景观水体生态系统的构建

詹德昊

（中南建筑设计院股份有限公司，武汉 430000）

随着人们生活质量的提高，水体景观成为休闲、旅游不可或缺的部分。然而水体景观建设必须考虑水质、水量的保持，否则一旦水质变化，最终发展成为黑臭水体将适得其反。九江附近某景区规划总占地面积190 hm2，其中陆域面积129 hm2，水域面积61 hm2，其水域在现状湖塘基础上开挖扩建而成，不与河流连通。设计水体底标高11.00 m（85 黄海高程系，下同），低水位12.50 m，常水位12.80 m，最高水位13.00 m，总水量91.5 万～122 万m3。为维持景观水体，需要构建小的生态系统，使得水体在景区运营期内处于相对稳定的动态平衡状态，水质、水量都能满足景观需求。

1 水量保持

水体的水量应控制在一定范围之内，不仅是维系水景的需要，同时也为维持生态系统提供必要的物质条件。

1.1 蒸发

水体的蒸发时刻均会发生，蒸发速率受到温度、湿度、液体表面积、液体表面上方空气流动速度等因素的影响。本工程建设参照九江附近的鄱阳湖水体蒸发数据进行估算。九江最大蒸发量发生在每年8月，多年最大月蒸发量为250.8 mm，多年平均月蒸发水量为169.5 mm［1］。

1.2 降雨

降雨对景区水体的影响，主要是降雨对水体的补水作用和降雨可能引发的内涝灾害。对于景区水体而言，降雨的排水量可根据暴雨强度公式计算可得，而补水则需要考虑降雨的影响，以减少取水设计规模。设计以多年平均月降雨量作为降雨计算的参数，根据九江市下辖湖口站降雨资料多年平均降水量为1372.8 mm，具体到平均月如表1。

表1 湖口站多年平均月降雨量［2］ 单位：mm

由表1 可知，九江3—8 月为雨季，降雨量显著多于其他月份，其中多年平均最大降雨月份发生在6 月，与梅雨季节相吻合。通过降雨量和蒸发量的对比可以计算出补水规模。

1.3 渗漏

根据本工程岩土工程勘察报告，场地全场分布淤泥质土，土质特征深灰色，流塑，土质较均匀，局部间夹薄层粉土、粉细砂。该层黏性土透水性极弱，可视为不透水层，为场地相对隔水层。勘察期间测得场地上层滞水位为地面以下0.40～0.60 m（标高11.42～12.23 m），孔隙水为地面下2.30 m（标高10.62 m），场地地下水位年变化幅度2.0 m 左右。据此本工程地下水和水体之间的交换可忽略不计。

1.4 补水

由水量平衡原理，可得到计算等式：补充水量=蒸发量+渗漏量+其他用水量-雨水量。渗漏量可忽略不计，而本工程水体不考虑作为其他用水的水源，故补充水量=蒸发量-降雨量。

九江市每年7—12 月降雨量小于蒸发量，需对水体进行补水以保持水体水位。因1—6 月降雨量逐月增加，累计平均月降雨量达898 mm，高于水体设计高水位与低水位之差的500 mm。另该段时间各月份降雨量与蒸发量的差值也呈上升趋势，且6 月出现最大差值。由此得出水体1—6 月需排水作业，在6 月底可将水位控制在13.0 m 的设计高水位。补水系统目的是确保7—12 月水体水位不低于12.5 m 的最低水位。因降雨的不均匀性，为保证水体水位，取水规模按多年最大月蒸发量控制，且不考虑降雨补充。由此可得如下计算式：

式中n 为n 月，具体范围为需要补水的7—12 月；qn为保证水体水位不低于12.5 m，7—n 月间平均每月的最低补水量（mm）；Pn为多年最大月蒸发量（mm）；500 为设计高水位与低水位之差（mm）。

本工程补水量为7—12 月计算qn的最大值，经计算，补水量需大于91.18 mm，发生时间在10 月。由此本工程设计补水量为1854 m3/d，月补水量为5.56 万t。

最高水位发生在1—6 月，该段时间不需对水体进行补水，当时暴雨侵袭时启动排水泵，将水位控制在13.0 m 以下。6 月应利用降水将水体控制在13 m 的高水位，7 月以后随着蒸发量大于降雨量，对水体进行补水，最不利情况下，水体在10 月降至最低水位11.5 m。

1.5 补水水源选定

本工程补水水源主要有市政供水管网、场地东侧小河及污水处理厂尾水。因本工程水面面积较大，如采用自来水补水，当地自来水费为3.83 元/t，每月仅补水费用约21 万元，代价较大故不予考虑。其他可资利用的水源中地下水水质最优，污水处理厂尾水次之，东侧河道最差。

本工程东侧可供取水的小河，上游接一大型湖泊，下游接入长江大堤边排水泵站。经调查，该河道每年上半年水质转好，下半年水质变差，最差时段黑臭化，夏季滋生水藻，其水质的好坏和雨季旱季成对应关系，即上半年雨季水质变好，下半年旱季水质变差。如前分析本工程需补水的时段恰好在小河水体水质变差的时段，故东侧小河不适宜作为景观水体的补水水源。

由此，本工程取水水源确定为2 km 外污水处理厂尾水，该厂日处理量10000 t，每日尾水排放量远超所需补水量。其出水水质符合GB 18918 一级A 标准，其中污染物浓度略高于GB/T 18921 中观赏性湖泊标准水景类相关要求，将其作为景观水体的补水水源需对其进行处理，使之达标。

2 进水处理

污水处理厂尾水中超标指标主要是BOD5、总磷、总氮、氨氮及色度。本工程作为景观项目，拥有大片地块用于绿化景观建设，充分将人工湿地和景观造景结合，建立人工湿地将污水处理厂尾水进一步处理，降低补水水源中的污染物。

设计采用垂直潜流人工湿地系统，其BOD5去除率50%～90%，COD 去除率60%～80%，SS 去除率50%～80%，NH-N3去除率50%～70%，TP 去除率60%～80%［3］。

根据公式［3］：

式中A 为垂直潜流型人工湿地表面积（m2）；Q 为污水日均流量（m3/d），本工程取1854 m3/d；C0为进水BOD5浓度 （mg/L），本工程取10 mg/L；Ce为出 水BOD5浓度（mg/L），本工程取6 mg/L；KT为水温T 时的反应速率常数，20℃时，该值为2.23d-1；H 为含水层深度 （m），本工程取1.2 m；n 为床体填料的孔隙率，为0.4～0.47，取0.44 经计算，本工程垂直潜流型人工湿地占地面积805 m2。

3 水体水质保持

再生水回用引起的最大问题是水体的富营养化，特别是当夏季水华暴发时，一旦景观水体中水华发生，则透明度下降、水体浑浊、水味腥臭，水体功能大大降低［4］。加之本工程水深仅2 m，属于浅水湖泊，而浅水湖泊是一类较为脆弱的生态系统，对污染响应比较敏感，是极易发生富营养化的水体之一，所以本工程必须做好水质保持工作。

3.1 水体充氧量

水体缺氧是水体黑臭的根本原因，水体溶解氧增加有助于水体微生物区系由厌氧向好氧转化，从而消除水体黑臭。本工程参照小型静止水体基于一级反应的箱式模型公式：

式中O 为水体的需氧量；V 为水体的体积 （m3），本工程为120 万m3；t 为充氧时间 （d）；C 为水体的DO浓度（mg/L），取2 mg/L；L0为水体的初始的BOD5浓度，取10 mg/L；k1为BOD5生化反应速率常数，d-1，取0.1；CS为水体的饱和DO 浓度，按20℃考虑，取9.08 mg/L；k2为 水 体 的 复 氧 速 率 速 率 常 数，d-1，取0.1；Cm为维护水体好养微生物生物生命活动的最低DO 浓度，取2 mg/L；充氧时间t 根据式L=L0(1-ek1t）计算，其中L 为水体改善后的BOD5浓度，取6 mg/L。经计算本工程需氧量为7832 kg。

3.2 水生植物

水生植物按其生活形态可分为挺水植物、浮叶植物、沉水植物和漂浮植物4 类。本工程水体挺水植物、浮叶植物设置面积有限，而漂浮植物影响景观，故恢复以沉水植物为主的水生植物群落是防止富营养化水体、重建水生生态系统的重要手段。

沉水植物可通过与浮游植物竞争光照和营养物质来净化富营养化水体［5］，并为浮游动物、底栖动物、附生真菌和细菌等提供良好的生长环境，维持水生动物和微生物的多样性［6］。本工程占地面积大、水深浅，阳光可较为充分的照射水底，利于沉水植物生长，故水体底部设置狐尾藻12.74 hm2、黑藻10.78 hm2、金鱼藻14.91 hm2、大苦草13.35 hm2等沉水植物以控制水质。

3.3 水生动物

水体的富营养化会滋生藻类，藻类可吸收富营养化水体中大量的氮、磷，虑食性鱼类通过食物链摄食藻类间接对水体起到净化作用［7］。根据相关科技工作者前期工作，本工程考虑鲢鱼、鳙鱼密度40～60 g/m3，其中鲢鱼、鳙鱼搭配比例为1∶3～1∶4［8］；底栖软体动物螺蛳放养密度35～70 个/m2、河蚌放养密度3～7 个/m2［9］，主要通过以上4 种水生动物控制水体藻类密度。同时，控制草鱼密度25～30 尾/hm2，以期形成一个良好的生态系统，确保本项目水体水质。

4 结语

景观水体的水质建设是景区成败的关键。在本工程设计过程中，采用污水厂再生水以补充水体水量，建设曝气系统补充水体溶解氧，控制水生植物、水生动物的投放量，同时要求运营单位后期合理捕捞水生动物以供餐饮以期控制水体水质。本工程设计中采用的相关参数有赖于前期科技工作者的杰出贡献，希望以后能有更多的学者能够加入到水体水质的研究，找到鱼塘生态系统关键控制钥匙，将水体水质控制作为一个系统研究，以便在未来的工程建设中，更合理地搭配水生动植物及其他工程技术措施，用更生态、环保的方案建设景观水体。