农业农村环境生态工程设计

本书针对农业农村环境问题和用于解决问题的生态工程，对环境生态工程的基础理论、设计原则、成效评估、管理方法、案例指导、结构图示等进行了系统阐述，并结合国内外先进的环境生态工程技术和实践经验，通过分析精选实际问题案例，深入浅出地阐述了环境生态工程的设计方法和实践技能，对生态工程单元工艺方案论证、设计参数确定、计算公式应用、设计方法、设计内容和步骤、结构绘图等进行了详细深入的阐释。
本书适合环境生态工程、环境工程、环境科学等领域的科研人员及从事相关工作的工程技术人员阅读学习。

在“双碳”目标与乡村振兴融合发展的时代背景下，农业农村生态环境保护与修复成为生态文明建设的关键。本书紧扣“五位一体”布局中的生态文明建设要求，基于实际需求，梳理生态工程设计相关内容，为农村环境改善和农业可持续发展提供指导。
当下，农业农村面临面源污染、生态退化、水土保持压力等挑战。相关国家级政策文件明确了农业面源污染防控、生态系统保护修复的重点任务与技术路径，对农业农村生态工程的科学性、系统性和实用性提出了更高要求。本书以生态学原理为根基，融合污水土地处理、人工湿地、稳定塘、生态沟渠、边坡修复、水土保持等关键技术，既注重理论框架的完整性，又突出工程设计的可操作性，旨在为解决农村污水治理、面源污染防控、生态系统修复等具体问题提供全流程解决方案。
全书依循“基础理论—技术应用—支撑体系—评估反馈”的逻辑脉络展开。在基础理论层面，系统阐释生态修复的背景、概念及生态学理论，搭建起学科认知框架；技术应用部分聚焦生态工程核心领域，涵盖水环境污染治理、水土保持与边坡修复、生态保护工程设计等，详细解析各领域关键技术的原理、参数及应用，结合实例说明适用场景，强调工程措施与生物措施的协同运用；支撑体系部分梳理环境修复植物资源，为生态工程中的植被选择与群落构建提供实践指导；评估反馈部分构建成效评估体系，明确评估原则、评估流程、评估指标及量化方法，形成“设计—实施—评估—优化”的闭环，为工程效果的科学判定与动态调整提供依据。
本书兼具学术性与实践性，适合作为行业技术人员的参考手册，为农业农村污染治理、生态修复工程的规划设计、施工运营及成效评估提供技术指引，也可作为高等院校农业工程、环境生态工程、环境科学与工程、生态学等专业的教学用书，同时还可为政策制定者提供决策参考，助力生态保护与乡村发展的协同推进。
本书由徐良主编，杨永川、杨洪晓、杜青平副主编，编写团队汇聚了多方专家，深度融合了理论研究与实践经验。其中，周克、杜青平负责第1章的编写；徐良、黄凌风、徐琳瑜、王诗忠负责第2~4章的编写；徐良、宗     全利负责第5章的编写；徐良、杨洪晓、杨永川负责第6章和第7章的编写；王宜成、杜青平负责第8章的编写；杨洪晓、杨永川负责第9章的编写；周震峰、徐琳瑜负责第10章的编写。本书附带电子资源(包括课后思考题参考答案、课件、生态保护工程模型的GAMS 程序脚本)，可访问化学工业出版社网站https：//***。
由于农业农村生态工程涉及多学科交叉融合，且技术应用场景复杂多样，书中难免存在疏漏与不足。部分经验性、半经验性设计参数与计算公式源自工程实践总结及典型案例优化改良，需结合具体项目的地理条件、气候特征及污染物特性等因素综合调整。恳请广大读者在实践中进一步检验完善，提出宝贵意见。

编者

第1章农业农村环境生态工程的基本原理 001
1.1社会背景 001
1.1.1社会主义生态文明 001
1.1.2我国对农业农村环境治理的规划 001
1.2生态工程的相关概念、原则与目标 002
1.2.1相关概念 002
1.2.2原则与目标 003
1.3与生态工程相关的基础生态学理论 003
1.3.1生态因子的相关概念与作用 003
1.3.2生态位理论 005
1.3.3群落结构与功能 005
1.3.4群落演替理论 006
1.3.5生态系统的结构与功能 006
1.3.6生态系统的稳定性与生态平衡 007
1.3.7景观生态学 007
1.3.8生物多样性 008
思考题 008
参考文献 009

第2章污水的土地处理 010
2.1土地处理概述 010
2.2土地处理技术的分类和特点 011
2.2.1土地处理技术的分类011
2.2.2土地处理技术的特点 012
2.3土地处理系统的设计 012
2.3.1土地处理系统场地的规划与选择 012
2.3.2土地处理系统的存储设计与运行 026
2.3.3污水分配系统的设计与运行 030
2.3.4慢速渗滤土地处理系统的设计 034
2.3.5地表漫流土地处理系统的设计 047
2.3.6快速渗滤土地处理系统的设计 055
思考题 066
参考文献 066

第3章污水的人工湿地处理 068
3.1人工湿地概述 068
3.2人工湿地处理技术的分类和特点 068
3.2.1人工湿地处理技术的分类 068
3.2.2人工湿地处理技术的特点 069
3.3人工湿地处理的基本原理和相关设计方法 070
3.3.1人工湿地的水和能量平衡 070
3.3.2反应动力学和反应器水力学 078
3.3.3人工湿地的设计方法 083
3.3.4人工湿地的处理性能评估 088
3.4表面流人工湿地 088
3.4.1概述 088
3.4.2表面流人工湿地的设计要点与目标 090
3.4.3表面流人工湿地的水文管理 091
3.4.4表面流人工湿地的水力管理 091
3.4.5表面流人工湿地的水质管理 092
3.4.6表面流人工湿地的低温管理 092
3.4.7表面流人工湿地的植物管理 092
3.4.8表面流人工湿地的运行与维护 093
3.5垂直流人工湿地 093
3.5.1概述 093
3.5.2垂直流人工湿地的设计经验参数 094
3.5.3垂直流人工湿地的基质层 095
3.5.4垂直流人工湿地的植物管理 096
3.5.5基于需氧量的垂直流人工湿地设计 096
3.5.6垂直流人工湿地的运行与维护 098
3.6水平流人工湿地 099
3.6.1概述 099
3.6.2水平流人工湿地的设计经验参数 100
3.6.3水平流人工湿地的植物管理 100
3.6.4水平流人工湿地的运行与维护 101
3.7法国垂直流人工湿地 102
3.7.1概述 102
3.7.2法国垂直流人工湿地的设计经验参数 104
3.7.3法国垂直流人工湿地的运行与维护 106
3.8水平流和垂直流人工湿地的强化和改良 107
3.8.1概述 107
3.8.2人工湿地的反应介质 107
3.8.3人工湿地的再循环运行 109
3.8.4人工湿地的部分饱和运行 109
3.8.5人工湿地的顺序式运行 109
3.8.6人工湿地的曝气强化处理 110
3.9零排放人工湿地 111
3.9.1概述 111
3.9.2零排放人工湿地的设计经验参数 112
3.10漂浮人工湿地 112
3.11污泥人工湿地 113
3.11.1概述 113
3.11.2污泥人工湿地的设计经验参数 113
3.12人工湿地处理系统的经济效益和环境效益评估 114
3.12.1经济效益评估 114
3.12.2环境效益评估 116
思考题 117
参考文献 117

第4章污水的稳定塘处理 119
4.1稳定塘概述 119
4.2稳定塘处理技术的分类和特点 120
4.2.1（普通）好氧塘特点 120
4.2.2兼性塘特点 121
4.2.3厌氧塘特点 121
4.2.4曝气稳定塘特点121
4.2.5深度处理塘（熟化塘）特点 122
4.3厌氧塘 122
4.3.1概述 122
4.3.2厌氧塘的工艺特点 122
4.3.3厌氧塘的功能特点 123
4.3.4厌氧塘中的污泥清除 124
4.3.5厌氧塘的气味管理 125
4.3.6厌氧塘的设计要求 125
4.3.7厌氧塘的设计计算 127
4.4兼性塘 130
4.4.1概述 130
4.4.2兼性塘的工艺特点 130
4.4.3兼性塘的功能特点 131
4.4.4兼性塘的设计要求 132
4.4.5兼性塘的设计计算 135
4.5曝气兼性塘 139
4.5.1概述 139
4.5.2曝气兼性塘的工艺特点 140
4.5.3曝气兼性塘的功能特点 140
4.5.4曝气兼性塘的设计要求 141
4.6完全混合曝气塘 142
4.6.1概述 142
4.6.2完全混合曝气塘的工艺特点 142
4.6.3完全混合曝气塘的功能特点 143
4.6.4完全混合曝气塘的设计要求 143
4.6.5完全混合曝气塘的设计计算 144
4.7熟化塘 149
4.7.1概述 149
4.7.2熟化塘的工艺特点 149
4.7.3熟化塘的功能特点 150
4.7.4熟化塘的设计要求 150
4.7.5熟化塘的设计计算 151
4.8集成式厌氧-兼性塘 153
4.8.1概述 153
4.8.2集成式厌氧-兼性塘的设计要求 153
4.9稳定塘的水力特征和设计要素 154
4.9.1概述 154
4.9.2稳定塘进水口 154
4.9.3稳定塘出水口 156
4.9.4挡板 157
4.9.5风对污泥沉积的影响 158
4.9.6紧急溢流 159
4.9.7超高 159
4.9.8溢水 160
4.9.9衬砌 160
4.9.10堤岸防护 161
4.10稳定塘的排泥 161
4.10.1概述 161
4.10.2工艺要求 162
4.10.3交通要求 163
4.10.4脱水和排水 164
4.10.5厌氧塘/厌氧区的排泥 164
4.11稳定塘的总体布置 165
4.11.1选址考量 165
4.11.2稳定塘的塘体与堤岸 166
思考题 166
参考文献 167

第5章生态沟渠 168
5.1生态沟渠概述 168
5.2生态沟渠适用性评估 169
5.2.1一般建设和管理因素 169
5.2.2环境条件 170
5.3生态沟渠的规划与设计流程 173
5.3.1规划与设计的一般因素 173
5.3.2规划与设计数据的收集 176
5.3.3设计流程与注意事项 176
5.4生态沟渠的设计计算 181
5.4.1降雨特征 181
5.4.2生态沟渠渠道断面尺寸 182
5.4.3水流深度和流速 183
5.4.4水力停留时间 185
5.5生态沟渠建设后的保护与维护 186
5.5.1植被种植前期工作 186
5.5.2植被覆盖目标与临时保护措施 186
5.5.3日常维护工作要点 187
5.5.4肥料的选择与使用 187
5.5.5沟渠沉积物及设施维护措施 187
思考题 187
参考文献188

第6章边坡修复 190
6.1边坡修复概述 190
6.2边坡的特征与修复基础 191
6.2.1边坡的类型与植被恢复的限制 191
6.2.2边坡的主要特征 192
6.2.3边坡的受损方式 192
6.2.4植被的护坡功能 192
6.2.5边坡植被恢复的关键环节 193
6.3边坡修复措施与技术 194
6.3.1水流管理 194
6.3.2裂缝管理 195
6.3.3滑坡下游区 196
6.3.4集水区 197
6.3.5滑坡主体 197
6.3.6边坡修复的复杂性 198
6.4边坡生态修复技术 199
6.4.1修复前的准备工作 199
6.4.2植草 201
6.4.3覆土固坡 210
6.4.4缓冲带建设 211
6.4.5保护性种植 213
6.4.6活桩和活枝捆垛 218
6.4.7活枝扦插层、活枝软石笼和活枝木格框墙 220
6.4.8活枝杆状排水 222
6.4.9（活枝）溢水墙、（活枝）篱笆和（岩石）植被护坡 223
6.4.10石笼网加固 226
6.4.11排泄水道 228
6.4.12集水池 230
6.4.13挡土墙 231
6.4.14拦沙坝 233
思考题 236
参考文献 236

第7章水土保持技术与实践 238
7.1水土保持概述 238
7.2水土保持基础 239
7.2.1土壤侵蚀原理 239
7.2.2土壤侵蚀的常见形式及特点 239
7.2.3影响土壤侵蚀的因素 240
7.2.4水土流失的危害 241
7.2.5水土保持的作用和意义 241
7.2.6水土保持遵循的原则 242
7.3水土保持工程措施 243
7.3.1鱼鳞坑、水平沟和水平阶 243
7.3.2斜坡固定工程 243
7.3.3梯田工程 245
7.3.4沟头防护工程 246
7.3.5谷坊工程 247
7.3.6淤地坝工程 248
7.3.7水窖 249
7.3.8蓄水池 249
7.4水土保持林草措施 250
7.4.1水土保持林草及其体系 250
7.4.2水土保持林造林规划 251
7.4.3林种与树种规划 252
7.4.4水土保持造林技术 252
7.4.5水土保持种草技术 255
7.5水土保持农业技术措施 257
7.5.1水土保持耕作措施 257
7.5.2水土保持栽培措施 259
7.5.3旱作农业节水技术 260
思考题 261
参考文献 262

第8章农业农村生态保护工程设计 263
8.1农业农村生态保护工程概述 263
8.2农业农村生态保护工程设计基本原理 265
8.2.1基本原则 265
8.2.2生态学理论 265
8.2.3图论和网络流理论 268
8.3农业农村生态保护工程设计方法概述 270
8.3.1农业农村生态保护工程空间特征 270
8.3.2结合空间特征的保护区地块选择方法 272
8.4农业农村生态保护工程最优化设计方法 276
8.4.1两个基本模型 276
8.4.2在基本模型中结合空间特征 278
8.4.3模型计算效率、参数赋值和使用基本流程 302
思考题 308
参考文献 308

第9章环境修复常用植物资源 312
9.1常用护坡植物 312
9.1.1常用草本护坡植物 312
9.1.2常用护坡灌木 315
9.1.3常用护坡乔木 318
9.2人工湿地常用植物 320
9.2.1常用浮叶植物 321
9.2.2常用挺水植物 323
9.2.3常用浮水植物 325
9.2.4常用沉水植物 326
9.2.5湿生植物 327
9.3空气和土壤修复常用植物 328
9.3.1常见大气污染修复植物资源 328
9.3.2常见土壤修复植物资源 330
思考题 332
参考文献 332

第10章生态保护修复成效评估 334
10.1评估原则 334
10.2评估流程 335
10.2.1确定评估周期 335
10.2.2准备评估资料 336
10.2.3评估计算分级 337
10.2.4编写技术报告 337
10.3评估指标体系 341
10.3.1重要生态系统面积 341
10.3.2生态连通度 342
10.3.3自然岸线保有率 343
10.3.4植被覆盖度 343
10.3.5环境质量 344
10.3.6生物多样性 344
10.3.7主导生态功能 346
10.3.8人为胁迫 349
10.3.9公众满意度 351
10.3.10特色指标 351
10.4成效评估 351
思考题 352
参考文献 352