人工水景观的生态处理与应用研究

李传志  胡鸣镝　　（武汉市建筑设计院，武汉 430014）

　　摘  要： 通过介绍生态处理在人工水景观水质维护中的应用实例，分析其工艺选择与设计、工艺参数与工艺流程，阐述生态处理的低成本特点及其优越性。生态处理的水质净化方法为人工景观水体的低成本维护提供了可能性，生态湿地与水景水体结合，可以营造出一个更自然更优美的人工水景。

　　关键词：生态处理  水景观  水质  复合型垂直流  人工湿地

　　前言

　　随着人们生活水平的不断提高，人们对环境景观提出了更高的要求，越来越讲究环境的舒适、美观。水景居住区得到了消费者的青睐，受到了社会的追捧。水也是营造中国园林的一个重要元素。

　　水体是园林艺术中不可缺少的、最富魅力的一种园林要素。有水则灵是对水景的高度概括，水体在园林景观中的地位，越来越重要。古人称水为园林中的“血液”、 “灵魂”。水在庭园设计中是画龙点睛之笔，在各种风格的园林中，水体均有不可替代的作用。包括：人工湖、戏水池、喷泉等。

　　1 问题的存在

　　目前的居住区水景，大都存在重形式轻文化内涵重人工，轻自然；重投资回报，轻实用经济与后期管养等问题。在水景观建设时一味强调美观，却常常忽视水景的节能和维护，导致水景建成后因运行成本过高而干涸停用，变成摆设，不仅没有达到设计时的美好初衷，甚至成为蚊虫滋生的场所。

　　看上去很美的居住小区水景为什么总是好景不长呢？导致这一尴尬的原因，不能简单的归咎于物业管理的失职，“漂亮水景”设计上的重大缺陷，才是真正的始作俑者。

　　2 原因分析

　　为了解决居住区水景在前期设计与后期养护之间存在的矛盾与问题，事实上，水体要有自我净化能力，必须首先构成一个生态系统。然而，绝大多数小区水景只能依靠耗水费电的方式来人工维系，而这显然是一种不经济的方式，由此而引发业主和物业之间的费用争议，甚至沦为“积水养蚊”的美丽代价也就并不奇怪了。从这个角度来看，不符合生态规律的高耗能小区水景本来就是一种难以持续的假景观，只有在小区规划和设计之初便把生态、节能和可持续性考虑在内，小区水景成“美丽负担”的尴尬才有望避免。

　　一般居住区水景大致可分为两种主要形式：一个是自然水景、另一个是人工水景。他们各有各的特征：

　　自然水景：其优点在于几乎没有建筑成本，但难以按照人们意愿随意改造，不能真正将居住区建筑真正融合在其中。

　　人工水景：其优点是能够与居住环境充分融合，把自己居住的建筑和自己周围的景观（景观包含整个小区的园林，绿化和水）和人融为一体，更符合人们所需要的亲和力和整个环境的生态性。而且符合安全的水域人们还可以参与其中，真正体现亲水性，比较人性化；人工水景的缺点是存在建造成本的问题，特别是后期养护成本。

　　对于一般居住区人工水景，出于成本考虑，大多设计为装饰水景，因此居住区人工水景水体的设计一般都比较浅，只有2０～4０cm。过浅的水体接受阳光的照射时，温度提升快，水体中的杂物发酵也快，澡类生长自然也是要加快的。

　　目前居住区水景在设计中普遍存在设计与治理缺少同步考虑的问题。由于专业不同，目前景观或园林的水景设计，一般只考虑景观手法和文化表现，很少考虑水质治理问题。由于一般人工景观水体（喷泉和倒影池）没有按自然水理设计，大多是一个基本封闭的系统，几无自净能力，且其内部结构不合理，加上外来营养物质的输入，随着时间的推移必将产生富营养化，最终使水体变得混浊不堪，甚至发臭、发黑，严重影响水体美观。

　　居住区人工景观的水质首先要求清澈，无色无异味。水景观如果没有良好的水质作保证，就谈不上美感。为此，在夏季日照正常的地区，一般7－15天需换水清理一次。主要原因一是尘土飘落导致浊度升高，更重要的是由于藻类滋生使浊度与色度影响观感，以至达到感官难以接受的程度。研究表明，当水中总磷浓度超过 0.015mg/l，氮浓度超过0.3mg/l时，藻类便会大量繁殖，从而成为水质恶化的首要原因。抑制藻类有效的方法一般是向水中投加硫酸铜，但效果并不显著。就问题的根本解决，仍是如何去除N和P。

　　但是居住区的人工景观水体水深度往往低于1.5米，常常不能形成水体的自净能力和应有的生态效应。特别是倒影池，为了节省充水费用，一般只有 2０～3０cm深度，其自净能力往往只能从水体外部取得，采用传统的水质处理方法，必然成本较高，在物业管理费用有限的条件下难于维持其正常的功能和水景效果。

　　3 生态处理

　　居住区人工水景观存在的最主要问题可归结为水景需水量较大，因水质恶化而采取的处理、清理、换水工作成本高，物业管理困难。水景观建设面临着如下几个困扰：一是水资源的短缺使自来水的使用受到当地政府部门政策方面的限制，如许多地方政府规定，住宅小区景观环境用水应当使用雨水或者再生水，不得使用自来水，而且对自备井的控制也越来越严格，这就使水景观要面临水源问题；二是即使可以使用自来水，自来水水价的持续上涨也使业主难以承受，物业管理压力增大；三是水体换水清洗工作繁重，费时费力，且运行维护成本高，导致不少水体只能成为”节日水景”，长期闲置甚至废弃，结果是得不偿失。

　　简单地说，生态水处理（Ecological Water Treatment）就是在水域内或水域边人为地建立起一个生态系统，无需人类的外在干预，整个生态系统能适应外界环境对它的影响，处在原始的生态平衡状态，和人类共生共存。这个看似简单的过程却需要在施实之前，进行缜密地规划设计。

　　与以往单一目的的水体治理不同，现代水景空间规划要以生态理论作为规划的指导思想，将涉及水景生态的所有问题，如堤岸、湿地、湖泊、集水区、植被、水生植物等加以考虑，制定综合规划，从而达到水域生态稳定的目的。水景空间是一个复杂的系统，它既包括河流、湖泊等水体本身的空间，也包括与水体生态相关的滩地、湿地、坡地、地下水、植被、水生生物等自然元素。从生态角度出发，应当是多学科相结合的结果，要求水文、水利、生态、环境、景观、植物、动物等不同学科的融合，共同实现生态建设的目标。

　　生态学是一门边缘学科，它所涉及的领域相当广泛，有气象学、水文学、环境土壤学、环境地质学、环境毒理学、环境化学、环境经济学、环境社会学、环境微生物学、环境最优化、植物学、动物学、生物生理学、环境概率统计学、环境艺术设计学等等。

　　气候条件与水生物种情况紧密相连，不同的地域，气候不同，降水量也不同，会显著影响生物的分布情况和生物的种类。根据当地的物种，选择适合培养的生物，能适应当地的生存环境，或耐旱、或耐涝、亦或耐低温、耐高温、耐碱、耐酸。在选择物种的同时，还必须兼顾这些生物在水生生态系统中生态功能，不仅能使整个生态系统稳定运行，还必须对整个水体有着净化功能。虽然水生植物都能吸收水中的无机盐，其在阳光作用下，通过光合作用为生态系统中的其他生物直接或间接的提供食物，但是不同的水生植物对不同的无机盐在吸收能力上不尽相同，必须依据实际水源的水质，科学合理地选择水生植物。水生动物是生态系统中的消费者，离开它，整个生物链不能很好地循环。如果数量过多将导致生态系统中的生产者（水生植物）大大减少，生物链出现断裂；如果数量过少，生产者（水生植物）大量繁殖泛滥，生态系统也不会稳定；这些都会影响生物链的正常运行。水生动物的数量一定要经过科学地计算，并结合实践经验确定。所有这些都要综合考虑。

　　4 应用实例

　　百步亭花园是一个大型居住区，百步亭5期4#地项目规划总用地面积11.95万平方米。其中居住净用地面积8.54万平方米，公共绿化面积3.41万平方米，水景面积约4,244平方米。小区设计主要由多层、高层住宅、商业建筑及公共服务设施等组成，规划总建筑面积16.65万平方米，居住户数1567 户，居住人数5487人。

　　4.1 水环境分析

　　百步亭5期4#地项目规划小区的水景采用水体循环维持水质清洁，收集雨水作为小区水景观补水水源。依据规划，小区内水域面积约4,244平方米，每年需补充水量为4600m3。

　　景观水质首先要求清澈无色无异味。水景观如果没有良好的水质作保证，就谈不上美感。为此，在夏季日照正常的地区，一般7－15天需换水清理一次。其原因一是尘土飘落导致浊度升高，更重要的是因为藻类滋生使浊度与色度影响观感，以至达到感官难以接受的程度。

　　研究表明，当水中总磷浓度超过0.015mg/l，氮浓度超过0.3 mg/l时，藻类便会大量繁殖，从而成为水质恶化的首要原因。抑制藻类有效的方法一般是向水中投加硫酸铜，但效果并不显著。问题的根本解决仍是如何去除N 和P，以降低水中N、P浓度，就可以较好地解决这一问题。

　　根据一般景观水体运行水质分析，景观水体的水质维持主要是需要控制藻类的过度生长以及水体中的SS、COD、BOD5、TN、TP等污染物的含量，保持水体水质的低有机物和N、P浓度。根据国内外类似水体水质保持的经验，一般按每十天循环一次，基本上可以实现水体水质的清洁程度不变。

　　4.2 工艺选择

　　对于控制藻类，可重点去除水中的磷。去除P的方法有生物法、氧化法、化学沉淀法以及物理膜处理方法等。其中投资和运转费用最低的是生物法，但在水景旁建造一座生物处理构筑物一般是不可能的。

　　水质净化的措施一般主要包括活性污泥法、生物膜法和人工湿地法等。与人工湿地法相比，活性污泥法与生物膜法的优点是占地面积少，但缺点是投资成本高，无论是前期的基础建设的投资还是后期系统运行成本都比较高，平均处理成本为0.8～1.0元/立方米左右。而且活性污泥法与生物膜法类的生物处理不可避免有气味散发，同时运行管理水平也要求较高。

　　人工湿地法相对于活性污泥法与生物膜法，虽然它的占地面积相对要多一些，但建设投资成本比较低，特别是后期系统运行成本非常低廉。在土地条件许可的情况下，人工湿地法是一种可以优先选择的水质净化方法。

　　人工湿地是由植物等组成的污水处理系统，建成之后，除了具有污水处理功能外，表面上它还是一个十分漂亮的生态景观。人工湿地能和百步亭5期4#地小区周围的其它绿化生态环境相互融合。建成后的人工湿地，不仅仅是一个污水处理系统，它还可以成为一个旅游生态景观、环保教育基地、鸟类繁养的栖息地，也可以成为人们的休闲娱乐场所。

　　根据小区规划以及室外景观总体设计与环境管理要求，百步亭5期4#地小区景观水体的水质维护处理选用人工湿地污水处理系统比较适宜。

　　人工水景观水质采用生态工程为主的水质净化技术，维持景观水体的水质达到《景观娱乐用水水质标准》，水质净化工艺选择复合垂直流人工湿地+水生植被构建。

　　4.3工艺设计

　　1 工艺介绍

　　复合型垂直流人工湿地是近年来兴起的一种新型技术，它由一下行流池和一上行流池组成，其中下行池比上行池略高。下行流池中表面有布水管，下钻小孔；上行池填料表面有集水管，下钻小孔用来收集出水，两池之间设隔墙，池底相通。污水经布水管首先进入下行池形成下行流，通过池底进入上行池形成上行流，最后进入上行池集水管排出。复合垂直流人工湿地有如下特点：

　　（1）使用布水管进水，水流不易短路，分布均匀。

　　（2）多了一个比上行流池略高的下行流池，不仅使污水在湿地中的停留时间延长，处理得更充分，复氧更迅速，而且通过植物作用增加了氧的供给，有利于根区好氧微生物的活动，加强了硝化作用，使出水没有异味。

　　（3）由于随着氧化还原电位的升高使得磷的释放缓慢，使营养盐的去除效果较好，同时因底层氧化充足，从而使氮的去除效果好。

　　2 工艺流程

　　针对小区主要水质特点，采用预处理?人工湿地系统处理工艺，即雨水经管网收集，汇集至调节池，调节池前部设置格栅，出水经过湿地配水井渠进入复合垂直流人工湿地，然后通过出水最终达标排放，工艺流程如下：

　　景观水体也可以按照上述工艺进行循环，达到去除水体污染，维持水质清洁。

　　3 工艺参数

　　复合垂直流人工湿地占地面积约为800m2，将其分为4套单元并联组成，每套单元面积为200 m2，上下行池各为100m2，设计湿地池深1.0m，同时池底采用防渗处理。湿地日处理水量300吨，十天对景观水体完成一次循环净化。

　　4 湿地植物

　　综合考虑到小区环境和水质净化要求，复合垂直流人工湿地植物选择美人蕉、菖蒲、风车草、紫莎草、鸢尾等植物。

　　5 水生植物

　　为维持景观水质以及美化环境，在小区水体内构建水生植物群落。采用的水生植物有：香蒲、花叶水葱、菖蒲、千屈菜、紫莎草、风车草、鸢尾、观赏荷花等挺水植物以及不同品种的睡莲等浮叶植物。

　　4.4人工湿地布置

　　百步亭5期4#地小区人工湿地处理系统布置如图1。人工景观水体与垂直流人工湿地之间通过水泵，进行连续循环净化处理，低成本维持景观水体水质。

　　4.5 投资估算

　　百步亭5期4#地小区人工景观水体垂直流人工湿地净化工程投资包括以下项目，其中：

　　1 复合垂直流人工湿地构建工程800m2，单价450元/m2，投资总价36万

　　2 水生植被构建工程1000平米，投资总价12.5万；

　　3 设计及其它费用合计5万

　　以上垂直流人工湿地净化工程投资合计53.5万。未计算管网建设等费用。

　　5 结论

　　居住区人工景观水体的低成本维护，设计是关键。一个好的水景设计方案，从科学、合理的生态原则出发，为低成本的维护提供可能，这种生态水景设计方案一开始建造成本可能高一点，但从长远来看它是持续经济的。生态水处理的优越性体现在无需过滤，大大减少设备投资，降低设备的运行费用和设备的维修保养费；无需专人管理，也能达到水质要求；整个水体自身调节能力增加，对水质的波动可以通过自身的生态来进行调整；生态湿地与水景水体结合，可以营造出一个更自然更优美的人工水景。

　　参考文献

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