人工水景觀的生態(tài)處理與應(yīng)用研究

李傳志  胡鳴鏑　?。ㄎ錆h市建筑設(shè)計院，武漢 430014）

　　摘  要： 通過介紹生態(tài)處理在人工水景觀水質(zhì)維護(hù)中的應(yīng)用實例，分析其工藝選擇與設(shè)計、工藝參數(shù)與工藝流程，闡述生態(tài)處理的低成本特點及其優(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，可以營造出一個更自然更優(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，人們對環(huán)境景觀提出了更高的要求，越來越講究環(huán)境的舒適、美觀。水景居住區(qū)得到了消費者的青睞，受到了社會的追捧。水也是營造中國園林的一個重要元素。

　　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。有水則靈是對水景的高度概括，水體在園林景觀中的地位，越來越重要。古人稱水為園林中的“血液”、 “靈魂”。水在庭園設(shè)計中是畫龍點睛之筆，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，輕實用經(jīng)濟(jì)與后期管養(yǎng)等問題。在水景觀建設(shè)時一味強調(diào)美觀，卻常常忽視水景的節(jié)能和維護(hù)，導(dǎo)致水景建成后因運行成本過高而干涸停用，變成擺設(shè)，不僅沒有達(dá)到設(shè)計時的美好初衷，甚至成為蚊蟲滋生的場所。

　　看上去很美的居住小區(qū)水景為什么總是好景不長呢？導(dǎo)致這一尷尬的原因，不能簡單的歸咎于物業(yè)管理的失職，“漂亮水景”設(shè)計上的重大缺陷，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)計與后期養(yǎng)護(hù)之間存在的矛盾與問題，事實上，水體要有自我凈化能力，必須首先構(gòu)成一個生態(tài)系統(tǒng)。然而，絕大多數(shù)小區(qū)水景只能依靠耗水費電的方式來人工維系，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)之間的費用爭議，甚至淪為“積水養(yǎng)蚊”的美麗代價也就并不奇怪了。從這個角度來看，不符合生態(tài)規(guī)律的高耗能小區(qū)水景本來就是一種難以持續(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：一個是自然水景、另一個是人工水景。他們各有各的特征：

　　自然水景：其優(yōu)點在于幾乎沒有建筑成本，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圍的景觀（景觀包含整個小區(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；人工水景的缺點是存在建造成本的問題，特別是后期養(yǎng)護(hù)成本。

　　對于一般居住區(qū)人工水景，出于成本考慮，大多設(shè)計為裝飾水景，因此居住區(qū)人工水景水體的設(shè)計一般都比較淺，只有2０～4０cm。過淺的水體接受陽光的照射時，溫度提升快，水體中的雜物發(fā)酵也快，澡類生長自然也是要加快的。

　　目前居住區(qū)水景在設(shè)計中普遍存在設(shè)計與治理缺少同步考慮的問題。由于專業(yè)不同，目前景觀或園林的水景設(shè)計，一般只考慮景觀手法和文化表現(xiàn)，很少考慮水質(zhì)治理問題。由于一般人工景觀水體（噴泉和倒影池）沒有按自然水理設(shè)計，大多是一個基本封閉的系統(tǒng)，幾無自凈能力，且其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理，加上外來營養(yǎng)物質(zhì)的輸入，隨著時間的推移必將產(chǎn)生富營養(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，無色無異味。水景觀如果沒有良好的水質(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 0.015mg/l，氮濃度超過0.3mg/l時，藻類便會大量繁殖，從而成為水質(zhì)惡化的首要原因。抑制藻類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)面臨著如下幾個困擾：一是水資源的短缺使自來水的使用受到當(dāng)?shù)卣块T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，不得使用自來水，而且對自備井的控制也越來越嚴(yán)格，這就使水景觀要面臨水源問題；二是即使可以使用自來水，自來水水價的持續(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，費時費力，且運行維護(hù)成本高，導(dǎo)致不少水體只能成為”節(jié)日水景”，長期閑置甚至廢棄，結(jié)果是得不償失。

　　簡單地說，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生態(tài)系統(tǒng)，無需人類的外在干預(yù)，整個生態(tài)系統(tǒng)能適應(yīng)外界環(huán)境對它的影響，處在原始的生態(tài)平衡狀態(tài)，和人類共生共存。這個看似簡單的過程卻需要在施實之前，進(jìn)行縝密地規(guī)劃設(shè)計。

　　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、動物等不同學(xué)科的融合，共同實現(xiàn)生態(tài)建設(shè)的目標(biāo)。

　　生態(tài)學(xué)是一門邊緣學(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)境社會學(xué)、環(huán)境微生物學(xué)、環(huán)境最優(yōu)化、植物學(xué)、動物學(xué)、生物生理學(xué)、環(huán)境概率統(tǒng)計學(xué)、環(huán)境藝術(shù)設(shè)計學(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，會顯著影響生物的分布情況和生物的種類。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，還必須兼顧這些生物在水生生態(tài)系統(tǒng)中生態(tài)功能，不僅能使整個生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定運行，還必須對整個水體有著凈化功能。雖然水生植物都能吸收水中的無機鹽，其在陽光作用下，通過光合作用為生態(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不同的無機鹽在吸收能力上不盡相同，必須依據(jù)實際水源的水質(zhì)，科學(xué)合理地選擇水生植物。水生動物是生態(tài)系統(tǒng)中的消費者，離開它，整個生物鏈不能很好地循環(huán)。如果數(shù)量過多將導(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)量過少，生產(chǎn)者（水生植物）大量繁殖泛濫，生態(tài)系統(tǒng)也不會穩(wěn)定；這些都會影響生物鏈的正常運行。水生動物的數(shù)量一定要經(jīng)過科學(xué)地計算，并結(jié)合實踐經(jīng)驗確定。所有這些都要綜合考慮。

　　4 應(yīng)用實例

　　百步亭花園是一個大型居住區(qū)，百步亭5期4#地項目規(guī)劃總用地面積11.95萬平方米。其中居住凈用地面積8.54萬平方米，公共綠化面積3.41萬平方米，水景面積約4,244平方米。小區(qū)設(shè)計主要由多層、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，每年需補充水量為4600m3。

　　景觀水質(zhì)首先要求清澈無色無異味。水景觀如果沒有良好的水質(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，更重要的是因為藻類滋生使?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0.015mg/l，氮濃度超過0.3 mg/l時，藻類便會大量繁殖，從而成為水質(zhì)惡化的首要原因。抑制藻類有效的方法一般是向水中投加硫酸銅，但效果并不顯著。問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題。

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

　　4.2 工藝選擇

　　對于控制藻類，可重點去除水中的磷。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。其中投資和運轉(zhuǎn)費用最低的是生物法，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)點是占地面積少，但缺點是投資成本高，無論是前期的基礎(chǔ)建設(shè)的投資還是后期系統(tǒng)運行成本都比較高，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的生物處理不可避免有氣味散發(fā)，同時運行管理水平也要求較高。

　　人工濕地法相對于活性污泥法與生物膜法，雖然它的占地面積相對要多一些，但建設(shè)投資成本比較低，特別是后期系統(tǒng)運行成本非常低廉。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)周圍的其它綠化生態(tài)環(huán)境相互融合。建成后的人工濕地，不僅僅是一個污水處理系統(tǒng)，它還可以成為一個旅游生態(tài)景觀、環(huán)保教育基地、鳥類繁養(yǎng)的棲息地，也可以成為人們的休閑娛樂場所。

　　根據(jù)小區(qū)規(guī)劃以及室外景觀總體設(shè)計與環(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

　　1 工藝介紹

　　復(fù)合型垂直流人工濕地是近年來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：

　?。?）使用布水管進(jìn)水，水流不易短路，分布均勻。

　?。?）多了一個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間延長，處理得更充分，復(fù)氧更迅速，而且通過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，加強了硝化作用，使出水沒有異味。

　?。?）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，同時因底層氧化充足，從而使氮的去除效果好。

　　2 工藝流程

　　針對小區(qū)主要水質(zhì)特點，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)過濕地配水井渠進(jìn)入復(fù)合垂直流人工濕地，然后通過出水最終達(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)計濕地池深1.0m，同時池底采用防滲處理。濕地日處理水量300噸，十天對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目，其中：

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

　　2 水生植被構(gòu)建工程1000平米，投資總價12.5萬；

　　3 設(shè)計及其它費用合計5萬

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

　　5 結(jié)論

　　居住區(qū)人工景觀水體的低成本維護(hù)，設(shè)計是關(guān)鍵。一個好的水景設(shè)計方案，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)計方案一開始建造成本可能高一點，但從長遠(yuǎn)來看它是持續(xù)經(jīng)濟(jì)的。生態(tài)水處理的優(yōu)越性體現(xiàn)在無需過濾，大大減少設(shè)備投資，降低設(shè)備的運行費用和設(shè)備的維修保養(yǎng)費；無需專人管理，也能達(dá)到水質(zhì)要求；整個水體自身調(diào)節(jié)能力增加，對水質(zhì)的波動可以通過自身的生態(tài)來進(jìn)行調(diào)整；生態(tài)濕地與水景水體結(jié)合，可以營造出一個更自然更優(yōu)美的人工水景。

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