表流型塘系统湿地综合治理

乔旭+那然

一、项目概况

山西省孝义市胜溪湖湿地公园占地面积230公顷，位于吕梁山脉东麓、胜溪湖水库上游，地势落差大，受内陆暖温带季风气候影响，春冬多风干旱，夏秋雨量集中，一年中82.9%的降雨分布在6-11月份，汇流时间短，防洪问题突出。同时，场地位于黄土高原，土质松软，地表径流侵蚀现象严重，上游众多的焦煤生产企业加重了现状环境污染。雨洪每年携带大量粉煤灰、泥沙进入水库，地势、气候、土壤、工业生产的共同作用为场地带来严重的环境问题。主要表现在：

第一，胜溪湖水库城市水资源调控功能无法发挥。由于场地位于黄土高原，土质松软，地表径流侵蚀现象严重，河水挟带大量煤灰、泥沙等颗粒物，含沙量高达1.71kg/m3。以现状水文条件，97.02%的颗粒物沉积于张家庄水库底部，造成水库泥沙淤积、库容量减少，年均水库泥沙淤积高达70万余立方米，年均水库清淤工程费用约2100万元。

第二，水库上游洗煤水等排污严重，造成周边环境严重污染。经调查，区域内的兑镇河、下堡河作为炼焦、煤炭洗选及炼铁等工业废水的受纳水体，水质污染严重。经检测，张家庄水库来水水质核心指标为固体悬浮物、COD、BOD5、氨氮、总磷，分别为103mg/L、99.3mg/L、15.95mg/L、9.26 mg/L、2.55 mg/L，距离水质目标地表Ⅳ类水的国家标准，分别超标19.6、2.31、1.66、5.17、7.5倍。

第三，孝义市民缺少生态休闲活动空间。长期的工业化开采及对城市环境空间的粗放管理，造成了孝义城市环境空间的生态性遭到极大破坏，不仅造成了大规模的环境污染，更丧失了城市开放空间的休闲游憩属性（图1-2）。

二、设计理念/方案

基于上述三个问题，北京正和恒基濱水生态环境治理股份有限公司（以下简称“北京正和恒基公司”）通过前置库沉砂、湿地净化、旁路泄洪、雨水管理、文化重建等多方面探索和实践，将水质恶化、生态环境被严重破坏的区域，转变成为一个生机勃勃的湿地公园。该项目采用“七水共治”和“海绵公园”理念，通过景观统筹、非常规设计、生态修复三种方案实施。

（一）“七水共治”理念

依循“水安全、水环境、水资源、水经济、水生态、水景观、水文化”的水务一体化技术理念，以安全为前提，协调统筹资源与环境及经济因素进行科学考量，并从生态、景观、文化三个维度，将环境治理、生态修复和景观打造相结合，通过生态化的技术进行湿地公园建设。

（二）“海绵公园”理念

在湿地公园改造工程中运用“海绵”理念，打造具有可吸水、蓄水、渗水、净水功能的“海绵体”，充分利用湿地公园绿地面积比例大，园林地形丰富，天然渗透力强等特点，实现雨洪系统的最佳管理，变公园为城市的“绿色海绵”。

（三）设计方案

1.景观统筹，解决城市宗地问题。胜溪湖水库承担着孝义城市水资源的调控功能，以确保城市的雨洪安全。为此，工程技术人员通过科学、系统性地梳理调控方式，从实际问题出发，整体统筹运作，不局限于岸上绿地内的园林区域，完成项目的顶层设计。针对城市宗地的改造重建，保障区域空间的可持续发展，在一次性环境修复完成之后，重建环境的自然生态系统，使之在后续的发展过程中降低管理和养护成本，实现生态健康发展。同时将湿地海绵的作用有效纳入城市水循环系统，并通过表流湿地的生态自然净化过程，为水质净化提供保障，由此大大提升了胜溪湖水库的入水标准，并在日常降水的过程中发挥其滞蓄雨水、回补地下水作用，为城市整体水循环创造良好的条件。

2.非常规设计，构建可持续水环境。湿地公园整体规划采用“前置库+（人工湿地系统|旁路泄洪渠）+水库”的空间布局形态。考虑到季节性河流特点，整体设计采用“流动悬浮的花园”的设计定位：水多时为流动的湿地，水少时为悬浮的花园。为最大程度保留现状杨树林、留住有限的水资源，工程技术人员通过采用“林间湿地”的设计方案，既减少了对林地的破坏又减少了水面蒸发，起到了节水功能。

3.水动力沉沙模拟数据分析应用——增大库容、降低维护的设计途径。沉沙池技术重点解决兑镇河、下堡河挟带大量煤灰、泥沙等颗粒物，通过水沙采样分析，采用MIKE21模拟不同洪水情况下沉沙池流场分布、淤积厚度分布、泥沙淤积量，在解决下游水库清淤面积大、费用高的同时，为沉沙池的清淤提供技术支撑。由于沉沙池的过水断面远远大于上游河道的过水断面，水流通过沉沙池时流速减小，挟沙能力降低，使水流中的有害泥沙沉淀于池中。通过（图3-4）沉沙池建成实景对比，完成了从灰色到绿色的转变。沉沙池建设前粉煤灰、炉渣堆积，是典型的灰色场地，没有生机。沉沙池建成后水质达标，植被覆盖率高，景色宜人。

4.自净型表流人工湿地技术应用——监测数据验证有效的设计成果。为有效解决河道来水水质距离景观用水标准相差较大的问题，工程技术人员通过采取人工湿地塘系统设计方案，在功能上起到水质净化作用。同时在景观上是流动悬浮的花园，一方面利用自然生态系统中的物理、化学和生物的多重作用，实现对水体的净化；另一方面利用现状洼地形成的湿地塘系统，可以有效涵养水分，蓄积洪水，调节气候，增加生物多样性。

在整体方案的设计构思中，工程技术人员以中国文化中的“如意”和“凤洒翎羽”为创作来源，同时汲取了山西剪纸的特色元素，延伸出“凤洒翎羽吉祥如意”的设计主题。沉沙池和泄洪渠的轮廓犹如一把如意落在场地中，代表着吉祥、顺心；湿地的水脉轮廓犹如凤凰的翎羽洒落大地，湿地中水泡、生境岛、林窗的设计营造了丰富的湿地群落，展现出生物多样、丰富性的特点，吸引鸟类形成百鸟朝凤的湿地意境。

第一，利用现状坑塘、空地设计而成水泡，水泡间以狭窄水道相连，模拟出自然湿地生境，通过植物和微生物的协同作用，去除污水中耗氧有机污染物、悬浮物、氮、磷、重金属等。人工湿地对污染物去除率为COD24%，BOD523%，总氮13%，氨氮47%，总磷15%，固体悬浮物21%。

第二，湿地水泡系统同时起到就地吸纳雨水的作用，成为接纳洪水的“海绵”，为水库和城市安全提供有力保障。湿地公园包含25个平均面积为780m2、平均深度为0.5m的湿地水泡，可解决大约9750m的调蓄流量，满足雨水控制需求。

第三，湿地水泡可以最大限度降低对场地环境的影响，保留现状林地。在丰水期，雨水收集池、跌瀑及生境岛形成连续、流动的湿地景观。而在枯水期时，水泡散落在场地中，形成“流动”与“漂浮”的景观特色，形成林下活水系统。

第四，通过挺水植物、浮水植物、漂浮植物及沉水植物对水体中悬浮物的拦截，以及吸收水体及底泥中的氮、磷等营养元素，对水体进行初步净化，提高水體透明度。同时，水生植物的栽植也增加了水生态系统的生物多样性，为鱼类及两栖类生物提供多样性的栖息环境。胜溪湖湿地种植的水生植物以芦苇和黄菖蒲为主，搭配乔木、灌木、地被植物，利用现有的防护林种植护坡植物构建生态护坡，由此建立稳定且生物多样性丰富的湿地生态系统。

5.水生植物生态修复技术。水生植物生态修复技术是根据水生植物净化水质、抑制浮游藻类生长及水生植物为其他生物提供良好生存环境等修复机理，通过挺水植物、浮水植物、漂浮植物及沉水植物，吸收水体及底泥中的氮、磷等营养元素，增加水中溶解氧，提高水体透明度，增加水生态系统生物多样性（图5）。

6.跌水曝气富氧技术。胜溪湖湿地公园依地形从上游至下游共设计了五处跌水曝气，逐层对湖水进行曝气富氧，增加水体中溶解氧含量，促进污染物降解，最终起到净化水质的作用。

7.生态护岸（坡）技术。胜溪湖生态护岸（坡）采用多种形式，包括植物护岸、抛石护岸、石笼护岸、生态袋护坡。护岸（坡）的多样性不仅具有护岸固堤、防止水土流失、为陆生和水生生物提供良好栖息环境的要求，而且满足了景观的多样性。

三、生态修复，重塑生物共生系统

在整体工程的建设过程中，工程技术人员通过采取多重措施，在完成景观建设的同时，重建了区域内的生态系统，保留场地原有林地，为众多的鸟类提供栖息地；大胆打破水利僵化的驳岸护坡形式，采用生态化护岸，为众多的鸟类和两栖类生物提供适宜的生存环境。同时通过景观化的处理方式，改变传统的堰坝阻断性做法，营造出满足游人戏水、动植物生长环境需求的跌水石堰。同时，水利设施的景观化增大了曝气富氧效果，多角度地提升了对环境的修复和持续性的维护；不同水深的水体竖向设计提供了丰富的水生生物生境，为沉水植物及水体内的微生物提供了良好的环境。通过林地栖息地、石岸栖息地、水生生物栖息地的修复重建，恢复滨水生态系统的自净能力，完善水岸生态系统，最终实现生态修复（图6）。

据检测，工程实施后，核心水污染指标为：氨氮、总氮、总磷、悬浮颗粒物去除率分别达到47%、13%、15%、21%；COD、BOD5分别降低24%和23%；场地内野生动物达到24目55科189种，鸟类133种，使无人问津的城市宗地成为省级旅游度假区，公园实现了生态系统与人性化游憩场所的双重重建，达成了设计之初的总体构想。作为人工次生湿地，本项目是具有示范意义的北方特色的“林间”湿地，同时也是山西地区的新典范，展示了现代生态文明。

四、社会效益

胜溪湖湿地公园（表流型塘系统湿地综合治理工程）是北京正和恒基公司通过生态技术与景观设计同步实施的结晶。该项目成功地将一个环境恶劣、沉沙淤积、景观单一、生态系统脆弱、亲水性差的林间空地改造成为一个环境优美、植物茂密、物种多样、吸引游客的林下活水区，成为集区域水利、城市湿地、生态文化、人文景观为一体的多功能生态型湿地主题公园。胜溪湖湿地公园（表流型塘系统湿地综合治理工程）不仅仅是一个景观塑造工程，更是一个生态恢复工程，社会效益和经济效益实现了双赢。

第一，对场地的影响。胜溪湖湿地公园（表流型塘系统湿地综合治理工程）自2014年完工以来，从以往的水库原位清淤改为前置库清淤，既有效降低了清淤量，简化了清淤流程，而且节省了公共资金的投入。此外，该项目还创建了一个大型的城市开放空间体系，风景优美，彼此贯通，吸引了大量本地市民和外地游客参观旅游，带动了当地旅游业的发展。2014年，该项目被评为“国家4A级旅游景区”，2015年荣获“国家城市湿地公园”称号。孝义胜溪湖湿地公园因其独特的设计手法、良好的建成效果和明显的生态效益，成为类似生态设计的典范。

第二，对区域的影响。该项目成为当地城市游憩系统建设的重要组成内容。项目的实施一方面极大地美化了环境，为市民提供了一个富有特色的休闲环境和人文景观；另一方面通过湿地净化系统向市民更好地展示了如何利用“自然的力量”进行水质净化，成为自然科普馆。项目建成后，这一地区的野生动物达到24目55科189种。其中，鸟类资源最为丰富：留鸟46种、夏候鸟43种、冬候鸟18种、旅鸟36种；有国家一级保护动物黑鹳、金雕、黄脚三趾鹑、大鸨4种；国家二级保护动物大天鹅、灰背隼等16种（图7）。

第三，对专业实践的影响。该项目对专业实践的影响主要有如下几方面：通过前置库作用提高了水体的透明度；通过湿地强化，去除有机物、氮、磷等污染物；通过旁路泄洪渠保障项目区的防洪安全；通过流动悬浮的花园设计，实现了水多水少时期的差异化景观；通过林间湿地、生物廊道建设，既保留了现状林地、减少了蒸腾节约水资源，又为野生动植物提供了适宜的栖息环境；通过本地凤凰文化、剪纸文化的演绎，展现了当地的景观特色。

（本文图片由北京正和恒基公司提供）

（责任编辑：李静敏）