人工湖生态建设及水质处理措施及人工湿地在景观水处理中各单元参数设计

人工湖生态建设及水质处理措施近年来，在高档住宅区和大型公共绿地中配置人工湖的建设大量涌现，水景成为高档住宅和公共绿地中主要视点。但有些人工湖忽视水生态的建设，人工湖的生态自净能力脆弱，一旦受到污染物的冲击，水质迅速恶化，景观效果大为降低，甚至成为臭水汇集之地。用物理、化学法治理人工湖，只能暂时缓解水体的恶化程度。若用换水来改善水质状况，在水资源匮乏的今天，既不经济又不利于可持续发展。目前已有研究者对生态工程措施治理富营养化的水体进行过理论研究，并已成功地应用于实际治理工程。但此类应用主要在大型的天然水体水质恶化的治理，将其应用于小型人工湖治理的实例尚未见报道。因此在建设人工水景时应首先考虑水体内生态系统的设立，然后根据实际情况配置水生湿地植物和水生动物并在水中添加微生物。有条件时应配置相应的设备，促进水循环。武汉地区已建成和拟建的人工湖，设计思路不同主要有两种。一是以水泥为底质，水泥驳岸，不设置底栖动物和水生植物。此类人工湖景观呆板，缺乏自然情趣，自净功能薄弱。一旦受到大量污染物的冲击，水质迅速恶化，易引发藻类大量繁殖，透明度下降，水生动植物大量死亡，形成污水库。二是仿造天然湖泊，对人工湖景观进行生态设计，将水体的自然生态属性、水面的开阔奔放与大环境绿化的背景融为一体。湖以泥为底，并配置既有抗污吸污能力的环保型植物群落，又有模拟自然的观赏型植物群落。湖中适量放养具有净化功效的动植物，人为建立水生生态系统，抑制藻类的繁殖，在藻类大量繁殖前，设法不让其形成优势物种，因而控制产生富营养化。此类人工湖只要维持奠生态系统平衡，可防止水质恶化。人工湖的生态设计实例以生态学原理为指导，综合运用统一与微差、节奏与韵律、空间与尺度等美学原则和规划设计方法，结合地形、水面、绿化、空间层次的丰富变化，体现21世纪人与自然融合的人性化设计，是人工湖建设发展的趋势。设计原则为“内外呼应、收放结合、软硬协调、天人合一”，强调水面与绿色植物、雕塑小品以及人工建筑的有机结合。其中“天人合一”是指：人工湖景观生态设计应从人居环境质量出发，以人为本，合理划分功能区，在湖中和沿岸配置不同功能的植物群落，既有抗污吸污能力较强的环保型群落，又有杀菌防病功能的保健型群落，更有模拟自然、情景交融的观赏型群落，体现出“天人合一，回归自然”的规划设计主题。如金银湖公园沿岸配置柳树、迎春花；水边配置了黄花鸢尾、再力花、千屈莱、花叶芦竹等挺水植物：水面配置了睡莲、荷花、荇莱等浮水植物；水中则配置了轮藻、眼子菜、苦草等沉水植物；水体中还放养了鳙、鲢等上层鱼类，同时底层放养了少量螺类。这样构成了初级水体生态系统。在这样的系统内水质能保持良好，并且物种种类和数量都在增加。在解放公园的人工湖则沿湖岸分层配置了香蒲、干屈莱、再力花、金叶水菖蒲、黄莒蒲，水面配置了大量的睡莲。高大的香蒲和再力花形成了湖岸背景并为水生动物提供庇护之地和生存环境。在此水景建设之前，湖中没有水鸟，而在建成一年以后湖中出现了水鸟。这说明物种在增加，水体生态系统趋于完善。生态水质处理措施水质净化原则从生态学角度而言，水体污染的实质就是生态失衡。如欲维持其原有良好的状况，应保持其生态平衡，疏通其物流的途径，保障有机质及营养盐的输入与输出平衡对已污染的水体，可通过改变污染质的迁移、转化、输出大于输入的途径和量，增加输出，减少输入，增支节收，形成新的不平衡，化解淤积：待水体中污染质总量与浓度降低到预期的要求后，再调整输入与输出的途径和量，维持新的收支平衡。为此，要结合多途径、多措施，包括污染质的迁移、转化、转化后产品的利用及输出等环节形成一链网系统。各环节相互联系、互为因果成一系统。否则，仅以孤立的单一环节是难以维护水体生态平衡的。初步的做法是先概算出有机质和营养盐的输入量，然后根据水生植物的生长生物量估算营养盐的吸收量，推算出所需植物数量并配置相应的植物种类。植物种类应选用吸收能力强，生物生长量大，根系发达，抗性强的品种。如．香蒲、宽叶泽苔草、芦苇、香根草、大漂、埃及莎草、梭鱼草、鸢尾等。此外水面还应配置浮水植物，如睡莲、荇莱、狐尾草、菱、眼子菜、蕹莱等。水生植物的选择和布局岸坡植物配置可在水深0.5m以下的岸坡区种植挺水植物香蒲、芦苇，0.5m以上岸坡种植温生植物香根草和风车草，它们生长在浅水湿地，水中或陆地上均可生长，其根系发达且深，有固岸护坡、防浪击、防岸坡坍塌的作用。岸坡上种植这些植物可形成环湖的过滤带，对地表径流流入湖中的水起过滤作用，阻拦并吸收、转化、积累输入的部分有机质及营养盐，再通过收割利用，移出水体，有利水体自净，营养盐收支平衡，防止水体富营养化。如岸边种植地中海荚迷、大吴风草、杜鹃、狼尾草、火炬花、麦冬、云南黄馨等。湖底植物配置湖底底质选择土质，其上种植苦草等沉水植物和莲花等浮叶植物，防止底泥再悬浮而降低透明度有利保持湖水清澈，吸收、转化、积累底泥及湖水中的有机质与营养盐降低水中营养盐浓度，抑制浮游藻类的生长，从而防止水体富营养化。这些水生植物通过光合作用释放氧，起到增氧作用，有利防止湖水黑臭，改善一些动物的生活条件，增加动物的种类和数量，及迁移、转化和输出的途径和输出的数量，增强其对水体的净化能力。在水质条件许可的情况下，应配置沉水植物。如：菹草、苦草、黑藻、伊乐藻、金鱼藻、竹叶眼子菜等。湖面植物配置水面可分散地放置凤眼莲、大漂、睡莲、芡实等漂浮植物，或将漂浮载体分散，固定位置放于水面，以水培法在其内种植美人蕉等陆生花卉或蕹莱、芹菜等陆生蔬菜。不仅可以绿化、美化水体，而且可以通过它们吸收、转化和输出水中的营养盐，减少入湖水体的光通量，从而抑制浮游藻类的生产，增加湖水的透明度。适时投放有益微生物为增加水中有机质的分解、矿化，适时向湖中投洒有益微生物，如光合菌。将有益微生物施于漂浮植物及水培植物悬浮于水中的根系上，使它们互利生。这些植物为微生物提供并扩大了供附着的基质和表面，有些植物还可通过根系释放其光合作用所产生的氧，供微生物氧化分解有机污染物。另外，经微生物分解后的有机质，可作为植物的养料。植物与微生物两者协同作用，有效地促进并完善水中有机质和营养盐的迁移、转化、输出的过程。水生动物的适当放养湖中适当放养蚌类、鱼类、螺蛳等动物，延长食物链，提高生物净化效果。蚌能不断滤水，将水中悬浮的藻类及有机碎屑滤食、转化。螺蛳主要摄食固着藻类，并能分泌促絮凝物质，使湖水中的悬浮物质絮凝，作为其食物，使水变清。如投放少量滤食性鱼类(如鲢、鳙)，它们可摄食浮游生物。值得注意的是，红鲤不宜投放，因为它会摄食螺蛳，影响螺蛳对水质的净化功能，红鲤为底层鱼，喜攻底泥，会加速底泥的再悬浮，使水变浑，影响透明度。草鱼在水草未充分发展时不宜放，以免破坏水生植被，但在植草发展过密时，可投放2～3尾，以去除与转化过多水草。还可在水体中适时投放鲫鱼、鲤鱼等杂食性鱼类和鳜鱼、鲈鱼等肉食性鱼类，通过食物链的作用，调控底栖动物和其他鱼类数量的增长。如能在水面上放养数只鸳鸯和鸭子，既可调控水草和放养水生动物数量的增长，又能丰富水面的景观。人工湿地在景观水处理中各单元参数设计更新时间：1-1317:27目前，潜流式人工湿地已在全国很多地区的景观水系处理中得到了推广，技术也已逐渐成熟，笔者通过几个项目的实践，总结了相关参数设计要点，归纳如下：人工湿地净化景观水体水质的设计可以从以下两个方面来考虑：①对景观水体的水进行循环处理；②对补充水(主要指再生水或雨水)进行处理。前者可以根据湿地的水力负荷进行设计，后者根据湿地污染物的面积负荷进行设计。1、进行循环处理的人工湿地的设计①处理水量的确定根据景观水体的循环周期设计每天需要处理的水量，计算公式如下：Q=V/T式中Q—循环处理水量，m3／d

V－景观水体中的水量，m3

T－循环周期，d循环周期指景观水体的水全部被人工湿地处理一遍所需要的时间。当水温>25℃时，景观水体的循环周期不宜超过2－3d，当水温<25②湿地面积的确定根据水力负荷设计湿地的面积，计算公式如下：Ax=Qx／HL式中AX—对景观水体的水进行循环处理需要的人工湿地的面积，m2

HL一水力负荷，可取0.8—1.2m3/(m2.d)2处理补充水的人工湿地的设计①补充水量的确定根据蒸发量以及景观水体底部和侧壁的渗透水量来确定每天的补充水量，计算公式如下：QB=A×F+Qs(3)式中Q—补给的水量，m3/d

A—景观水体的面积，m2

F—当地夏季最大蒸发月份的日平均蒸发量，m3/(m2.d)

QS—景观水体的下渗水量，m3/d②湿地面积的确定根据湿地污染物的面积负荷确定湿地的面积，计算公式如下：AB=QB×(CB—CE)/N式中AB—人工湿地去除补充水中污染物所需要的面积，m2

CB—补充水中污染物的浓度，g/m3

CE—湿地出水浓度，g/m3

N—一污染物面积负荷，g/(m2.d)分别计算去除COD、BOD5、TN、TP、SS等污染物所需要的面积，选取其中最大的一个作为设计面积。在设计湿地面积时需要确定以下三个参数：a．补充水中污染物浓度的确定以再生水作为补充水源时，各种污染物的浓度可以参考《城市污水再生利用景观环境用水水质》(GB／T18921-2002)中的相关水质标准。由于雨水的水质与降雨量、汇水面(屋面、地面和路面等)的材料和积累的污染物、空气质量、气候条件等许多因素有关，因此雨水中各种污染物浓度的变化较大，但在绿色建筑小区内，经过预处理的雨水中的污染物浓度会降低很多。b．出水水质的确定湿地出水的水质应根据实际情况来考虑。以雨水或再生水作为景观水体的补充水源时，出水水质可以参考《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的Ⅳ类或V类水体的水质标准。c．湿地污染物面积负荷的确定下图分别为TP、TN、COD、BOD5和SS等污染物的湿地面积负荷与出水浓度之间的关系。**TP湿地面积负荷与出水浓度之间的关系**TN湿地面积负荷与出水浓度之间的关系**COD湿地面积负荷与出水浓度之间的关系**BOD5湿地面积负荷与出水浓度之间的关系**SS湿地面积负荷与出水浓度之间的关系3湿地几何尺寸的设计①湿地宽度的设计湿地的宽度可以根据下式计算：W=Q/(K×N×D)式中W—湿地的宽度，m

Q—处理的水量，m3/d

N—水力坡度，一般取0.005—0.01

K—填料的透水系数，m/d

D—处理区填料厚度，一般取0.4-0.7m在运行过程中，由于悬浮污染物的截留以及生物膜的积生，填料的透水系数会不断下降，因此在实际设计时通常取清洁填料透水系数的10％作为设计标准。若湿地单元宽度过大则对布水均匀不利，容易造成短流，通常以湿地单元宽度≤60m为宜。当计算得到的宽度>60m时可将湿地分为若干个宽度≤60m的单元，并联