城市人工湿地的创新改造与功能拓展研究

邓力铵 范潇潇 谢广燃

摘 要：城市的人工湿地在我国城市变迁中承担着环境与生态维护的重要角色，随着我国城市化进程的加快和市民对城市功能要求的提高，原有建成并长期使用的城市人工湿地已经不能完全适应城市的发展需要。研究基于此背景以北京中关村生命科学园核心区域的人工湿地为研究对象，探讨了人工湿地的创新改造方法，提出了结合海绵城市的雨水设施拓展其可持续发展的新功能，并针对性地提出了改造方案和构想，为我国人工湿地未来的研究内容提供了新的思路。

关键词：城市人工湿地;改造;功能拓展

人工湿地作为海绵城市建设中人工建造的具有可调蓄作用的雨水设施，在解决城市局部地区雨涝问题方面起着巨大的作用，但人工湿地作为人造的湿地系统，净化污水、维护城市区域生态系统平衡是其最主要的作用。我国从20世纪70年代开始研究人工湿地的应用技术以来，直至20世纪末，人工湿地在我国的滨水地带、城市公园等各类景观开发工程中已经得到了较为广泛的应用[1]。在时间变迁中，城市对于湿地会不断提出一些新的功能和要求，早期的规划与设计在一定程度上限制了其服务区域环境的发展，甚至无法赋予其新的功能。此外，人工湿地本身所起到的作用与功能是否达到当初的预想，其生物多样性、植物景观效果是否达到了早先的预期等也都成为场地本身的疑问，为此，综合、系统地对已长期投入使用的人工湿地进行使用后评价，了解并掌握其生态和环境长期变化后的信息和数据是保证场地功能运行良好的必要保证，也是其维护长期高效的服务区域环境的必要条件。

北京中关村生命科学园区核心区域的人工湿地从建成以来截至目前已经持续运行了约15年，其位于城市人口密集区位置特点和周边长期稳定的使用环境使其成为本研究的适宜场地。

一、场地概况

中关村生命科学园为高科技创新园区，占地130公顷，主要用地类型为农田和少量村庄。其中的人工湿地位于科学园中央区域，是整个区域的核心景观区，也是园区雨水径流的中心汇水区。

对比人工湿地从2003年至2018年15年间卫星图变化，湿地周边植被面积在2003年至2012年保持稳定的增长状态，直至2013年，受区域扩建和改造的影响植被周围郁闭度降低，单纯的植物覆盖逐渐向有设计感的景观植物配置过渡，视线可透性和层次感增强。同时，从2012年起，水生植物数量增加，考虑湿地对水质的改善所起到的积极作用，此后5年间水生植物覆盖面积逐年增长，直至2018年，水面面积大幅增长，相对应的水生植物数量有所减少。

（一）植物概况

湿地植物种类丰富，包含有北方常见的乔、灌、草本植物，在植物配置上注重彩叶植物的运用，银杏、金叶槐、五角枫、紫叶李、金叶女贞等与大乔木大面积群植或丛植。此外，侧柏、水杉、白皮松、沙地柏等常绿植物的大面积种植保证了区域四季有绿、四季有景。因为该区域的核心为人工湿地，因此玉簪、千屈菜、菖蒲、鸢尾、芦苇等水生植物也得到了广泛的应用，但相对于陆地植物来说，水生植物在部分区域出现较大面积缺失，缺失部分大多为水体与陆地交界位置。考虑造成原因为地面径流污染对水体边缘影响较大，雨水污染造成湿地水质成分与其酸、盐、碱等无机物含量的变化与失衡，不仅会对水体情况产生影响，也会影响到附近土地的营养成分，造成土地盐碱化，从而对植被的生长与存活造成一定的影响。

场地现存乔木大都为喜阳耐湿性植物，其中旱柳、水杉在湿地周边大范围分布，能够应对短时大量降雨后的水淹雨涝状态。场地内灌木数量多，品种丰富，但长势较差，当中榆叶梅、小叶黄杨、紫叶李与丁香等茎叶稀疏，其中有不少部分出现了叶黄、叶少、叶小等生长不良的情况。

（二）水体概况

中关村生命科学园人工湿地的水体来源主要有三个：降雨后地表径流汇入下凹的人工湿地，补充水量;处理过一次的生活污水;在水量不足缺乏水源的情况下引上庄水库水源进行补充[2]，这也是湿地能够在15年间保证水量和水面面积稳定的根本原因。在湿地湖水当中，种植有大面积的芦苇并且长势旺盛，大面积的芦苇不仅可调节气候，涵养水源，也有助于湿地形成的良好的生态环境和环境的自我调节平衡，但整体看水生植物种类单一，且数量缺失严重，造成目前水质差、水体净化效果不佳，水体存在富营养化严重和局部区域明显的水华现象，从而影响整体景观效果和水质净化质量。

二、解决与改造方法

人工湿地虽然作为湿地系统，具有一定的自净能力，但面对城市巨大的人口数目和超负荷的环境压力，场地中的人工湿地自净能力失衡，也使水体出现了一系列被污染的表现。为此，对该场地应基本按照“控制污染、修復生态、保护现有环境”的思路进行改造。如进行非工程措施的环境管控，布控监控点或监控断面，定时监控其景观生态情况，检查漏洞并及时弥补，并建立长期的监管机制，如果能够结合智慧大数据的技术手段则更佳。对于人工湿地现有水体的污染，重点需要控制汇水水源的污染问题，保证雨水径流的清洁度，必要的情况下可采用一定的净化技术进行雨水的初步过滤。对于已经受到污染的水体应增加具有较好水质净化功能的水生植物进行生态修复和保护，例如，睡莲、荷花等浮叶植物遮挡阳光的辐射，此类植物还有助于改善水体水华现象。另一方面，增加驳岸与水体交界处的植物数量，保证雨水径流流入湿地时能够初步过滤城市垃圾，但植物选取需选择耐水淹植物，以应对雨季时雨涝短期浸泡的情况。需要加强管理降低污染物进入水体的几率，采用人工处理配合生态自净能力是可以做到在一定程度上维持湿地整体生态功能的。此外，对于现有湿地水体水华现象，还可以通过在驳岸种植遮阴大乔木，以改变水体中藻类繁殖所需要的外部条件[3]。

中关村生命科学园作为高新科技园内含众多高新技术企业，位于中心区域的人工湿地不仅应只考虑生态这一种功能，还应该具有一定的社会服务功能，目前整体区域基本只具有生态调节功能，单一的功能造成景观资源的浪费。可结合人工湿地的景观设计增加城市绿地的游憩功能，具体做法可在适合的位置增加垃圾箱、座椅等设施，结合驳岸适当增加观景点。在景观营造方面可根据植物的季相和生命周期的变化，利用植物的线条、色彩、形态进行构图，注重植物、生态环境、视觉关系的协调进行优化配置，通过乔、灌、草本植物高、中、低的合理搭配，打造丰富的层次变化，在水域区域由“挺水植物—浮叶植物—沉水植物”的组合形式进行配置，根据水质状况选择相应净化功能的植物种类。

此外，海绵城市作为近些年的建设重点，人工湿地可以在一定程度上实现人造海绵的部分功能，即暴雨来临时短暂存储一定过量的雨水径流，并在雨季过后对场地内其它绿地进行灌溉用。但因其无法完成快速下渗和短期净化，可以考虑结合具有一定净化功能的雨水初期净化设施实现过量雨水的初步净化和蓄存。设施的设置需综合考虑景观效果或结合其它游憩设施进行综合设计。

三、讨论与展望

人工湿地虽然在我国已经进行了几十年的应用实践，但学术界的针对性研究并不多，且大多仅针对湿地水体的生态功能，其他功能和湿地使用形式的研究少有涉及。随着我国经济社会的快速发展，城市中心用地使用价值呈指数增长，单一的生态功能难以满足城市的需要，因此，综合、系统地进行人工湿地功能开发方面的研究显得尤为重要，尤其是城市中心区域高密度人口聚集区的人工湿地的功能拓展研究将会成为未来湿地研究的新方向。

从另一方面看，国内有学者将人工湿地作为海绵城市的雨水设施进行研究，确实能够从功能角度对人工湿地提出更大的期待，但海绵城市的雨水设施不是简单的雨水收集和水体自净化的问题，并且人工湿地对水体的处理速度远不能达到海绵设施的一般要求。因此从海绵城市的视角研究人工湿地将会面临着巨大的挑战。

参考文献：

[1]李娟，张龙庄，段亮，等.人工湿地废水处理技术的研究现状及展望[J].南方农业学报，2011，（1）：69-73.

[2]俞孔坚，张东.生命细胞、景观格局与创新网络——中关村生命科学园规划[J].建筑学报，2001，（10）：37-40.

[3]赵欣胜.北京翠湖湿地血红裸藻水华发生的环境条件[J].水生态学杂志，2015，（2）：11-17

作者单位：

河北工业大学建筑与艺术设计学院