景觀水體生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建

詹德昊

（中南建筑設(shè)計院股份有限公司，武漢 430000）

隨著人們生活質(zhì)量的提高，水體景觀成為休閑、旅游不可或缺的部分。然而水體景觀建設(shè)必須考慮水質(zhì)、水量的保持，否則一旦水質(zhì)變化，最終發(fā)展成為黑臭水體將適得其反。九江附近某景區(qū)規(guī)劃總占地面積190 hm2，其中陸域面積129 hm2，水域面積61 hm2，其水域在現(xiàn)狀湖塘基礎(chǔ)上開挖擴建而成，不與河流連通。設(shè)計水體底標高11.00 m（85 黃海高程系，下同），低水位12.50 m，常水位12.80 m，最高水位13.00 m，總水量91.5 萬～122 萬m3。為維持景觀水體，需要構(gòu)建小的生態(tài)系統(tǒng)，使得水體在景區(qū)運營期內(nèi)處于相對穩(wěn)定的動態(tài)平衡狀態(tài)，水質(zhì)、水量都能滿足景觀需求。

1 水量保持

水體的水量應(yīng)控制在一定范圍之內(nèi)，不僅是維系水景的需要，同時也為維持生態(tài)系統(tǒng)提供必要的物質(zhì)條件。

1.1 蒸發(fā)

水體的蒸發(fā)時刻均會發(fā)生，蒸發(fā)速率受到溫度、濕度、液體表面積、液體表面上方空氣流動速度等因素的影響。本工程建設(shè)參照九江附近的鄱陽湖水體蒸發(fā)數(shù)據(jù)進行估算。九江最大蒸發(fā)量發(fā)生在每年8月，多年最大月蒸發(fā)量為250.8 mm，多年平均月蒸發(fā)水量為169.5 mm［1］。

1.2 降雨

降雨對景區(qū)水體的影響，主要是降雨對水體的補水作用和降雨可能引發(fā)的內(nèi)澇災(zāi)害。對于景區(qū)水體而言，降雨的排水量可根據(jù)暴雨強度公式計算可得，而補水則需要考慮降雨的影響，以減少取水設(shè)計規(guī)模。設(shè)計以多年平均月降雨量作為降雨計算的參數(shù)，根據(jù)九江市下轄湖口站降雨資料多年平均降水量為1372.8 mm，具體到平均月如表1。

表1 湖口站多年平均月降雨量［2］ 單位：mm

由表1 可知，九江3—8 月為雨季，降雨量顯著多于其他月份，其中多年平均最大降雨月份發(fā)生在6 月，與梅雨季節(jié)相吻合。通過降雨量和蒸發(fā)量的對比可以計算出補水規(guī)模。

1.3 滲漏

根據(jù)本工程巖土工程勘察報告，場地全場分布淤泥質(zhì)土，土質(zhì)特征深灰色，流塑，土質(zhì)較均勻，局部間夾薄層粉土、粉細砂。該層黏性土透水性極弱，可視為不透水層，為場地相對隔水層?？辈炱陂g測得場地上層滯水位為地面以下0.40～0.60 m（標高11.42～12.23 m），孔隙水為地面下2.30 m（標高10.62 m），場地地下水位年變化幅度2.0 m 左右。據(jù)此本工程地下水和水體之間的交換可忽略不計。

1.4 補水

由水量平衡原理，可得到計算等式：補充水量=蒸發(fā)量+滲漏量+其他用水量-雨水量。滲漏量可忽略不計，而本工程水體不考慮作為其他用水的水源，故補充水量=蒸發(fā)量-降雨量。

九江市每年7—12 月降雨量小于蒸發(fā)量，需對水體進行補水以保持水體水位。因1—6 月降雨量逐月增加，累計平均月降雨量達898 mm，高于水體設(shè)計高水位與低水位之差的500 mm。另該段時間各月份降雨量與蒸發(fā)量的差值也呈上升趨勢，且6 月出現(xiàn)最大差值。由此得出水體1—6 月需排水作業(yè)，在6 月底可將水位控制在13.0 m 的設(shè)計高水位。補水系統(tǒng)目的是確保7—12 月水體水位不低于12.5 m 的最低水位。因降雨的不均勻性，為保證水體水位，取水規(guī)模按多年最大月蒸發(fā)量控制，且不考慮降雨補充。由此可得如下計算式：

式中n 為n 月，具體范圍為需要補水的7—12 月；qn為保證水體水位不低于12.5 m，7—n 月間平均每月的最低補水量（mm）；Pn為多年最大月蒸發(fā)量（mm）；500 為設(shè)計高水位與低水位之差（mm）。

本工程補水量為7—12 月計算qn的最大值，經(jīng)計算，補水量需大于91.18 mm，發(fā)生時間在10 月。由此本工程設(shè)計補水量為1854 m3/d，月補水量為5.56 萬t。

最高水位發(fā)生在1—6 月，該段時間不需對水體進行補水，當時暴雨侵襲時啟動排水泵，將水位控制在13.0 m 以下。6 月應(yīng)利用降水將水體控制在13 m 的高水位，7 月以后隨著蒸發(fā)量大于降雨量，對水體進行補水，最不利情況下，水體在10 月降至最低水位11.5 m。

1.5 補水水源選定

本工程補水水源主要有市政供水管網(wǎng)、場地東側(cè)小河及污水處理廠尾水。因本工程水面面積較大，如采用自來水補水，當?shù)刈詠硭M為3.83 元/t，每月僅補水費用約21 萬元，代價較大故不予考慮。其他可資利用的水源中地下水水質(zhì)最優(yōu)，污水處理廠尾水次之，東側(cè)河道最差。

本工程東側(cè)可供取水的小河，上游接一大型湖泊，下游接入長江大堤邊排水泵站。經(jīng)調(diào)查，該河道每年上半年水質(zhì)轉(zhuǎn)好，下半年水質(zhì)變差，最差時段黑臭化，夏季滋生水藻，其水質(zhì)的好壞和雨季旱季成對應(yīng)關(guān)系，即上半年雨季水質(zhì)變好，下半年旱季水質(zhì)變差。如前分析本工程需補水的時段恰好在小河水體水質(zhì)變差的時段，故東側(cè)小河不適宜作為景觀水體的補水水源。

由此，本工程取水水源確定為2 km 外污水處理廠尾水，該廠日處理量10000 t，每日尾水排放量遠超所需補水量。其出水水質(zhì)符合GB 18918 一級A 標準，其中污染物濃度略高于GB/T 18921 中觀賞性湖泊標準水景類相關(guān)要求，將其作為景觀水體的補水水源需對其進行處理，使之達標。

2 進水處理

污水處理廠尾水中超標指標主要是BOD5、總磷、總氮、氨氮及色度。本工程作為景觀項目，擁有大片地塊用于綠化景觀建設(shè)，充分將人工濕地和景觀造景結(jié)合，建立人工濕地將污水處理廠尾水進一步處理，降低補水水源中的污染物。

設(shè)計采用垂直潛流人工濕地系統(tǒng)，其BOD5去除率50%～90%，COD 去除率60%～80%，SS 去除率50%～80%，NH-N3去除率50%～70%，TP 去除率60%～80%［3］。

根據(jù)公式［3］：

式中A 為垂直潛流型人工濕地表面積（m2）；Q 為污水日均流量（m3/d），本工程取1854 m3/d；C0為進水BOD5濃度 （mg/L），本工程取10 mg/L；Ce為出 水BOD5濃度（mg/L），本工程取6 mg/L；KT為水溫T 時的反應(yīng)速率常數(shù)，20℃時，該值為2.23d-1；H 為含水層深度 （m），本工程取1.2 m；n 為床體填料的孔隙率，為0.4～0.47，取0.44 經(jīng)計算，本工程垂直潛流型人工濕地占地面積805 m2。

3 水體水質(zhì)保持

再生水回用引起的最大問題是水體的富營養(yǎng)化，特別是當夏季水華暴發(fā)時，一旦景觀水體中水華發(fā)生，則透明度下降、水體渾濁、水味腥臭，水體功能大大降低［4］。加之本工程水深僅2 m，屬于淺水湖泊，而淺水湖泊是一類較為脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，對污染響應(yīng)比較敏感，是極易發(fā)生富營養(yǎng)化的水體之一，所以本工程必須做好水質(zhì)保持工作。

3.1 水體充氧量

水體缺氧是水體黑臭的根本原因，水體溶解氧增加有助于水體微生物區(qū)系由厭氧向好氧轉(zhuǎn)化，從而消除水體黑臭。本工程參照小型靜止水體基于一級反應(yīng)的箱式模型公式：

式中O 為水體的需氧量；V 為水體的體積 （m3），本工程為120 萬m3；t 為充氧時間 （d）；C 為水體的DO濃度（mg/L），取2 mg/L；L0為水體的初始的BOD5濃度，取10 mg/L；k1為BOD5生化反應(yīng)速率常數(shù)，d-1，取0.1；CS為水體的飽和DO 濃度，按20℃考慮，取9.08 mg/L；k2為 水 體 的 復(fù) 氧 速 率 速 率 常 數(shù)，d-1，取0.1；Cm為維護水體好養(yǎng)微生物生物生命活動的最低DO 濃度，取2 mg/L；充氧時間t 根據(jù)式L=L0(1-ek1t）計算，其中L 為水體改善后的BOD5濃度，取6 mg/L。經(jīng)計算本工程需氧量為7832 kg。

3.2 水生植物

水生植物按其生活形態(tài)可分為挺水植物、浮葉植物、沉水植物和漂浮植物4 類。本工程水體挺水植物、浮葉植物設(shè)置面積有限，而漂浮植物影響景觀，故恢復(fù)以沉水植物為主的水生植物群落是防止富營養(yǎng)化水體、重建水生生態(tài)系統(tǒng)的重要手段。

沉水植物可通過與浮游植物競爭光照和營養(yǎng)物質(zhì)來凈化富營養(yǎng)化水體［5］，并為浮游動物、底棲動物、附生真菌和細菌等提供良好的生長環(huán)境，維持水生動物和微生物的多樣性［6］。本工程占地面積大、水深淺，陽光可較為充分的照射水底，利于沉水植物生長，故水體底部設(shè)置狐尾藻12.74 hm2、黑藻10.78 hm2、金魚藻14.91 hm2、大苦草13.35 hm2等沉水植物以控制水質(zhì)。

3.3 水生動物

水體的富營養(yǎng)化會滋生藻類，藻類可吸收富營養(yǎng)化水體中大量的氮、磷，慮食性魚類通過食物鏈攝食藻類間接對水體起到凈化作用［7］。根據(jù)相關(guān)科技工作者前期工作，本工程考慮鰱魚、鳙魚密度40～60 g/m3，其中鰱魚、鳙魚搭配比例為1∶3～1∶4［8］；底棲軟體動物螺螄放養(yǎng)密度35～70 個/m2、河蚌放養(yǎng)密度3～7 個/m2［9］，主要通過以上4 種水生動物控制水體藻類密度。同時，控制草魚密度25～30 尾/hm2，以期形成一個良好的生態(tài)系統(tǒng)，確保本項目水體水質(zhì)。

4 結(jié)語

景觀水體的水質(zhì)建設(shè)是景區(qū)成敗的關(guān)鍵。在本工程設(shè)計過程中，采用污水廠再生水以補充水體水量，建設(shè)曝氣系統(tǒng)補充水體溶解氧，控制水生植物、水生動物的投放量，同時要求運營單位后期合理捕撈水生動物以供餐飲以期控制水體水質(zhì)。本工程設(shè)計中采用的相關(guān)參數(shù)有賴于前期科技工作者的杰出貢獻，希望以后能有更多的學(xué)者能夠加入到水體水質(zhì)的研究，找到魚塘生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵控制鑰匙，將水體水質(zhì)控制作為一個系統(tǒng)研究，以便在未來的工程建設(shè)中，更合理地搭配水生動植物及其他工程技術(shù)措施，用更生態(tài)、環(huán)保的方案建設(shè)景觀水體。