再生水回用型人工濕地施工與智慧運維技術研究

摘要：為提高濕地的水質凈化效率、生態穩定性和運行管理水平，分析再生水回用型人工濕地的施工技術和智慧運維方法，并構建了智慧監測與管理系統。通過實際應用示范，展示了相關技術在城市水資源可持續利用和生態環境保護方面的潛力和優勢，可為提高城市再生水利用率提供科學依據和技術支撐。

關鍵詞：再生水回用；人工濕地；智慧運維

中圖分類號：X703.1 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）12-0-0336

Research on Construction and Intelligent Operation and Maintenance Technology of Recycled Water Reuse Artificial Wetland

WANG Zhenxing， SUN Yuanpeng， LI Tengfei， MENG Long， HOU Lulu

（China Construction Eighth Engineering Division Co.， Ltd.， Qingdao 266061， China）

Abstract： To improve the water purification efficiency， ecological stability， and operational management level of wetlands， the construction technology and intelligent operation and maintenance methods of recycled water reuse type artificial wetlands were analyzed， and a smart monitoring and management system was constructed. Through practical application demonstrations， the potential and advantages of relevant technologies in sustainable utilization of urban water resources and ecological environment protection have been demonstrated， which can provide scientific basis and technical support for improving the utilization rate of urban recycled water resources.

Keywords： recycled water reuse; artificial wetland; smart operation and maintenance

近年來，水資源短缺和環境污染問題日益突出，再生水回用型人工濕地作為一種有效的污水處理和生態恢復技術，具有重要的應用價值。通過分析局部水系統演化規律、研發再生砂基底墊層施工技術與構建智慧監測與管理系統，深入探討再生水回用型人工濕地的施工與智慧運維技術，以提高濕地的水質凈化效率、生態穩定性和運行管理水平，為城市水資源可持續利用和生態環境保護提供科學依據和技術支持。

1 局部水系統演化規律分析技術研究

濕地水文過程的監測與動態模擬是了解濕地內部地表水補給、徑流及排泄路徑變化的基礎[1-2]。濕地水質演化動力學模型如圖1所示。在水文過程監測方面，監測點布置于濕地的關鍵位置，使用水位計和流速儀等測量儀器進行實時監控，以便于掌握濕地的地表水補給情況、徑流量以及排水路徑等信息。在水力結構優化方面，根據濕地的具體條件將其劃分成不同的功能區域，如進水區、滯留區和出水區，并通過改變其幾何形態、底坡角度或深度分布等方式來改變水流的方向和速度，避免形成死水區并延長水體在濕地中的停留時間，進而達到提升水質凈化能力的目的。

2 人工濕地再生砂基底墊層施工技術研究

2.1 再生砂性能評估與改性研究

再生砂性能評估是確保其滿足人工濕地基底墊層技術要求的關鍵。在顆粒成分分析中，采用的篩分分析法原理是利用標準篩網對再生砂進行分級，測量各粒級組分的質量占比，從而繪制顆粒級配曲線。測量結果表明，再生砂（粒徑0.075～2.000 mm）含量為72.5%，低于天然砂，且存在碎石和粉塵組分。其中，碎石含量為13.2%，粉塵含量為14.3%。這與人工濕地基底墊層中砂粒含量不低于80%、粉塵含量不超過5%的要求不符。

根據再生砂的級配曲線特征，計算出其孔隙率約為38%。這一數值高于天然砂的孔隙率（大約為35%），主要原因在于再生砂中含有大量的粉塵。依據Hazen經驗公式，可得滲透系數為0.85 cm/s，高于天然砂的0.6 cm/s。較高的孔隙率和滲透性有利于加快排水速度，但抗侵蝕能力較弱。

2.2 施工效果與效益分析

再生砂基底墊層施工技術效果顯著，對濕地有著多方面的影響。首先，在水質凈化效率方面，再生砂墊層施工合理，能為濕地提供穩定的基底環境，可促進水體在濕地內流動，進而提高濕地對污染物的去除能力。其次，從生態穩定性角度來看，再生砂墊層能夠為濕地植被生長提供適宜的基礎條件，有利于植被扎根和生長，提高濕地生態系統的穩定性。施工過程遵循環保理念，減少對周邊生態環境的干擾，保障生態系統的完整性。最后，在經濟性方面，利用建筑固體廢棄物研制再生砂，降低了材料成本[3]。與傳統材料相比，在滿足工程質量要求的前提下，再生砂基底墊層能夠有效降低工程總造價，為再生砂在人工濕地中的廣泛應用提供支撐。

3 再生水水質與生態環境智慧監測與管理技術研究

3.1 智慧監測技術研究

基于多源傳感器融合的智慧監測技術在再生水水質和生態環境監測中發揮著關鍵作用，涵蓋3個層面。

在水質監測層面，采用多種在線水質傳感器。例如，pH值傳感器可精確測量再生水的酸堿度，溶解氧含量傳感器能夠實時監測水中的溶解氧水平，電導率傳感器用于檢測水體導電能力。

在環境監測層面，采用多種傳感器監測環境指標。其中，空氣質量傳感器用于捕捉周邊空氣的質量狀況，CO2濃度傳感器用于精準測量環境中的CO2濃度，溫度傳感器和光照傳感器用于監測溫度和光照條件。不同環境指標的變化，對再生水的消納以及人工濕地的生態功能有著直接影響。

在數據傳輸和分析層面，借助物聯網技術，實時傳輸和分析各類傳感器和攝像頭采集的數據。數據采集后，通過有線或無線方式傳至中央控制單元，再由中央控制單元利用物聯網通信協議上傳至云端服務器。

3.2 智慧管理技術研究

為確保人工濕地在不同季節穩定運行，開發了再生水水質與生態環境的智慧管理技術，包括動態調配技術、水質調控技術及環境調節技術[4-6]。

動態調配技術側重于應對季節變化導致的再生水補給量波動。在枯水季，再生水產出量下降，此時需及時調整人工濕地用水量，以滿足植被生長需求；在豐水季，再生水產出量大幅增加，易產生外溢風險，需通過錯峰調配方式，適當推遲部分再生水的引入，確保不超過人工濕地的消納能力。在植被生長旺盛的季節，再生水補給量相對穩定且水質優良，此時可適當增加再生水的引入量，以促進植被生長；而在植被休眠季節，再生水補給相對穩定，但水質可能出現波動，需根據實時水質監測數據，及時調整再生水的引入量和處理工藝，確保出水水質符合標準[7-8]。

水質調控技術也是智慧管理技術的關鍵部分?；谒|監測數據，當再生水的pH值偏離適宜范圍時，適時投加聚合硫酸鐵、氫氧化鈣等化學藥劑，調節水質指標至最佳范圍。此外，可借助水生植物和微生物等措施，吸收并分解再生水中的污染物，提高人工濕地的自我修復能力。針對特殊水質情況，還可適時調整工藝參數，優化處理效果[9-14]。

環境調節技術對人工濕地生態環境的優化至關重要。通過調節通風設備、遮陽裝置、補光系統等，可實現對溫度、濕度、光照等微氣候因子的精準控制。

4 結論

再生水回用型人工濕地技術。通過綜合運用局部水系統演化規律分析技術與再生砂基底墊層施工技術，提高了人工濕地的水質凈化效率和生態穩定性。未來將進一步優化監測與模擬手段，構建集水文-水質-生態于一體的濕地綜合模擬系統，為再生水回用型人工濕地的可持續發展提供科學依據與技術支撐。

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作者簡介：王振興（1990—），男，山東夏津人，碩士，工程師。研究方向：水處理工藝。