Ekolojik mühendislik - Ecological engineering

Ayrıca bakınız: Çevre mühendisliği
Combino VAG veya Rasengleis.jpg

Ekolojik mühendislik kullanan ekolojiyi ve mühendislik tahmin etmek, tasarım, yapıyı veya geri yükleme ve yönetmek ekosistemleri "entegre insan toplumu kendi ile doğal çevre hem yararına".

Kökenler, temel kavramlar, tanımlar ve uygulamalar

Ekoloji mühendisliği 1960'ların başında yeni bir fikir olarak ortaya çıktı, ancak tanımının düzeltilmesi birkaç on yıl aldı, uygulanması hala ayarlanıyor ve yeni bir paradigma olarak daha geniş kabul görmesi nispeten yeni. Ekolojik mühendislik, Howard Odum ve diğerleri tarafından, çevresel sistemleri manipüle etmek ve kontrol etmek için baskın girdi olarak doğal enerji kaynaklarını kullanmak olarak tanıtıldı . Ekolojik mühendisliğin kökenleri, kaynakların verimli kullanımını etkileyen enerji ve malzeme akışlarının bütünsel makro modellerini yakalamak için Odum'un ekolojik modelleme ve ekosistem simülasyonu ile yaptığı çalışmalarda yatar.

Mitsch ve Jorgensen, ekolojik mühendisliği, toplum ve doğaya fayda sağlamak için sorunları ele almaya yönelik diğer yaklaşımlardan ayıran beş temel kavramı özetledi: 1) ekosistemlerin kendi kendini tasarlama kapasitesine dayanır ; 2) ekolojik teorilerin saha (veya asit) testi olabilir; 3) sistem yaklaşımlarına dayanır; 4) yenilenemeyen enerji kaynaklarını korur ; ve 5) ekosistemi ve biyolojik korumayı destekler .

Mitsch ve Jorgensen, ekolojik mühendisliği, toplumsal hizmetleri topluma ve doğaya fayda sağlayacak şekilde tasarlamak olarak tanımlayan ilk kişilerdi ve daha sonra tasarımın sistem tabanlı, sürdürülebilir ve toplumu doğal çevresiyle bütünleştirmesi gerektiğini belirttiler.

Bergen et al. ekolojik mühendisliği şu şekilde tanımlamıştır: 1) ekolojik bilim ve teoriden yararlanma; 2) her tür ekosisteme başvurmak; 3) mühendislik tasarım yöntemlerini uyarlamak; ve 4) yol gösterici bir değer sisteminin kabul edilmesi.

Barrett (1999), terimin daha gerçek bir tanımını sunar: "Peyzaj/su yapılarının ve ilgili bitki ve hayvan topluluklarının (yani ekosistemlerin) tasarımı, inşası, işletilmesi ve yönetimi (yani mühendislik), insanlığa fayda sağlamak ve, çoğu zaman doğa." Barrett şöyle devam ediyor: "eşdeğer veya benzer anlamlara sahip diğer terimler ekoteknolojiyi ve erozyon kontrol alanında en sık kullanılan iki terimi içerir : toprak biyomühendisliği ve biyoteknik mühendisliği. Bununla birlikte, hücrede genetik mühendisliğini tanımlarken ekolojik mühendislik " biyoteknoloji " ile karıştırılmamalıdır. seviye veya ' biyomühendislik ' yapay vücut parçalarının yapımı anlamına gelir."

Ekolojik mühendislikteki uygulamalar 3 uzaysal ölçekte sınıflandırılabilir: 1) mezokozmos (~0,1 ila yüzlerce metre); 2) ekosistemler (~1 ila 10s km); ve 3) bölgesel sistemler (>10s km). Tasarımın karmaşıklığı muhtemelen mekansal ölçekle artar. Ekosistemleri toplum ve doğa arasındaki arayüzler olarak tasarlamak ve kullanmak için daha fazla fırsat keşfedildikçe, uygulamalar genişlik ve derinlikte artıyor ve muhtemelen alanın tanımını etkiliyor. Ekolojik mühendisliğin uygulanması, bozulmuş sulak alanlardan çok hücreli küvetlere ve insan atık suyunu gübre, çiçek ve içme suyu gibi ürünlere dönüştürmek için mikrobiyal, balık ve bitki hizmetlerini entegre eden seralara kadar ekosistemlerin yaratılması veya restorasyonuna odaklanmıştır . Kentlerdeki ekolojik mühendislik uygulamaları, yağmur suyu yönetimi gibi bütünsel projelerle BM Sürdürülebilir Kalkınma Hedefleri tarafından hedeflenen insan sağlığı ve biyoçeşitliliği ele almak için peyzaj mimarlığı , kentsel planlama ve kentsel bahçecilik gibi diğer alanlarla işbirliğinden ortaya çıkmıştır . Ekolojik mühendisliğin kırsal alanlardaki uygulamaları, sulak alanların işlenmesini ve geleneksel ekolojik bilgi yoluyla toplulukların yeniden ağaçlandırılmasını içermektedir . Permakültür , David Holmgren'in permakültürün gelişiminde Howard Odum'un etkisine atıfta bulunduğu, ekolojik mühendislikten farklı disiplinler olarak ortaya çıkan daha geniş uygulamaların bir örneğidir .

Tasarım yönergeleri, işlevsel sınıflar ve tasarım ilkeleri

Ekolojik mühendislik tasarımı, sistem ekolojisini mühendislik tasarımı süreciyle birleştirecektir . Mühendislik tasarımı tipik olarak problem formülasyonunu (hedef), problem analizini (kısıtlamaları), alternatif çözüm aramayı, alternatifler arasında karar vermeyi ve eksiksiz bir çözümün belirtilmesini içerir. Matlock ve diğerleri, tasarım çözümlerinin ekolojik zamanda dikkate alındığını belirten geçici bir tasarım çerçevesi sunmaktadır. Alternatifler arasında seçim yaparken tasarım , tasarım değerlendirmesinde ekolojik ekonomiyi içermeli ve biyolojik korumayı teşvik eden, toplum ve doğaya fayda sağlayan bir kılavuz değer sistemini kabul etmelidir .

Ekolojik mühendislik , toplum ve doğa içindeki ve arasındaki etkileşimlerin bütünsel bir görünümünü elde etmek için mühendislik tasarımı ile sistem ekolojisini kullanır . Howard Odum'un Energy Systems Language (enerji devre dili veya energese olarak da bilinir) ile ekosistem simülasyonu , bu sistem ekolojisi yaklaşımının bir örneğidir. Bu bütünsel model geliştirme ve simülasyon, ilgilenilen sistemi tanımlar, sistemin sınırlarını tanımlar ve ekosistem süreçleri yoluyla yenilenebilir kaynakların nasıl kullanılacağını belirlemek ve sürdürülebilirliği artırmak için enerji ve malzemenin bir sistemin içine, içine ve dışına nasıl hareket ettiğini diyagramlar. Tanımladığı sistem, bir tür etkileşim veya karşılıklı ilişki ile birbirine bağlanan, toplu olarak bazı uyaranlara veya talebe yanıt veren ve belirli bir amaç veya işlevi yerine getiren bileşenlerin (yani, parçaların) bir koleksiyonudur (yani gruptur). Ekolojik mühendis, sistem ekolojisini anlayarak, tasarım içindeki ekosistem bileşenleri ve süreçleriyle daha verimli tasarım yapabilir, yenilenebilir enerji ve kaynakları kullanabilir ve sürdürülebilirliği artırabilir.

Mitsch ve Jorgensen, ekolojik mühendislik tasarımları için beş İşlevsel Sınıf belirledi:

  1. Kirlilik sorununu azaltmak/çözmek için kullanılan ekosistem. Örnek: aşırı besin maddelerini ve metal kirliliğini filtrelemek için bitki ıslahı, atık su sulak alanı ve yağmur suyunun biyolojik olarak tutulması
  2. Kaynak sorununu çözmek için ekosistem taklit edildi veya kopyalandı. Örnek: orman restorasyonu, sulak alanların değiştirilmesi ve konut ve kentsel soğutmayı optimize etmek için gölgelik örtüsünü genişletmek için sokak kenarı yağmur bahçelerinin kurulması
  3. Ekosistem bozulmadan sonra düzeldi. Örnek: maden arazisi restorasyonu, göl restorasyonu ve olgun nehir kıyısı koridorlarıyla kanal sucul restorasyonu
  4. Ekosistem ekolojik olarak sağlam bir şekilde değiştirildi. Örnek: seçici kereste hasadı, biyomanipülasyon ve planktivor balıkları azaltmak, zooplanktonu artırmak, alg veya fitoplankton tüketmek ve suyu berraklaştırmak için yırtıcı balıkların tanıtılması.
  5. Dengeyi bozmadan fayda amaçlı kullanılan ekosistemler. Örnek: sürdürülebilir tarımsal ekosistemler, çok türlü su ürünleri yetiştiriciliği ve birden çok dikey düzeyde birincil üretim üretmek için tarımsal ormancılık arazilerinin konut mülküne dahil edilmesi.

Mitsch ve Jorgensen, ekolojik mühendislik için 19 Tasarım İlkesi belirledi, ancak hepsinin tek bir tasarıma katkıda bulunması beklenmiyor:

  1. Ekosistem yapısı ve işlevi, sistemin işlevleri zorlanarak belirlenir;
  2. Ekosistemlere enerji girdileri ve ekosistemin mevcut depolaması sınırlıdır;
  3. Ekosistemler açık ve enerji tüketen sistemlerdir (enerji, madde, entropinin termodinamik dengesi değil, karmaşık, kaotik yapının kendiliğinden ortaya çıkması);
  4. Sınırlı sayıda düzenleyici/kontrol edici faktöre dikkat, kirliliği önlemede veya ekosistemleri eski haline getirmede en stratejik olanıdır;
  5. Ekosistem, güçlü değişken girdilerin etkilerini yumuşatmak ve bastırmakla sonuçlanan bir miktar homeostatik yeteneğe sahiptir;
  6. Geri dönüşüm yollarını ekosistemlerin oranlarıyla eşleştirin ve kirlilik etkilerini azaltın;
  7. Mümkün olan her yerde darbeli sistemler için tasarım;
  8. Ekosistemler kendi kendini tasarlayan sistemlerdir;
  9. Ekosistemlerin süreçleri, çevre yönetiminde hesaba katılması gereken karakteristik zaman ve mekan ölçeklerine sahiptir;
  10. Bir ekosistemin kendi kendini tasarlama kapasitesini sürdürmek için biyoçeşitlilik savunulmalıdır;
  11. Ekotonlar, yani geçiş bölgeleri, hücreler için zarlar kadar ekosistemler için de önemlidir;
  12. Ekosistemler arasındaki eşleşme, mümkün olan her yerde kullanılmalıdır;
  13. Bir ekosistemin bileşenleri birbirine bağlıdır, birbiriyle ilişkilidir ve bir ağ oluşturur; ekosistem gelişiminin doğrudan ve dolaylı çabalarını dikkate almak;
  14. Bir ekosistemin bir gelişim geçmişi vardır;
  15. Ekosistemler ve türler, coğrafi sınırlarında en savunmasızdır;
  16. Ekosistemler hiyerarşik sistemlerdir ve daha büyük bir peyzajın parçalarıdır;
  17. Fiziksel ve biyolojik süreçler etkileşimlidir, hem fiziksel hem de biyolojik etkileşimleri bilmek ve bunları doğru bir şekilde yorumlamak önemlidir;
  18. Eko-teknoloji, etkileşim halindeki tüm parçaları ve süreçleri mümkün olduğunca bütünleştiren bütünsel bir yaklaşım gerektirir;
  19. Ekosistemlerdeki bilgiler yapılarda depolanır.

Mitsch ve Jorgensen, bir ekolojik mühendislik tasarımını uygulamadan önce aşağıdaki hususları belirledi:

  • Projeye bağlı doğanın parçalarını belirlemek için kavramsal model oluşturun;
  • Projenin etkilerini ve belirsizliğini simüle etmek için bir bilgisayar modeli uygulayın;
  • Belirsizliği azaltmak ve faydalı etkileri artırmak için projeyi optimize edin.

Akademik müfredat (kolejler)

Ekolojik mühendislik için akademik bir müfredat önerildi ve dünyanın dört bir yanındaki kurumlar programlara başlıyor. Bu müfredatın temel unsurları şunlardır: çevre mühendisliği ; sistem ekolojisi ; restorasyon ekolojisi ; ekolojik modelleme ; nicel ekoloji; ekolojik mühendislik ekonomisi ve teknik seçmeli dersler .

Bu ders setini tamamlayanlar, fiziksel, biyolojik ve kimyasal konu alanlarındaki önkoşul dersleri ve entegre tasarım deneyimleridir. Matlock ve arkadaşlarına göre tasarım, kısıtlamaları tanımlamalı, çözümleri ekolojik zamanda tanımlamalı ve tasarım değerlendirmesinde ekolojik ekonomiyi içermelidir. Ekolojik mühendisliğin ekonomisi, bir sulak alan için enerji ilkeleri kullanılarak ve bir süt çiftliği için besin değerlendirmesi kullanılarak kanıtlanmıştır.

Edebiyat

  • Howard T. Odum (1963), "İnsan ve Ekosistem" Bildirileri, Banliyö Ormanı ve Ekolojisi üzerine Lockwood Konferansı, içinde: Bulletin Connecticut Agric. İstasyon .
  • WJ Mitsch ve SE Jørgensen (1989). Ekolojik Mühendislik: Ekoteknolojiye Giriş . New York: John Wiley ve Oğulları .
  • WJ Mitsch (1993), Ekolojik mühendislik—"gezegensel yaşam-destek sistemleri ile işbirliğine dayalı bir rol . Çevre Bilimi ve Teknolojisi 27:438-445.
  • KR Barrett (1999). "Su kaynaklarında ekoloji mühendisliği: Doğayla işbirliği yapmanın faydaları". Su Uluslararası . 24 : 182–188. doi : 10.1080/02508069908692160 .
  • PC Kangas (2004). Ekolojik Mühendislik: İlkeler ve Uygulama . Boca Raton, Florida: Lewis Publishers, CRC Press . ISBN'si 978-1566705998.
  • WJ Mitsch ve SE Jørgensen (2004). Ekolojik Mühendislik ve Ekosistem Restorasyonu . New York: John Wiley ve Oğulları. ISBN'si 978-0471332640.
  • HD van Bohemen (2004), Ekolojik Mühendislik ve İnşaat Mühendisliği çalışmaları , Doktora tezi TU Delft, Hollanda.
  • D. Kütle; JL Chotte; E. Kapsam (2015). "Kurak ve yarı kurak Batı Afrika bölgelerinde sürdürülebilir tarım için ekoloji mühendisliği" . CSFD'nin Fiche thématique du (11): 2.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar

Organizasyonlar

Bilimsel dergiler