人工湿地在现代绿色景观中的应用

人工湿地在现代绿色景观中的应用

伊利昂皇家公园占地约170公顷，是墨尔本市最大的公园。园内有面积为22hm2的墨尔本皇家动物公园,以及高尔夫、板球、曲棍球、网球、篮球、无网篮球和足球等各种体育活动场所,可以提供丰富的休憩娱乐体验。公园的游道散布在广阔的森林和草地间,给游人带来远离都市的惬意。早在墨尔本城市发展之前,皇家公园中就有数条水道,包括一条古老而从未修整过的穆尼(Moonee)湖湾。当地的原住民祖先伍伦杰利族人(Wurundjeri)将这些水道称之为“铃鸟的水坑”。公园的总体规划始于1984年,并在1997年进行了规划调整。这2次的总体规划版本中均包含了湿地元素,旨在恢复城市发展进程中自然湿地的破坏和流失,同时也是对地区历史价值的尊重与追溯。早在2000年,墨尔本市就已委托生态工程(EcologicalEngineer)顾问公司(今亿途环境设计公司)协助皇家公园开发湿地概念的设计。当时墨尔本正经历着自1997—2009年的严重干旱(图1)。生态工程顾问公司提出,在皇家公园建立人工湿地不仅将恢复该区域因城市发展而丧失的生态多样性,同时湿地内整合的雨水收集系统将为公园的体育活动场所提供浇灌用水,形成优质而实用的功能型景观。这种生态景观以绿色基础设施的形式将公园内的动态区域与静态区域紧密而有效地衔接起来。1湿地雨水收集和处理流程跨学科合作是该项目设计的基础。整个设计工作都由生学态、工程学、景观学等学科专家联合各领域内的施工专家进行跨学科的密切合作。而设计思考主要围绕以下问题进行。1)流经该区域的雨洪水量有多少?2)公园内哪些区域可以用于收集并处理雨水?3)公园区域内的整体灌溉用水需求量是多少?其中有多少能通过湿地雨水处理和收集系统供给?4)要满足开放公共空间的灌溉水质要求,雨水需进行哪些必要的处理流程?5)设计的处理流程和效果能否达到要求?6)该如何设计雨水处理流程使其满足公共开放空间的景观要求,如在美学、娱乐、选址和公共接受度等方面应有那些考量?设计过程本身就是不断的思考并解答以上这些问题。2雨水回收和灌溉设计师们采取综合的景观分析(用地分析)、集水区水文条件分析和地区水量平衡分析来回答以上问题中的1)、2)、3)。皇家公园的排水系统(水渠汇水区域面积187hm2)穿过公园的西北角,汇水区内的动物园是园内唯一比较重要的可以为较大规模雨水收集系统提供足够雨水水源的集水区。项目组与地方政府合作,共同确定了公园内一处废弃的曲棍球场作为湿地处理区域(占地0.9hm2),把城际收费公路(泰勒马林免费高速公路)附近的一块区域作为可能的收集池(1.2hm2)。按照一般城市集水区的排水规律,最终设计储水量为12000m3(假设储水水位可以上下波动1m)。集水区水文条件分析和水平衡分析表示处理系统的占地面积尤其是储水面积,决定了整个系统究竟可以回收多少雨水并将其用于公园的灌溉。图2表示了各个月份动物园集水区所能产生的雨水量(蓝色线)、可用的湿地处理面积所能处理的雨水量(紫色线)、灌溉水的需求量(绿色线)、可用的湿地处理面积和储水量所能提供的灌溉用水量(红色线)。在如皇家公园这样重要的地标性项目中,掌握和分析这些信息对制定投资策略与做知情合理的用地规划决策至关重要。雨水回收处理后将被用于开放空间的灌溉,需要考虑当地对此种用水的具体要求。澳大利亚法规对公共开放空间的灌溉有明确的指导准则(表1)。因此系统中的基本元素以满足准则中的各项规定为基本设计考量。如图3所示,项目的整个处理流程包括:1)皇家公园排水系统(水渠)上设立沉淀池和分流池;3)处理后水的收集和储存(地表储水系统及地下储水系统);4)泵站及灌溉用水紫外线消毒系统;5)灌溉用水消毒后的单日用水储存系统。生态功能型景观的设计还应考虑各项处理元素如何与所在地的景观设计相结合。在公园里嵌入人工湿地在景观方面的一个重要设计准则是尽可能多地保护和保留湿地周边的成熟树木(图4)。3水处理基础设施整个系统于2004年开始建造,并于2005年夏进行景观绿化和植被种植。1水池体设计方法现有的基础设施和地形地貌影响了分流系统的结构形态与布局设计。沉淀池为在线式结构。沉淀池水体的体量设计根据截留绝大部分水中的粗质颗粒(粒径125μm)从而防止粗质颗粒进入后续湿地的目的进行设计。分流堰连同分流管道,利用重力将峰值高达1m3/s的水流送入处理湿地。分流管的入水口设计为淹没式,防止漂浮垃圾经管线进入湿地(图5)。2湿地设计目标景观规划将湿地的布局与皇家公园的氛围和谐地融合在一起,以提供更好的视觉、娱乐和教育功能。在湿地最高水位以上的部分为景观设计,以下则为湿地设计。通过控制湿地的面积、地势,水深及出水流量,来满足雨水和湿地植被(图7)的充分接触并保证足够的滞留时间,最终达到雨水水质处理目标为:总悬浮颗粒<10mg/l;总氮量<1.0mg/l;总磷量<0.1mg/l。为满足处理后储水区域具有良好的水质,以上指标为对水质的最低要求。3储水池面积及其位置储水池的主要功能为收取并储存处理后的雨水供灌溉用水使用(图8)。根据景观分析来确定适合作为储水池的地点及其面积。由图2所示,增加储水池的大小可以收集更多的雨水。当累积一定的系统运行经验后,当地政府又安装了一个5000m3的地下储水池来增加雨水收集量。该地下储水池就设置在罗斯思道(RossStraw)保护区的棒球场下。4独立灌溉用水湿地将持续处理由皇家公园雨水管道输送而来的雨水,并将其输送至储水区,该运行模式独立于灌溉用水的实时需求。尤其在冬季,即使储水池已达到最大储水量,处理后雨水仍将不断地输送向储水区。正因如此,需设立一个具有足够排水量的溢流口,其不仅可以将超出最大储水量的水直接输送至下游排水系统,还可以有效排出储水池的局部集水区产生的雨水。52储存池之间的水泵和供水管道水泵及输配管线相互依赖并配合。其功能即输送每日灌溉用水,其设计尺寸可以满足每日的最大灌溉峰值用量。6消毒系统在灌溉用水到达位于输配管线顶端的单日用水分配池前,雨水经进一步的紫外线消毒后即可达到澳大利亚A级用水标准。7夜行系统不稳定造成的水水流失小型单日用水分配池设置于输配管线顶端,根据灌溉系统的夜间运作需求抑制由储水区出水不稳定造成的水量波动。因紫外线消毒良好的即时消毒效果,单日分配池无需设计多余容量来满足入水最低停留时间。4储水池水体水质按照计划,系统如期于2006年进入试运行阶段。表1提供了处理效果的数据集合。结果表明:经处理流程后,水中污染物显著降低;储水池水体满足澳大利亚关于娱乐用水(间接接触)的水质标准;储水池水体满足澳大利亚关于湖泊和水库的水质标准,说明该储水池不具引发水藻爆发的危险;储水池水体虽显示部分盐度增加,仍满足澳大利亚关于一般敏感作物的灌溉用水的盐度标准;储水池水体并不符合澳大利亚针对公共空间开放式灌溉的大肠杆菌水质标准,此结果符合设计预期,据此在处理流程中加入了紫外线消毒环节。5集水区的设计皇家公园湿地