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城市水环境治理中的人工湿地公园模式的探讨

2019-11-29 13:05:00    作者:吴昊     来源:中国风景园林网     浏览次数:

  阐明了湿地和人工湿地的概念,并对人工湿地技术进行了介绍,并对人工湿地公园的概念进行了定义。并列举星云湖-抚仙湖出流改道工程中的湿地公园案例。最后对未来人工湿地发展趋势提出自己的五点看法,分别为场景多元化、城市中心化、高效化、智慧化和人性化。
 

  做湿地公园的大设计,是难度非常高的事情,为什么呢?因为这是把人的物质需求,精神需求及大的生态系统结合的非常完美的一项工作。

  1 湿地的概念

  什么是湿地,湿地就是具有水陆两栖属性的生态系统,湿地可以分为很多种,从大的方面来说基本上分成自然湿地和人工湿地。

  1.1人工湿地

  人工湿地-传统的鸭米稻田共生系统(图1),就是人为去做的水陆交替的两栖系统,比如说传统上的稻田景观,还有一个很特别的门类,湿地是整个大流域,或者是水系统环节中的重要一环,不能孤立地去谈湿地的修复,湿地的保护,衡水湖这样一个重要的湖体其实是四通八达的,和上游水系都是连通的。

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图1 人工湿地-传统的鸭米稻田共生系统

  美国Stephenville人工水处理湿地,是一个和周围相对隔离,进行水处理的人工湿地,实际仿自然的结构,人工湿地有水处理的功能。自然湿地在不断减少的同时,中国人工湿地的数量,从1990年是一个上升的趋势,而在欧美国家大概有了十万座人工湿地的建造,在国内这几年增加的非常快。

  功能主要是在自然湿地或者是其他处理手段不再能够承担所期望的水质处理的目标时,采用的仿自然的人工加强式的处理手段,对比传统市政污水处理厂与人工湿地的区别:

  传统市政污水处理厂使用的二级处理工艺如活性污泥法已经相当成熟,虽然流程清晰和可控,但却存在污染物去除环境要求严苛、基建成本大运行成本高、功能单一的不足,目前还主要以去除有机碳源污染物或针对性的工业废水成分为主,对高氮、磷的富营养化水去除效果不佳。人工湿地去除污染物主要通过填料介质、水生植物和微生物群所发生的复杂物理、化学和生物作用完成。人工湿地的显著特点之一就是其对有机污染物、氮、磷、重金属、病原体等均有较强的去除能力,背后正是自然过程和工厂化处理过程相比所具备的更复杂和更综合的功能。在足够的可利用面积情况下,人工湿地尤其是潜流湿地可以做到优于传统二级处理的出水水质。

  人工湿地技术的分类谱系(图2),这个谱系很全,上面是人工湿地和自然湿地,包括修复式的湿地,反映了不断的细分和加强,包括潮汐流的湿地,包括进行发电的功能的湿地,都在湿地前沿技术的研究中。

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图2 人工湿地技术分类谱系

  表流湿地模拟自然水体对污染物去除的过程,还有水平前流,包括一些特种的,包括人工加强的前流湿地,在国内应用很多,都比较成熟。另外,既然人工创造了这么一块湿地,就不能忽视人工湿地的自然属性和生态完整性,净化水用到的土壤、微生物、植物,其实也是一个相互耦合的自然循环和生态系统,功能化空间和公园生态化的空间、休闲的空间,应该达成很好的结合,所以叫它人工湿地公园,其实不同于一般的湿地公园或者是城市湿地公园,国家城市湿地公园设计导则对湿地公园做了一个很清晰的定义。

  2 人工湿地公园

  2.1人工湿地公园的定义

  “人工湿地公园”是指为净化水质而人工建设,成为城市绿地系统的一部分,具有湿地的生态功能和特征,形成保护、科普、休闲等功能于一体的公园。

  2.2人工湿地公园的特征

  “人工湿地公园”具有区别于“普通城市湿地公园”、“湿地保护区”、“水景公园”等以下主要特征:在功能上,以净水功能为主,自然和休闲功能为辅。在上下游关系上,上游有稳定的进水水源(污水、二级处理尾水、雨水、受污染环境水等),出水往往汇入下游的自然型湿地或者河湖成为环境水。在区位和用地上,相比较多位于城郊的自然型湿地,“人工湿地公园”由于承担水处理功能,大部分位于城市中心或近郊,所以基本是“城市人工湿地公园”。不同于“修复型”或重建型的湿地,用地状态在建设前不一定是原始自然状态,经常会位于建设用地或城市绿地内,有的位于河漫滩或水岸空间。在维护和管理上,以控制进出水的水量水质为基础,有明确的功能和结构边界。通过植物的收割、填料介质的清理、管网的疏通等维护工作来达到对进出水速率、水力和表面负荷、停留时间等功能要求。在空间规划上,为达到空间综合利用,往往人工湿地根据处理规模的大小进行多种方式的组合,如并联式、串联式和综合式等,人工湿地还常与生态氧化塘、或者自然式湿地等一起实现多种复合功能和灵活自由的空间形式。

  3 星云湖-抚仙湖出流改道工程人工湿地公园(图3)

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图3 星云湖-抚仙湖出流改道工程

  3.1项目背景

  抚仙湖是一个大而干净的湖,左侧还有一个湖叫做星云湖,十年前有发生过一个很大的工程叫做抚仙湖、星云湖出流改道工程,因为历史形成的上下游关系上,星云湖水比较脏,但位于抚仙湖的上游,所以城市污染的水进到星云湖,然后又到了抚仙湖,抚仙湖慢慢出现了富营养化的趋势。水利部2007年做了一期工程,把抚仙湖干净的水导入星云湖,改善星云湖的水质,脏水不再污染抚仙湖。星云湖的水也改道,流到下游的城市叫做玉溪,问题就来了,最干净的水改进了劣五类的星云湖的水,但是劣五类的水需要进到城市的水体,所以这个项目现在是一个流域治理的大背景,在未来大概5年之内,要陆续地建成大概4个大大小小的湿地群(图4),设计方案提出来用湿地加海绵城市的方法,来逐步解决这个问题。

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图4 “湿地群”流域治理

  3.2玉溪特色旅游线

  玉溪市守着这么大的旅游资源也提出来从上游的抚仙湖到下游市内形成一个旅游线路,以海绵城市样板区旗舰项目为起点,以具有国际吸引力,拥有规模不逊于玛雅文明的的水下古滇文明资源的抚仙湖为终点,串连东风水库、九溪湿地、九溪特色小镇、星云湖,联动打造一条具有独特优势资源和世界级影响力的玉溪特色旅游线(图5)。

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图5 玉溪特色旅游线

  3.3湿地设计

  下游的湿地(图6),这是市中心水系的情况,湿地的位置在红色的地方,在上游星云湖的水进来的时候做了这块湿地,处理完再进入下游的水体里面去。现状的水体非常脏。湿地工艺流程(图7),因为地方比较好,刚才也谈到人工湿地的一个长处就是利用很少比自然湿地更小的面积去达成水质处理的目标,我们采用了预处理的设施。

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图6 下游湿地

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图8 工艺流程

  这是湿地的工艺布局(图8),复合湿地的技术是采用垂直流的技术,形态上比较灵活,曝水,出水没有水平流对几何的限制条件,采用了上行,下行复合的湿地,结合景观包括地形的设计原则,两个叠加在一起,形成了未来的湿地公园(图9)。

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图8 湿地工艺布局

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图9 湿地公园平面图

  做湿地综合体的初期非常谨慎,前期不光是工程师去做生态处理的单元布局,而且还充分考虑了当地的生态格局,考察现场的时候,当地存在着很大一群小白鹭,现在已经看不到了,希望建完以后它们会回来,因为建造的时候重新考虑了鸟儿再将这里作为栖息地的可能性,这是湿地的布局(图10)。

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图10 上游湿地公园布局

  整个格局是从南到北,渐渐从人工的格式发展到了北边和周围的山体、梯田相融合的格式,园林空间序列横向上沿净化工艺流程引导和打开,纵向上利用高差的视觉优势,力图展现清晰的湿地全景和下游河流廊道景观。在空间序列里所有的进出水的考虑都是在功能和景观空间上相互平衡的结果。如果从经济效益或者是功能化的水处理的功能达标情况来看,就必须需要人工化地考虑一些结构性的东西,包括管线及预处理,及能让人利用的湿地空间。
  
  4 未来人工湿地发展的趋势

  第一个是场景多元化,人工处理技术不再仅仅处理污水,更多的项目开始处理微污染的环境水,污水厂尾水、河水、雨洪水均已成为主流的处理对象。二是城市中心化,湿地的概念不光作为污水厂二级处理尾水的下级处理单元,而且模块化的设计可以融入城市中心污水厂的建筑和工艺,衍生出“公园化污水厂”的模式 。三是高效化,如小型高负荷的滤池技术不断被突破,填料和植物组合的净化功效也不断提高。四是智慧化,多专业维护水平的提高和智能化的管理是人工湿地公园组合模式走向可持续化发展的关键。第五个是人性化,生态美学的发展和接受程度的提高,使融入景观元素的人工湿地公园更加能够集中展现湿地的生态和景观特征,以及服务使用者的需求(图11)。

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图11 未来人工湿地发展的趋势


  吴昊:荷兰注册设计师,瓦赫宁根大学硕士,清华大学学士,长期从事生态水环境、河流修复、生态园林的研究与实践工作, 在绿色基础设施规划、生态恢复技术、雨洪管理等领域有着丰富的经验。负责完成了天津文化中心生态水系统设计、荷兰莱茵河堤防空间质量提升计划、深圳宝安活力西海岸环境设计、北京亦庄国锐金嵿广场、玉溪市东风广场、天津空港国际商务园区雨洪管理、南京生态科技岛湿地公园、重庆双溪河生态治理、荷兰N356国道景观生态基础设施设计等工程项目。

 

编辑:liqing

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