一個(gè)生態(tài)水系景觀(guān)的實(shí)現

　　一.寫(xiě)在前邊??從一個(gè)污水處理和人工濕地景觀(guān)的項目說(shuō)起

　　如何能夠達到建設、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(zhù)設計人員，不同的項目具有很大的差異，根據項目的實(shí)際情況選擇具有低投資、低運行成本、高處理效果，同時(shí)具有良好生態(tài)環(huán)境效果的污水處理方式是每個(gè)技術(shù)工程師的夢(mèng)想。

　　下面介紹的是我們承擔的一個(gè)北京軍區某部的項目。我們在項目規劃設計和實(shí)施中盡量選擇最佳的配合方式，達到多個(gè)方面的最優(yōu)組合。希望能給大家開(kāi)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(gè)項目已經(jīng)不是單純的污水處理項目，可以看作是一個(gè)區域水資源的綜合規劃，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(guān)、濕地調蓄雨洪、生態(tài)水利工程等多個(gè)方面，系統雖然仍有很多需要改進(jìn)的方面，但很有參考價(jià)值，而且是一個(gè)發(fā)展方向。

　　這個(gè)項目通過(guò)合理規劃營(yíng)區水環(huán)境、有效利用水資源，改善營(yíng)區水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，為官兵營(yíng)造自然、舒適、健康、優(yōu)美的工作、居住、生活空間區域。規劃內容是：利用濕地處理區域內每天產(chǎn)生2500M3的污水（絕大部分是生活污水，有一小部分污水來(lái)自區域內的洗衣房、食品廠(chǎng)這類(lèi)的小作坊），通過(guò)多級濕地處理技術(shù)，使出水水質(zhì)達到中水回用標準，以處理后的水作為營(yíng)區內的人工水系水源，并采用生態(tài)水質(zhì)保持技術(shù)，維護水系的水質(zhì)。

　　這個(gè)項目的組成包括：

　　一個(gè)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(chēng)之為一級污水處理濕地；

　　這個(gè)一級濕地的出水通過(guò)管線(xiàn)提升到區域內一個(gè)較高的位置（山溝），這個(gè)山溝的原本是行洪的通道；

　　我們把山溝依據地勢做成8級平臺，每級平臺的面積有2000平米左右，它們構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(chēng)作二級濕地；

　　后4級平臺則設計成生態(tài)的景觀(guān)湖；

　　從這個(gè)湖中的水通過(guò)一條人工開(kāi)挖的小溪蜿蜒流到工作區和生活區，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(gè)開(kāi)敞的水面。

　　之所以稱(chēng)作“生態(tài)”的，是由于我們在景觀(guān)設計中應用了濕地技術(shù)作為基礎，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”等設計思想，希望這個(gè)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(gè)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(zhù)社會(huì )發(fā)展，城市中不斷出現越來(lái)越多的人工景觀(guān)湖河，究其原因是人員需要水的特質(zhì)：

　　“能喚起人類(lèi)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(méi)有清澈見(jiàn)底、沒(méi)有綠色、沒(méi)有蜿蜒曲折的水的宜人感受，只有呆板生硬的線(xiàn)條、沒(méi)有生機的死氣沉沉和遇到惡劣天氣就會(huì )水藻爆發(fā)繼而水質(zhì)變臭的煩惱…到了冬天則是裸露著(zhù)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(gè)困境究其根源其實(shí)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(yíng)養化

　　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(yíng)養化，即水中的P、N等生物營(yíng)養物質(zhì)富集。

　　從北京1998年開(kāi)始出現水體嚴重的富營(yíng)養化現象，2000年以來(lái)，水體富營(yíng)養化開(kāi)始普遍出現，表現為水體中藻類(lèi)大量生長(cháng)，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)嚴重的水華現象。水華現象產(chǎn)生的原因就是由于水體中N、P等營(yíng)養成分富集，在夏季強光照射下藻類(lèi)爆發(fā)性生長(cháng)，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(yíng)養物質(zhì)的富集通常來(lái)自納污、降雨過(guò)程的雨水帶入、降雨過(guò)程中產(chǎn)生地表徑流，使地面污染物排入水體、從河湖構成材料（石材、土壤）中釋放等途徑。

　　根據藻類(lèi)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(lèi)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(yíng)養化水體來(lái)說(shuō)，是非常困難的。從藻類(lèi)經(jīng)驗公式不難看出，藻類(lèi)的生產(chǎn)量主要取決于水環(huán)境中磷的供應量，當水環(huán)境中磷的供應量充足時(shí)，藻類(lèi)可以得到充分增殖，而且當磷的濃度超過(guò)藻類(lèi)的直接需要時(shí)，磷便在藻類(lèi)的細胞中儲存起來(lái)。

　　四、組合拳??挑戰困境

　　“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，我們在建設一個(gè)人工水系的時(shí)候也要盡可能滿(mǎn)足這一點(diǎn)。

　　面對水系的富營(yíng)養化，很難用一種手段有效地而且經(jīng)濟地解決問(wèn)題，需要用一系列手段??也就是組合拳來(lái)控制。城市水系的建設者其實(shí)很有必要邀請專(zhuān)業(yè)人士來(lái)協(xié)助。

　　需要水系“可持續”的基礎當然是需要有一個(gè)整體的水系規劃，這個(gè)規劃不僅需要考慮雨洪和景觀(guān)。大部分的物理、生化、生態(tài)的方法都應該納入規劃和設計考慮中，一個(gè)合適的組合方式可以得到一個(gè)經(jīng)濟而且有效的解決方案。后面介紹一些常見(jiàn)的手段。

　　五、景觀(guān)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(gè)方法，通過(guò)強制循環(huán)加強水系的流動(dòng)性是一個(gè)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(lèi)的泛濫；但代價(jià)是需要比較大的能耗，另外一個(gè)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(kāi)式的水體，在陽(yáng)光的照射下，會(huì )使水中的藻類(lèi)大量繁殖，布滿(mǎn)整個(gè)水面，不僅影響了水體的美觀(guān)，而且擋住了陽(yáng)光，致使許多水下的植物無(wú)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(lèi)。不過(guò)久而久之，水中會(huì )出現耐藥的藻類(lèi)，滅藻劑的效能會(huì )逐漸下降，投藥的間隔會(huì )越來(lái)越短，而投加的量會(huì )越來(lái)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)系統的重要組成之一。它們能將自然界中的動(dòng)、植物的尸體及殘骸分解，將一些有害的污染物質(zhì)加以吸收和轉化，成為無(wú)毒害或毒害較小的物質(zhì)。

　　可以在景觀(guān)水水質(zhì)惡化的時(shí)候，投加適當的適量的微生物（各類(lèi)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(cháng)，每一次繁殖都或多或少的會(huì )產(chǎn)生一些變異品種，導致微生物處理水質(zhì)能力下降，而且很難控制其數量，其生長(cháng)又受環(huán)境的影響很大，例如溫度、氣壓等等。同時(shí)微生物的分解物，會(huì )造成藻類(lèi)的大量繁殖，再次導致水質(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、復壯等等一系列專(zhuān)業(yè)處理過(guò)程，而且不能保證水質(zhì)狀況長(cháng)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(jiǎn)單地說(shuō)，生態(tài)水處理就是在水域中人為地建立起一個(gè)生態(tài)系統，無(wú)需人類(lèi)的外在干預，整個(gè)生態(tài)系統能適應外界環(huán)境對它的影響，處在原始的生態(tài)平衡狀態(tài)，和人類(lèi)共生共存。

　　水生植物是這個(gè)生態(tài)系統的基礎。水生植物中沉水和挺水植物的發(fā)展抑制浮游藻類(lèi)，減弱了風(fēng)浪強度和對湖底的沖刷，增強了水體的污染自?xún)裟芰?，污染物質(zhì)通過(guò)沉積、生物轉化、生物產(chǎn)品收獲等途徑離開(kāi)水體，水體清澈，這種高度有序狀態(tài)稱(chēng)為“大型水生植物占優(yōu)的清水狀態(tài)”。

　　“生態(tài)的”，看起來(lái)很美，不過(guò)這個(gè)生態(tài)的體系卻需要時(shí)間來(lái)慢慢成長(cháng)、變得強壯起來(lái)，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)水系的基礎和核心是水生植物，我們在這里舉一些北京地區具體植物的例子，來(lái)說(shuō)明為什么在水系中種植適合的植物可以自動(dòng)維持水系的清潔，不再單純依靠循過(guò)過(guò)濾等物化方法，并且能夠循環(huán)往復、生生不息。

　　北京地區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(gè)部分，共有51科、83屬、147種水生植物，可供北京地區庫濱帶、河道、河岸、濕地的生態(tài)恢復和水環(huán)境治理應用，可以根據河湖水質(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(cháng)在水體淺水區和周?chē)鸀┑厣系某了参锶郝?、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(chēng)水草。水生植物有重要的生態(tài)恢復功能，水草茂盛則水質(zhì)清澈、水產(chǎn)豐盛、水體生態(tài)穩定，缺乏水草則水質(zhì)渾濁、水生動(dòng)物稀少、水體生態(tài)環(huán)境脆弱。水生植物在美化水體景觀(guān)、凈化水質(zhì)、保持河道生態(tài)平衡方面具有顯著(zhù)功效。

　　2）濕生植物

　　濕生植物是指能適應潮濕環(huán)境的植物，與一般陸生植物的最大區別是它們喜歡在潮濕的土壤環(huán)境中生存，有些種類(lèi)還能忍耐短期淹沒(méi)。他們生長(cháng)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(jiàn)的品種有回回蒜、毛莨、石龍芮、水毛花、扁桿草、習見(jiàn)蓼、豆瓣菜等。這些植物生長(cháng)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(cháng)，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(méi)在水下，對水深的適應性最強。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形成沉水植物群落。常見(jiàn)種類(lèi)為眼子菜科、水鱉科、茨藻科和金魚(yú)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(wú)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(zhù)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(yíng)養鹽，降低湖水營(yíng)養水平，抑制浮游藻類(lèi)的生長(cháng)，周叢生物還能直接捕食浮游藻類(lèi)。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(yíng)養鹽。

　　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(jiàn)種類(lèi)有鳳眼蓮、白萍、滿(mǎn)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(wú)毒物質(zhì)。但要控制密度，防止過(guò)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、我們這樣設計這個(gè)水系

　　1.設計思想還是師法自然

　　北京是典型的季風(fēng)氣候地區，四季分明，按模擬自然建造的生態(tài)水體會(huì )在一年的不同季節呈現出不同的美景。在四季變化的過(guò)程中，擬自然的生態(tài)水體各具特色的景觀(guān)特點(diǎn)會(huì )給人不同的精神享受。如果采用生硬的景觀(guān)設計，這樣的效果是無(wú)法達到的。人們只能在天氣溫暖時(shí)才能親近水，感受人造的自然，無(wú)法體會(huì )生物潛移默化的成長(cháng)變化。伴隨著(zhù)時(shí)間的改變，擬自然的生態(tài)水體會(huì )越來(lái)越接近自然，生物的生命力會(huì )大大增加，生物種類(lèi)會(huì )不斷增加，鳥(niǎo)類(lèi)和一些小的動(dòng)物也會(huì )跑來(lái)，更增加景觀(guān)的自然特征。建設一個(gè)擬自然的水系能為野生動(dòng)物創(chuàng )造一個(gè)人間天堂，像天賜的美宅吸引著(zhù)野生動(dòng)物、水中的昆蟲(chóng)、兩棲動(dòng)物、微生物以及鳥(niǎo)類(lèi)。

　　2.水系形態(tài)的設計

　　景觀(guān)設計中的設計方往往把水體設計為蜿蜒曲折、變化多端，這實(shí)際上也符合自然界生態(tài)變遷的規律。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(shuō)明一些水體形態(tài)和生態(tài)體系的內在關(guān)聯(lián)。

　　比如中國北方河道中常見(jiàn)的一些小型魚(yú)類(lèi)，習慣在淺水中覓食、深水中休息，產(chǎn)卵時(shí)游到砂礫堆積的淺灘中。蜻蜓，以水邊或草叢中的小昆蟲(chóng)為食，在水面、水草或者土中產(chǎn)卵，孵化的幼蟲(chóng)在水中生活，長(cháng)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(gè)地方，需要不同的生活場(chǎng)所。因此在進(jìn)行水系建設時(shí)，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(guān)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(zhù)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，河床中的細沙被水流沖走，礫石間空隙很大，成為水生昆蟲(chóng)及附著(zhù)藻類(lèi)等多種生物的棲息地，而這又吸引了以之為食物的這種魚(yú)類(lèi)。同時(shí)，淺灘還是一些蝦、魚(yú)的產(chǎn)卵地。

　　深潭水流緩慢，泥沙容易淤積，不利于藻類(lèi)生長(cháng)，是魚(yú)類(lèi)休息、幼魚(yú)成長(cháng)及隱匿的避難所。

　　在冬季，深潭還是最好的越冬地點(diǎn)。

　　淺灘和深潭是構成河流的基本要素。

　　2）蜿蜒的岸線(xiàn)：形成緩流區

　　蜿蜒的河岸，形成緩流區，這里適合貝、螺類(lèi)的生長(cháng)。

　　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(huì )由于泥沙淤積，形成河心洲。河心洲有著(zhù)與干流不同的水環(huán)境。

　　5）洄水區、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，誘導泥沙淤積，可以形成河灘洼地和靜水區等多樣的河道環(huán)境。

　　7）護岸??能夠讓螢火蟲(chóng)重歸故里

　　螢火蟲(chóng)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(chóng)就無(wú)法生存。同樣的，螢火蟲(chóng)生息的地方，也適合青蛙、蜻蜓等小動(dòng)物的生息。

　　而由砌石制成的護岸，有很大的縫隙，上面附著(zhù)潮濕而柔軟的苔蘚。螢火蟲(chóng)會(huì )把卵產(chǎn)在這里，孵化的幼蟲(chóng)生活在水中，9個(gè)月后幼蟲(chóng)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(chóng)。它們白天在草木中休息，夜晚則背著(zhù)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(chóng)飛舞，四季風(fēng)情盡顯其中。

　　8）河畔林

　　河畔林在水面形成樹(shù)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(chǎng)所。

　　生活在林中的昆蟲(chóng)、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)需要何種數量、何種構成的水生植物才能夠達到均衡的草型清水狀態(tài)？其實(shí)缺乏嚴謹的數據支持，更多的是經(jīng)驗數據。

　　如果簡(jiǎn)單而言，建設一個(gè)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(gè)既要實(shí)現水體深度處理、又要達到一定景觀(guān)效果的濕地景觀(guān)，我們則需要首先確定污染物容量和處理能力，需要確定觀(guān)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(guò)各種植物對污染物的吸收能力來(lái)估算大致的水生植物量，最后參考濕地的水處理能力來(lái)模擬景觀(guān)濕地的情況對植物的配置進(jìn)行調整。

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

　　另外我們在這個(gè)項目中比較注重沉水植物的作用??尤其在需要開(kāi)敞水面的場(chǎng)合，沉水植物不會(huì )影響水面開(kāi)闊性，而且可以提供給水體一個(gè)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，我們在設計中也盡可能加大這個(gè)緩沖區。

　　七、一個(gè)所有人會(huì )關(guān)心的問(wèn)題??建設成本

　　目前通過(guò)我們對這樣一個(gè)項目的設計得到的結論是：我們設計的這個(gè)水系的建設成本應該比傳統的硬化水系省錢(qián)，省得不太多，但還是省。主要的成本降低來(lái)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(huì )減少投資。

　　這個(gè)水系在未來(lái)將會(huì )經(jīng)受各種考驗，但是我們認為“師法自然”的結局應該是得到自然的回饋。