础上，重点保护好现有湿地资源和湿地环境，局部疏浚淤积湿地，实施退耕还湿工程，修复湿地植被，加强保护设施建设，为夹河湿地的全面保护和持续发展奠定基础。

湿地生态修复工程首先是对水域实施疏浚连通工程，增加湿地水域面积，增加湿地蓄水量。其次，对水域土驳岸和混凝土护岸实施生态护坡和湿地植物栽种工程，主要为生态护坡、栽种湿地植物，形成河道滞留塘，在保证河流水质净化效果的基础上兼顾景观开发。

4湿地建设的主要工艺方案

该方案本着既要保障河水水质安全，又要促进经济发展和社会稳定原则，在河流综合整治过程中需采取科学的治污之路，即从流域内每一条汇水河流入手，按照目标、总量、项目、投资四位一体的小流域控制思路，实施“治”、“用”、“保”并举策略，综合运用经济、法律、科技和必要的行政手段，注重发挥市场机制、宏观管理机制和公众参与机制的作用，全面推进流域内经济结构调整、城市环境基础设施建设、清洁生产、污染治理、污水资源化、生态保护和建设等各项工作，扎实推进流域污染综合治理。

所谓“治”，即污染治理。是指以循环经济理念和工业生态学为指导，综合采用结构调整、清洁生产、末端治理、环境基础设施建设、面源污染治理、清淤疏浚等全过程污染防治措施，解决流域内环境污染问题。

所谓“用”，即行政辖区内水资源的充分循环。是以节水为基础，因地制宜，分类指导，充分利用闲置荒地及废弃河道，建设中水调蓄设施，合理规划污水回用工程，最大限度地实行水资源的流域内循环，减少污水排放量。

所谓“保”，即流域生态修复与功能强化。是在污染治理和污水资源化的基础上，采用湿地建设、水土保持、小流域开发治理、自然保护区建设等生态修复、重建技术，对流域的生态恢复过程进行强化，使之向提高自净能力、改善水质与生态环境、恢复自身应有生态功能的有利方向尽快转变。

从治理技术的内在属性和特点上来讲，污染河流的净化技术一般分为物理/化学技术和生物/生态技术。

物理/化学技术是目前在城市河道治理中比较常用的应急技术，主要有河道曝气、底泥疏浚、引水冲污和投加化学药剂等。物理/化学技术短期效果好，但是费用高，只能处理小型河流或者景观价值较高的河流，对环境有一定的副作用，生态效果不理想，难以长期应用。

生物/生态技术目前主要有生物过滤、人工湿地、滞留塘、多自然河道和植物浮床等。

（1）生物过滤技术

生物过滤技术属于污染河流的强化治理技术，特别适合于严重污染河流支流的水质净化。生物过滤技术结合了生物膜的降解特性和填料的过滤作用，既具有生物膜处理技术的处理效率和抗冲击负荷较高的特点，又具有过滤技术的稳定性（对不同种类及大小的污染物，在不同环境条件下都具有一定的去除能力），技术的适用性和持续性比较强；生物过滤技术还可以通过对运行条件的调整，实现多种污染物去除功能（如脱氮除磷等）。

（2）强化人工湿地技术

湿地是陆地和水体之间的过渡地带，具有独特的生态结构和功能，是自然环境中自净能力很强的区域之一。人工湿地可以利用天然或人工构筑水池或沟槽，在底面铺设防渗层，并充填一定深度的土壤和填料组成填料床，表面种植一些生长快速的耐水植物（如芦苇、香蒲等），形成一个含多种基质和生物的独特生态环境。因而人工湿地是一种良好的污染河水的生态净化技术。

根据水流方式，人工湿地可以分为潜流（SSF）和表面流（FWS）两种。其净化机理主要有：①过滤和沉降；②吸附和离子交换；③污染物的降解；④植物对营养物质的吸收；⑤对病原体的灭活。

表面流湿地类似于天然沼泽湿地，污水在人工湿地床体的表层流动，水位较浅，一般在01～06m左右。这种类型的人工湿地具有投资少、操作简单、运行费用低等优点。缺点是占地面积大，水力负荷低，去污能力有限，受气候影响较大，夏季会孽生蚊蝇、散发臭味。除了改善水质外，表面流人工湿地还给人们提供美学价值和为水生野生动植物提供栖息地的功能。表面流人工湿地常用于湖泊、河流的水质净化与生态修复。

在潜流湿地系统中，污水在湿地床体内部流动，可以充分利用基质层表面生长的生物膜、丰富的植物根系及基质截留等作用，有效延长水力停留时间，提高湿地系统的处理效果和处理能力，同时由于水流在土壤层以下流动，故具有保温性较好，处理效果受气候影响小、卫生条件较好等优点，是目前研究和应用较多的一种湿地系统。相对于表面流湿地，潜流型人工湿地存在易阻塞、管理复杂，投资较高及环境友好型较差等缺点。

在具体的应用中，可以通过选择不同的基质（土壤和填料），根据实际情况种植不同的植物，利用系统中不同基质、植物、微生物和动物形成的独特生态环境，对污染河水进行净化。

（3）滞留塘技术

滞留塘技术在国外的应用和研究最早出现于20世纪60年代，并逐渐受到重视。在美国、加拿大、日本等国已大规模应用于控制暴雨径流污染和污染河流的自净能力强化，并形成了成熟的应用技术，获得了大量的设计、运行和管理经验和参数。在国内也有很多类似的河道稳定塘应用，河流滞留塘技术通过直接在河床上建堰拦水，可以延长河水在单位距离上的停留时间，促进颗粒污染物的自然沉降，提高河水的透明度；可以利用河滩、河岸以及塘内的植物吸收和微生物吸附降解作用，降解河水中的有机污染物，削减氮磷等诱发水体富营养化的物质；可以利用拦水堰上的跌水，加强河水自然复氧，最终提高单位距离上的河流自净能力。河流滞留塘技术相对易于实施，管理简单，比较适合于河滩宽阔的小型河流的污染治理和修复。

（4）多自然型河道技术

“多自然型生态河道”即指“多种动植物及微生物可以共存、繁殖的河道”。构建多自然型的生态河道主要通过河道环境条件的天然模拟和强化，在再生河道生物群落的同时，创造良好的生态环境与自然景观。

天然河道是一个复杂的生态系统，由不同的生物群落所组成。河道物理结构广义上可分为：水体的河床部分（水生生物区）、河滩部分（水交换区，两栖区）和受水影响的河岸区。构建多自然型的生态河道，即从这三个层次上通过环境条件的天然模拟和强化，营造适于各种生物栖息繁衍的环境条件，再生各种生物群落，恢复和强化河道的自净能力，重建河道良好的生态系统。

（5）植物浮岛技术

生物浮岛技术是利用生态工程学原理，在受污染河道，用木头、泡沫等轻质材料搭建浮岛，以浮岛作为载体，在水面上种植植物，构成微生物、昆虫、鱼类、鸟类、植物等自然生物栖息地，形成生物链来帮助水体恢复，降解水体的COD、氮、磷的含量，主要适用于富营养化及有机污染的河流。除此之外，还具有为生物提供生息空间，改善景观以及消波护岸的功能。生物浮岛依据浮岛植物是否和水接触分为干式浮岛和湿式浮岛两种。

植物浮岛技术的核心是将植物种植于水体水面上，利用植物的生长从污染水体中吸收大量污染物质（主要为氮、磷等营养物质），并通过收获植物体的方法将其搬离水体。还可以在植物根部放置软性填料，进一步促进植物生长，去除水中污染物质。

生态浮岛可就地处理河流，工程量小，投资省；处理效果好，自然景观和谐；实现资源持续利用；使用寿命长，维护简单；避免重复污染，重复治理，实现一次投资长期受益。2002年6～11月和2003年5～10月在北京永引渠罗道庄桥上游设置了5000m2的生物浮岛，所植物种为美人蕉、旱伞草，取得了较好的水质修复效果，同时营造出美好的景观效果。但是植物浮岛技术费用较高，且适用性有所限制。

（6）生态护坡技术

河道走廊的生态修复延伸到水环境综合整治中，生态护坡以保护和创造生物良好的生存环境和自然景观为前提，在再生生物群落的同时，建设具有设定抗洪强度的河流护堤工程，能够提高水系功能和改善水的质量，把受人类严重干扰和破坏的河道修复成为水体与土壤、水体与生物相互涵养，适合生物生长的近自然状态的河道。因而，生态护坡技术在水环境综合整治中逐步得到了应用和发展。

（7）其他

包括投加生物制剂和生物操纵法等，主要是通过在人工条件下强化微生物对污染物质的降解能力，来达到净化水质的目的。

生物/生态技术的主要优点：

1）基建、运行费用低，管理方便，经济可行。生物/生态技术可以利用太阳能作为污染净化系统的能源，通过微生物和动植物的自然生长来降解、吸收、转移河水中的污染物，较少需要输入人工的能源和物质。其次，微生物和动植物在一定条件下都能按照一定规律自行生长繁殖，发挥水质净化作用，较少需要人为管理以维持净化系统的运行。

2）副作用小，对环境没有危害或者危害很小。生物/生态技术利用自然界原有的或者经过略微改造的生物，而非人工物质来净化河水，环境相容性好，不存在对环境的二次污染。稳定的河水生物/生态净化系统其内部的物质转换和能量流动处于平衡状态，各种生物之间相互依存，相互制约，不容易对外界环境造成冲击。

3）能自我调整，适应环境的变化。微生物有很强的变异能力，植物也具有一定的自我调节能力，因此当河水的污染物发生改变时，生物/生态技术在一定程度上仍旧能够发挥水质净化作用，同一种技术对不同类型的河流水质污染有较好的适用性。

4）可与亲水景观建设相结合，外在表现形式自然亲切，更富人性化。生物/生态技术利用天然的生物，而非人工的化学物质或机械等来净化河水，能较为容易地与原有自然环境相融合。

由于具有以上优势，生物/生态技术在污染河流治理中得到越来越多重视和实际应用。目前实施人工湿地和滞留塘技术对受损河道进行生态修复和水质净化已逐渐推广起来。

人工湿地水质净化工程的建设，是流域“治、用、保”综合治理思路的关键环节之一，也是净化流域内污染物的最后一道屏障。人工湿地水质净化工程建设的成败，直接关系到能否实现流域水质的目标。

矿山生态恢复是指对被矿山开采破坏的环境进行修复和重建，以恢复其自然生态系统的功能和稳定性。下面是一些常见的矿山生态恢复技术：

1 退耕还林还草：通过种植适宜的树木和草地植被，恢复植被覆盖，减少水土流失和土壤侵蚀。

2 生物修复：利用植物、昆虫、微生物等生物群落来修复土壤和水体污染。比如利用具有吸收重金属能力的植物来修复矿山尾矿渣滓中的重金属污染。

3 土地复垦：通过整地、改善土壤质量和土壤结构等手段，使矿山地区的土地重新具备适宜种植的条件。

4 水体修复：采用土地整治、水生植物生态修复和湿地修复等技术，改善矿山地区的水体质量和水生生物环境。

5 人工湿地建设：通过建设人工湿地，利用湿地植被和微生物的作用，对矿山废弃水体进行处理和净化。

6 土地可持续利用：将矿山地区转变为适宜的农业、林业、养殖业或观光旅游等产业，实现土地的可持续利用。

以上仅为一些常见的矿山生态恢复技术，实际应用中还会根据具体地理、气候和生态条件进行综合选择和应用。

机械设计的现代设计方法：

一、专业现代

由机械设计和计算机专业人员共同开发的计算机软件，能够反映和描述机械产品在实际工况下的各种损伤、失效和破坏的机理，可以定量分析和计算机械零件和机械的动态行为，并形成固定的设计程序，这就是专业的现代设计方法，如：振动分析和设计，摩擦学设计，热力学传热设计，强度、刚度设计，温度场分析等等。这些软件都是在传统的设计方法基础上，应用计算机技术开发出来的。例如：用Pro/M软件分析机械装置的动态特性，用ANSYS软件分析应力都是这方面很好的例子，为准确判断装置的可靠性和选择设计参数奠定了基础。

二、通用现代

为了满足机械产品性能的高要求，在机械设计中大量采用计算机技术进行辅助设计和系统分析，这就是通用的现代设计方法。常见的方法包括优化、有限元、可靠性、仿真、专家系统、CAD等。这些方法并不只是针对机械产品去研究，还有其自身的科学理论和方法。

1、优化设计

机械优化设计是最优化技术在机械设计领域的移植和应用，其基本思想是根据机械设计的理论，方法和标准规范等建立一反映工程设计问题和符合数学规划要求的数学模型，然后采用数学规划方法和计算机计算技术自动找出设计问题的最优方案。它是机械设计理论与优化数学、电子计算机相互结合而形成的一种现代设计方法。

2、仿真与虚拟设计

计算机仿真技术是以计算机为工具“建立实际或联想的系统模型”并在不同条件下对模型进行动态运行实验的一门综合性技术。而虚拟技术的本质是以计算机支持的仿真技术为前提，在产品设计阶段，实时地并行地模拟出产品开发全过程及其对产品设计的影响，预测产品性能、产品制造成本、产品的可制造性、产品的可维护性和可拆卸性等，从而提高产品设计的一次成功率。这种方法不但缩短产品开发周期，也实现了缩短产品开发与用户之间的距离。

3、有限元设计

这种方法是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。它不仅能用于工程中复杂的非线行问题、非稳态问题的求解，而且还可用于工程设计中进行复杂结构的静态和动力分析，并能准确地计算形状复杂零件的应力分布和变形，成为复杂零件强度和刚度计算的有力分析工具。

4、模糊设计

它是将模糊数学知识应用到机械设计中的一种设计方法。机械设计中就存在大量的模糊信息。如机械零部件设计中，零件的安全系数往往从保守观点出发，取较大值而不经济，但在其允许的范围内存在很大的模糊区间。机械产品的开发在各阶段常会遇到各种模糊问题，虽然这些问题的特点、性质及对计策的要求不尽相同，但所采取的模糊分析方法是相似的。它的最大特点是，可以将各因素对设计结果的影响进行全面定量地分析，得出综合的数量化指标，作为选择决断的依据。

机械设计是机械工程的重要组成部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要的因素。机械设计的努力目标是：在各种限定的条件(如材料、加工能力、理论知识和计算手段等)下设计出最好的机械，即做出优化设计。优化设计需要综合地考虑许多要求，一般有：最好工作性能、最低制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少环境污染。这些要求常是互相矛盾的，而且它们之间的相对重要性因机械种类和用途的不同而异。设计者的任务是按具体情况权衡轻重，统筹兼顾，使设计的机械有最优的综合技术经济效果。过去，设计的优化主要依靠设计者的知识、经验和远见。随着机械工程基础理论和价值工程、系统分析等新学科的发展，制造和使用的技术经济数据资料的积累,以及计算机的推广应用,优化逐渐舍弃主观判断而依靠科学计算。

机械设计的一般步骤是1充分了解客户需要解决什么样的问题或实现什么样的功能；2制定设计方案；3制作模型或输出图纸；4模拟、评估、及优化；5设计的实现，及按设计方案或图纸实现产品制作；6产品测试，是否满足客户需求；7产品交付。

设计机械应满足的基本要求是：

（1）良好的使用性能 实现预期功能，满足使用要求。操作容易，保养简单，维修方便。不必追求“多功能”，因为“多功能”会增加成本，降低可靠性。

（2）安全 许多重大事故出自机械故障。密封件泄露导致“挑战者号”航天飞机失事，起落架故障引发空难，刹车失灵酿成车祸，频繁出现的汽车“召回”更暴露机械设计不良造成的安全隐患。机械设计必须以人为本。凡关系到人身安全或重大设备事故的零、部件都必须进行认真、严格的设计计算或校核计算，不能凭经验或以“类比”代替。

计算说明书应妥善保留，以备核查。暴露的运动构件要配以防护网。易造成人身伤害的部位必须有安全连锁装置或实施远距离操纵。电气元件、导线的规格和安装必须符合安全标准。初次之外，为了保护设备，还应设置保险销、安全阀等过载保护装置以及红灯、警铃等警示装置。

（3）可靠、耐用 在预定的使用期限内不发生或极少发生故障。大修或更换易损件的周期不宜太短，以免经常停机影响生产。但是，也不宜过分强调“耐用”。现代化生产推行定期更新和预期强制报废，个别零、部件的“长寿”对整机并无实际意义。因追逐“耐用”而滥用贵重材料突然增加成本。

（4）经济 设计中应尽可能多选用标准件和成套组件，它们不仅可靠、廉价，而且能大大节省设计工作量。可以说，设计中使用标准件的多少是评价设计水平的重要标志。要重视节约贵重原材料，降低成本。零件设计必须关注加工工艺性，力求减少加工费用。良好的经济性不仅体现在制造成本低廉，更应体现在机器使用中的高效率、低效能。

（5）符合环保要求 机器噪声不超标。不采用石棉等禁用的原材料。确保机械使用过程中不会泄漏水、油、粉尘和烟雾。生产中的废水、废气必须经过治理，达标排放。

生态工程修复就是将复垦工程技术与生态工程技术结合起来，运用生态学、环境学、农业科学、工程学的理论及生态系统的物种共生、物质循环再生等原理，对损毁的土地环境进行多层次修复的过程。由于灾毁土地生态修复不同于其他类型，受损地区土地不仅损毁严重，往往还存在地质灾害隐患，依靠自然演替恢复或其他修复都难以使生态系统恢复到原始状态，对这样的区域就必须进行人工生态设计，实行生态重建，因此生态工程修复在滑坡、泥石流和崩塌损毁土地的生态修复中使用较多。常见的生态工程有生态袋防护工程、格构防护工程、客土喷播技术、生态坝工程、挂镀锌铁丝网客土喷播植草技术等。同时，自然保护区也是生态工程中很重要的技术手段，自然保护区的建设对濒危物种的保护、对生物多样性的保护、对景观和生态系统多样性的保护都具有十分重要的意义。