隨著北京、天津等中國大城市淡水資源的緊缺加劇，再生水已成為城市景觀用水的重要的水源之一。以再生水為補(bǔ)水水源的城市水體比天然河流、湖泊更容易發(fā)生富營養(yǎng)化問題。因此，保障水體水質(zhì)達(dá)到相應(yīng)的功能要求，研究水質(zhì)凈化與維持的方法和技術(shù)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。采用景觀修復(fù)手段防治水體富營養(yǎng)化具有生態(tài)可持續(xù)性的優(yōu)點(diǎn)，而且維護(hù)成本較低，并能創(chuàng)造充滿野趣的生態(tài)景觀，越來越得到人們的重視。本文探討了人工濕地技術(shù)、水體系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、水生生物調(diào)控技術(shù)等景觀修復(fù)措施的應(yīng)用，從源頭補(bǔ)水處理，景觀水體系統(tǒng)合理設(shè)計(jì)，景觀水質(zhì)、效果控制和維護(hù)三個(gè)方面入手，改善再生水回用的富營養(yǎng)化狀況，重塑自然生態(tài)的水體環(huán)境。
1概述
城市污水回用就是把城市污水經(jīng)深度處理使之達(dá)到一定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行有效利用，是解決水資源短缺和實(shí)現(xiàn)污水資源化的一種有效途徑，更是缺水城市勢在必行的重大決策。隨著淡水資源的緊缺加劇，再生水已成為重要的水源，其中作為景觀水體補(bǔ)水是主要的用途之一。水體的景觀修復(fù)途徑是通過人工設(shè)計(jì)和恢復(fù)措施，在受干擾破壞的水體生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，恢復(fù)和重新建立一個(gè)具有自我調(diào)節(jié)能力的健康的生態(tài)系統(tǒng)。發(fā)達(dá)國家在水質(zhì)凈化和景觀修復(fù)中，研究、開發(fā)和實(shí)踐了多種值得借鑒的技術(shù)，并積累了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)[1]。從20世紀(jì)70年代起，尤其是近十余年來，日本、美國、德國、瑞士等發(fā)達(dá)國家紛紛對以往的水環(huán)境治理思路進(jìn)行反思，提出了尊重河湖系統(tǒng)的自然規(guī)律，生態(tài)治水的新理念。國外河流修復(fù)研究的75%是致力于河道形態(tài)的修復(fù)，大約40%是嘗試修復(fù)喪失的河岸植被和濕地群落[2]。近年來景觀修復(fù)技術(shù)發(fā)展很快，在國外已經(jīng)達(dá)到工程實(shí)用化的程度，并且積累了系列觀測數(shù)據(jù)。如日本的坂川古崎凈化場就是河道大水體進(jìn)行景觀修復(fù)的典型工程[3]。
2、再生水回用于景觀水體存在的問題
富營養(yǎng)化是再生水回補(bǔ)于城市景觀水體的最大障礙之一。水體富營養(yǎng)化是指大量溶解性營養(yǎng)鹽類進(jìn)入水體，引起藻類和其他浮游生物迅速繁殖，大量消耗水體中的溶解氧，水質(zhì)變差，魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象[4]，嚴(yán)重時(shí)還會導(dǎo)致水華，影響水體的景觀功能。
城市景觀水體多屬緩流水體和淺水水域，徑流量小、自凈能力差、停留時(shí)間長，極容易發(fā)生富營養(yǎng)化。當(dāng)再生水補(bǔ)入一般景觀水體時(shí)，由于再生水自身污染物本底值高，使得水體氮、磷含量也明顯增高，而且通常情況下再生水在河流、湖泊中的停留時(shí)間較長，殘留于水中的污染物會不斷得到積累，富營養(yǎng)化問題可能會更加嚴(yán)重，使水體產(chǎn)生顏色和異味，影響水體外觀，降低水體的美學(xué)價(jià)值。因此，必須采取措施預(yù)防和控制景觀水體富營養(yǎng)化的發(fā)生。
3、再生水回用于景觀富營養(yǎng)化的防治
富營養(yǎng)化的防治過程，實(shí)際上就是通過調(diào)節(jié)誘發(fā)富營養(yǎng)化發(fā)生的主要控制性條件，抑止富營養(yǎng)化發(fā)生。李錦繡等人提出:富營養(yǎng)化發(fā)生所需的必要條件有三個(gè)方面:充足的TN、TP等營養(yǎng)鹽;緩慢的水流流態(tài);適宜的溫度條件[5]。
將再生水用于景觀水體的補(bǔ)充水源時(shí)，通常從兩方面著手保持水質(zhì)不惡化。一方面，嚴(yán)格限制排入景觀水體的氮磷指標(biāo)，從源頭上減少營養(yǎng)鹽和污染物進(jìn)入景觀水體;另一方面，對已進(jìn)入景觀河流、湖泊中的水體采取進(jìn)一步的水質(zhì)凈化措施，防止水體富營養(yǎng)化的發(fā)生，對此通常采用的措施有:曝氣充氧法、增加景觀水體流動(dòng)的水力循環(huán)系統(tǒng)、循環(huán)過濾凈化系統(tǒng)、化學(xué)藥劑除藻、生物調(diào)控法和人工濕地生態(tài)系統(tǒng)等以控制水體中COD、BOD5、TN、TP等污染物的含量及藻類的生長(使其不過度繁殖)[6]。
與其他技術(shù)相比，景觀修復(fù)具有明顯的優(yōu)越性，具體表現(xiàn)在:①著眼于水體自凈能力的強(qiáng)化，能持續(xù)發(fā)揮作用;②遵循水體生態(tài)系統(tǒng)的自然規(guī)律，副作用小，對環(huán)境友好;③所需投入能源、物質(zhì)少，人為管理控制少，更為經(jīng)濟(jì);④易融入水景觀整體設(shè)計(jì)和建設(shè)，外在表現(xiàn)形式自然親切，更富人性化。
4、景觀修復(fù)在水體富營養(yǎng)化防治中的應(yīng)用
景觀修復(fù)依靠生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力與自我組織能力使其向有序的方向進(jìn)行演化，或者利用生態(tài)系統(tǒng)自我恢復(fù)能力，輔以人工措施，使遭到破壞的生態(tài)系統(tǒng)逐步恢復(fù)或使生態(tài)系統(tǒng)向良性循環(huán)方向發(fā)展。常用的景觀修復(fù)技術(shù)包括:人工濕地技術(shù)、穩(wěn)定塘技術(shù)、生態(tài)護(hù)岸技術(shù)、水生生物調(diào)控技術(shù)、生物浮島技術(shù)以及多自然型河流構(gòu)建技術(shù)等。此類技術(shù)不僅能夠通過生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)能力清潔水體，通過與景觀學(xué)的結(jié)合可以在城市中營造出賞心悅目的生態(tài)景觀[7]。
4．1人工濕地技術(shù)
人工濕地在利用自然濕地特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對濕地的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行了人為的改造和強(qiáng)化，如通過植物、基質(zhì)、流態(tài)等的選擇、配置和設(shè)計(jì)加強(qiáng)了其對污染物的處理能力。人工濕地在污水處理、河流污染治理和生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用正處于快速發(fā)展時(shí)期。將人工濕地作為污水處理設(shè)施，或應(yīng)用于污染河水的原位及異位凈化及修復(fù)等在國內(nèi)外已有許多成功范例，取得了良好的環(huán)境、生態(tài)及經(jīng)濟(jì)效益[8]。與傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)相比，人工濕地處理系統(tǒng)具有低成本、少能耗、運(yùn)行維護(hù)簡單的特點(diǎn)，同時(shí)濕地的設(shè)計(jì)可以同城市景觀相結(jié)合，代替?zhèn)鹘y(tǒng)水處理設(shè)施的鋼筋混凝土外觀，充分發(fā)揮濕地美學(xué)、景觀、生物多樣性等多方面環(huán)境價(jià)值。
人工濕地一般由人工基質(zhì)(多為碎石)和生長在其上的水生植物(如蘆葦?shù)?組成，是一種獨(dú)特的“土壤—植物—微生物”生態(tài)系統(tǒng)。其主要設(shè)計(jì)參數(shù)包括:污水類型、水流負(fù)荷、滲濾介質(zhì)、滯水深度和時(shí)間、流路的可控性、植物類型及管理模式等。人工濕地處理廢水的凈化機(jī)理十分復(fù)雜，至今仍不完全清楚。一般認(rèn)為，人工濕地成熟以后，填料表面吸附許多微生物，形成大量生物膜，它們協(xié)同分布于池中的植物根系，通過物理、化學(xué)及生化反應(yīng)三重作用凈化污水[9]。
根據(jù)水流是否位于介質(zhì)表面及水流方向，人工濕地污水處理系統(tǒng)可分為表面流濕地(Surfaceflowwetland，SFW)，水平潛流濕地(Subsurfaceflowwetland，SSFW)，垂直潛流濕地(Verticalflowwetland，VFW)以及復(fù)合垂直流濕地(IntegratedVerticalFlowWetland，IVFW)等類型。
表面流濕地系統(tǒng)也稱水面濕地系統(tǒng)，與自然濕地最為接近，但它是受人工設(shè)計(jì)和監(jiān)督管理的影響，其去污效果又要優(yōu)于自然濕地系統(tǒng)。潛流式人工濕地技術(shù)已在國外得到廣泛運(yùn)用，美國東部有400多個(gè)廢水排放點(diǎn)是通過人工濕地系統(tǒng)處理后再進(jìn)入地下水、河口、河流和湖泊。同傳統(tǒng)的污水處理工藝不同，潛流式人工濕地的效率比基本不受規(guī)模影響，如果當(dāng)?shù)厝狈Υ笃恋兀瑵摿魅斯な綕竦匚鬯幚硐到y(tǒng)也可以化整為零，將小塊的荒地、綠化用地利用起來，效果同樣出色。在國外，許多別墅區(qū)居民都利用自己的花園綠地建立小型的潛流式人工濕地污水處理系統(tǒng)，日處理量僅為幾百升;運(yùn)用潛流式人工濕地技術(shù)來處理河流湖泊沿岸分散的污染源，既簡便易行，又能避免破壞河岸景觀，如果能夠充分利用地形，其運(yùn)行費(fèi)用甚至可能接近于零。而且保溫效果好，處理效果受氣候、季節(jié)的影響較小，可以有效防止蚊蠅滋生和不良?xì)馕稄浬10]。雖然潛流濕地凈化水質(zhì)能力強(qiáng)，但對流量大的水體凈化能力不如表流濕地，因而潛流濕地主要用于凈化城市景觀水體的水質(zhì)，表流濕地常用于河道的水質(zhì)凈化，小幅度改善水質(zhì)。
4．2水體系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
景觀水體的平面幾何造型、水體深度分布、水文特征、池壁材料、池底底質(zhì)、駁岸形式都應(yīng)該與水生生物生理特征、生活習(xí)性及其空間分布規(guī)律保持協(xié)調(diào)，同時(shí)利于水體的流動(dòng)，增加流動(dòng)復(fù)氧和水體交換水平，提高水體自凈和自我修復(fù)能力。
(1)岸線設(shè)計(jì)。景觀水體的岸線應(yīng)盡量實(shí)現(xiàn)曲線柔和的不規(guī)則設(shè)計(jì)，以利于水體的流動(dòng)，避免死角現(xiàn)象，否則容易滋生藻類。同時(shí)形成水流的急流段、緩流段等不同形態(tài)，增加水體的動(dòng)感。輔以機(jī)械曝氣和微孔曝氣等技術(shù)，強(qiáng)化水體的復(fù)氧效果，提高景觀水體的自然凈化能力。
(2)水深設(shè)計(jì)。景觀水體考慮到游客安全問題，水深不宜太深;但是水體太淺，又易發(fā)生富營養(yǎng)化，因此綜合考慮，設(shè)計(jì)水景深度選擇為1．0m左右比較合適�？身樦畡轄I造淺灘和深潭，形成多樣水域環(huán)境，使曝氣、多種凹凸面的接觸氧化和吸附、向著深潭等處的沉淀、動(dòng)植物及微生物的攝取和消化分解等河流的自凈作用大大增強(qiáng)。
(3)池壁材料及池底底質(zhì)的選擇�？紤]生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)，池壁可以采用天然材料的護(hù)面，如粘土、砂礫、卵石等，池底要保證有部分底泥，這樣既可以滿足與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)性，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了水體生態(tài)系統(tǒng)的建立。要盡量避免池壁、池底使用水泥混凝土結(jié)構(gòu)，阻礙水體與底泥物質(zhì)的交換，破壞水體生態(tài)系統(tǒng)。
(4)生態(tài)護(hù)岸的設(shè)計(jì)。作為水陸交界地帶的濕地岸邊環(huán)境的營建也十分重要，生態(tài)護(hù)岸對于修復(fù)水體生態(tài)系統(tǒng)、凈化水質(zhì)、美化環(huán)境等都有巨大作用。由于生態(tài)護(hù)岸沿著岸線有帶狀連續(xù)分布的特征，其上均可種植水生植物，而水生植物是再生水、底質(zhì)和光的最大利用者，在維護(hù)水域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性方面有決定性作用，通過吸收、降解、吸附、過濾、沉淀、對藻類的抑制作用凈化水質(zhì)，并提供水生動(dòng)物食物、繁殖、棲息場所等重要的生態(tài)功能。
(5)水系循環(huán)流動(dòng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)“流水不腐”的生態(tài)理念和水華產(chǎn)生的流速限制條件，以水體建設(shè)地形、自然流向和周邊水系連通為主導(dǎo)，通過設(shè)置泵站，解決湖體流動(dòng)動(dòng)力問題，促進(jìn)水系循環(huán)流動(dòng)，增加流動(dòng)復(fù)氧和水體交換水平。對于局部死水區(qū)可安裝曝氣推流設(shè)施促進(jìn)水體交換流動(dòng)，稀釋局部污染物積累。
4．3水生生物調(diào)控技術(shù)
生物調(diào)控(Biomanipulation)是通過重建生物群落以減少藻類生物量，保持水質(zhì)清澈并提高生物多樣性。生物調(diào)控法的優(yōu)點(diǎn)是投資少，有利于建立合理的水生生態(tài)循環(huán)。目前主要有2種方法:①在淺水型富營養(yǎng)化湖泊中種植水生植物;②放養(yǎng)食魚性魚類以控制食浮游生物的魚類，以此壯大浮游動(dòng)物種群，從而遏制藻類[13]。這樣既保持了水體的自然景觀特點(diǎn)，對再生水回用的水景也具有較強(qiáng)的截污、凈化功能。生物調(diào)控的核心在于建立平衡的生態(tài)系統(tǒng)，有效地控制藻類規(guī)模。平衡的湖區(qū)水體生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)具備由湖中挺水植物、浮水植物、沉水植物及水生動(dòng)物的合理栽植與放養(yǎng)而構(gòu)成的完整的生物鏈(圖3)[14]。
5、結(jié)語
再生水回用于景觀水體在目前水資源短缺的情況下具有積極的節(jié)水意義。保障景觀水體的水質(zhì)達(dá)到相應(yīng)的水體功能要求，抑止富營養(yǎng)化發(fā)生，需要結(jié)合再生水自身污染物本底值較高和緩流水體及淺水體等特點(diǎn)進(jìn)行考慮，針對源頭補(bǔ)水處理—景觀水體系統(tǒng)合理設(shè)計(jì)—景觀水質(zhì)、效果控制和維護(hù)，采取相應(yīng)的水質(zhì)凈化與保持技術(shù)。
在水體的景觀修復(fù)措施中，人工濕地技術(shù)能夠高效處理再生水水源，池體的優(yōu)化設(shè)計(jì)通過恢復(fù)重建水體生態(tài)系統(tǒng)提高自然凈化能力，水生生物調(diào)控通過放養(yǎng)和種植水生動(dòng)植物，加快有機(jī)污染物的同化吸收，進(jìn)一步防治富營養(yǎng)化。景觀修復(fù)途徑具有生態(tài)可持續(xù)性的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)比之水質(zhì)凈化的純工程技術(shù)，能更加細(xì)膩地發(fā)現(xiàn)并表現(xiàn)水體與周圍環(huán)境的關(guān)系，恢復(fù)并延續(xù)文化景觀。通過最小的人工干預(yù)達(dá)到自然過程的巨大改進(jìn)，創(chuàng)造更加接近自然條件的開放空間，保障公共健康，增加美學(xué)價(jià)值。
(來源：水資源與水工程學(xué)報(bào))
