基于污水處理的溫州三垟濕地公園規(guī)劃設(shè)計(jì)

林博 刁榮丹* 吳依婉 葉銀霖

（1 溫州大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江 溫州325035； 2 浙江農(nóng)林大學(xué)農(nóng)業(yè)與食品科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州311300）

城市濕地公園為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，自然濕地系統(tǒng)的生態(tài)處理能力并不能滿足城市的需求。近年來(lái)，隨著人工濕地污水處理技術(shù)的日益成熟，其在城市濕地公園中得到了一定的應(yīng)用。

人工濕地是人工模仿自然濕地，由基質(zhì)、水生植被、動(dòng)物、微生物和水體組成的復(fù)合系統(tǒng)，具有緩沖性，對(duì)生態(tài)環(huán)境具有一定的修復(fù)能力(龐珺,2012)。其景觀不再是傳統(tǒng)意義的水體景觀，而是具有一定的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，是多種學(xué)科相互交叉的綜合產(chǎn)物，是功能更加多樣性的新型復(fù)合景觀(袁重芳,2008)。因此，人工濕地的景觀不僅需滿足本身的景觀美學(xué)要求，還需具有一定的生態(tài)修復(fù)和結(jié)構(gòu)功能。

人工濕地因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在城市濕地公園中得到了廣泛應(yīng)用，但在應(yīng)用過(guò)程中也暴露了很多問(wèn)題，包括基礎(chǔ)設(shè)施工業(yè)模式化、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化、景觀價(jià)值較低、易受氣候溫度影響、生態(tài)功能單一化等問(wèn)題（李園芳,2012）。在城市濕地公園規(guī)劃設(shè)計(jì)中利用人工濕地進(jìn)行污水處理，同時(shí)也利用人工濕地進(jìn)行景觀營(yíng)造，如何將景觀設(shè)計(jì)與污水處理手法相融合是值得探究的問(wèn)題（趙麗娜,2007）。秦瑜（2011）以山海天濕地公園為例探索了基于污水處理的濱海濕地公園規(guī)劃設(shè)計(jì)手段。陳珊（2015）以綿陽(yáng)市仙海湖溪塘水街項(xiàng)目為例，探討了小規(guī)模污水凈化型人工濕地水晶營(yíng)造的策略，提出“灘”“灣”“湖”等水景設(shè)計(jì)理念。林博（2018）從成都活水公園、上海夢(mèng)清園以及奧林匹克森林公園3個(gè)人工濕地公園中提取景觀模型，分析總結(jié)了污水處理系統(tǒng)與水景營(yíng)造的結(jié)合方法。

1 研究區(qū)概況

溫州三垟濕地是組成溫州整體生態(tài)系統(tǒng)的重要部分，近年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，其環(huán)境一直遭受著超過(guò)其自我調(diào)節(jié)能力的破壞（王偉等, 2005）。溫州三垟濕地整體水質(zhì)是劣Ⅴ類水，南區(qū)較優(yōu)；西部和北部與溫州城市內(nèi)河溫瑞塘河相連。由于許多小規(guī)模排污企業(yè)、居民生活垃圾、種植業(yè)、河道網(wǎng)箱養(yǎng)魚等影響，濕地內(nèi)部水質(zhì)常年基本為劣Ⅴ類（王潔瓊等, 2015）。三垟濕地水質(zhì)污染嚴(yán)重，主要有人類活動(dòng)的干擾，以及附近污水廠——溫州南片污水處理廠尾水的直接排入。在某種程度上，污水處理廠作為凈化城市污水的環(huán)保型企業(yè)卻成為了污染城市水環(huán)境的污染源。因此，提升污水處理廠尾水處理是削減進(jìn)入城市河網(wǎng)污染負(fù)荷的關(guān)鍵點(diǎn)，從源頭上提升水質(zhì)，改變?nèi)龍敐竦氐乃|(zhì)。

本項(xiàng)目選定污水處理廠排水口延伸至上江和東北向河岸為設(shè)計(jì)場(chǎng)地。打造具有污水處理能力的人工濕地公園，解決污水處理廠尾水處理問(wèn)題，在三垟濕地上游阻斷污水源，為三垟濕地提供優(yōu)質(zhì)水源，進(jìn)而改善濕地的內(nèi)部水質(zhì)。

2 三垟濕地公園規(guī)劃設(shè)計(jì)

2.1 總體布局及設(shè)計(jì)目標(biāo)

本項(xiàng)目場(chǎng)地三面環(huán)河，一面鄰近高速公路。河流為劣V類水體，其污染主要來(lái)源為周邊住宅區(qū)、高校園區(qū)以及附近農(nóng)田等。場(chǎng)地與溫州南片污水處理廠相鄰，本項(xiàng)目的人工濕地以南片污水處理廠尾水為水源。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)污水日處理量為4萬(wàn)m3/d，占地面積12.8 hm2，土地利用效率為 3 125 m3/（hm2·d），污水處理能力及土地利用效率遠(yuǎn)高于同類型公園。綜合2016年1月至2017年7月南片污水處理廠的出水水質(zhì)，濕地公園進(jìn)水水質(zhì)為：CODcr15.75 mg/L、NH3N 1.83 mg/L、TP 0.16 mg/L、TN 11.83 mg/L。

三垟濕地公園設(shè)計(jì)出水水質(zhì)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅲ類水的要求，Ⅲ類水可用于人體直接接觸的娛樂(lè)用水，為市民打造了一處高品質(zhì)休閑娛教公園景點(diǎn)。

2.2 污水處理工藝流程

三垟濕地公園的人工濕地系統(tǒng)處理污水的工藝流程有：預(yù)處理系統(tǒng)(曝氣池)、人工濕地系統(tǒng)(垂直潛流人工濕地、水平潛流人工濕地、表面流人工濕地)、后處理系統(tǒng)(曝氣池、監(jiān)測(cè)塘)(圖1)。根據(jù)水體污染情況以及濕地的去污能力，估算濕地所需最少面積為6.7 hm2。

本項(xiàng)目主要去除污染物為TN，去除TN是確定各類型濕地面積的主要考慮因素。根據(jù)2011年環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《人工濕地污水處理工程技術(shù)規(guī)范》，表面流人工濕地TN去除率為45%，水平潛流人工濕地TN去除率為62.5%，垂直潛流人工濕地TN去除率為70%。水流從垂直潛流到水平潛流再到表面流，若每部分達(dá)到最高去除效率，進(jìn)水水質(zhì)TN為11.83 mg/L，經(jīng)過(guò)垂直潛流人工濕地后TN為3.55 mg/L，經(jīng)過(guò)水平潛流人工濕地后TN為1.33 mg/L，經(jīng)過(guò)表面流人工濕地后TN為0.73 mg/L。

根據(jù)《人工濕地污水處理工程技術(shù)規(guī)范》，人工濕地面積按以下公式計(jì)算：

式中：

A：人工濕地面積，單位為m2；

Q：人工濕地設(shè)計(jì)水量，單位為m3/d；

C0：人工濕地進(jìn)水TN濃度，單位為mg/L；

C1：人工濕地出水TN濃度，單位為mg/L；

qos：表面有機(jī)負(fù)荷，單位為kg/(m2·d)。

三垟濕地公園設(shè)計(jì)水量Q為4萬(wàn)m3/d，采用陳珊（2015）所提出的TN污染物表面負(fù)荷6.5 g/(m2·d)，計(jì)算各類型人工濕地面積，表面流人工濕地0.37 hm2、水平潛流人工濕地1.33 hm2、垂直潛流人工濕地5 hm2。三垟濕地公園的污水處理系統(tǒng)主要分為3個(gè)部分，分別是預(yù)處理系統(tǒng)0.02 hm2、人工濕地處理系統(tǒng)6.7 hm2和后處理系統(tǒng)1.8 hm2，水處理系統(tǒng)規(guī)劃見(jiàn)表1。

2.3 水景規(guī)劃與設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目水景景觀主要包括預(yù)處理系統(tǒng)、人工濕地處理系統(tǒng)（垂直潛流人工濕地、潛流人工濕地、表面潛流人工濕地）和后處理系統(tǒng)（曝氣池和監(jiān)測(cè)塘），造景手法分別對(duì)應(yīng)“源”“灘”“灣”“浪”“塘”（圖2）。水景景觀整體布局為自西南到東北的現(xiàn)狀布局，每一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部為面狀布局，動(dòng)靜關(guān)系分別為“動(dòng)態(tài)”“靜態(tài)”“靜態(tài)”“動(dòng)靜結(jié)合”“動(dòng)態(tài)”“靜態(tài)”，動(dòng)靜變化豐富多彩。景觀的空間形態(tài)由半開敞到封閉到半開敞再到開敞，最后回歸半開敞，空間形態(tài)張合有度，隨著水質(zhì)的不斷提升，人水關(guān)系也從半回避緩慢過(guò)渡到親近。整體水景意境序列可分為預(yù)景、前景、起景、高潮、收尾。

圖1 三垟濕地公園污水處理設(shè)施規(guī)劃圖Fig.1 Sanyang wetland park sewage treatment facilities plan

本項(xiàng)目中污水處理系統(tǒng)分別對(duì)應(yīng)的景點(diǎn)：①預(yù)處理系統(tǒng)：假山涌泉、跌水臺(tái)階；②人工濕地處理系統(tǒng)：生物島嶼、沉水生態(tài)長(zhǎng)廊、水杉棧道、蘆葦棧道、空中巢穴、生態(tài)綠洲；③后處理系統(tǒng)：浪花噴泉、田園湖畔、親水廣場(chǎng)、明鏡塘（圖2、圖3）。

2.3.1 “源”的景觀營(yíng)造 剛進(jìn)入人工濕地公園的水體質(zhì)量最差，本項(xiàng)目的進(jìn)水水質(zhì)已達(dá)到人工濕地的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，只需要前期造景對(duì)水體進(jìn)行引導(dǎo)，但還應(yīng)避免大面積水體的形成。預(yù)處理系統(tǒng)位于整個(gè)污水處理系統(tǒng)水系的源頭，中國(guó)古典園林中對(duì)于水口的處理，一般采用“藏源”的理水手法，符合預(yù)處理系統(tǒng)的水質(zhì)特點(diǎn)。本項(xiàng)目“源”的景點(diǎn)為假山涌泉和跌水臺(tái)階，利用植物進(jìn)行遮擋，既隔離了游人，又增加了水體的含氧量，為整個(gè)濕地水景意境序列的前景。

表1 污水處理系統(tǒng)規(guī)劃Table 1 Sewage Treatment System Plan

圖2 三垟濕地公園水景規(guī)劃圖Fig.2 Sanyang Wetland Park Waterscape Plan

圖3 基于污水處理的三垟濕地公園平面圖Fig.3 Sanyang Wetland Park Plan Based on Sewage Treatment

圖4 三垟濕地公園鳥瞰圖Fig. 4 Sanyang Wetland Park Aerial View

經(jīng)過(guò)污水處理廠處理的再生水，水質(zhì)已達(dá)到一級(jí)A類，水質(zhì)已得到較大改善。但仍需提升水體的含氧量，降低水體富營(yíng)養(yǎng)化，避免水質(zhì)惡化，水體產(chǎn)生臭味，為下一階段的水質(zhì)凈化準(zhǔn)備好充足的氧氣。

在場(chǎng)地入水口處設(shè)置假山一座，水泵從地下直接抽取水體到假山頂，水體自然下落，最后進(jìn)入曝氣池，水體在此過(guò)程中既能增加曝氧量，又能形成涌泉的景觀。由于此處是人工濕地水體凈化的入水口，系統(tǒng)水質(zhì)較差，可利用造景小品以及植物圍合水體，使游客只能聽到潺潺水聲，并不能靠近水體。

2.3.2 “灘”的景觀營(yíng)造 根據(jù)潛流人工濕地的結(jié)構(gòu)特性以及水質(zhì)特點(diǎn)，采用了模擬“灘”的造景手法。在潛流濕地周邊種植觀賞植物，修飾了水際線，軟化了其方正的邊界，弱化了人工痕跡。在功能性植物蘆竹、蘆葦?shù)戎兄踩胼牌?、美人蕉和木芙蓉等景觀植物，利用具有芳香氣味的植物來(lái)掩蓋水體的異味。對(duì)應(yīng)景觀營(yíng)造，可采用“灘”的理水手法。針對(duì)垂直流人工濕地進(jìn)出水存在一定的高度差，可以營(yíng)造植物臺(tái)階式的“梯灘”景觀。潛流人工濕地的水處在基質(zhì)層，呈靜態(tài)景觀，空間形態(tài)為封閉型，為整個(gè)濕地水景意境序列的前景。

（1）垂直潛流人工濕地。垂直潛流人工濕地位于人工濕地污水處理的開端。由于其本身的結(jié)構(gòu)特性，具有較高效的去污能力，總面積為5 hm2。每一單元的人工濕地為一獨(dú)立的卵狀小島，面積為700 m2，各個(gè)卵狀小島內(nèi)水體由地下管道連接，通過(guò)集水井合流，進(jìn)入次級(jí)水平潛流人工濕地單元。初級(jí)垂直潛流濕地介質(zhì)層由表層、中間層和底層組成。通常情況下，垂直潛流濕地易堵塞，一般會(huì)選擇孔隙度較大的介質(zhì)材料。垂直潛流濕地的水流通過(guò)集水井形成合流，進(jìn)入水平潛流人工濕地單元，其水位為1.2 m。

垂直潛流濕地隱藏了水體，水生植物的配置營(yíng)造了其景觀主題。由于此處水體仍處于水質(zhì)凈化的核心階段，在設(shè)計(jì)上要避免游客的過(guò)多接觸，在其間設(shè)置的小路一般不作為游客的觀景路徑。

垂直潛流濕地水質(zhì)較差，游人不能直接與水體接觸，濕地處理池周邊配以向日葵、油菜花等鄉(xiāng)土觀花植物，沿岸植物以密植為主，引導(dǎo)人們的視線。

（2）水平潛流人工濕地。經(jīng)過(guò)垂直潛流濕地處理的水體，通過(guò)集水管收集，排入水平潛流人工濕地。相對(duì)于垂直潛流濕地，水平潛流濕地去污能力較低，總面積為1.33 hm2。水平潛流人工濕地為水質(zhì)處理的關(guān)鍵階段，考慮到人們近水、親水的需求，設(shè)置一處架空景觀臺(tái)（空中巢穴），游客可在較高的視線觀賞景觀。

2.3.3 “灣”的景觀營(yíng)造 表面流人工濕地系統(tǒng)與自然濕地最接近，污水處理能力較差，適合人工處理系統(tǒng)后半段的應(yīng)用，具有一定的半開敞空間。除了植物景觀以外，由于水體在表層，可營(yíng)造打造模擬自然水景的“灣”，在水體的不同位置可進(jìn)行氧氣的補(bǔ)充，通過(guò)參數(shù)化的浪花控制，打造動(dòng)靜結(jié)合的水流效果?！盀场钡木坝^面積0.37 hm2，為整個(gè)濕地水景意境序列的起景。

相比于潛流人工濕地，表面流人工濕地水體水質(zhì)較好，游人可接近水體。由于水體在表面流過(guò)，需要增加水體的停留時(shí)間，可利用“灣”來(lái)構(gòu)建水系。整個(gè)表面流人工濕地形成一個(gè)生態(tài)綠洲小島，具有曲水流觴、水杉棧道等景。借曲水流觴典故打造形成溪流蜿蜒景象，增加水流流經(jīng)的路程。

2.3.4 “塘”和“浪”的景觀營(yíng)造 后處理系統(tǒng)分為曝氣池與檢測(cè)塘。此部分水質(zhì)較好，游人與水體可更進(jìn)一步接觸，后處理系統(tǒng)內(nèi)的曝氣池可制造波浪，既能增加曝氣，又能增添景觀趣味，營(yíng)造“浪”的開放空間，呈動(dòng)態(tài)景觀。該部分的水流是一種特殊的景觀要素，通過(guò)安裝一系列計(jì)算機(jī)控制的擾流器，在湖水和前面“灣”景觀的流域形成漣漪。波浪的類型比大海更豐富，游客不需要到海邊，就能夠在城市濕地公園里體驗(yàn)浪花帶來(lái)的樂(lè)趣，為整個(gè)濕地水景意境序列的高潮。

監(jiān)測(cè)塘可結(jié)合“塘”景觀來(lái)營(yíng)造，監(jiān)測(cè)塘需要水的穩(wěn)定，結(jié)合小型穩(wěn)定塘的半開敞空間進(jìn)行營(yíng)造，呈靜態(tài)景觀，為整個(gè)濕地水景意境序列的收尾。明鏡塘內(nèi)可養(yǎng)殖水生生物，如錦鯉等，既可起到觀賞效果，也可通過(guò)觀測(cè)生物的生長(zhǎng)狀況來(lái)監(jiān)測(cè)水質(zhì)。

3 總結(jié)

城市濕地公園是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，不僅具有生態(tài)功能，還具有景觀功能、休憩功能以及科教娛樂(lè)等功能。目前城市的快速發(fā)展，超過(guò)了城市濕地公園的自我調(diào)節(jié)能力。隨著人工濕地技術(shù)的日益成熟，人工濕地污水處理技術(shù)在許多城市濕地公園中廣泛應(yīng)用，但存在工業(yè)模式化、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化、景觀價(jià)值低以及易受氣候影響等問(wèn)題，人工濕地技術(shù)在濕地公園中并未發(fā)揮應(yīng)有的生態(tài)功能。

溫州三垟濕地公園是人工濕地污水處理與水景營(yíng)造相結(jié)合的一次探索。水流線路設(shè)計(jì)流程為預(yù)處理系統(tǒng)、人工濕地處理系統(tǒng)、后處理系統(tǒng)。在造景手法方面，預(yù)處理系統(tǒng)的水質(zhì)最差，可模擬“（藏）源”的手法。根據(jù)潛流人工濕地的結(jié)構(gòu)特性和水質(zhì)特點(diǎn)，可模擬“灘”的手法。表面流人工濕地占地面積大，水體停留時(shí)間較長(zhǎng)，可模擬“灣”的手法。后處理系統(tǒng)的曝氣系統(tǒng)可模擬“浪”的手法，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可采用“塘”的手法，用于對(duì)水質(zhì)的監(jiān)測(cè)。

根據(jù)水系整體的流動(dòng)線路以及水質(zhì)情況，可將水系分為“源—灘、灣—浪—塘”四段式的景觀序列“鏈”。從整體來(lái)講，水面的開合呈“半開敞—封閉—半開敞—開敞—半開敞”的變化，水的類型也呈現(xiàn)“動(dòng)—靜—?jiǎng)屿o結(jié)合—?jiǎng)印o”的變化，人與水系的關(guān)系由半回避到親近轉(zhuǎn)變。

根據(jù)人工濕地不同階段的污水處理能力與目標(biāo)，溫州三洋濕地公園規(guī)劃設(shè)計(jì)了水體景觀，使水體景觀與人工濕地相輔相成，更好地發(fā)揮了人工濕地污水處理技術(shù)在城市濕地公園中的作用，使其不僅具有處理污水的功能，還具有景觀功能、文化教育功能等，并以此作為一個(gè)樣板，為大范圍推廣基于污水處理的城市濕地公園規(guī)劃設(shè)計(jì)提供參考。