基于風景園林學的人工濕地水質凈化工程設計研究

摘要：以西北某縣污水處理廠人工濕地工程為例，探索人工濕地水質凈化工程與生態(tài)景觀規(guī)劃設計相融合的實踐模式。通過實地調研分析，結合周邊地形特點，在保證水質凈化功能的基礎上，將工程規(guī)劃為以“一線、三區(qū)、多點”的總體空間結構。通過設置親水廣場、木棧道、景石、生態(tài)綠島等多重水景形式，結合植物造景的設計，將本項目打造成集水質凈化、科普宣教、觀賞游覽等多種功能于一體的人工濕地水質凈化工程，以期為類似工程的生態(tài)景觀設計提供借鑒和參考。

關鍵詞：人工濕地；水質凈化；風景園林；濕地公園

中圖分類號：X703 文獻標志碼：B

前言

濕地保護是中國生態(tài)文明建設的重要內容，濕地作為全球最具價值的生態(tài)系統(tǒng)，是現代景觀設計體系中的重要部分，濕地生態(tài)系統(tǒng)及水環(huán)境的健康程度也將嚴重影響區(qū)域生態(tài)安全、飲用水安全及可持續(xù)發(fā)展。人工濕地指通過模擬自然濕地生態(tài)系統(tǒng)而構建的人工強化的、生態(tài)負荷更高的污水處理生態(tài)系統(tǒng)，不僅能有效凈化水體中的污染物，還可與周邊的生態(tài)景觀相結合，具有較大的實用價值、較高的環(huán)境效益和生態(tài)效益，應用前景廣闊。為進一步改善城市水環(huán)境，提高城市生態(tài)修復水平，近年來，各地政府在城市污水處理廠排污口下游及重點河道干支流建設了大量人工濕地水質凈化工程，對改善水體水質，提高城市水環(huán)境質量起到了重要作用。但是，大部分的人工濕地水質凈化工程僅定位于人工濕地的水質凈化作用，忽視了生態(tài)景觀的建設，建成后的人工濕地景觀效益和社會效益不佳。

通過對國內外相關文獻及優(yōu)秀案例進行整理分析，以西北某縣污水處理廠人工濕地工程為例，通過分析當地歷史文化、城市規(guī)劃、選址現狀、水質情況、本土植被等條件，結合建設單位需求，將生態(tài)景觀設計理念融人人工濕地水質凈化工程的規(guī)劃設計。在保證人工濕地水質凈化功能的基礎上，將本工程打造成以“一線、三區(qū)、多點”為骨架的濕地特色景觀工程，并打造了“青溪逐水”、“映柳小筑”、“水下森林”等多處景觀節(jié)點，進一步提升了人工濕地水質凈化工程的生態(tài)美感，可以為今后的相關工程案例提供參考及經驗。

1人工濕地水質凈化工程設計

1.1建設背景

西北某縣污水處理廠人工濕地工程位于污水處理廠下游約1.5 km處，選址為河道灘地，地處城區(qū)西南，距離主城區(qū)約4 km，屬于城市規(guī)劃區(qū)范圍內，規(guī)劃定位為城市濕地公園。工程區(qū)屬溫帶大陸性季風氣候，四季分明，年平均氣溫7.5℃，無霜期163天左右，全年日照時數2 044小時，年平均降水量600 mm。

1.2處理規(guī)模及進、出水水質

西北某縣污水處理廠人工濕地工程進水主要來自西北某縣污水處理廠達標外排水，根據污水處理廠設計和運行資料，污水處理廠設計規(guī)模為9 000 m3/d，實際進水規(guī)模約9 000 m3/d。綜合考慮污水處理廠出水規(guī)模以及可利用的河灘地面積等因素，確定工程處理規(guī)模為9 000 m3/d。

工程人工濕地進、出水水質參考污水處理廠設計出水標準、西北生態(tài)環(huán)境局某縣分局提供的2020年- 2021年污水處理廠出水水質監(jiān)測數據、2021年工程出水下游斷面監(jiān)測數據以及《人工濕地水質凈化技術指南》（環(huán)辦水體函[2021] 173號）要求確定。具體設計進、出水水質見表1。

1.3工藝流程

隨著深度處理及中水回用的普及，廢水深度處理工藝發(fā)展較快，人工濕地作為一種處理效果好、運維成本低、管理方便的污水處理工藝，已經被廣泛應用于污染水體的水質凈化與恢復、污水處理、雨水處理與利用等領域。人工濕地主要分為表面流濕地、水平潛流濕地和垂直潛流濕地，其中潛流濕地處理效果較好，投資高，表面流人工濕地投資少、運行費用低。根據工程定位，結合污水處理需求，確定工藝流程為水平潛流濕地+表面流人工濕地工藝，處理規(guī)模9 000 m3/d，占地面積52 000 m2，其中水平潛流濕地占地面積22 300 m2，表面流濕地占地面積10 200 m2，植物綠化及配套設施占地面積19 500 m2。具體工藝流程見圖1，總平面圖見圖2。

污水處理廠達標外排水通過新建輸水管道輸送至工程區(qū)，首先進入水平潛流濕地，水平潛流濕地為工程水質凈化的核心工藝，承擔主要的水質凈化功能，兼顧部分景觀功能；經水平潛流濕地處理的水體水質主要指標基本達到地表水Ⅳ類標準后通過涌泉自流進人表面流濕地，表面流濕地為本工程景觀提升的核心工藝，承擔主要的景觀提升功能，兼顧部分水質凈化功能；經表面流濕地進一步凈化后的水質主要指標達到地表水Ⅳ類標準后排人下游河道。

1.4工程設計參數

1.4.1水平潛流濕地

1.4.1.1水平潛流濕地總體設計

水平潛流濕地占地面積22 300 m2，其中有效處理面積為21126 m2，隔墻和水渠面積為1174 m2。根據工程區(qū)地形情況，潛流濕地分為12個單元格并聯運行，潛流濕地單元尺寸為32-47 m×46.5 m，采用并聯的運行方式可有效保證濕地正常運行和日常檢修。主要設計參數如下：

（1）設計流量：Q=9 000 m3/d；

（2）水力負荷：q=42.5 cm/d；

（3）水力停留時間：HRT=1.41 d（孔隙率按照0.5）。

1.4.1.2水平潛流濕地結構形式

水平潛流濕地前端為布水渠，采用DN150 PVC布水管均勻布水；中間為主體填料區(qū)；末端為集水渠，采用DN200 PVC穿孔集水管集水；底部30 cm粘土壓實，HDPE膜防滲；四周為C30鋼混墻。

1.4.1.3水平潛流濕地填料設計

水平潛流濕地填料層由兩部分組成：上層采用粒徑1 cm-3 cm的細生態(tài)填料，厚度70 cm-90 cm；下層采用粒徑3 cm-5 cm的粗生態(tài)填料，厚度40 cm；填料總鋪設厚度為110 cm-130 cm。在床體前端和末端分別設置配水區(qū)和集水區(qū)，配水區(qū)順水長度4.0m，集水區(qū)順水長度為2.0m。配水區(qū)和集水區(qū)的填料采用粒徑為5 cm-8 cm的生態(tài)填料。

1.4.1.4水平潛流濕地植物設計

水平潛流濕地植物選擇需在保證水質凈化功能的同時，結合景觀設計，提升濕地系統(tǒng)景觀效果。按照上述原則，工程水平潛流濕地植物選擇種植黃菖蒲、水蔥和再力花等挺水和濕生植物。

1.4.2表面流濕地

1.4.2.1表面流濕地總體設計

表面流濕地總占地面積為10 200 m2，有效水深為0.3 m-1.5 m，平均水深為0.5 m，進水采用涌泉方式進水。通過在濕地內新建圍堰及跌水堰，將濕地劃分為四級串聯的表面流濕地系統(tǒng)，有效防止短路和死區(qū)的發(fā)生，同時提高表面流濕地處理效率。

表面流濕地主要設計參數如下：

（1）設計流量：Q=9 000 m3/d；

（2）水力負荷：q=88 cm/d；

（3）水力停留時間：HRT=0.57 d。

1.4.2.2表面流濕地結構形式

底部原狀土壓實，上覆1m厚種植土，四周土圍堰壓實。

1.4.2.3表面流濕地植物設計

表面流濕地根據不同水深分別配置挺水植物、浮葉植物和沉水植物，增強表面流濕地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和生物多樣性，提高表面流濕地的處理能力。其中水深0 m～0.7 m，配置濕生或挺水植物，例如千屈菜、黃菖蒲、水蔥、香蒲等；水深0.7 m-1.0m，配置浮葉植物，例如睡蓮、荷花等；水深1.0 m-1.5 m，配置沉水植物，例如菹草、黑藻、苦草等。

2風景園林工程設計

2.1設計定位

根據工程的規(guī)劃定位和建設需求，工程的設計定位為：在深度凈化城市污水處理廠外排水的同時，根據當地居民和游客的觀賞、休閑需求，將本工程進行生態(tài)景觀提升，著力打造集水質凈化、科普宣傳和觀賞游覽于一體的綜合性人工濕地工程。

2.2空間布局

結合工程區(qū)實際情況，依照景觀資源類型的分布和組合、地形地貌特點、道路結構體系、生態(tài)基礎、周邊用地性質以及人群活動特點，工程區(qū)的規(guī)劃以“一線、三區(qū)、多點”為骨架，形成縱橫交錯的濕地景觀系統(tǒng)，工程景觀平面及功能分區(qū)圖及工程鳥瞰圖見圖2、圖3。

“一線”是指一條景觀軸線，將黃河“九曲十八彎”的“幾”字形地形地貌特征抽象為項目的龍形道路骨架結構，該道路由水平潛流濕地以及表面流濕地中建設的木棧道、跌水堰及園路等連接而成，將工程區(qū)的各個景觀節(jié)點連為一體，極大方便游人的觀賞和休閑。

“三區(qū)”是指三個景觀分區(qū)，分別為：濕地科普宣教區(qū)、特色文化體驗區(qū)、休閑健身療養(yǎng)區(qū)，以不同的主題和形式闡述生態(tài)、文化、藝術等內容。

“多點”是指多個景觀節(jié)點，環(huán)境景觀小品是景觀中的點睛之筆，一般體量較小、色彩單純，對空間起點綴作用，工程通過設計涌泉、疊瀑、跌水堰、親水平臺、景觀亭、雕塑、景石等景觀小品將當地的歷史文化抽象為珍珠般的景觀節(jié)點，本土特色景觀節(jié)點的營造，給本地居民帶來歸屬感、榮譽感，也為外來游客提供了解本土文化的窗口。

2.2.1濕地科普宣教區(qū)

濕地科普宣教區(qū)位于工程區(qū)東側，通過配置科普廊道及科普宣教展板等元素構建濕地科普宣教走廊，通過圖文介紹向游客普及生態(tài)環(huán)保及人工濕地的知識。在凈化水質、改善生態(tài)環(huán)境的同時，融人了涌泉、親水平臺、觀景亭、特色樹池等景觀元素，同時設置了較大面積的人口廣場，既方便人流的集散，又滿足游客的觀賞和親水需求。其中涌泉作為該區(qū)域的視覺焦點，將游客的視線吸引至蜿蜒的岸線與道路上來，密布的植物又起到視覺隔離的作用，通過空間的收放處理，營造出一系列變化豐富、富有趣味的濕地空間，打造科學、可觀、可游的人工濕地系統(tǒng)。

2.2.2特色文化體驗區(qū)

特色文化體驗區(qū)位于工程區(qū)北側，通過配置特色文化雕塑、文化展板等元素構建當地特色文化展示區(qū)，向游客展示當地的特色文化。該區(qū)域以大面積開闊的水面為主，通過打造臺階入水式的親水平臺及生態(tài)綠島與跌水堰相融合的景觀節(jié)點，滿足游客的親水要求，提高游客與人工濕地的互動。整個區(qū)域充滿濃郁的生態(tài)氣息。蟬聲鳥鳴、潺潺流水與當地特色文化相互融合、相得益彰，彰顯生態(tài)環(huán)保的時代主題。

2.2.3休閑健身療養(yǎng)區(qū)

休閑健身療養(yǎng)區(qū)位于工程區(qū)西側，該區(qū)域突出綠色景觀的主題，通過更為立體豐富的植物景觀，營造森林氧吧、森林瑜伽等休閑療養(yǎng)景觀項目。該區(qū)域平面構成線型流暢自然，營造的氛圍輕松宜人，給觀者以更多的自然感受，把來此地的每一個人，融人到這綠色天際之中。植物配置上采用本地鄉(xiāng)土樹種作為基調樹種，并將養(yǎng)生樹種置于其中，高低錯落、疏密相間的布置于景點之中。

2.3植物造景

2.3.1設計原則

園林植物是園林綠化中的重要元素，植物造景對改善城市環(huán)境起到了很好的作用。在植物造景上，以沉水、浮葉、挺水等類型植物生境展現自然生態(tài)群落、生態(tài)系統(tǒng)凈化進程及不同濕地生境風貌，模擬自然水生植物層片結構，形成“挺水－浮葉－沉水”不同系列組合層次，呈塊狀或者叢狀組合種植，以展示水生植物群落演替的不同階段景象。濕生及水生喬木則依水種植，展現高低錯落的水域綠色空間。同時，項目的植物設計突出地方特色，強調季相上的變化及四季的均衡，達到三季有花、四季常綠的植物景觀效果。設計中以本土樹種為主，搭配數量較多的色葉植物，形成喬、灌、草、藤、水生植物配置的復層生態(tài)群落。

2.3.2種植分區(qū)設計

根據人工濕地平面布置情況，將植物種植區(qū)域劃分生態(tài)保護林景觀區(qū)、山地色葉林景觀區(qū)、風景林景觀區(qū)、濱水濕生景觀區(qū)四個植物特色分區(qū)。

（1）生態(tài)保護林風景區(qū)：區(qū)域在現有的植被基礎上，依據現場植被群落的結構特點，結合植被改造、培育、撫育，加快次生林的演替，使其盡快成為常綠針葉林混交林，構成結構穩(wěn)定，生態(tài)功能強大的植物群落。

（2）山地色葉林景觀區(qū)：作為面對整個濕地的主要景觀面，本設計在原有植被基礎上補充大量的色葉喬木以及開花灌木，形成濕地的綺麗背景，豐富綠化的立面效果。

（3）風景林景觀區(qū)：區(qū)域設計主要是在現狀植被的基礎上，加上了具有養(yǎng)生作用的植物，同時通過植被群落整體季相、小塊面的節(jié)奏變化、色彩變化，產生引人入勝的景觀效果。

（4）濱水濕生觀賞區(qū)：以水杉為主要濕生樹種，其他水生和濕生植物相配，形成可游可觀的特色水杉濕生地，體現近自然式的人工濕地，該區(qū)域細分為三個區(qū)：

①生物多樣性展示區(qū)：布置堤、島、灘涂，遵循“灘的回歸”思想，創(chuàng)造多種生境，展示水生植物群落，總體上根據不同的水深條件，分別配置沉水、浮葉、挺水等植物；

②濕地喬灌叢展示區(qū)：展示適合當地生長的喬灌木，通過營造緩坡等手段創(chuàng)造生境，種植水杉、黃菖蒲、睡蓮、黑藻等濕地植物；

③水生花園：人口部分以觀賞性較強的鳶尾類植物群落為主，增加千屈菜群落、菖蒲群落。通過各分區(qū)的空間異質性，創(chuàng)造適宜生長的生境條件，形成豐富、多樣、自然的濕生植物群落。

3結論

人工濕地不僅具有良好的水質凈化功能，并且兼具陸地與水域兩種特殊空間的環(huán)境特征，不應僅僅定位于水質凈化功能，更應將其打造為城市中生態(tài)環(huán)境、生態(tài)價值較高的濕地景觀系統(tǒng)，在深度凈化城市微污染水體的同時，也能為城市居民提供休閑、觀賞的場所。西北某縣污水處理廠人工濕地工程設計以風景園林設計理念為指導，以深度凈化水體水質，改善生態(tài)環(huán)境，滿足當地居民休閑觀賞需求為目標，從風景園林學角度探索人工濕地水質凈化工程的新的設計理念和思路，在項目的設計實踐中應用了大量的風景園林學理念，打造了集水質凈化、科普宣傳和觀賞游覽于一體的綜合性人工濕地工程，為以后人工濕地水質凈化工程的設計提供了新的思路。