城市智能池塘的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

武毛妮 陳瑞 羅敏 巨雨琛 榮雨婷

（西京學(xué)院電子信息學(xué)院，陜西西安 710123）

1 引言

濕地與森林、海洋并稱為地球的“三大生態(tài)系統(tǒng)”，其中濕地又被稱為“地球之腎”［1］。池塘作為一種因自然洼地積水或由人工開挖而成的小型濕地，小而淺，但擁有復(fù)雜的多通道能流系統(tǒng)，與外界進(jìn)行物質(zhì)能量交換及信息傳遞；通過調(diào)蓄水量、提供生活生產(chǎn)用水、水面蒸發(fā)、植物蒸騰、重力滲透等作用與外界進(jìn)行水分交替；通過植物光合作用制造有機(jī)物實(shí)現(xiàn)與外界能量、物質(zhì)的轉(zhuǎn)換；通過池塘中微生物分解、植物根系生長和養(yǎng)分吸收完成與土壤的相互作用；池塘中的生物系統(tǒng)能夠凈化水質(zhì)，吸收空氣中的二氧化碳、吸附霧霾，能有效調(diào)節(jié)大氣組分。

如今，隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，城市池塘幾近絕跡。城鎮(zhèn)化道路、地產(chǎn)、管網(wǎng)等開發(fā)建設(shè)侵占了大量的土地空間，池塘不斷被破壞或逐漸消失，繼而被水泥、混凝土的硬質(zhì)化水池所取代，雖滿足了城市景觀需求，但生態(tài)性能卻消失。

近年來，隨著城市綠化布局定型，大江大河大湖格局已成，都受到高度重視，而池塘以其小巧靈動特點(diǎn)將成為城市綠魂。池塘是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，為提高城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量作出重大貢獻(xiàn)。淺池小水星羅棋布，能夠填補(bǔ)城市小水面空白；豐富海綿城市“毛細(xì)血管”；增加生態(tài)環(huán)境用水，節(jié)約生態(tài)資源；開展池塘群、“池塘之都”建設(shè)將開創(chuàng)城市小水面格局，《太原汾河景區(qū)水功能的開發(fā)與利用》［2］中表明，汾河景區(qū)共增加了130 萬m2的綠地和178 萬m2的水面，在人口密集的市區(qū)中心，形成如此規(guī)模的綠色走廊，對凈化空氣、消除水體污染、調(diào)節(jié)氣溫、增加空氣濕度都具有重要作用。觀測發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域夏季最高氣溫比其他區(qū)域降低4 ℃左右，相對濕度提高10%～20%，每日可生產(chǎn)新鮮氧氣1 678.5 t，吸收降解廢氣3 480 余噸。由此可知，增加城市的水域面積對環(huán)境有所改善，智能池塘的建設(shè)為解決當(dāng)下城市環(huán)境問題增添了新的思路。

為了加快生態(tài)文明城市建設(shè)，處理好城市環(huán)境問題，營造一種健康、舒適的環(huán)境并能夠健康發(fā)展是關(guān)鍵，為了解決這一問題，智能池塘一體化設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，其以濕地凈化技術(shù)為核心，通過營造池塘生境改善周邊環(huán)境，并植入智能監(jiān)測系統(tǒng)。生態(tài)自凈池利用濕地介質(zhì)對來水進(jìn)行凈化處理；初效過濾槽可以收集雨水；溢流滲濾罐可以對地下水進(jìn)行補(bǔ)充，同時(shí)智能池塘本身就是城市一道亮麗的風(fēng)景，能夠美化環(huán)境。智能池塘建成后，可以實(shí)現(xiàn)城市環(huán)境質(zhì)量的改善、空氣質(zhì)量的提高、熱島效應(yīng)的消減等。

2 智能池塘工藝流程和技術(shù)方案

工藝流程采用“濕地理論”體系為核心技術(shù)，以“池塘”為景觀表達(dá)，建設(shè)具備凈化水質(zhì)、收納雨水、補(bǔ)充地下水、增加親水活動、智能管理等功能于一體的集成化設(shè)備。智能池塘工藝流程見圖1。

圖1 智能池塘工藝流程

如圖1 所示，各種不同來源的池塘進(jìn)水首先通過快速過濾去除懸浮物及部分有機(jī)物，然后進(jìn)入凈化裝置，通過特有的濕地凈化技術(shù)對有機(jī)污染物進(jìn)一步去除，處理后的優(yōu)質(zhì)水流入專用循環(huán)裝置中，通過動力將水提升到主體池塘中；雨季或其他原因?qū)е鲁靥了砍^有效容積時(shí)，池塘中的水會通過池塘邊緣的溢流孔流入池塘周邊的滲濾系統(tǒng)中，補(bǔ)充地下水。

池塘中的水可以通過快速過濾—凈化裝置—循環(huán)裝置及池塘主體所構(gòu)建的循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行自凈化，保持池塘水體的水質(zhì)良好。智能管理系統(tǒng)對池塘的水溫、pH、溶解氧等指標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)控，并有報(bào)警功能、自動化控制系統(tǒng)。

3 智能池塘一體化設(shè)備各個(gè)組成部件配置及其性能

智能池塘一體化設(shè)備由7 部分組成，分別是生態(tài)池體、生物凈化裝置、太陽能提升裝置、雨水過濾器、地下水過濾器、落葉收集器及智能監(jiān)測系統(tǒng)。下面以30 m2有效面積的圓形池塘為例分別介紹設(shè)備的各個(gè)組成部分。

3.1 生態(tài)池體

池塘外殼材料采用熱塑性材料玻璃鋼，如圖2所示，分為上下兩部分，分別為淺水區(qū)與深水區(qū)，其中，池塘殼體上部分為：直徑為6.0 m 的圓形，高度為0.4 m。下部分為：長度為5.0 m、寬度為2.5 m 的矩形，高度為0.7 m。

圖2 圓形池塘殼體尺寸

3.2 生物凈化裝置

由環(huán)保無污染的輕質(zhì)納米材料合成，具有布水系統(tǒng)、集水系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)。可均勻布水、集水，使每一滴水都通過高效凈化介質(zhì)床得到凈化，然后通過循環(huán)系統(tǒng)注入池塘生態(tài)系統(tǒng)，為動植物及微生物帶來新鮮血液。循環(huán)系統(tǒng)通過控制壓力，實(shí)現(xiàn)對凈化裝置進(jìn)行反沖洗作用，延長了凈化裝置的使用壽命。

如圖3 所示，生物凈化裝置是外尺寸長1.5 m、寬1.0 m、高0.7 m 的長方體；布、集水主管管徑DN50。

圖3 生物凈化裝置示意

3.3 太陽能提升裝置

太陽能提升裝置是外尺寸長1.0 m、寬1.0 m、高0.7 m 的長方體。

對于30 m2智能池塘產(chǎn)品，容納總水量30 m3，每3 d 循環(huán)1 次，太陽能水泵每天工作10 h，水泵選擇型號3FLD3-35-24-300。

3.4 雨水過濾器

雨水過濾器具有雨水初級過濾的作用，將雨水的泥沙等懸浮物及部分有機(jī)物進(jìn)行初步凈化處理。其由過濾基質(zhì)層及植物生長層兩部分組成，其中過濾基質(zhì)層高度為0.3 m；植物生長層高度為0.1 m。雨水過濾器外尺寸為長2.0 m、寬0.3 m、高0.4 m。雨水過濾器示意見圖4。

圖4 雨水過濾器示意

3.5 地下水過濾器

地下水過濾器首先通過過濾網(wǎng)阻截部分大粒徑物質(zhì)，然后水流入滲濾器，通過專用的濕地介質(zhì)去除水體中的污染物。池塘專用溢流滲濾罐與土壤卵石層相連接，池塘溢流水通過滲濾罐快速流入土壤卵石層，優(yōu)質(zhì)水源補(bǔ)充地下水。

地下水過濾器通過特有的介質(zhì)組合高效去除污染物，快速補(bǔ)充地下水。地下水過濾器具有溢流出水深度過濾、對地下水進(jìn)行補(bǔ)充的作用，其由溢流系統(tǒng)、過濾介質(zhì)和支撐底板3 部分組成。其中，溢流系統(tǒng)高度為0.3 m，直徑0.4 m；過濾介質(zhì)分為2 層，高度均為0.5 m，直徑0.3 m；底板高度為0.2 m，直徑0.4 m。地下水過濾器示意見圖5。

圖5 地下水過濾器示意

3.6 落葉收集器

利用“水往低處流”的原理，使收集器的液位低于池塘正常水位，池塘中的樹葉流入收集器中統(tǒng)一清理，保證水面清透。精心的設(shè)計(jì)可巧妙地清除水中雜物，保持良好的池塘生態(tài)系統(tǒng)。

3.7 智能監(jiān)測系統(tǒng)

智能監(jiān)測系統(tǒng)主要對生態(tài)池塘內(nèi)的水質(zhì)進(jìn)行在線監(jiān)測，通過監(jiān)測系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)將生態(tài)池塘內(nèi)水體的溶解氧、溫度等信息傳遞給用戶。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)聯(lián)合定制手機(jī)APP，隨時(shí)隨地控制泵的啟停、凈化器的開關(guān)及燈光的表達(dá)形式。智能監(jiān)測系統(tǒng)見圖6。

圖6 智能監(jiān)測系統(tǒng)

4 效益分析

智能池塘一體化設(shè)備以人工濕地技術(shù)為核心，在功能方面，生物凈化裝置可以利用介質(zhì)對水體進(jìn)行循環(huán)凈化，使水體水質(zhì)保持清澈并良性循環(huán)；雨水過濾器可以有效收集雨水并凈化利用，緩解雨季排澇壓力；智能監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測水質(zhì)變化。在材料方面，智能池塘一體化設(shè)備采用可生物降解的生態(tài)池體，與周圍環(huán)境無縫連接，工廠生產(chǎn)，現(xiàn)場安裝，快速方便。

經(jīng)濟(jì)效益：水源大部分來自污水廠出水（中水），節(jié)約了水資源，并實(shí)現(xiàn)了中水回用。

環(huán)境效益：凈化后的水可以部分滲入地下，補(bǔ)充地下水；池塘濕地可有效增加空氣中的水分，改善城市熱島效應(yīng)，有效緩解霧霾等；同時(shí)增加城市有效景觀，美化城市。

社會效益：項(xiàng)目建成后，市民通過池塘了解濕地，可逐漸增強(qiáng)市民的環(huán)保意識，為生態(tài)城市建設(shè)作出貢獻(xiàn)。

5 結(jié)語

智能池塘一體化設(shè)備的實(shí)施可以實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益及社會效益，三效合一，對于加快生態(tài)城市建設(shè)具有較大的推動作用。