Экологическая инженерия

редактировать
Использование экологии и инженерии для прогнозирования, проектирования, строительства или восстановления, а также управления экосистемами, которые объединяют «человеческое общество с его естественной средой для преимущество обоих: «

Экологическая инженерия использует экологию и инженерию для прогнозирования, проектирования, строительства или восстановления, а также управления экосистемами, которые объединяются» человеческое общество с его природной средой на благо обоих ».

Содержание

  • 1 Истоки, ключевые концепции, определения и применения
  • 2 Руководящие принципы проектирования, функциональные классы и принципы разработки
  • 3 Академическая программа (колледжи)
  • 4 Литература
  • 5 См. также
  • 6 Ссылки
  • 7 Внешние ссылки
    • 7.1 Организации
    • 7.2 Научные журналы

Истоки, ключевые концепции, определения и приложения

Экологическая инженерия возникла как новая идея в начале 1960-х годов, но потребовалось несколько десятилетий для уточнения ее определения и реализации. Русский язык все еще находится в процессе корректировки, и его широкое признание в качестве новой парадигмы произошло относительно недавно. Ховард Одум и другие представили экологическую инженерию как использование природных источников энергии в качестве основного ресурса для управления экологическими системами и управления ими. Истоки экологической инженерии лежат в работе Одума с экологическим моделированием и симуляцией экосистемы для захвата целостных макростатей потоков энергии и материалов, влияющих на эффективное использование ресурсов.

Митч и Йоргенсен суммировали пять основных концепций, которые отличают экологическую инженерию от других подходов к решению проблем на благо общества и природы: 1) она основана на самопроектировании способности экосистем ; 2) это может быть полевая (или кислотная) проверка экологических теорий; 3) опирается на системные подходы; 4) сохраняет невозобновляемые источники энергии ; и 5) он поддерживает экосистему и биологическое сохранение.

Митч и Йоргенсен первыми определили экологическую инженерию как проектирование социальных услуг, приносящих пользу обществу и природе, и позже отметили, что дизайн должен быть системным, устойчивым и интегрировать общество с его естественной средой.

Берген и др. определила экологическую инженерию как: 1) использование экологической науки и теории; 2) применимость ко всем типам экосистем; 3) адаптация методов инженерного проектирования; и 4) признание системы руководящих ценностей.

Барретт (1999) предлагает более буквальное определение термина: «проектирование, строительство, эксплуатация и управление (то есть инженерия) ландшафтных / водных структур и связанных с ними сообществ растений и животных (то есть экосистем) на благо человечества и, зачастую, природы ". Барретт продолжает: «другие термины с эквивалентными или аналогичными значениями включают экотехнологию и два термина, наиболее часто используемых в области борьбы с эрозией : биоинженерия почвы и биотехническая инженерия. Однако экологическая инженерия не должна применяться путают с «биотехнологией » при описании генной инженерии на клеточном уровне или «биоинженерией », означающим создание искусственных частей тела ».

Приложения в экологической инженерии можно разделить на 3 пространственных масштаба: 1) мезокосмы (от ~ 0,1 до сотен метров); 2) экосистемы (от ~ 1 до 10 км); и 3) региональные системы (>10 км). Сложность конструкции, вероятно, увеличивается с увеличением пространственного масштаба. Приложения становятся все шире и глубже и, вероятно, влияют на определение области, поскольку исследуются все больше возможностей для проектирования и использования экосистем как интерфейсов между обществом и природой. Внедрение экологической инженерии было сосредоточено на создании или восстановлении экосистем, от деградированных заболоченных земель до многоклеточных ванн и теплиц, в которых интегрированы микробиологические, рыбные и растительные услуги по переработке человеческих сточных вод в такие продукты, как удобрения, цветы и питьевая вода. Применение экологической инженерии в городах явилось результатом сотрудничества с другими областями, такими как ландшафтная архитектура, городское планирование и городское садоводство, для решения проблем здоровья человека и биоразнообразия, в соответствии с Целями устойчивого развития ООН, с комплексными проектами, такими как управление ливневыми стоками. Применение экологической инженерии в сельских ландшафтах включает обработку водно-болотных угодий и лесовосстановление сообществ с помощью традиционных экологических знаний. Пермакультура является примером более широких приложений, которые возникли как отдельные дисциплины от экологической инженерии, где Дэвид Холмгрен указывает на влияние Говарда Одума на развитие пермакультуры.

Руководства по проектированию, функциональные классы и принципы проектирования

Экологическое инженерное проектирование объединит экологию систем с процессом инженерного проектирования. Инженерное проектирование обычно включает формулировку проблемы (цель), анализ проблемы (ограничения), поиск альтернативных решений, решение среди альтернатив и спецификацию полного решения. Рамки временного дизайна представлены Matlock et al., Заявив, что проектные решения рассматриваются в экологическом времени. При выборе между альтернативами проект должен включать экологическую экономику в оценку проекта и признавать систему руководящих ценностей, которая способствует сохранению биологических ресурсов, приносит пользу обществу и природе.

Экологическая инженерия использует экологию системы с инженерным проектированием, чтобы получить целостное представление о взаимодействиях внутри и между обществом и природой. Моделирование экосистемы с помощью Energy Systems Language (также известного как язык энергетических цепей или energese) Ховарда Одума является одной из иллюстраций этого подхода к системной экологии. Эта целостная разработка и моделирование модели определяет интересующую систему, определяет границы системы и схематично показывает, как энергия и материалы перемещаются в, внутри и из системы, чтобы определить, как использовать возобновляемые ресурсы через процессы экосистемы и повысить устойчивость. Система, которую он описывает, представляет собой набор (то есть группу) компонентов (то есть частей), связанных определенным типом взаимодействия или взаимосвязи, которые коллективно реагируют на некоторый стимул или требование и выполняют определенную цель или функцию. Понимая системную экологию, инженер-эколог может более эффективно проектировать с использованием компонентов и процессов экосистемы в проекте, использовать возобновляемые источники энергии и ресурсов и повышать устойчивость.

Митч и Йоргенсен определили пять функциональных классов для экологических инженерных проектов:

  1. Экосистема, используемая для уменьшения / решения проблемы загрязнения. Пример: фиторемедиация, водно-болотные угодья и биологическое удержание ливневой воды для фильтрации избыточных питательных веществ и загрязнения металлами
  2. Экосистема имитируется или копируется для решения ресурсной проблемы. Пример: восстановление лесов, замена водно-болотных угодий и установка дождевых садов на улице для расширения навеса и оптимизации охлаждения жилых и городских районов
  3. Экосистема восстановлена ​​после нарушения. Пример: восстановление шахтных земель, восстановление озер и восстановление русловых водоемов со зрелыми прибрежными коридорами
  4. Экосистема, измененная экологически безопасным образом. Пример: выборочная заготовка древесины, биоманипуляция и введение хищных рыб для сокращения количества планктоноядных рыб, увеличения зоопланктона, потребления водорослей или фитопланктона и осветления воды.
  5. Экосистемы используются с пользой без нарушения баланса. Пример: устойчивые агроэкосистемы, многовидовая аквакультура и внедрение участков агролесоводства в жилую недвижимость для создания первичной продукции на нескольких вертикальных уровнях.

Митч и Йоргенсен определили 19 принципов проектирования для экологической инженерии, но ожидается, что не все они внесут вклад в какой-либо один дизайн:

  1. Структура и функции экосистемы определяются принудительными функциями системы;
  2. Энергия, поступающая в экосистемы, и доступное хранилище экосистемы ограничены;
  3. Экосистемы являются открытыми и диссипативными системами (не термодинамический баланс энергии, вещества, энтропии, а спонтанное появление сложной хаотической структуры);
  4. Внимание к ограниченному числу управляющих / контролирующих факторов является наиболее стратегическим в предотвращении загрязнения или восстановлении экосистем;
  5. Экосистема обладает некоторой гомеостатической способностью, которая приводит к сглаживанию и подавлению эффектов сильно изменчивых входов;
  6. Сопоставление путей рециркуляции со скоростью e косистем и уменьшить воздействие загрязнения;
  7. Проектирование импульсных систем, где это возможно;
  8. Экосистемы - это самопроектируемые системы;
  9. Процессы экосистем имеют характерные временные и пространственные масштабы, которые должны быть учитываются в управлении окружающей средой;
  10. следует отстаивать биоразнообразие, чтобы поддерживать способность экосистемы самостоятельно проектировать;
  11. Экотоны, переходные зоны, так же важны для экосистем, как и мембраны для клеток;
  12. Связь между экосистемами должна использоваться везде, где это возможно;
  13. Компоненты экосистемы взаимосвязаны, взаимосвязаны и образуют сеть; рассматривать как прямые, так и косвенные усилия по развитию экосистемы;
  14. Экосистема имеет историю развития;
  15. Экосистемы и виды наиболее уязвимы на своих географических границах;
  16. Экосистемы иерархические системы и являются частями более широкого ландшафта;
  17. Физические и биологические процессы интерактивны, важно знать как физические, так и биологические взаимодействия и правильно их интерпретировать;
  18. Экотехнология требует целостный подход, который, насколько это возможно, объединяет все взаимодействующие части и процессы;
  19. Информация в экосистемах хранится в структурах.

Митч и Йоргенсен определили следующие соображения перед внедрением экологического инженерного проекта:

  • Создание концептуального модель определения частей природы, связанных с проектом;
  • Реализовать компьютерную модель для моделирования воздействий и неопределенности проекта;
  • Оптимизировать проект, чтобы уменьшить неопределенность и увеличить полезное воздействие s.

Академическая программа (колледжи)

Предложена академическая учебная программа по экологической инженерии, и учебные заведения по всему миру начинают программы. Ключевые элементы этой учебной программы: экологическая инженерия ; системная экология ; реставрационная экология ; экологическое моделирование ; количественная экология; экономика экологической инженерии и технические факультативы.

Этот набор курсов дополняют предварительные курсы по физическим, биологическим и химическим предметам, а также опыт комплексного проектирования. Согласно Мэтлоку и др., Дизайн должен определять ограничения, характеризовать решения в экологическом времени и включать экологическую экономику в оценку дизайна. Экономика экологической инженерии была продемонстрирована с использованием принципов энергетики для водно-болотных угодий и с использованием оценки питательных веществ для молочной фермы

Литература

См. также

Ссылки

Внешние ссылки

На Wikiversity вы можете узнать больше и рассказать другим о Ecological ru инженерное дело в Департаменте экологической инженерии

Организации

Научные журналы

Последняя правка сделана 2021-05-18 06:02:49
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте