人工湿地的绿色结构设计初探

张 桢

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市200092）

0 引 言

随着国家海绵试点城市建设的推广与黑臭水体治理的推进，人工湿地成为重要的一种绿色设施用于水质提升。在人工湿地的设计中，结构工程对于湿地建设尤为重要，人工湿地作为绿色设施，在结构设计中也尽量采用绿色设计，对生态环境的影响与隔离最小。

1 人工湿地的实用范围

目前人工湿地用于污水厂尾水的深度处理、海绵城市建设中初期雨水的处理、微污染河水、黑臭水体的治理、分散型生活污水的处理中都是一种比较普及的方式[1，2]。

2 人工湿地的类型

人工湿地主要分两种类型，一种为看得见水面的人工湿地，称为表面流人工湿地，另一种为看不见水面的人工湿地，称为潜流人工湿地。在实际应用中，两者通常串联使用。

3 人工湿地的结构设计

3.1 表面流人工湿地的结构设计

表面流人工湿地的过流通道全部采用绿色设施较为合理。

表面流人工湿地要保证一定的水面率，同时为了保证沉水植物的正常生长，水深不宜太深，在结构设计中，因为是绿色生态设施，所以挡墙、护岸尽量采用生态模式。在设计表面流人工湿地时，尽量利用场地现场的土壤进行土石方平衡，在此基础上尽量采用重力流、设置一定的坡度，保证有一定的流速，不易发生富营养化且不发生冲刷。尽量减少钢筋、水泥、砖等灰色设施工程的量，有效利用地块原状土进行土石方平衡。流道采用生态放坡，应依照岸坡稳定、正常行洪、表面异质、材质自然、内外透水、及成本经济等原则来进行设计。护岸结构对生态系统冲击最小，不仅对水流的流量、流速、冲淤平衡、环境外观等影响最小，要适宜于创造动物栖息及植物生长所需要的多样性生活空间。

3.2 潜流人工湿地的结构设计

潜流人工湿地通常以单元格模块化组合的方式设置，每个单元格内的主要构成为布水管道与布水区、湿地填料、出水管道与出水区，深度通常为90～160 cm 之间[3]。湿地填料的面层为种植土，种植湿地作物。潜流人工湿地与外部其他设施如耕地、道路、鱼塘等隔离，通常采用钢筋混凝土挡墙，保证湿地的稳定性，不因外部条件对湿地的稳定性造成干扰影响。由于潜流人工湿地通常为轮换运行，当相邻单元格一组进水、另一组不进水时，挡墙两侧的受力难以平衡，这时挡墙底部宜采用钢筋混凝土底板，挡墙墙体采用砖砌[4]。潜流湿地单元格之间的挡墙顶部尽量不伸出土体，挡墙起到保证水流稳定性的基本功能下，做到上部绿色湿地植物的种植面积最大化，见图1，在实际操作中，隔墙也可以采用PVC 板。

图1 潜流人工湿地的结构设计（单位：mm）

3.3 人工湿地配套设施结构设计

（1）水上栈道的设计

表面流人工湿地通常设置水上栈道用于维修，表面流人工湿地通常设置在鱼塘、河漫滩、湖库沿岸，通常在栈道区域需要保证栈道的稳定性。

当湿地对游客开放时，通常防腐木或者仿木面层；当湿地作为水质提升设施，主要满足运维人员通行时，栈道设置为水泥压花面层，栈道设置见图2。

图2 表面流人工湿地的水上栈道结构设计（单位：mm）

（2）调节塘或湿塘的结构设计

人工湿地用于处理初期雨水或回用雨水时，通常水质与水量均有较大波动，为了避免对人工湿地处理效果的冲击，在用地条件较好时，设置调节塘或湿塘，将雨水进行临时储存，相对均匀的排入人工湿地，保证湿地在合理的污染负荷和水力负荷下运行。调节塘或湿塘作为生态调蓄设施，在结构设计汇总尽量采用相对生态的方式保证其结构稳定性。在近期某市的海绵城市初雨治理项目中，由于调节塘地块的土质偏差，均为淤泥质土壤，无法正常放坡，利用现状土质作为调节塘护坡较为困难，本着对环境影响最小、尽量减少土方外运的原则，设计采用了袋装土护坡，再外运少量优质土壤用于表层种植，这样对周边生物的生态干扰最小。

调节塘在实际运行中需要保持一定水位，保证调节塘护坡上的挺水植物的正常生长，在出水端底部梯形断面，上面设置格宾石笼墙，既可以保证水流正常通过调节塘，又可以将较大的漂浮物、悬浮物滞留在调节塘内，不对后续人工湿地的运行造成影响。

（3）跌水设计

在人工湿地的应用中，有较多的地区具有地块高差偏大，需要设置跌水后才能满足人工湿地的进出水要求，这时，可以采用梯级湿地进行跌水，在跌水过程中可以达到充氧、造景与水处理的综合效果，见图3。

图3 人工湿地的跌水设计