一個生態(tài)水系景觀的實現(xiàn)

　　一.寫在前邊??從一個污水處理和人工濕地景觀的項目說起

　　如何能夠達(dá)到建設(shè)、運行成本低，處理效果好的最佳污水處理組合方式??一直困擾著設(shè)計人員，不同的項目具有很大的差異，根據(jù)項目的實際情況選擇具有低投資、低運行成本、高處理效果，同時具有良好生態(tài)環(huán)境效果的污水處理方式是每個技術(shù)工程師的夢想。

　　下面介紹的是我們承擔(dān)的一個北京軍區(qū)某部的項目。我們在項目規(guī)劃設(shè)計和實施中盡量選擇最佳的配合方式，達(dá)到多個方面的最優(yōu)組合。希望能給大家開拓思路，在適合的項目上使用這樣的污水處理方式。

　　之所以在這里提起，是因為這個項目已經(jīng)不是單純的污水處理項目，可以看作是一個區(qū)域水資源的綜合規(guī)劃，它整合了水環(huán)境中污水治理、中水回用、濕地水系深度凈化、生態(tài)濕地景觀、濕地調(diào)蓄雨洪、生態(tài)水利工程等多個方面，系統(tǒng)雖然仍有很多需要改進(jìn)的方面，但很有參考價值，而且是一個發(fā)展方向。

　　這個項目通過合理規(guī)劃營區(qū)水環(huán)境、有效利用水資源，改善營區(qū)水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，為官兵營造自然、舒適、健康、優(yōu)美的工作、居住、生活空間區(qū)域。規(guī)劃內(nèi)容是：利用濕地處理區(qū)域內(nèi)每天產(chǎn)生2500M3的污水（絕大部分是生活污水，有一小部分污水來自區(qū)域內(nèi)的洗衣房、食品廠這類的小作坊），通過多級濕地處理技術(shù)，使出水水質(zhì)達(dá)到中水回用標(biāo)準(zhǔn)，以處理后的水作為營區(qū)內(nèi)的人工水系水源，并采用生態(tài)水質(zhì)保持技術(shù)，維護水系的水質(zhì)。

　　這個項目的組成包括：

　　一個10000M2的潛流式蘆葦濕地，利用潛流式濕地對污水進(jìn)行處理，我們稱之為一級污水處理濕地；

　　這個一級濕地的出水通過管線提升到區(qū)域內(nèi)一個較高的位置（山溝），這個山溝的原本是行洪的通道；

　　我們把山溝依據(jù)地勢做成8級平臺，每級平臺的面積有2000平米左右，它們構(gòu)成濕地和湖的人工水系，并且兼具有行洪的功能；

　　前4級平臺設(shè)計成表面流的濕地，進(jìn)一步去除中水中的N、P等污染物，我們稱作二級濕地；

　　后4級平臺則設(shè)計成生態(tài)的景觀湖；

　　從這個湖中的水通過一條人工開挖的小溪蜿蜒流到工作區(qū)和生活區(qū)，改造原有的渠狀排洪溝，使之也具有生態(tài)的功能，最終匯入一個開敞的水面。

　　之所以稱作“生態(tài)”的，是由于我們在景觀設(shè)計中應(yīng)用了濕地技術(shù)作為基礎(chǔ)，采用了較多的水生植物水質(zhì)保持、生態(tài)水系形態(tài)、比較好的“水系-環(huán)境物質(zhì)交換通道”等設(shè)計思想，希望這個水系能夠依靠自身的能力維持水系的清潔并且自然發(fā)展。這個解決方案對于目前城市水系面臨的困境的解決有所啟示。

　　二、城市水系的困境

　　隨著社會發(fā)展，城市中不斷出現(xiàn)越來越多的人工景觀湖河，究其原因是人員需要水的特質(zhì)：

　　“能喚起人類天性中所深植之原始根源?！比欢@些人工的水系普遍令人感到遺憾??沒有清澈見底、沒有綠色、沒有蜿蜒曲折的水的宜人感受，只有呆板生硬的線條、沒有生機的死氣沉沉和遇到惡劣天氣就會水藻爆發(fā)繼而水質(zhì)變臭的煩惱…到了冬天則是裸露著冰冷的石灘或是混凝土的底層。

　　這就是城市水系面臨的困境。

　　這個困境究其根源其實在于沉積多年的固有思想??人們總是試圖駕馭水，而不是尊重和善待。

　　三、從技術(shù)層面將困境的原因??水體富營養(yǎng)化

　　如果單純從技術(shù)層面分析，城市河湖等水體惡化的主要原因：除人為向水體排污的原因外，主要是水體的富營養(yǎng)化，即水中的P、N等生物營養(yǎng)物質(zhì)富集。

　　從北京1998年開始出現(xiàn)水體嚴(yán)重的富營養(yǎng)化現(xiàn)象，2000年以來，水體富營養(yǎng)化開始普遍出現(xiàn)，表現(xiàn)為水體中藻類大量生長，水體呈綠色，透明度逐步降低，水質(zhì)逐漸變壞。主要的河流湖泊爆發(fā)嚴(yán)重的水華現(xiàn)象。水華現(xiàn)象產(chǎn)生的原因就是由于水體中N、P等營養(yǎng)成分富集，在夏季強光照射下藻類爆發(fā)性生長，水中溶解氧被耗盡，水中各種生物處于缺氧環(huán)境而死亡，進(jìn)一步腐敗變質(zhì)，使水質(zhì)惡化。

　　水體中營養(yǎng)物質(zhì)的富集通常來自納污、降雨過程的雨水帶入、降雨過程中產(chǎn)生地表徑流，使地面污染物排入水體、從河湖構(gòu)成材料（石材、土壤）中釋放等途徑。

　　根據(jù)藻類的經(jīng)驗分子式C106H263O110N16P，我們可以推算出，水體每生成1g藻，需供給0.009g的磷和0.063g的氮。藻類的繁殖量與外界輸入的P與N濃度值成正比。

　　控制氮供給源，對富營養(yǎng)化水體來說，是非常困難的。從藻類經(jīng)驗公式不難看出，藻類的生產(chǎn)量主要取決于水環(huán)境中磷的供應(yīng)量，當(dāng)水環(huán)境中磷的供應(yīng)量充足時，藻類可以得到充分增殖，而且當(dāng)磷的濃度超過藻類的直接需要時，磷便在藻類的細(xì)胞中儲存起來。

　　四、組合拳??挑戰(zhàn)困境

　　“態(tài)度決定一切”

　　面對城市水系困境，最好的方式就是尊重水的天性??水系總和周邊環(huán)境有最密切的聯(lián)系，我們在建設(shè)一個人工水系的時候也要盡可能滿足這一點。

　　面對水系的富營養(yǎng)化，很難用一種手段有效地而且經(jīng)濟地解決問題，需要用一系列手段??也就是組合拳來控制。城市水系的建設(shè)者其實很有必要邀請專業(yè)人士來協(xié)助。

　　需要水系“可持續(xù)”的基礎(chǔ)當(dāng)然是需要有一個整體的水系規(guī)劃，這個規(guī)劃不僅需要考慮雨洪和景觀。大部分的物理、生化、生態(tài)的方法都應(yīng)該納入規(guī)劃和設(shè)計考慮中，一個合適的組合方式可以得到一個經(jīng)濟而且有效的解決方案。后面介紹一些常見的手段。

　　五、景觀水體水處理技術(shù)介紹

　　1.物理方式：

　　除了直接引水換掉這個方法，通過強制循環(huán)加強水系的流動性是一個有效的途徑??流水不腐么，通常保持水系3cm/S的流速就能夠抑制藻類的泛濫；但代價是需要比較大的能耗，另外一個圓形的、方形的水系如果需要它循環(huán)也很麻煩。

　　2.化學(xué)方法：投加殺菌滅藻劑

　　敞開式的水體，在陽光的照射下，會使水中的藻類大量繁殖，布滿整個水面，不僅影響了水體的美觀，而且擋住了陽光，致使許多水下的植物無法進(jìn)行光合作用，釋放氧氣，使水中的污染物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，發(fā)出難聞的惡臭，水也變成了黑色。

　　投加化學(xué)滅藻劑，殺死藻類。不過久而久之，水中會出現(xiàn)耐藥的藻類，滅藻劑的效能會逐漸下降，投藥的間隔會越來越短，而投加的量會越來越多，滅藻劑的品種也要頻繁的更換，對環(huán)境的污染也在不斷地增加。

　　3.微生物方法：投加微生物

　　微生物在自然界大量而廣泛的存在，是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成之一。它們能將自然界中的動、植物的尸體及殘骸分解，將一些有害的污染物質(zhì)加以吸收和轉(zhuǎn)化，成為無毒害或毒害較小的物質(zhì)。

　　可以在景觀水水質(zhì)惡化的時候，投加適當(dāng)?shù)倪m量的微生物（各類菌種），加速水中污染物的分解，起到水質(zhì)凈化的作用。微生物的繁殖速度驚人，呈幾何級增長，每一次繁殖都或多或少的會產(chǎn)生一些變異品種，導(dǎo)致微生物處理水質(zhì)能力下降，而且很難控制其數(shù)量，其生長又受環(huán)境的影響很大，例如溫度、氣壓等等。同時微生物的分解物，會造成藻類的大量繁殖，再次導(dǎo)致水質(zhì)變壞。

　　因此用微生物處理水質(zhì)，必須定期進(jìn)行微生物的篩選培育、保存、復(fù)壯等等一系列專業(yè)處理過程，而且不能保證水質(zhì)狀況長期處于良好的狀態(tài)之中。

　　4.生態(tài)水系??大型水生植物占優(yōu)的草型清水狀態(tài)

　　簡單地說，生態(tài)水處理就是在水域中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。

　　水生植物是這個生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。水生植物中沉水和挺水植物的發(fā)展抑制浮游藻類，減弱了風(fēng)浪強度和對湖底的沖刷，增強了水體的污染自凈能力，污染物質(zhì)通過沉積、生物轉(zhuǎn)化、生物產(chǎn)品收獲等途徑離開水體，水體清澈，這種高度有序狀態(tài)稱為“大型水生植物占優(yōu)的清水狀態(tài)”。

　　“生態(tài)的”，看起來很美，不過這個生態(tài)的體系卻需要時間來慢慢成長、變得強壯起來，而且還要避免人的打擾。

　　5.生態(tài)水系中的水生植物

　　既然生態(tài)水系的基礎(chǔ)和核心是水生植物，我們在這里舉一些北京地區(qū)具體植物的例子，來說明為什么在水系中種植適合的植物可以自動維持水系的清潔，不再單純依靠循過過濾等物化方法，并且能夠循環(huán)往復(fù)、生生不息。

　　北京地區(qū)的水生植物分為濕生（池邊）植物、挺水植物、浮葉植物、沉水植物、漂浮植物五個部分，共有51科、83屬、147種水生植物，可供北京地區(qū)庫濱帶、河道、河岸、濕地的生態(tài)恢復(fù)和水環(huán)境治理應(yīng)用，可以根據(jù)河湖水質(zhì)的成份有針對性地選擇種植水生植物。

　　1）作用

　　水生植物是由生長在水體淺水區(qū)和周圍灘地上的沉水植物群落、浮葉植物群落、漂浮植物群落、挺水植物群落及濕生植物群落組成，俗稱水草。水生植物有重要的生態(tài)恢復(fù)功能，水草茂盛則水質(zhì)清澈、水產(chǎn)豐盛、水體生態(tài)穩(wěn)定，缺乏水草則水質(zhì)渾濁、水生動物稀少、水體生態(tài)環(huán)境脆弱。水生植物在美化水體景觀、凈化水質(zhì)、保持河道生態(tài)平衡方面具有顯著功效。

　　2）濕生植物

　　濕生植物是指能適應(yīng)潮濕環(huán)境的植物，與一般陸生植物的最大區(qū)別是它們喜歡在潮濕的土壤環(huán)境中生存，有些種類還能忍耐短期淹沒。他們生長在介于陸地和水體之間的濕地環(huán)境中。濕生植物中有草本植物36種，木本植物31種。草本植物常見的品種有回回蒜、毛莨、石龍芮、水毛花、扁桿草、習(xí)見蓼、豆瓣菜等。這些植物生長在溪邊、水田邊、水邊濕地，是多年生或一年生草本植物。木本植物有垂柳、沙地柏、連翹等，不但可以在水邊生長，還可以起到防浪護岸、防風(fēng)固沙的作用。

　　3）挺水植物

　　挺水植物是挺立在岸邊淺水中的植物，根和部分莖埋在水下的泥土中，上部莖葉伸出水面，通常體型比較高大，根和地下莖埋在水下的泥土中，上部莖葉伸出水面。挺水植物主要為單子葉植物，多屬禾本科和莎草科，如蘆葦、茭筍、蒲草等。

　　4）沉水植物

　　沉水植物扎根在湖底泥土中，全部莖葉沉沒在水下，對水深的適應(yīng)性最強。它們能伴生在挺水植物和浮葉植物群落中，也能在浮葉植物帶深水一側(cè)形成沉水植物群落。常見種類為眼子菜科、水鱉科、茨藻科和金魚藻科。

　　沉水植物在光合作用中向湖水釋放大量的氧氣，有利于保持湖水的高度氧化狀態(tài)，促進(jìn)有機污染物和某些還原性無機物的氧化分解；沉水植物與湖水有較大的接觸面積，可以成為“生物膜”的附著基，能夠提供強大的生物降解能力；沉水植物可以直接吸收湖水中的營養(yǎng)鹽，降低湖水營養(yǎng)水平，抑制浮游藻類的生長，周叢生物還能直接捕食浮游藻類。沉水植物不僅能夠創(chuàng)造一定的經(jīng)濟效益，還能有效地防止二次污染并輸出大量的營養(yǎng)鹽。

　　5）飄浮植物

　　飄浮植物的莖葉飄浮在水面，根系懸垂于水中，常見種類有鳳眼蓮、白萍、滿江紅等。它們對維持水的清澈作用如：

　　鳳眼蓮又名水葫蘆，它繁殖快，耐污能力強，對水中的COD、BOD有明顯的降解效果，對氮、磷、鉀及重金屬離子均有一定的吸收作用，是一種凈化水質(zhì)、美化環(huán)境的理想水生植物。一公頃水葫蘆能將800人排放的氮、磷元素當(dāng)天吸收掉。水葫蘆還能從污水中吸收鎘、鉛、汞、等重金屬元素，能使水中的酚、氰等有毒物質(zhì)分解成無毒物質(zhì)。但要控制密度，防止過度繁殖。

　　6）其它的水處理技術(shù)

　　還有很多方法，比如生物浮島、高頻電子除藻等等…方法不一而足，各有作用。

　　六、我們這樣設(shè)計這個水系

　　1.設(shè)計思想還是師法自然

　　北京是典型的季風(fēng)氣候地區(qū)，四季分明，按模擬自然建造的生態(tài)水體會在一年的不同季節(jié)呈現(xiàn)出不同的美景。在四季變化的過程中，擬自然的生態(tài)水體各具特色的景觀特點會給人不同的精神享受。如果采用生硬的景觀設(shè)計，這樣的效果是無法達(dá)到的。人們只能在天氣溫暖時才能親近水，感受人造的自然，無法體會生物潛移默化的成長變化。伴隨著時間的改變，擬自然的生態(tài)水體會越來越接近自然，生物的生命力會大大增加，生物種類會不斷增加，鳥類和一些小的動物也會跑來，更增加景觀的自然特征。建設(shè)一個擬自然的水系能為野生動物創(chuàng)造一個人間天堂，像天賜的美宅吸引著野生動物、水中的昆蟲、兩棲動物、微生物以及鳥類。

　　2.水系形態(tài)的設(shè)計

　　景觀設(shè)計中的設(shè)計方往往把水體設(shè)計為蜿蜒曲折、變化多端，這實際上也符合自然界生態(tài)變遷的規(guī)律。各種水系的形態(tài)都有可能對一些物種的生存繁衍有重要的作用。我們舉例說明一些水體形態(tài)和生態(tài)體系的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。

　　比如中國北方河道中常見的一些小型魚類，習(xí)慣在淺水中覓食、深水中休息，產(chǎn)卵時游到砂礫堆積的淺灘中。蜻蜓，以水邊或草叢中的小昆蟲為食，在水面、水草或者土中產(chǎn)卵，孵化的幼蟲在水中生活，長大后游到水邊，在露出水面的木樁、草莖上羽化。

　　所以生物不是一直生活在一個地方，需要不同的生活場所。因此在進(jìn)行水系建設(shè)時，我們需要考慮生物一生中的各種自然環(huán)境，這樣可以使今后的景觀產(chǎn)生奇妙的變化。

　　1）流淺灘、深潭

　　河流中，水流急而且淺的地方叫淺灘，緩而深的地方叫深潭。在淺灘和深潭中，分別生活著不同的水生生物，所以淺灘和深潭是形成多樣水域環(huán)境不可缺少的重要條件。

　　淺灘中由于水流湍急，河床中的細(xì)沙被水流沖走，礫石間空隙很大，成為水生昆蟲及附著藻類等多種生物的棲息地，而這又吸引了以之為食物的這種魚類。同時，淺灘還是一些蝦、魚的產(chǎn)卵地。

　　深潭水流緩慢，泥沙容易淤積，不利于藻類生長，是魚類休息、幼魚成長及隱匿的避難所。

　　在冬季，深潭還是最好的越冬地點。

　　淺灘和深潭是構(gòu)成河流的基本要素。

　　2）蜿蜒的岸線：形成緩流區(qū)

　　蜿蜒的河岸，形成緩流區(qū)，這里適合貝、螺類的生長。

　　3）瀑布

　　為水體中補充氧氣。

　　4）河心洲

　　自然的河流在激流的出口處會由于泥沙淤積，形成河心洲。河心洲有著與干流不同的水環(huán)境。

　　5）洄水區(qū)、洼地

　　洼地處泥沙淤積，植物繁茂，同樣形成與干流不同的水環(huán)境，成為喜歡靜水和緩慢水流生物的棲息地。

　　6）丁壩、巨石

　　丁壩和巨石改變水流的方向，誘導(dǎo)泥沙淤積，可以形成河灘洼地和靜水區(qū)等多樣的河道環(huán)境。

　　7）護岸??能夠讓螢火蟲重歸故里

　　螢火蟲通常棲息在植被繁茂、水流清澈的小溪淺灘中，如果河水被污染或者河岸被混凝土固定，螢火蟲就無法生存。同樣的，螢火蟲生息的地方，也適合青蛙、蜻蜓等小動物的生息。

　　而由砌石制成的護岸，有很大的縫隙，上面附著潮濕而柔軟的苔蘚。螢火蟲會把卵產(chǎn)在這里，孵化的幼蟲生活在水中，9個月后幼蟲上岸（需要留出它們遷徙的路徑）鉆入土中成蛹，40-50天后，羽化成蟲。它們白天在草木中休息，夜晚則背著燈籠到處飛舞。

　　像這樣，寧靜的河畔春季櫻花爛漫，夏季螢火蟲飛舞，四季風(fēng)情盡顯其中。

　　8）河畔林

　　河畔林在水面形成樹陰，是河水溫度發(fā)生微妙的變化，為水生生物提供了重要的棲息場所。

　　生活在林中的昆蟲、秋天的落葉等等都是生態(tài)多樣性中的重要組成部分。

　　3.水生植物的配置

　　何種水質(zhì)需要何種數(shù)量、何種構(gòu)成的水生植物才能夠達(dá)到均衡的草型清水狀態(tài)？其實缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)支持，更多的是經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

　　如果簡單而言，建設(shè)一個擬自然的池塘可以將30%以上的面積讓水生植物覆蓋，但對于這樣一個既要實現(xiàn)水體深度處理、又要達(dá)到一定景觀效果的濕地景觀，我們則需要首先確定污染物容量和處理能力，需要確定觀賞性水生植物和功能性水生植物的比例，對于水生植物量則通過各種植物對污染物的吸收能力來估算大致的水生植物量，最后參考濕地的水處理能力來模擬景觀濕地的情況對植物的配置進(jìn)行調(diào)整。

　　如果單純從水生植物的污染物吸收能力來分析的話、蘆葦、鳳眼簾、傘草、茭筍、美人蕉都具有成長快速、生物體量大的優(yōu)點，它們對N、P的吸收率都比較高，但這些植物有些景觀效果一些在北方地區(qū)不能自然越冬，這樣在植物配置中也要受到限制。

　　另外我們在這個項目中比較注重沉水植物的作用??尤其在需要開敞水面的場合，沉水植物不會影響水面開闊性，而且可以提供給水體一個富氧環(huán)境。

　　濕生植物作為水系的重要緩沖帶，可以減輕外部環(huán)境的不良沖擊，我們在設(shè)計中也盡可能加大這個緩沖區(qū)。

　　七、一個所有人會關(guān)心的問題??建設(shè)成本

　　目前通過我們對這樣一個項目的設(shè)計得到的結(jié)論是：我們設(shè)計的這個水系的建設(shè)成本應(yīng)該比傳統(tǒng)的硬化水系省錢，省得不太多，但還是省。主要的成本降低來自非常少的硬化材料和施工??軟的湖底、自然的坡岸、隨地勢蜿蜒的形態(tài)，都會減少投資。

　　這個水系在未來將會經(jīng)受各種考驗，但是我們認(rèn)為“師法自然”的結(jié)局應(yīng)該是得到自然的回饋。