湖泊人工湿地和生态护岸设计.docx

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湖泊人工湿地和生态护岸设计

1人工湿地设计

1.1人工湿地介绍

1.1.1人工湿地工作原理

人工湿地系统是在有一定长宽比和底面坡度的洼地中，由土壤和填料〔如砾石等〕混合组合而成的填料床，并栽种经过选择的水生、湿生植物，组成类似于自然湿地状态的方案化的湿地系统。

水体在床体的填料缝隙中流动，或在床体外表流动，在基质吸附、过滤，植物吸收、固定、转化、代及湿地微生物的分解、利用、异化等过程的综合作用下，水体中的污染物质得以去除。

湿地系统中的氮、磷不仅能通过植物和微生物作为营养吸收，而且还可以通过硝化、反硝化作用将其除去，最后湿地系统更换填料或收割栽种植物将污染物最终除去。

人工湿地系统的主要优势表达在，有机物和氮磷的去除效率高、出水水质好、运行维护方便、管理简单、投资小、运行费用低、符合自然界水质净化和水资源循环的生态学规律等。

人工湿地的建立不但可以起到对湖泊水体的净化效果，同时也可加强湖泊的景观效应。

人工湿地系统结果图及效果图见图1-1、图1-2。

图1-1人工湿地构造示意图

图1-2人工湿地效果图

1.1.2人工湿地分类

人工湿地按污水在其中的流动方式可分为两种类型：

外表流人工湿地和潜流人工湿地。

两种人工湿地的工艺特性及优缺点见表5-5。

外表流湿地系统中，水体在湿地的外表流动，水位较浅，多在0.1-0.6m，它与自然湿地最为接近，具有投资少、便于管理等优点。

潜流式人工湿地系统中，水体在湿地床的部流动，可以充分利用填料外表生长的生物膜、丰富的植物根系及填料和表层土的截留等作用，以提高其处理效果和处理能力。

但当有机污染负荷较重的情况下，易造成床体堵塞，且造价较高，一般为外表流湿地的4-8倍。

表1-1两种人工湿地比照

类型

外表流湿地

潜流湿地

介质类型

介质为原始土壤或填料

介质为填料

水流方式

污水以较慢速度从湿地外表流过

水流在地表下流动，充分利用填料外表生长的生物膜和丰富的植物根系。

处理效果

一般

相对较好

投资

具有投资少、操作简单、运行费用低

投资大，需运行维护

1.2湿地修复区设计

在东西湖之间的连接处按照原规划借助自然地理条件结合景观布设人工湿地，加强对水体的修复，促进生态系统恢复。

人工湿地的设计除了满足水质净化的作用，还要兼顾人工湖对河涌的补水功能和景观效果。

湿地区总面积约为2.2万m2，湿地的布置考虑地形高差、东西湖水位差以及景观栈道的修建。

白云湖建成后，需要向滘心涌、环滘涌、涌、石井河四条河涌合计补水18.3m3/s，按每日补水时间8小时计，人工湖调蓄水量为52.7万m3，需调蓄水深为0.5m。

人工湖由东湖和西湖两局部组成，东西湖连接处为此章节需要设计的湿地修复区。

其中东湖向滘心涌和涌分别补水1.65m3/s和2.50m3/s；西湖向石井河和环滘涌分别补水12.75m3/s和1.40m3/s。

当西湖对环滘涌和石井河补水时，水体必将由东湖流经湿地进入西湖区，如此大流量的水体在流经湿地时，相应地对湿地的过水能力必将提出很高的要求；且东西湖之间的湿地区面积仅22000m2，对52.7万m3水量而言湿地面积太小，且水力停留时间很短，难以取得预期的处理效果。

故在对两湖间的湿地区进展布设时主要考虑其补水和景观功能，在此根底上，尽可能兼顾其对污染物去除效果和生态修复作用。

因此，在本方案中将东西湖之间的湿地区设计成更加接近自然景观的外表流人工湿地系统，在湿地床上铺设碎石、砾石，并种植具有高效吸收污染物能力的植物，加强对水体的净化处理。

1.2.1外表流人工湿地平面设计

外表流湿地一般长宽比应小于10：

1，根据人工湖两铁路间的地形情况将人工湿地分成两块并联使用，其中湿地1面积As1=16514m2，湿地2面积As2=6355m2，湿地区总面积A=As1+As2=22869m2。

湿地平面布置如图1-3所示。

图1-3湿地区平面布置图

其中湿地1为梯形构造，上底、下底、高分别为56m、104m和206m；湿地2为近似矩形构造，长、宽分别为93m和68m。

考虑地形和维护等因素，在具体施工环节中可分别将湿地1和湿地2分成两个或以上并行处理单元，以便间歇运行和维护。

1.2.2湿地进出水设计

考虑到处理系统的水量很大，在湿地周边开挖集水沟，水体经收集后进入湿地系统。

进水装置是向人工湿地中输送污水,布水时应尽量均匀，进水方式采取多点布水形式。

在湿地维护或闲置期,进水可关闭。

1.2.3填料的使用

外表流人工湿地一般水深0.3-0.5m，本方案取0.4m；湿地区设计常水位为0.8m，故湿地床基质层厚度为0.4m。

外表流湿地床由两层组成，表层土层厚0.2m，砾石层铺设厚度0.2m。

人工湿地填料主要组成、厚度及粒径分布见图1-4。

图1-4外表流人工湿地填料组成

1.2.4湿地中植物配置

植物是外表流人工湿地净化水质的重要组分，是人工湿地系统得以正常运行的重要因素之一。

选择种植何种湿地植物也是人工湿地处理系统设计成败的关键。

一般人工湿地系统对植物有以下要求：

①有兴旺的根系；②有较大的生物量或茎叶密度；③有较大的外表积为微生物提供栖息场所；④有较强的输送氧的能力。

一般宜选用具有一定经济价值和景观效果的外乡植物。

种植方式视湿地和植物实际情况采用穴植、沟植、面植等方法，种植密度一般为每平方米5-10株。

〔1〕根茎、球茎及种子植物

这类植物包括睡莲、马蹄莲、慈姑、荸荠、泽泻、菱角、薏米、芡实等。

它们或具有兴旺的地下根茎，或能产生大量的种子果实，多为季节性休眠植物类型，一般为冬季枯萎春季萌发，生长季节主要集中在4-9月。

这类植物具有以下特点：

①耐淤能力强，适宜生长在淤土层深厚肥沃的地方；②适宜生长环境的水深一般为0.4-1.0m左右；③具有兴旺的地下块根或块茎，其根茎的形成对P元素的需求较多，因此对P的吸收量较大；④属于种子果实类植物类型，其种子和果实的形成需要大量的P元素。

〔2〕挺水草本植物

这类植物包括芦苇、茭白、香蒲、旱草竹、皇竹草、水葱、水莎草、再力花、美人蕉、千屈菜等，为人工湿地系统主要的植物选配品种。

这类植物适应能力强，根系兴旺；生长量大，对N和P的吸收量都很大。

其中①皇竹草、芦竹、旱伞竹、薏米、纸莎草等属于深根丛生型植物，其根系的分布深度一般在30cm以上，分布较深而分布面积不广，植株的地上局部丛生。

由于这类植物的根系入土较深，根系接触面广，配置于潜流式人工湿地中能显示出更好的处理效果；②香蒲、菖蒲、水葱、水莎草等，属于深根散生型植物，其根系一般分布于20-30cm之间，植株分散。

这类植物的根系较深，适宜配置于潜流式人工湿地中；③美人蕉、芦苇、千屈菜、荸荠、慈姑、再力花等属于浅根散生型植物，其根系分布一般在5-20cm之间。

由于这些植物根系分布较浅，且一般原生于土壤环境，因此适宜配置于外表流式人工湿地中；④灯心草、野芋等属于浅根丛生型植物，根系分布较浅，一般适宜配置于外表流人工湿地系统中。

本方案中湿地为外表流人工湿地系统，因此宜选择后两种植物类型，浅根散生型植物美人蕉、芦苇、千屈菜、荸荠、慈姑、再力花和浅根丛生型植物灯心草、野芋等都为本方案中的适宜挺水植物品种。

湿地区水生植物配置为美人蕉20%、芦苇20%、千屈菜20%、再力花20%、野芋10%、灯心草10%。

在具体布设中综合考虑水质净化作用和景观作用双重功能，合理配置栽种上述根茎植物和挺水植物，最大程度发挥人工湿地系统中植物的水质净化作用。

2生态护岸

传统的河道、湖泊护岸构造往往只片面的强调河道、湖泊的防洪、引水、排涝、蓄水等功能，较少地考虑河道的生态或环境功能，因此护岸多采用浆砌块石或混凝土等刚性硬质材料，使河道、湖泊的环境条件模式化，并使生物种类单一化，由此带来一系列的环境问题。

本方案所采用的生态护岸有别于现行的生态护岸，本方案的生态护岸除有常规生态护岸的功能，还同时具有恢复河岸带植被及原有自然洪泛平原和湿地景观，充分发挥河岸植被的缓冲带功能、修复近岸水质的功能。

生态护岸技术主要有兴旺根系固土植物、土工材料复合种植基、植被型生态混凝土等。

常规护岸工程技术主要考虑河道行洪速度、河道冲刷、岸坡稳定等，环境因素考虑较少，主要有抛石、浆砌或干砌石块，预制混凝土块体、现浇混凝土、浇注沥青以及土工模袋等型式。

这些型式的护岸工程造价都相对较高，且不能满足生态和景观要求。

生态护岸的特点：

〔1〕修复水域生态系统。

以再生多种生物为目的的生态护岸技术从整个水陆交织带的生态构造入手，充分应用生态方案学的根本原理，力求修复受到破坏的水域生态系统。

生态护岸的坡面大都种植护岸植物，经过精心挑选的植物既能直接从水中吸收污染物质，其舒展而庞大的根系还能为微生物提供附着载体，有利于水质净化，同时也是水生动物、鸟类、昆虫等觅食、繁衍、嬉戏的场所。

〔2〕增加湖泊景观效果。

与城市文化背景融为一体的坡岸景观设计，可以成为城市一道亮丽的风景线，使白云湖成为良好的休闲娱乐场所。

图1-5生态护岸效果图

2.1引水渠生态护岸

根据?

市北部水系建立引水干渠工程设计报告?

，引水渠道长4.7km，引水渠生态护岸的设计以“亲水〞和“生态〞为原那么，结合水流特点，将引水渠横断面设计为复式断面，设置两级或多级平台；在解决渠道防渗的根底上，采用生态型缓坡护岸，坡度节奏变化，护岸采用土石等天然材料或生态型材料，并与植物护坡相结合，为水生小动物提供栖息、繁衍场所。

在水陆交接处保存或营造岸边浅水湿地，其间种植芦苇、菖蒲等高等水生植物和水柳等根系较为兴旺的树种等植物，在堤岸底部适当种植沉水植物，以净化水质和改善滨水生态环境的作用，并在沿岸营造生态防护绿带。

引水干渠水际植物选择根据水位的变化及水深情况，选择乡土植物形成水生-湿生-中生植物群落。

随着水际植物群落的形成，使很多野生动物和昆虫也得以栖居、繁衍。

随着水际植物的不断丰富和成熟，生物多样性将不断提高，生态效果将更为显著。

引水干渠水生植物选择菖蒲、野芋、千屈菜、风车草、芦苇、美人蕉、睡莲、荷花等，这些植物既有较强的耐污能力，能够吸收水体中的局部污染物质和N、P等营养元素，又有一定的景观绿化作用。

2.2人工湖生态护岸

人工湖生态护岸设计原那么：

〔1〕采取自然形态的水岸处理，除了人群集中的地方，尽量防止硬质材料构造砌筑的护岸，布置建筑物时考虑人们的亲水设计；〔2〕护岸的设计充分考虑污染物拦截功能，减少入湖的面源污染；〔3〕进展水文分析，确定水位变化围，结合植物调查结果，选择适宜的植物；〔4〕应设置多孔性构造，为生物提供生存繁衍的栖息场所；〔5〕尽量采用自然环保材料，防止二次环境污染；〔6〕护岸设计兼顾防洪、生态以及景观三重功能。

在进展城市湖泊岸堤的生态恢复时，需要根据不同情况采取不同的技术。

对于兼具水利补水功能和景观功能的白云湖，应采取多种人工自然型驳岸，首先用植被型生态混凝土等生态材料护坡，然后在岸边种植耐涝耐污且具有较好景观效果的植物。

白云湖岸线由环湖岸线和岛屿岸线组成，其中环湖岸线总长8668m，岛屿岸线总长6220m。

白云湖设计水位为0.80m，设计高水位1.0m，设计低水位-0.20m，湖岸堤顶高程2.50m，设4.0m宽人行交通道路。

湖底高程为-1.50m，湖底分浅水区和深水区设计。

白云湖岸坡建立以构建湖滨带安康良性生态系统为目的，采取自然形态的湖岸处理方式。

根据白云湖规划设计报告，将白云湖岸线规划为植被生态型岸线、亲水休闲型岸线和高硬质型岸线等多种类型，湖岸断面设计分为四种构造形式。

其中以植被生态型岸线为主，约占78％；亲水休闲型岸线主要分布在白云湖的核心景观节点和东湖的东北区域，约占20％；还有少量的高硬质岸线，主要分布在码头岸线处，约占2％；岛屿岸线根本按植被生态型岸线设计，几个大型的岛屿上各设一个码头。

2.2.1湖岸断面设计

在白云湖的工程设计中，堤岸已经按照生态护岸的形式设计。

根据?

市北部水系西航道引水首期工程白云湖初步设计报告?

，湖岸断面设计主要分四种