人工水景觀的生態(tài)處理與應(yīng)用研究

李傳志  胡鳴鏑　　（武漢市建筑設(shè)計(jì)院，武漢 430014）

　　摘  要： 通過(guò)介紹生態(tài)處理在人工水景觀水質(zhì)維護(hù)中的應(yīng)用實(shí)例，分析其工藝選擇與設(shè)計(jì)、工藝參數(shù)與工藝流程，闡述生態(tài)處理的低成本特點(diǎn)及其優(yōu)越性。生態(tài)處理的水質(zhì)凈化方法為人工景觀水體的低成本維護(hù)提供了可能性，生態(tài)濕地與水景水體結(jié)合，可以營(yíng)造出一個(gè)更自然更優(yōu)美的人工水景。

　　關(guān)鍵詞：生態(tài)處理  水景觀  水質(zhì)  復(fù)合型垂直流  人工濕地

　　前言

　　隨著人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)環(huán)境景觀提出了更高的要求，越來(lái)越講究環(huán)境的舒適、美觀。水景居住區(qū)得到了消費(fèi)者的青睞，受到了社會(huì)的追捧。水也是營(yíng)造中國(guó)園林的一個(gè)重要元素。

　　水體是園林藝術(shù)中不可缺少的、最富魅力的一種園林要素。有水則靈是對(duì)水景的高度概括，水體在園林景觀中的地位，越來(lái)越重要。古人稱(chēng)水為園林中的“血液”、 “靈魂”。水在庭園設(shè)計(jì)中是畫(huà)龍點(diǎn)睛之筆，在各種風(fēng)格的園林中，水體均有不可替代的作用。包括：人工湖、戲水池、噴泉等。

　　1 問(wèn)題的存在

　　目前的居住區(qū)水景，大都存在重形式輕文化內(nèi)涵重人工，輕自然；重投資回報(bào)，輕實(shí)用經(jīng)濟(jì)與后期管養(yǎng)等問(wèn)題。在水景觀建設(shè)時(shí)一味強(qiáng)調(diào)美觀，卻常常忽視水景的節(jié)能和維護(hù)，導(dǎo)致水景建成后因運(yùn)行成本過(guò)高而干涸停用，變成擺設(shè)，不僅沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)的美好初衷，甚至成為蚊蟲(chóng)滋生的場(chǎng)所。

　　看上去很美的居住小區(qū)水景為什么總是好景不長(zhǎng)呢？導(dǎo)致這一尷尬的原因，不能簡(jiǎn)單的歸咎于物業(yè)管理的失職，“漂亮水景”設(shè)計(jì)上的重大缺陷，才是真正的始作俑者。

　　2 原因分析

　　為了解決居住區(qū)水景在前期設(shè)計(jì)與后期養(yǎng)護(hù)之間存在的矛盾與問(wèn)題，事實(shí)上，水體要有自我凈化能力，必須首先構(gòu)成一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。然而，絕大多數(shù)小區(qū)水景只能依靠耗水費(fèi)電的方式來(lái)人工維系，而這顯然是一種不經(jīng)濟(jì)的方式，由此而引發(fā)業(yè)主和物業(yè)之間的費(fèi)用爭(zhēng)議，甚至淪為“積水養(yǎng)蚊”的美麗代價(jià)也就并不奇怪了。從這個(gè)角度來(lái)看，不符合生態(tài)規(guī)律的高耗能小區(qū)水景本來(lái)就是一種難以持續(xù)的假景觀，只有在小區(qū)規(guī)劃和設(shè)計(jì)之初便把生態(tài)、節(jié)能和可持續(xù)性考慮在內(nèi)，小區(qū)水景成“美麗負(fù)擔(dān)”的尷尬才有望避免。

　　一般居住區(qū)水景大致可分為兩種主要形式：一個(gè)是自然水景、另一個(gè)是人工水景。他們各有各的特征：

　　自然水景：其優(yōu)點(diǎn)在于幾乎沒(méi)有建筑成本，但難以按照人們意愿隨意改造，不能真正將居住區(qū)建筑真正融合在其中。

　　人工水景：其優(yōu)點(diǎn)是能夠與居住環(huán)境充分融合，把自己居住的建筑和自己周?chē)木坝^（景觀包含整個(gè)小區(qū)的園林，綠化和水）和人融為一體，更符合人們所需要的親和力和整個(gè)環(huán)境的生態(tài)性。而且符合安全的水域人們還可以參與其中，真正體現(xiàn)親水性，比較人性化；人工水景的缺點(diǎn)是存在建造成本的問(wèn)題，特別是后期養(yǎng)護(hù)成本。

　　對(duì)于一般居住區(qū)人工水景，出于成本考慮，大多設(shè)計(jì)為裝飾水景，因此居住區(qū)人工水景水體的設(shè)計(jì)一般都比較淺，只有2０～4０cm。過(guò)淺的水體接受陽(yáng)光的照射時(shí)，溫度提升快，水體中的雜物發(fā)酵也快，澡類(lèi)生長(zhǎng)自然也是要加快的。

　　目前居住區(qū)水景在設(shè)計(jì)中普遍存在設(shè)計(jì)與治理缺少同步考慮的問(wèn)題。由于專(zhuān)業(yè)不同，目前景觀或園林的水景設(shè)計(jì)，一般只考慮景觀手法和文化表現(xiàn)，很少考慮水質(zhì)治理問(wèn)題。由于一般人工景觀水體（噴泉和倒影池）沒(méi)有按自然水理設(shè)計(jì)，大多是一個(gè)基本封閉的系統(tǒng)，幾無(wú)自凈能力，且其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理，加上外來(lái)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸入，隨著時(shí)間的推移必將產(chǎn)生富營(yíng)養(yǎng)化，最終使水體變得混濁不堪，甚至發(fā)臭、發(fā)黑，嚴(yán)重影響水體美觀。

　　居住區(qū)人工景觀的水質(zhì)首先要求清澈，無(wú)色無(wú)異味。水景觀如果沒(méi)有良好的水質(zhì)作保證，就談不上美感。為此，在夏季日照正常的地區(qū)，一般7－15天需換水清理一次。主要原因一是塵土飄落導(dǎo)致濁度升高，更重要的是由于藻類(lèi)滋生使?jié)岫扰c色度影響觀感，以至達(dá)到感官難以接受的程度。研究表明，當(dāng)水中總磷濃度超過(guò) 0.015mg/l，氮濃度超過(guò)0.3mg/l時(shí)，藻類(lèi)便會(huì)大量繁殖，從而成為水質(zhì)惡化的首要原因。抑制藻類(lèi)有效的方法一般是向水中投加硫酸銅，但效果并不顯著。就問(wèn)題的根本解決，仍是如何去除N和P。

　　但是居住區(qū)的人工景觀水體水深度往往低于1.5米，常常不能形成水體的自凈能力和應(yīng)有的生態(tài)效應(yīng)。特別是倒影池，為了節(jié)省充水費(fèi)用，一般只有 2０～3０cm深度，其自凈能力往往只能從水體外部取得，采用傳統(tǒng)的水質(zhì)處理方法，必然成本較高，在物業(yè)管理費(fèi)用有限的條件下難于維持其正常的功能和水景效果。

　　3 生態(tài)處理

　　居住區(qū)人工水景觀存在的最主要問(wèn)題可歸結(jié)為水景需水量較大，因水質(zhì)惡化而采取的處理、清理、換水工作成本高，物業(yè)管理困難。水景觀建設(shè)面臨著如下幾個(gè)困擾：一是水資源的短缺使自來(lái)水的使用受到當(dāng)?shù)卣块T(mén)政策方面的限制，如許多地方政府規(guī)定，住宅小區(qū)景觀環(huán)境用水應(yīng)當(dāng)使用雨水或者再生水，不得使用自來(lái)水，而且對(duì)自備井的控制也越來(lái)越嚴(yán)格，這就使水景觀要面臨水源問(wèn)題；二是即使可以使用自來(lái)水，自來(lái)水水價(jià)的持續(xù)上漲也使業(yè)主難以承受，物業(yè)管理壓力增大；三是水體換水清洗工作繁重，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且運(yùn)行維護(hù)成本高，導(dǎo)致不少水體只能成為”節(jié)日水景”，長(zhǎng)期閑置甚至廢棄，結(jié)果是得不償失。

　　簡(jiǎn)單地說(shuō)，生態(tài)水處理（Ecological Water Treatment）就是在水域內(nèi)或水域邊人為地建立起一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，無(wú)需人類(lèi)的外在干預(yù)，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)能適應(yīng)外界環(huán)境對(duì)它的影響，處在原始的生態(tài)平衡狀態(tài)，和人類(lèi)共生共存。這個(gè)看似簡(jiǎn)單的過(guò)程卻需要在施實(shí)之前，進(jìn)行縝密地規(guī)劃設(shè)計(jì)。

　　與以往單一目的的水體治理不同，現(xiàn)代水景空間規(guī)劃要以生態(tài)理論作為規(guī)劃的指導(dǎo)思想，將涉及水景生態(tài)的所有問(wèn)題，如堤岸、濕地、湖泊、集水區(qū)、植被、水生植物等加以考慮，制定綜合規(guī)劃，從而達(dá)到水域生態(tài)穩(wěn)定的目的。水景空間是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，它既包括河流、湖泊等水體本身的空間，也包括與水體生態(tài)相關(guān)的灘地、濕地、坡地、地下水、植被、水生生物等自然元素。從生態(tài)角度出發(fā)，應(yīng)當(dāng)是多學(xué)科相結(jié)合的結(jié)果，要求水文、水利、生態(tài)、環(huán)境、景觀、植物、動(dòng)物等不同學(xué)科的融合，共同實(shí)現(xiàn)生態(tài)建設(shè)的目標(biāo)。

　　生態(tài)學(xué)是一門(mén)邊緣學(xué)科，它所涉及的領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，有氣象學(xué)、水文學(xué)、環(huán)境土壤學(xué)、環(huán)境地質(zhì)學(xué)、環(huán)境毒理學(xué)、環(huán)境化學(xué)、環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)、環(huán)境社會(huì)學(xué)、環(huán)境微生物學(xué)、環(huán)境最優(yōu)化、植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、生物生理學(xué)、環(huán)境概率統(tǒng)計(jì)學(xué)、環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)等等。

　　氣候條件與水生物種情況緊密相連，不同的地域，氣候不同，降水量也不同，會(huì)顯著影響生物的分布情況和生物的種類(lèi)。根據(jù)當(dāng)?shù)氐奈锓N，選擇適合培養(yǎng)的生物，能適應(yīng)當(dāng)?shù)氐纳姝h(huán)境，或耐旱、或耐澇、亦或耐低溫、耐高溫、耐堿、耐酸。在選擇物種的同時(shí)，還必須兼顧這些生物在水生生態(tài)系統(tǒng)中生態(tài)功能，不僅能使整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，還必須對(duì)整個(gè)水體有著凈化功能。雖然水生植物都能吸收水中的無(wú)機(jī)鹽，其在陽(yáng)光作用下，通過(guò)光合作用為生態(tài)系統(tǒng)中的其他生物直接或間接的提供食物，但是不同的水生植物對(duì)不同的無(wú)機(jī)鹽在吸收能力上不盡相同，必須依據(jù)實(shí)際水源的水質(zhì)，科學(xué)合理地選擇水生植物。水生動(dòng)物是生態(tài)系統(tǒng)中的消費(fèi)者，離開(kāi)它，整個(gè)生物鏈不能很好地循環(huán)。如果數(shù)量過(guò)多將導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者（水生植物）大大減少，生物鏈出現(xiàn)斷裂；如果數(shù)量過(guò)少，生產(chǎn)者（水生植物）大量繁殖泛濫，生態(tài)系統(tǒng)也不會(huì)穩(wěn)定；這些都會(huì)影響生物鏈的正常運(yùn)行。水生動(dòng)物的數(shù)量一定要經(jīng)過(guò)科學(xué)地計(jì)算，并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定。所有這些都要綜合考慮。

　　4 應(yīng)用實(shí)例

　　百步亭花園是一個(gè)大型居住區(qū)，百步亭5期4#地項(xiàng)目規(guī)劃總用地面積11.95萬(wàn)平方米。其中居住凈用地面積8.54萬(wàn)平方米，公共綠化面積3.41萬(wàn)平方米，水景面積約4,244平方米。小區(qū)設(shè)計(jì)主要由多層、高層住宅、商業(yè)建筑及公共服務(wù)設(shè)施等組成，規(guī)劃總建筑面積16.65萬(wàn)平方米，居住戶數(shù)1567 戶，居住人數(shù)5487人。

　　4.1 水環(huán)境分析

　　百步亭5期4#地項(xiàng)目規(guī)劃小區(qū)的水景采用水體循環(huán)維持水質(zhì)清潔，收集雨水作為小區(qū)水景觀補(bǔ)水水源。依據(jù)規(guī)劃，小區(qū)內(nèi)水域面積約4,244平方米，每年需補(bǔ)充水量為4600m3。

　　景觀水質(zhì)首先要求清澈無(wú)色無(wú)異味。水景觀如果沒(méi)有良好的水質(zhì)作保證，就談不上美感。為此，在夏季日照正常的地區(qū)，一般7－15天需換水清理一次。其原因一是塵土飄落導(dǎo)致濁度升高，更重要的是因?yàn)樵孱?lèi)滋生使?jié)岫扰c色度影響觀感，以至達(dá)到感官難以接受的程度。

　　研究表明，當(dāng)水中總磷濃度超過(guò)0.015mg/l，氮濃度超過(guò)0.3 mg/l時(shí)，藻類(lèi)便會(huì)大量繁殖，從而成為水質(zhì)惡化的首要原因。抑制藻類(lèi)有效的方法一般是向水中投加硫酸銅，但效果并不顯著。問(wèn)題的根本解決仍是如何去除N 和P，以降低水中N、P濃度，就可以較好地解決這一問(wèn)題。

　　根據(jù)一般景觀水體運(yùn)行水質(zhì)分析，景觀水體的水質(zhì)維持主要是需要控制藻類(lèi)的過(guò)度生長(zhǎng)以及水體中的SS、COD、BOD5、TN、TP等污染物的含量，保持水體水質(zhì)的低有機(jī)物和N、P濃度。根據(jù)國(guó)內(nèi)外類(lèi)似水體水質(zhì)保持的經(jīng)驗(yàn)，一般按每十天循環(huán)一次，基本上可以實(shí)現(xiàn)水體水質(zhì)的清潔程度不變。

　　4.2 工藝選擇

　　對(duì)于控制藻類(lèi)，可重點(diǎn)去除水中的磷。去除P的方法有生物法、氧化法、化學(xué)沉淀法以及物理膜處理方法等。其中投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用最低的是生物法，但在水景旁建造一座生物處理構(gòu)筑物一般是不可能的。

　　水質(zhì)凈化的措施一般主要包括活性污泥法、生物膜法和人工濕地法等。與人工濕地法相比，活性污泥法與生物膜法的優(yōu)點(diǎn)是占地面積少，但缺點(diǎn)是投資成本高，無(wú)論是前期的基礎(chǔ)建設(shè)的投資還是后期系統(tǒng)運(yùn)行成本都比較高，平均處理成本為0.8～1.0元/立方米左右。而且活性污泥法與生物膜法類(lèi)的生物處理不可避免有氣味散發(fā)，同時(shí)運(yùn)行管理水平也要求較高。

　　人工濕地法相對(duì)于活性污泥法與生物膜法，雖然它的占地面積相對(duì)要多一些，但建設(shè)投資成本比較低，特別是后期系統(tǒng)運(yùn)行成本非常低廉。在土地條件許可的情況下，人工濕地法是一種可以優(yōu)先選擇的水質(zhì)凈化方法。

　　人工濕地是由植物等組成的污水處理系統(tǒng)，建成之后，除了具有污水處理功能外，表面上它還是一個(gè)十分漂亮的生態(tài)景觀。人工濕地能和百步亭5期4#地小區(qū)周?chē)钠渌G化生態(tài)環(huán)境相互融合。建成后的人工濕地，不僅僅是一個(gè)污水處理系統(tǒng)，它還可以成為一個(gè)旅游生態(tài)景觀、環(huán)保教育基地、鳥(niǎo)類(lèi)繁養(yǎng)的棲息地，也可以成為人們的休閑娛樂(lè)場(chǎng)所。

　　根據(jù)小區(qū)規(guī)劃以及室外景觀總體設(shè)計(jì)與環(huán)境管理要求，百步亭5期4#地小區(qū)景觀水體的水質(zhì)維護(hù)處理選用人工濕地污水處理系統(tǒng)比較適宜。

　　人工水景觀水質(zhì)采用生態(tài)工程為主的水質(zhì)凈化技術(shù)，維持景觀水體的水質(zhì)達(dá)到《景觀娛樂(lè)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》，水質(zhì)凈化工藝選擇復(fù)合垂直流人工濕地+水生植被構(gòu)建。

　　4.3工藝設(shè)計(jì)

　　1 工藝介紹

　　復(fù)合型垂直流人工濕地是近年來(lái)興起的一種新型技術(shù)，它由一下行流池和一上行流池組成，其中下行池比上行池略高。下行流池中表面有布水管，下鉆小孔；上行池填料表面有集水管，下鉆小孔用來(lái)收集出水，兩池之間設(shè)隔墻，池底相通。污水經(jīng)布水管首先進(jìn)入下行池形成下行流，通過(guò)池底進(jìn)入上行池形成上行流，最后進(jìn)入上行池集水管排出。復(fù)合垂直流人工濕地有如下特點(diǎn)：

　　（1）使用布水管進(jìn)水，水流不易短路，分布均勻。

　?。?）多了一個(gè)比上行流池略高的下行流池，不僅使污水在濕地中的停留時(shí)間延長(zhǎng)，處理得更充分，復(fù)氧更迅速，而且通過(guò)植物作用增加了氧的供給，有利于根區(qū)好氧微生物的活動(dòng)，加強(qiáng)了硝化作用，使出水沒(méi)有異味。

　　（3）由于隨著氧化還原電位的升高使得磷的釋放緩慢，使?fàn)I養(yǎng)鹽的去除效果較好，同時(shí)因底層氧化充足，從而使氮的去除效果好。

　　2 工藝流程

　　針對(duì)小區(qū)主要水質(zhì)特點(diǎn)，采用預(yù)處理?人工濕地系統(tǒng)處理工藝，即雨水經(jīng)管網(wǎng)收集，匯集至調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池前部設(shè)置格柵，出水經(jīng)過(guò)濕地配水井渠進(jìn)入復(fù)合垂直流人工濕地，然后通過(guò)出水最終達(dá)標(biāo)排放，工藝流程如下：

　　景觀水體也可以按照上述工藝進(jìn)行循環(huán)，達(dá)到去除水體污染，維持水質(zhì)清潔。

　　3 工藝參數(shù)

　　復(fù)合垂直流人工濕地占地面積約為800m2，將其分為4套單元并聯(lián)組成，每套單元面積為200 m2，上下行池各為100m2，設(shè)計(jì)濕地池深1.0m，同時(shí)池底采用防滲處理。濕地日處理水量300噸，十天對(duì)景觀水體完成一次循環(huán)凈化。

　　4 濕地植物

　　綜合考慮到小區(qū)環(huán)境和水質(zhì)凈化要求，復(fù)合垂直流人工濕地植物選擇美人蕉、菖蒲、風(fēng)車(chē)草、紫莎草、鳶尾等植物。

　　5 水生植物

　　為維持景觀水質(zhì)以及美化環(huán)境，在小區(qū)水體內(nèi)構(gòu)建水生植物群落。采用的水生植物有：香蒲、花葉水蔥、菖蒲、千屈菜、紫莎草、風(fēng)車(chē)草、鳶尾、觀賞荷花等挺水植物以及不同品種的睡蓮等浮葉植物。

　　4.4人工濕地布置

　　百步亭5期4#地小區(qū)人工濕地處理系統(tǒng)布置如圖1。人工景觀水體與垂直流人工濕地之間通過(guò)水泵，進(jìn)行連續(xù)循環(huán)凈化處理，低成本維持景觀水體水質(zhì)。

　　4.5 投資估算

　　百步亭5期4#地小區(qū)人工景觀水體垂直流人工濕地凈化工程投資包括以下項(xiàng)目，其中：

　　1 復(fù)合垂直流人工濕地構(gòu)建工程800m2，單價(jià)450元/m2，投資總價(jià)36萬(wàn)

　　2 水生植被構(gòu)建工程1000平米，投資總價(jià)12.5萬(wàn)；

　　3 設(shè)計(jì)及其它費(fèi)用合計(jì)5萬(wàn)

　　以上垂直流人工濕地凈化工程投資合計(jì)53.5萬(wàn)。未計(jì)算管網(wǎng)建設(shè)等費(fèi)用。

　　5 結(jié)論

　　居住區(qū)人工景觀水體的低成本維護(hù)，設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。一個(gè)好的水景設(shè)計(jì)方案，從科學(xué)、合理的生態(tài)原則出發(fā)，為低成本的維護(hù)提供可能，這種生態(tài)水景設(shè)計(jì)方案一開(kāi)始建造成本可能高一點(diǎn)，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看它是持續(xù)經(jīng)濟(jì)的。生態(tài)水處理的優(yōu)越性體現(xiàn)在無(wú)需過(guò)濾，大大減少設(shè)備投資，降低設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用和設(shè)備的維修保養(yǎng)費(fèi)；無(wú)需專(zhuān)人管理，也能達(dá)到水質(zhì)要求；整個(gè)水體自身調(diào)節(jié)能力增加，對(duì)水質(zhì)的波動(dòng)可以通過(guò)自身的生態(tài)來(lái)進(jìn)行調(diào)整；生態(tài)濕地與水景水體結(jié)合，可以營(yíng)造出一個(gè)更自然更優(yōu)美的人工水景。

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