廈門市馬鑾灣區(qū)域人工濕地構(gòu)建及應(yīng)用效果分析

楊映森

摘 要 濕地生態(tài)系統(tǒng)作為近年來廣受關(guān)注的污水處理系統(tǒng)，在城市環(huán)境污染及治理工程方面有著越來越重要的作用。隨著我國“海綿城市”工程概念體系的提出，人工生態(tài)濕地已在全國海綿城市開發(fā)建設(shè)各領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用；人工生態(tài)濕地通過人工構(gòu)建濕地模塊系統(tǒng)，對濕地污染及水流污染物進行自然降解處理，最終實現(xiàn)凈化水質(zhì)的目的。以福建省廈門市馬鑾灣新城集美片區(qū)水生態(tài)修復工程（二期）項目為例，詳細介紹人工生態(tài)濕地、下行潛流技術(shù)、自然沉淀凈化塘、水生植物選擇及種植技術(shù)等在污水凈化工程實踐上的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 人工濕地；下行潛流技術(shù)；水生植物；水體凈化；福建省廈門市

中圖分類號：X52；X321 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.03.004

濕地作為“城市之腎”，在城市水環(huán)境的建設(shè)中有重要作用。河流濕地是未來城市居民賴以生存的必要水資源，城市河流濕地作為天然的城市休閑親水娛樂平臺，為居民提供了一個休閑和娛樂空間，具有美學教育和生活美學理論實踐等多重價值。隨著城市建設(shè)的日益發(fā)展，城市河流濕地原有的植被形態(tài)逐漸被人類活動破壞得支離破碎，大量廢水流入其中，沿岸的植物群落及水生動物棲息地也遭受不同程度破壞，生物多樣性降低，生態(tài)功能和濕地生態(tài)景觀條件不斷惡化[1]。

隨著經(jīng)濟技術(shù)的高速發(fā)展，人們在極力追求營造優(yōu)質(zhì)社會生活環(huán)境氛圍的同時，營造良好河流生態(tài)環(huán)境氛圍的基本理念意識也愈發(fā)深入人心。因此，要從自然生態(tài)環(huán)境修復規(guī)劃和人文生態(tài)環(huán)境保護設(shè)計等科學角度出發(fā)，全力解決自然生態(tài)環(huán)境存在的各類問題，以期達到全面重建良好穩(wěn)定的人類河流生態(tài)系統(tǒng)氛圍的目的。

本項目結(jié)合城市內(nèi)河流與濕地水體的水系景觀結(jié)構(gòu)特點變化和建設(shè)城市濕地水體公園系統(tǒng)的整體功能與要求，從修復凈化河流水質(zhì)的長遠目標出發(fā)，對馬鑾灣區(qū)域內(nèi)瑤山溪和深青溪的河道進行景觀改造和水生態(tài)治理，對已經(jīng)遭到嚴重破壞的河流進行自然修復和景觀提升改造，通過構(gòu)建人工濕地，干預和引導城市河流生態(tài)系統(tǒng)進入良性循環(huán)，打造廈門市新型現(xiàn)代化的綜合性城市森林濕地公園標桿。

1 ?概念

1.1 ?濕地

三大陸地生態(tài)恢復保護系統(tǒng)分別是森林、海洋和濕地。濕地保存著來自全世界大量極瀕危的水生動植物資源，濕地也因此被稱為“鳥類的樂園”；同時因其強大的生態(tài)凈化功能，濕地也被稱為“地球之腎”[1]。廣義上的濕地一般是指天然或人工形成的沼澤地等帶有靜止或流動水體的成片淺水區(qū)，還包括在低潮時水深不超過6 m的水域，而將天然水體濕地和人造陸地之間的自然過渡地帶區(qū)域統(tǒng)一定義為人工濕地。

1.2 ?人工濕地

人工濕地是人們通過科學模擬自然濕地，加以人為控制設(shè)計開發(fā)和建造出的一套具有環(huán)境可控性特征和自然工程化設(shè)計特點，以人工基質(zhì)、植物群落和自然微生物為協(xié)同單元，通過環(huán)境物理、化學效應(yīng)和環(huán)境生物作用等進行自然污水處理活動的復合自然生態(tài)系統(tǒng)模型[2]。人工濕地通過人工構(gòu)建濕地模塊系統(tǒng)，對濕地污染及水流污染物進行自然降解處理，最終實現(xiàn)凈化水質(zhì)的目的。其中，人工下行潛流濕地模塊有著成本低、見效快、蓄洪能力強等特點，在海綿城市建設(shè)中扮演著重要角色。

2 ?人工濕地模塊的構(gòu)建

在地面人工開挖出的溝槽內(nèi)填入砂、石、礦渣粉等各種填料作為排水介質(zhì)，并合理種植水生植物，設(shè)置進水口和出水口，通過這種工程措施，以最低程度的水能耗，使?jié)竦卣{(diào)控區(qū)域內(nèi)水體溫度有規(guī)律、有方向地進行空氣環(huán)流和運動，完成地面對濕地水體大氣的快速充氧，達到區(qū)域水體溫度均衡。

重力下行潛流濕地模塊由多級自然沉淀凈化池和重力下行潛流濕地模塊組成，利用自然高差和水體重力原理，采用表面自然流動的水流方式，水流經(jīng)過植物根系并下滲至濾料層，濾料層大量微生物和植物根系共同作用，降解水中COD、氨氮、總氮、總磷等污染物，提高水體透明度，最終提升水質(zhì)等級。

2.1 ?濾料

下行潛流濕地模塊主要以各類粒徑、性質(zhì)不同的小顆粒狀填充物作為基質(zhì)，鋪成各種不同粒徑厚度的床體，為濕地中植物匍匐生長、微生物附著提供載體。填充物材料多由細顆粒砂、粗顆粒砂、礫石、陶粒、瓜子石、石灰石、礦渣等組成，這類材料具有較大的比表面積和孔隙度，可為微生物的附著繁衍提供良好的空間。其中，對主要含N、P元素污染物有效去除率按能力大小排序為礦渣粉煤灰土＞蛭石、黃褐土、黃土灰渣＞沸石、砂子、巖渣[3]?；|(zhì)層在實施回填等處理前還應(yīng)注意重新清洗基質(zhì)，防止大塊的建筑磚渣、土壤、木質(zhì)材料碎屑等顆粒狀固體雜物混入基質(zhì)層內(nèi)。

2.2 ?水生植物

水生植物能快速清除、凈化水體，且不會帶來水質(zhì)的二次污染，對于修復與重建天然水系環(huán)境和全面恢復自然水生態(tài)環(huán)境有著重要作用。水生植物是目前我國人工濕地的核心組成，主要分為挺水植物、沉水植物、浮水植物三大類，人工濕地植物主要選用挺水植物、浮水植物組合種植。

水生植物在人工濕地中的生長過程也是對污水中各種營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)利用的過程，水體流經(jīng)植物幼嫩根部，經(jīng)過植物根系的自然吸附分解和化學沉淀凈化作用，達到凈化和利用污水的雙重目的。

不同品種植物根系生長差異性較大，根系發(fā)達、氣生根較多的植物更易攔截水中的營養(yǎng)物質(zhì)。不同類型植物對重金屬及N、P元素的吸收、去除和利用能力也存在不同，如金邊菖蒲和美人蕉對N元素的去除效果較好，水芹和旱傘草對P元素的去除效果較好[4]。

2.3 ?微生物

微生物種群一般是自然濕地水體內(nèi)去除水生環(huán)境污染物的主要任務(wù)承擔者，人工濕地環(huán)境內(nèi)濕地微生物的去污害作用能力一般與其群體內(nèi)的主要生物數(shù)量和野生動植物種類數(shù)之間成正比。而種植植物有助于增加微生物的數(shù)量，尤其是有根系的植物對于微生物數(shù)量的增加作用顯著[5]。微生物在濕地不同區(qū)域的數(shù)量分布也有較大差異，植物根系區(qū)比無根系區(qū)微生物數(shù)量多，上層基質(zhì)區(qū)比下層基質(zhì)區(qū)微生物數(shù)量多[6]。

3 ?工程實踐應(yīng)用

3.1 ?工程概況

近年來，廈門市從切實保護河流濕地水體生態(tài)、保障河流水源環(huán)境安全、打造水上旅游文化理想休憩之地等規(guī)劃建設(shè)思想高度站位出發(fā)，以生態(tài)恢復為目標，科學梳理水體、優(yōu)選水生植物、著力恢復濕地植被，在凈化水體的同時創(chuàng)造優(yōu)美的生態(tài)景觀，進而打造海綿型城市濕地公園。馬鑾灣新城集美片區(qū)水生態(tài)修復工程項目地點位于集美區(qū)馬鑾灣新城北片區(qū)，北鄰海翔大道，南鄰環(huán)灣大道，東至環(huán)灣東路，西至蒲邊北路。項目一期總計劃用地面積約71萬m2。工程建設(shè)主要內(nèi)容包括園林景觀工程、河道景觀的治理修復及水系修復工程、水生態(tài)景觀修復工程等。

馬鑾灣新城集美片區(qū)水生態(tài)修復工程（二期）主要目標是馬鑾灣區(qū)域內(nèi)瑤山溪和深青溪的河道景觀和水生態(tài)治理，兩條主要溪流的水質(zhì)類別總體為Ⅴ類或劣Ⅴ類，如果直接排入馬鑾灣內(nèi)灣區(qū)域海域，地表徑流輸入的外源性污染將對所在地海域的水質(zhì)造成較大影響。本項目水生態(tài)修復工程是利用自然高差，對瑤山溪和深青溪的來水通過多級無動力下行潛流濕地模塊及自然沉淀凈化塘形成徑流，達到凈化水質(zhì)的目的，構(gòu)建人工功能性生態(tài)濕地，取到良好的景觀效果和社會效益。

3.2 ?下行潛流濕地模塊構(gòu)建

3.2.1 ?集水、配水及出水方式

人工濕地單元采用穿孔管、集水管、配（集）蓄水堰壩等多種裝置方法逐步實現(xiàn)集水和配蓄水效果，穿孔管口周圍選用粒徑相對較大一些的基質(zhì)，其粒徑均應(yīng)明顯大于管的穿孔孔徑。

整個系統(tǒng)的工作方式為濕地模塊單元由上游供水通道供水，經(jīng)過其他多個濕地模塊單元后，將雨水從由其上游排水形成的排水通道直接排至濕地模塊后進入下一個濕地模塊單元。河水最終依次通過數(shù)個濕地模塊得到直接凈化，實現(xiàn)對濕地水質(zhì)整體進行改善凈化或提升的目的。整個水流過程為重力自然流，在雨季或水量過剩時，可快速由濕地模塊表面通過，保證汛期安全。

3.2.2 ?結(jié)構(gòu)層濾料的選用

如圖1所示，結(jié)構(gòu)層從下到上共7層，夯實基礎(chǔ)后依次為土壤基層、墊層、集水管過濾層、濾料層、過渡層、滲水層及種植基質(zhì)層。1）土壤基層：整理和平整場地土層，并進行分層夯實，作為結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)層。2）墊層：土壤基層上均勻鋪設(shè)10 cm中粗砂作為墊層，起到隔絕土壤的作用。3）集水管過濾層：該層為排水層，采用30 cm礫石中包含直徑10 cm盲管，上下均采用土工布隔離，增強排水能力，避免堵塞盲管。4）濾料層：該層為水質(zhì)凈化的關(guān)鍵作用層，為凈水微生物的生存空間，采用石灰石、礦渣、陶粒、砂石等大空隙填料，便于微生物生長附著和水流順利通過。5）過渡層：該層為空隙更大的填料層，由直徑在6～12 mm的砂礫構(gòu)成。6）滲水層：由粒徑在8～16 mm的礫石構(gòu)成，方便水流下滲。7）種植基質(zhì)層：種植基質(zhì)層由混合砂構(gòu)成，用于栽植水生植被。

3.2.3 ?水生植物應(yīng)用及景觀效果

在下行潛流濕地模塊的基質(zhì)平臺上構(gòu)建水生植物生態(tài)群落，種植各類水生植物可以更有效地吸收、轉(zhuǎn)化水中的有機氯、磷、鉀元素，水生植物還可以其發(fā)達、穩(wěn)定的地下根系為其他各種中小型水生生物，如田螺、蛙、蝦、魚、鱉等，提供一個良好舒適的生活環(huán)境，有利于進一步完善水體生物多樣性，提高水體自凈能力。

本項目選擇吸附能力強、成活率高、抗鹽堿性好、生長期長、景觀良好，且根系具備吸收降解氨氮、總磷、總氮等作用的挺水植物，包括蘆葦、美人蕉、菰、燈芯草、東方香蒲、風車草、水蔥等。不同的水生植物群體適應(yīng)環(huán)境、抗鹽度能力也有所不同，蘆葦、東方香蒲耐鹽性強，高鹽度環(huán)境對其個體和種群的穩(wěn)定生長無較大影響，是國際上公認的人工濕地首選植物，且具有種植簡單、繁殖能力強、管理要求粗放、處理效果好等優(yōu)點（見圖2）。

水生植物挖取至栽植時間不得超過36 h，應(yīng)選用健康、根莖完整、整個植株無殘敗、無檢疫性病蟲害的植株進行栽培，栽植時需要對根系上附著的土壤進行清理，防止帶入過量泥土。

由于水生植物存在植株瘋長的潛在風險，應(yīng)加強后期的養(yǎng)護管理，通過生態(tài)管理措施適當修剪收割。例如，對蘆葦、菰、燈芯草、東方香蒲等適當去除老葉、枯葉，美人蕉、風車草應(yīng)適當抽枝修剪，冬季水蔥植株枯萎后應(yīng)對其進行收割清除，從而維持其種群的適度繁殖，并形成良好的景觀效果（見圖3）。

3.3 ?自然沉淀凈化塘

在水生態(tài)功能修復區(qū)前段、中段和尾段分別設(shè)置了多個大型自然沉淀凈化塘。前段沉降凈化塘確保了從河流中游進入水中的大體積顆粒物全部得到自然沉降；自然沉淀凈化塘與河岸可保證流水量的自由交換平衡和自我調(diào)節(jié)，更能同時促進各類不同層次的生物群落共生繁殖，以改善水域生態(tài)系統(tǒng)，從而進一步提高區(qū)域水體自凈能力。

自然生態(tài)駁岸系統(tǒng)可將臨水岸植物與附近水體植物連成一片，初期只需進行適當人工干預以調(diào)整自然種群結(jié)構(gòu)及其演變，抑制其個別變異品種個體的迅速瘋長。當構(gòu)成整個自然駁岸群落的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展成熟后，無需進行人工干擾即可有效保持水體生物多樣性結(jié)構(gòu)穩(wěn)定（見圖4）。

4 ?結(jié)語

城市濕地公園不僅可有效滿足人們?nèi)粘Ｐ蓍e及娛樂方面的精神需求，其生態(tài)凈化作用和教育科普的導向功能也尤為突出。由于現(xiàn)代城市的快速發(fā)展，多地城市河流濕地生態(tài)系統(tǒng)一度瀕臨崩潰，必須通過人為干預引導河流濕地生態(tài)系統(tǒng)實現(xiàn)良性循環(huán)。

人工濕地作為一種自然調(diào)節(jié)和凈化處理污水的最佳系統(tǒng)手段，在各種水處理工藝領(lǐng)域里應(yīng)用都較為廣泛。本項目對人工濕地下行潛流濕地模塊的構(gòu)建、結(jié)構(gòu)層濾料和水生植物的選擇應(yīng)用等方面進行了初步探索，取得若干可供借鑒的經(jīng)驗，包括水體中污染物種類繁多，應(yīng)進一步加強水生植物新品種的優(yōu)化篩選及培育，合理科學搭配相關(guān)植物品種；結(jié)構(gòu)層濾料的選擇，需要在滿足功能性要求的前提下遵循“雙碳”原則，達到節(jié)能減排的目的，最終實現(xiàn)可持續(xù)、低維護的城市河流濕地景觀。

參考文獻：

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（責任編輯：張春雨 ?丁志祥）