人工濕地的綠色結構設計初探

張 楨

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092）

0 引 言

隨著國家海綿試點城市建設的推廣與黑臭水體治理的推進，人工濕地成為重要的一種綠色設施用于水質提升。在人工濕地的設計中，結構工程對于濕地建設尤為重要，人工濕地作為綠色設施，在結構設計中也盡量采用綠色設計，對生態(tài)環(huán)境的影響與隔離最小。

1 人工濕地的實用范圍

目前人工濕地用于污水廠尾水的深度處理、海綿城市建設中初期雨水的處理、微污染河水、黑臭水體的治理、分散型生活污水的處理中都是一種比較普及的方式[1，2]。

2 人工濕地的類型

人工濕地主要分兩種類型，一種為看得見水面的人工濕地，稱為表面流人工濕地，另一種為看不見水面的人工濕地，稱為潛流人工濕地。在實際應用中，兩者通常串聯(lián)使用。

3 人工濕地的結構設計

3.1 表面流人工濕地的結構設計

表面流人工濕地的過流通道全部采用綠色設施較為合理。

表面流人工濕地要保證一定的水面率，同時為了保證沉水植物的正常生長，水深不宜太深，在結構設計中，因為是綠色生態(tài)設施，所以擋墻、護岸盡量采用生態(tài)模式。在設計表面流人工濕地時，盡量利用場地現(xiàn)場的土壤進行土石方平衡，在此基礎上盡量采用重力流、設置一定的坡度，保證有一定的流速，不易發(fā)生富營養(yǎng)化且不發(fā)生沖刷。盡量減少鋼筋、水泥、磚等灰色設施工程的量，有效利用地塊原狀土進行土石方平衡。流道采用生態(tài)放坡，應依照岸坡穩(wěn)定、正常行洪、表面異質、材質自然、內(nèi)外透水、及成本經(jīng)濟等原則來進行設計。護岸結構對生態(tài)系統(tǒng)沖擊最小，不僅對水流的流量、流速、沖淤平衡、環(huán)境外觀等影響最小，要適宜于創(chuàng)造動物棲息及植物生長所需要的多樣性生活空間。

3.2 潛流人工濕地的結構設計

潛流人工濕地通常以單元格模塊化組合的方式設置，每個單元格內(nèi)的主要構成為布水管道與布水區(qū)、濕地填料、出水管道與出水區(qū)，深度通常為90～160 cm 之間[3]。濕地填料的面層為種植土，種植濕地作物。潛流人工濕地與外部其他設施如耕地、道路、魚塘等隔離，通常采用鋼筋混凝土擋墻，保證濕地的穩(wěn)定性，不因外部條件對濕地的穩(wěn)定性造成干擾影響。由于潛流人工濕地通常為輪換運行，當相鄰單元格一組進水、另一組不進水時，擋墻兩側的受力難以平衡，這時擋墻底部宜采用鋼筋混凝土底板，擋墻墻體采用磚砌[4]。潛流濕地單元格之間的擋墻頂部盡量不伸出土體，擋墻起到保證水流穩(wěn)定性的基本功能下，做到上部綠色濕地植物的種植面積最大化，見圖1，在實際操作中，隔墻也可以采用PVC 板。

圖1 潛流人工濕地的結構設計（單位：mm）

3.3 人工濕地配套設施結構設計

（1）水上棧道的設計

表面流人工濕地通常設置水上棧道用于維修，表面流人工濕地通常設置在魚塘、河漫灘、湖庫沿岸，通常在棧道區(qū)域需要保證棧道的穩(wěn)定性。

當濕地對游客開放時，通常防腐木或者仿木面層；當濕地作為水質提升設施，主要滿足運維人員通行時，棧道設置為水泥壓花面層，棧道設置見圖2。

圖2 表面流人工濕地的水上棧道結構設計（單位：mm）

（2）調(diào)節(jié)塘或濕塘的結構設計

人工濕地用于處理初期雨水或回用雨水時，通常水質與水量均有較大波動，為了避免對人工濕地處理效果的沖擊，在用地條件較好時，設置調(diào)節(jié)塘或濕塘，將雨水進行臨時儲存，相對均勻的排入人工濕地，保證濕地在合理的污染負荷和水力負荷下運行。調(diào)節(jié)塘或濕塘作為生態(tài)調(diào)蓄設施，在結構設計匯總盡量采用相對生態(tài)的方式保證其結構穩(wěn)定性。在近期某市的海綿城市初雨治理項目中，由于調(diào)節(jié)塘地塊的土質偏差，均為淤泥質土壤，無法正常放坡，利用現(xiàn)狀土質作為調(diào)節(jié)塘護坡較為困難，本著對環(huán)境影響最小、盡量減少土方外運的原則，設計采用了袋裝土護坡，再外運少量優(yōu)質土壤用于表層種植，這樣對周邊生物的生態(tài)干擾最小。

調(diào)節(jié)塘在實際運行中需要保持一定水位，保證調(diào)節(jié)塘護坡上的挺水植物的正常生長，在出水端底部梯形斷面，上面設置格賓石籠墻，既可以保證水流正常通過調(diào)節(jié)塘，又可以將較大的漂浮物、懸浮物滯留在調(diào)節(jié)塘內(nèi)，不對后續(xù)人工濕地的運行造成影響。

（3）跌水設計

在人工濕地的應用中，有較多的地區(qū)具有地塊高差偏大，需要設置跌水后才能滿足人工濕地的進出水要求，這時，可以采用梯級濕地進行跌水，在跌水過程中可以達到充氧、造景與水處理的綜合效果，見圖3。

圖3 人工濕地的跌水設計