淺談人工濕地與現(xiàn)代城市水環(huán)境建設(shè)戰(zhàn)略

王家智 王艷君 聶大鵬

【摘要】文章簡要地介紹了濕地、人工濕地的概況。論述了人工濕地與現(xiàn)代城市水環(huán)境建設(shè)，著重介紹了沈陽市渾南人工濕地生態(tài)系統(tǒng)在城市水環(huán)境及生態(tài)環(huán)境建設(shè)中的作用和地位，說明了人工濕地在緩解城市水資源緊張及凈化城市環(huán)境中的無可替代的作用，從而論證了人工濕地生態(tài)系統(tǒng)作為一種生態(tài)手段必將在現(xiàn)代城市向生態(tài)城市的轉(zhuǎn)化進(jìn)程中發(fā)揮出巨大作用的結(jié)論。

【關(guān)鍵詞】濕地；人工濕地；水資源；現(xiàn)代城市；生態(tài)城市

[文章編號]1619-2737（2016）01-21-686

“生態(tài)城市”是聯(lián)合國教科文組織發(fā)起的“人與生物圈”討論中提出的一個概念，它的內(nèi)涵隨著社會和科技的發(fā)展，不斷得到充實(shí)和完善。雖然其概念的含義和范疇的界定還沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但現(xiàn)代城市向生態(tài)城市發(fā)展的步伐卻愈來愉快。從廣義上來講，生態(tài)城市就是一種經(jīng)濟(jì)與社會、資源與環(huán)境、人類與自然和諧發(fā)展的狀態(tài)。然而，制約現(xiàn)代城市向生態(tài)城市發(fā)展的一個關(guān)鍵因素，就是水資源的可持續(xù)發(fā)展和利用。充足的水資源保障是現(xiàn)代城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)和生態(tài)建設(shè)等一切活動的先決條件。

“沒有濕地就沒有水！”這句話曾經(jīng)是世界濕地日的主題?！皾竦亍笔侨祟愘囈陨娴幕疽亍八钡膩碓?，是全球的人類共有的寶貴資源。

1. 濕地的概念和人工濕地生態(tài)系統(tǒng)

1.1認(rèn)識濕地?！皾竦亍币辉~源自英文wetland，但其確切的定義，各國學(xué)者有著不同的解釋，大體上可分為廣義和狹義兩種。狹義的定義一般認(rèn)為，濕地是陸地與水域之間的過度地帶；廣義定義則把地球上除海洋（水深6米以上）外的所有水體都當(dāng)作濕地。濕地廣泛分布于世界各地，從凍土地帶到熱帶。據(jù)濕地公約統(tǒng)計(jì)，全球重要濕地約有130個，面積約為9130萬公頃，占地球陸地面積的6%，其中湖泊占2%，蘚類沼澤占30%，草本沼澤占26%，森林占20%，洪泛平原占15%。濕地與人類的生存、繁衍及發(fā)展息息相關(guān)，是自然界最富生物多樣性的生態(tài)景觀和人類重要的生存環(huán)境之一，有著其他系統(tǒng)不可替代的作用，被美譽(yù)為“地球之腎”。中國政府與1992年7月1日正式加入濕地公約組織。

在整個世界范疇，濕地經(jīng)歷著退化、喪失和恢復(fù)過程，這是自然規(guī)律。然而令人遺憾的是，現(xiàn)今的世界，濕地的喪失的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于恢復(fù)的速度（人類與自然的矛盾）。據(jù)文獻(xiàn)記載，美國的濕地喪失了54%，法國的濕地喪失了67%，德國的濕地喪失了57%。我國的濕地資源也遭到了較大的破壞。人類在積極保護(hù)和拯救濕地的同時，也開始了探索人工濕地生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)。

1.2人工濕地生態(tài)系統(tǒng)。人工濕地是人類根據(jù)實(shí)際需要和利益，人為設(shè)計(jì)與建造的由基質(zhì)、挺水和沉水植物、動物和水體組成的復(fù)合體，由于其模擬了天然濕地，結(jié)構(gòu)和功能與自然濕地相似，成為自然濕地的有益補(bǔ)充。濕地被譽(yù)為“地球之腎”，人工濕地可以說是地球的“人造腎”。人工濕地與天然濕地一樣，也具備多種生態(tài)功能，尤其是凈化污水。一般情況下，經(jīng)過人工濕地系統(tǒng)處理后的出水水質(zhì)可以達(dá)到地面水水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，因此它實(shí)際上是一種深度處理的方法，特別適用于飲水水源和景觀用水。處理后的水質(zhì)可以直接排入飲用水源或景觀用水的湖泊、水庫或河流中。因此特別適合處理飲用水源或景觀用水區(qū)附近的生活污水或直接對受污水體進(jìn)行處理，或者為這些水體提供清潔的水源補(bǔ)充。此外，其建造成本低，運(yùn)行成本低，如選擇合適的植物還可以美化環(huán)境，不僅可以為鋼筋混凝土建筑的現(xiàn)代城市提供充分的水資源補(bǔ)充，還可以增加了綠色景觀，使城市有了勃勃生機(jī)。如果說“森林”是城市的“肺”，那么“人工濕地”就是城市的“腎”，人工濕地正在被人們認(rèn)同和接受。

運(yùn)用人工濕地處理污水可追溯到1903年，建在英國約克郡Earby的被認(rèn)作世界上第一處人工濕地，其連續(xù)運(yùn)行直到1992年。而人工濕地生態(tài)系統(tǒng)在世界各地逐漸受到重視并被運(yùn)用，卻是在學(xué)者Kichuth提出“根區(qū)法”（一種生態(tài)理論）理論之后開始的。我國對人工濕地的研究與探索的高潮始于21世紀(jì)之初，但我國人工濕地的研究與實(shí)踐已經(jīng)取得了較大的突破與發(fā)展。

2. 人工濕地與城市水資源

（1）現(xiàn)代城市是一個地區(qū)政治、經(jīng)濟(jì)、文化、科學(xué)、教育的中心，是人口密集的地方。就世界范圍而言，城市的產(chǎn)生多與水密切相關(guān)，考古學(xué)也證明了人類起源于水。遠(yuǎn)離河流或水源的城市是不可想象的。水是人類生存的基本要素，城市是人口密集之處，沒有充足水資源保證的城市，無論其文明發(fā)展的程度有多高，也必將走向滅亡。而現(xiàn)代城市向生態(tài)城市發(fā)展是城市未來發(fā)展的方向。近年來，我國城市發(fā)展十分迅猛，預(yù)計(jì)到2020年，城市人口將占總?cè)丝诘?0%～60%。隨著人口的不斷增多，城市水資源的供需矛盾也愈加突出。我國是水資源缺乏而又分布不均的國家，多數(shù)現(xiàn)代大城市水資源短缺，這不僅僅有現(xiàn)代工業(yè)和居民用水量增加而造成的資源性缺水，也有人口聚增帶來大量生活污水和現(xiàn)代工業(yè)帶來的大量工業(yè)廢水排泄而造成的水質(zhì)性缺水。資源性缺水和水質(zhì)性缺水嚴(yán)重地限制了城市的發(fā)展，制約了現(xiàn)代城市向生態(tài)城市發(fā)展的步伐，也威脅著人類生活水平和生存環(huán)境。開發(fā)新水源，改善水質(zhì)，提高水的重復(fù)利用率，恢復(fù)城市水源功能是目前極為迫切的任務(wù)。開辟新水源及污水全部采用工廠化處理，開支巨大，財(cái)力不堪重負(fù)，因此充分開發(fā)生態(tài)工程凈化污水技術(shù)是降低污水處理的能源消耗，節(jié)省開支的重要渠道。

（2）現(xiàn)代城市以人口眾多和工業(yè)發(fā)達(dá)而著稱，所產(chǎn)生的大量污水、廢水再生利用的程度，是決定現(xiàn)代城市向生態(tài)城市轉(zhuǎn)變的一個重要標(biāo)志。人工濕地是一種高生產(chǎn)力的生態(tài)系統(tǒng)，經(jīng)其處理的水可以作為居民生活用水、工業(yè)生產(chǎn)用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水和綠植等多種用途，是城市再生的水資源，是現(xiàn)代城市解決水體污染、凈化城市水環(huán)境的一種非常有效的生態(tài)方法；一方面水體污染嚴(yán)重造成水資源緊張，一方面大量降雨以徑流形式白白浪費(fèi)。而人工濕地雨水濕地部分可以直接收取并凈化降雨洪水，增加水資源的垂直補(bǔ)給。以工程手段直接收集雨洪水，增加水資源的垂直補(bǔ)給，是目前國際上解決水資源危機(jī)的一種比較先進(jìn)的方法，而人工濕地恰恰具備這種功能。人工濕地低廉的投入和運(yùn)行費(fèi)用也保證了這種生態(tài)技術(shù)在現(xiàn)代城市的推廣和普及。此外，在充斥鋼筋混凝土的現(xiàn)代城市中，人工濕地園林般的建筑及其奇特的水陸生植物不僅使之成為城市的一道亮麗的風(fēng)景，還可以改善其周邊的環(huán)境，調(diào)節(jié)降低“城市熱島效應(yīng)”。人工濕地?zé)o愧于“城市之腎”的稱謂。

在我國，許多城市都開始了人工濕地生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)，并且都取得了顯著的效果。各地的人工濕地根據(jù)本地的實(shí)際情況，其結(jié)構(gòu)和功能各有不同。其中坐落在沈陽渾南新區(qū)的人工濕地生態(tài)系統(tǒng)由于其克服了冬季運(yùn)行的難題而獨(dú)具特色。

3. 沈陽渾南人工濕地的概況

（1）渾南人工濕地位于沈陽市渾南新區(qū)的北端，工程完全建成后，北部將與渾河相連，與渾河的廊道型生態(tài)系統(tǒng)相呼應(yīng)。已經(jīng)建成使用的一期工程占地6萬平方米，包括0.6萬平方米的污水濕地，3.4萬平方米的雨水濕地和2萬平方米的污泥礦化濕地。該人工濕地采用美國和英國的生態(tài)技術(shù)，不同于我國其他人工濕地的是，它解決了在北方寒冷地區(qū)低溫運(yùn)行的難題。在2004～2005冬季運(yùn)行中，在-26℃氣溫的情況下濕地內(nèi)保持在6.8℃的恒溫而正常運(yùn)行。據(jù)冬季觀測的結(jié)果，從入水到出水COD平均值由283mg/l降至11mg/l；總懸浮物平均值由60mg/L降至13mg/L。在寒冷的冬季能夠正常運(yùn)行且能夠有效地處理污水，這在我國還是首例，按設(shè)計(jì)，一期工程可以處理1000噸/日的生活污水和2000噸/日的雨水。

（2）生活污水通過管道流進(jìn)長滿蘆葦、蒼莆、紫花鳶葦?shù)奈鬯斯竦?，?jīng)過處理草床的沉淀過濾再流進(jìn)位于它南邊的雨水濕地進(jìn)行再次凈化。而從方圓兩公里范圍內(nèi)收集到的雨水則先要經(jīng)過一番篩選，分離出來的存在一定污染的前期雨水會進(jìn)入雨水濕地接受凈化，雨水濕地的出水可達(dá)到國家地面水二級水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。污水、雨水濕地每天都要生產(chǎn)大約6噸的污泥，這些附著一定污染物質(zhì)的污泥，如果不處理就會對環(huán)境造成二次污染，而把污泥送入礦化濕地中，濾出的污水可以重新輸入污水濕地和雨水濕地進(jìn)行凈化，沉下來的礦化污泥腐殖土則可用做化肥原料。

（3）沈陽渾南人工濕地污水生態(tài)處理系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用僅為污水處理廠的1/3，冬季運(yùn)行的效果比預(yù)想的要好得多。人工濕地有水生、陸生植物43種，在濕地運(yùn)行一個多月后發(fā)現(xiàn)了鯽魚的蹤影，說明一個完整的生物鏈條正在悄悄形成。渾南人工濕地生態(tài)系統(tǒng)的成功運(yùn)行，不僅為沈陽市中水回用帶來了光明的遠(yuǎn)景，在一定程度上緩解了沈陽市水資源嚴(yán)重緊張的局面，而且為北方城市采用人工濕地生態(tài)系統(tǒng)處理污水確立了明確的方向，有力地推動了現(xiàn)代城市向生態(tài)城市前進(jìn)的步伐。此外，人工濕地雨水濕地還增加了對降雨的垂直利用，這也是目前國際上增加水資源的一個比較先進(jìn)的手段。

4. 結(jié)語

在歷史進(jìn)入二十一世紀(jì)的今天，以人口集中、工業(yè)發(fā)達(dá)為標(biāo)志的現(xiàn)代城市向生態(tài)城市發(fā)展已經(jīng)成為歷史的必然。解決水資源緊張，優(yōu)化合理配置水資源是城市水環(huán)境建設(shè)的先決條件。人工濕地生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)該說是有效調(diào)節(jié)資源與環(huán)境、人類與自然的一種先進(jìn)的生態(tài)手段。它的誕生作為城市水資源的一種補(bǔ)充手段，不僅緩解了城市水資源緊張的局面，也加快了現(xiàn)代城市向生態(tài)城市轉(zhuǎn)變的速度。雖然在我國的城市中，合理、有效地利用人工濕地生態(tài)技術(shù)還剛剛起步，但人工濕地作為一種解決城市水資源緊張的一種重要生態(tài)手段已經(jīng)被廣泛地認(rèn)同，相信在不遠(yuǎn)的將來，隨著在現(xiàn)代城市的廣泛建設(shè)，人工濕地生態(tài)系統(tǒng)必將在城市水資源的補(bǔ)充、優(yōu)化配置及城市生態(tài)化的進(jìn)程中發(fā)揮出無可替代的作用。