基于風(fēng)景園林學(xué)的人工濕地水質(zhì)凈化工程設(shè)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(zhì)凈化工程與生態(tài)景觀規(guī)劃設(shè)計相融合的實踐模式。通過實地調(diào)研分析，結(jié)合周邊地形特點，在保證水質(zhì)凈化功能的基礎(chǔ)上，將工程規(guī)劃為以“一線、三區(qū)、多點”的總體空間結(jié)構(gòu)。通過設(shè)置親水廣場、木棧道、景石、生態(tài)綠島等多重水景形式，結(jié)合植物造景的設(shè)計，將本項目打造成集水質(zhì)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(zhì)凈化工程，以期為類似工程的生態(tài)景觀設(shè)計提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：人工濕地；水質(zhì)凈化；風(fēng)景園林；濕地公園

中圖分類號：X703 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

濕地保護(hù)是中國生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容，濕地作為全球最具價值的生態(tài)系統(tǒng)，是現(xiàn)代景觀設(shè)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(yán)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(gòu)建的人工強(qiáng)化的、生態(tài)負(fù)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(jié)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(yīng)用前景廣闊。為進(jìn)一步改善城市水環(huán)境，提高城市生態(tài)修復(fù)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(shè)了大量人工濕地水質(zhì)凈化工程，對改善水體水質(zhì)，提高城市水環(huán)境質(zhì)量起到了重要作用。但是，大部分的人工濕地水質(zhì)凈化工程僅定位于人工濕地的水質(zhì)凈化作用，忽視了生態(tài)景觀的建設(shè)，建成后的人工濕地景觀效益和社會效益不佳。

通過對國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)及優(yōu)秀案例進(jìn)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(dāng)?shù)貧v史文化、城市規(guī)劃、選址現(xiàn)狀、水質(zhì)情況、本土植被等條件，結(jié)合建設(shè)單位需求，將生態(tài)景觀設(shè)計理念融人人工濕地水質(zhì)凈化工程的規(guī)劃設(shè)計。在保證人工濕地水質(zhì)凈化功能的基礎(chǔ)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(jìn)一步提升了人工濕地水質(zhì)凈化工程的生態(tài)美感，可以為今后的相關(guān)工程案例提供參考及經(jīng)驗。

1人工濕地水質(zhì)凈化工程設(shè)計

1.1建設(shè)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(nèi)，規(guī)劃定位為城市濕地公園。工程區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)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(shù)2 044小時，年平均降水量600 mm。

1.2處理規(guī)模及進(jìn)、出水水質(zhì)

西北某縣污水處理廠人工濕地工程進(jìn)水主要來自西北某縣污水處理廠達(dá)標(biāo)外排水，根據(jù)污水處理廠設(shè)計和運行資料，污水處理廠設(shè)計規(guī)模為9 000 m3/d，實際進(jìn)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(jìn)、出水水質(zhì)參考污水處理廠設(shè)計出水標(biāo)準(zhǔn)、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(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)、2021年工程出水下游斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)以及《人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)指南》（環(huán)辦水體函[2021] 173號）要求確定。具體設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)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(jīng)被廣泛應(yīng)用于污染水體的水質(zhì)凈化與恢復(fù)、污水處理、雨水處理與利用等領(lǐng)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(jù)工程定位，結(jié)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(shè)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(dá)標(biāo)外排水通過新建輸水管道輸送至工程區(qū)，首先進(jìn)入水平潛流濕地，水平潛流濕地為工程水質(zhì)凈化的核心工藝，承擔(dān)主要的水質(zhì)凈化功能，兼顧部分景觀功能；經(jīng)水平潛流濕地處理的水體水質(zhì)主要指標(biāo)基本達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)后通過涌泉自流進(jìn)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(dān)主要的景觀提升功能，兼顧部分水質(zhì)凈化功能；經(jīng)表面流濕地進(jìn)一步凈化后的水質(zhì)主要指標(biāo)達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)后排人下游河道。

1.4工程設(shè)計參數(shù)

1.4.1水平潛流濕地

1.4.1.1水平潛流濕地總體設(shè)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(jù)工程區(qū)地形情況，潛流濕地分為12個單元格并聯(lián)運行，潛流濕地單元尺寸為32-47 m×46.5 m，采用并聯(lián)的運行方式可有效保證濕地正常運行和日常檢修。主要設(shè)計參數(shù)如下：

（1）設(shè)計流量：Q=9 000 m3/d；

（2）水力負(fù)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(jié)構(gòu)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(shè)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(xì)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(shè)厚度為110 cm-130 cm。在床體前端和末端分別設(shè)置配水區(qū)和集水區(qū)，配水區(qū)順?biāo)L度4.0m，集水區(qū)順?biāo)L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(shè)計

水平潛流濕地植物選擇需在保證水質(zhì)凈化功能的同時，結(jié)合景觀設(shè)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(shè)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(jìn)水采用涌泉方式進(jìn)水。通過在濕地內(nèi)新建圍堰及跌水堰，將濕地劃分為四級串聯(lián)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(shè)計參數(shù)如下：

（1）設(shè)計流量：Q=9 000 m3/d；

（2）水力負(fù)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(jié)構(gòu)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(shè)計

表面流濕地根據(jù)不同水深分別配置挺水植物、浮葉植物和沉水植物，增強(qiáng)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(fēng)景園林工程設(shè)計

2.1設(shè)計定位

根據(jù)工程的規(guī)劃定位和建設(shè)需求，工程的設(shè)計定位為：在深度凈化城市污水處理廠外排水的同時，根據(jù)當(dāng)?shù)鼐用窈陀慰偷挠^賞、休閑需求，將本工程進(jìn)行生態(tài)景觀提升，著力打造集水質(zhì)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(jié)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(jié)構(gòu)體系、生態(tài)基礎(chǔ)、周邊用地性質(zhì)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(jié)構(gòu)，該道路由水平潛流濕地以及表面流濕地中建設(shè)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(shù)等內(nèi)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(shè)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(dāng)?shù)氐臍v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(cè)，通過配置科普廊道及科普宣教展板等元素構(gòu)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(zhì)、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(shè)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(xué)、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(cè)，通過配置特色文化雕塑、文化展板等元素構(gòu)建當(dāng)?shù)靥厣幕故緟^(qū)，向游客展示當(dāng)?shù)氐奶厣幕Ｔ搮^(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(dāng)?shù)靥厣幕嗷ト诤稀⑾嗟靡嬲茫蔑@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(cè)，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(gòu)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(diào)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(shè)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(xiàn)自然生態(tài)群落、生態(tài)系統(tǒng)凈化進(jìn)程及不同濕地生境風(fēng)貌，模擬自然水生植物層片結(jié)構(gòu)，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(xiàn)高低錯落的水域綠色空間。同時，項目的植物設(shè)計突出地方特色，強(qiáng)調(diào)季相上的變化及四季的均衡，達(dá)到三季有花、四季常綠的植物景觀效果。設(shè)計中以本土樹種為主，搭配數(shù)量較多的色葉植物，形成喬、灌、草、藤、水生植物配置的復(fù)層生態(tài)群落。

2.3.2種植分區(qū)設(shè)計

根據(jù)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(hù)林景觀區(qū)、山地色葉林景觀區(qū)、風(fēng)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(hù)林風(fēng)景區(qū)：區(qū)域在現(xiàn)有的植被基礎(chǔ)上，依據(jù)現(xiàn)場植被群落的結(jié)構(gòu)特點，結(jié)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(gòu)成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，生態(tài)功能強(qiáng)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(shè)計在原有植被基礎(chǔ)上補(bǔ)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(fēng)景林景觀區(qū)：區(qū)域設(shè)計主要是在現(xiàn)狀植被的基礎(chǔ)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(chǎn)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(xiàn)近自然式的人工濕地，該區(qū)域細(xì)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(jù)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(dāng)?shù)厣L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(qiáng)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(zhì)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(jié)論

人工濕地不僅具有良好的水質(zhì)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(yīng)僅僅定位于水質(zhì)凈化功能，更應(yīng)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(shè)計以風(fēng)景園林設(shè)計理念為指導(dǎo)，以深度凈化水體水質(zhì)，改善生態(tài)環(huán)境，滿足當(dāng)?shù)鼐用裥蓍e觀賞需求為目標(biāo)，從風(fēng)景園林學(xué)角度探索人工濕地水質(zhì)凈化工程的新的設(shè)計理念和思路，在項目的設(shè)計實踐中應(yīng)用了大量的風(fēng)景園林學(xué)理念，打造了集水質(zhì)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(zhì)凈化工程的設(shè)計提供了新的思路。