基于污水處理的溫州三垟濕地公園規劃設計

林博 刁榮丹* 吳依婉 葉銀霖

（1 溫州大學建筑工程學院，浙江 溫州325035； 2 浙江農林大學農業與食品科學學院，浙江 杭州311300）

城市濕地公園為城市生態系統的重要組成部分，自然濕地系統的生態處理能力并不能滿足城市的需求。近年來，隨著人工濕地污水處理技術的日益成熟，其在城市濕地公園中得到了一定的應用。

人工濕地是人工模仿自然濕地，由基質、水生植被、動物、微生物和水體組成的復合系統，具有緩沖性，對生態環境具有一定的修復能力(龐珺,2012)。其景觀不再是傳統意義的水體景觀，而是具有一定的生態系統結構和功能，是多種學科相互交叉的綜合產物，是功能更加多樣性的新型復合景觀(袁重芳,2008)。因此，人工濕地的景觀不僅需滿足本身的景觀美學要求，還需具有一定的生態修復和結構功能。

人工濕地因其獨特的優勢，在城市濕地公園中得到了廣泛應用，但在應用過程中也暴露了很多問題，包括基礎設施工業模式化、結構簡單化、景觀價值較低、易受氣候溫度影響、生態功能單一化等問題（李園芳,2012）。在城市濕地公園規劃設計中利用人工濕地進行污水處理，同時也利用人工濕地進行景觀營造，如何將景觀設計與污水處理手法相融合是值得探究的問題（趙麗娜,2007）。秦瑜（2011）以山海天濕地公園為例探索了基于污水處理的濱海濕地公園規劃設計手段。陳珊（2015）以綿陽市仙海湖溪塘水街項目為例，探討了小規模污水凈化型人工濕地水晶營造的策略，提出“灘”“灣”“湖”等水景設計理念。林博（2018）從成都活水公園、上海夢清園以及奧林匹克森林公園3個人工濕地公園中提取景觀模型，分析總結了污水處理系統與水景營造的結合方法。

1 研究區概況

溫州三垟濕地是組成溫州整體生態系統的重要部分，近年來隨著經濟的發展，其環境一直遭受著超過其自我調節能力的破壞（王偉等, 2005）。溫州三垟濕地整體水質是劣Ⅴ類水，南區較優；西部和北部與溫州城市內河溫瑞塘河相連。由于許多小規模排污企業、居民生活垃圾、種植業、河道網箱養魚等影響，濕地內部水質常年基本為劣Ⅴ類（王潔瓊等, 2015）。三垟濕地水質污染嚴重，主要有人類活動的干擾，以及附近污水廠——溫州南片污水處理廠尾水的直接排入。在某種程度上，污水處理廠作為凈化城市污水的環保型企業卻成為了污染城市水環境的污染源。因此，提升污水處理廠尾水處理是削減進入城市河網污染負荷的關鍵點，從源頭上提升水質，改變三垟濕地的水質。

本項目選定污水處理廠排水口延伸至上江和東北向河岸為設計場地。打造具有污水處理能力的人工濕地公園，解決污水處理廠尾水處理問題，在三垟濕地上游阻斷污水源，為三垟濕地提供優質水源，進而改善濕地的內部水質。

2 三垟濕地公園規劃設計

2.1 總體布局及設計目標

本項目場地三面環河，一面鄰近高速公路。河流為劣V類水體，其污染主要來源為周邊住宅區、高校園區以及附近農田等。場地與溫州南片污水處理廠相鄰，本項目的人工濕地以南片污水處理廠尾水為水源。

項目設計污水日處理量為4萬m3/d，占地面積12.8 hm2，土地利用效率為 3 125 m3/（hm2·d），污水處理能力及土地利用效率遠高于同類型公園。綜合2016年1月至2017年7月南片污水處理廠的出水水質，濕地公園進水水質為：CODcr15.75 mg/L、NH3N 1.83 mg/L、TP 0.16 mg/L、TN 11.83 mg/L。

三垟濕地公園設計出水水質達到《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）Ⅲ類水的要求，Ⅲ類水可用于人體直接接觸的娛樂用水，為市民打造了一處高品質休閑娛教公園景點。

2.2 污水處理工藝流程

三垟濕地公園的人工濕地系統處理污水的工藝流程有：預處理系統(曝氣池)、人工濕地系統(垂直潛流人工濕地、水平潛流人工濕地、表面流人工濕地)、后處理系統(曝氣池、監測塘)(圖1)。根據水體污染情況以及濕地的去污能力，估算濕地所需最少面積為6.7 hm2。

本項目主要去除污染物為TN，去除TN是確定各類型濕地面積的主要考慮因素。根據2011年環境保護部發布的《人工濕地污水處理工程技術規范》，表面流人工濕地TN去除率為45%，水平潛流人工濕地TN去除率為62.5%，垂直潛流人工濕地TN去除率為70%。水流從垂直潛流到水平潛流再到表面流，若每部分達到最高去除效率，進水水質TN為11.83 mg/L，經過垂直潛流人工濕地后TN為3.55 mg/L，經過水平潛流人工濕地后TN為1.33 mg/L，經過表面流人工濕地后TN為0.73 mg/L。

根據《人工濕地污水處理工程技術規范》，人工濕地面積按以下公式計算：

式中：

A：人工濕地面積，單位為m2；

Q：人工濕地設計水量，單位為m3/d；

C0：人工濕地進水TN濃度，單位為mg/L；

C1：人工濕地出水TN濃度，單位為mg/L；

qos：表面有機負荷，單位為kg/(m2·d)。

三垟濕地公園設計水量Q為4萬m3/d，采用陳珊（2015）所提出的TN污染物表面負荷6.5 g/(m2·d)，計算各類型人工濕地面積，表面流人工濕地0.37 hm2、水平潛流人工濕地1.33 hm2、垂直潛流人工濕地5 hm2。三垟濕地公園的污水處理系統主要分為3個部分，分別是預處理系統0.02 hm2、人工濕地處理系統6.7 hm2和后處理系統1.8 hm2，水處理系統規劃見表1。

2.3 水景規劃與設計

本項目水景景觀主要包括預處理系統、人工濕地處理系統（垂直潛流人工濕地、潛流人工濕地、表面潛流人工濕地）和后處理系統（曝氣池和監測塘），造景手法分別對應“源”“灘”“灣”“浪”“塘”（圖2）。水景景觀整體布局為自西南到東北的現狀布局，每一個系統內部為面狀布局，動靜關系分別為“動態”“靜態”“靜態”“動靜結合”“動態”“靜態”，動靜變化豐富多彩。景觀的空間形態由半開敞到封閉到半開敞再到開敞，最后回歸半開敞，空間形態張合有度，隨著水質的不斷提升，人水關系也從半回避緩慢過渡到親近。整體水景意境序列可分為預景、前景、起景、高潮、收尾。

圖1 三垟濕地公園污水處理設施規劃圖Fig.1 Sanyang wetland park sewage treatment facilities plan

本項目中污水處理系統分別對應的景點：①預處理系統：假山涌泉、跌水臺階；②人工濕地處理系統：生物島嶼、沉水生態長廊、水杉棧道、蘆葦棧道、空中巢穴、生態綠洲；③后處理系統：浪花噴泉、田園湖畔、親水廣場、明鏡塘（圖2、圖3）。

2.3.1 “源”的景觀營造 剛進入人工濕地公園的水體質量最差，本項目的進水水質已達到人工濕地的水質標準，只需要前期造景對水體進行引導，但還應避免大面積水體的形成。預處理系統位于整個污水處理系統水系的源頭，中國古典園林中對于水口的處理，一般采用“藏源”的理水手法，符合預處理系統的水質特點。本項目“源”的景點為假山涌泉和跌水臺階，利用植物進行遮擋，既隔離了游人，又增加了水體的含氧量，為整個濕地水景意境序列的前景。

表1 污水處理系統規劃Table 1 Sewage Treatment System Plan

圖2 三垟濕地公園水景規劃圖Fig.2 Sanyang Wetland Park Waterscape Plan

圖3 基于污水處理的三垟濕地公園平面圖Fig.3 Sanyang Wetland Park Plan Based on Sewage Treatment

圖4 三垟濕地公園鳥瞰圖Fig. 4 Sanyang Wetland Park Aerial View

經過污水處理廠處理的再生水，水質已達到一級A類，水質已得到較大改善。但仍需提升水體的含氧量，降低水體富營養化，避免水質惡化，水體產生臭味，為下一階段的水質凈化準備好充足的氧氣。

在場地入水口處設置假山一座，水泵從地下直接抽取水體到假山頂，水體自然下落，最后進入曝氣池，水體在此過程中既能增加曝氧量，又能形成涌泉的景觀。由于此處是人工濕地水體凈化的入水口，系統水質較差，可利用造景小品以及植物圍合水體，使游客只能聽到潺潺水聲，并不能靠近水體。

2.3.2 “灘”的景觀營造 根據潛流人工濕地的結構特性以及水質特點，采用了模擬“灘”的造景手法。在潛流濕地周邊種植觀賞植物，修飾了水際線，軟化了其方正的邊界，弱化了人工痕跡。在功能性植物蘆竹、蘆葦等中植入菖蒲、美人蕉和木芙蓉等景觀植物，利用具有芳香氣味的植物來掩蓋水體的異味。對應景觀營造，可采用“灘”的理水手法。針對垂直流人工濕地進出水存在一定的高度差，可以營造植物臺階式的“梯灘”景觀。潛流人工濕地的水處在基質層，呈靜態景觀，空間形態為封閉型，為整個濕地水景意境序列的前景。

（1）垂直潛流人工濕地。垂直潛流人工濕地位于人工濕地污水處理的開端。由于其本身的結構特性，具有較高效的去污能力，總面積為5 hm2。每一單元的人工濕地為一獨立的卵狀小島，面積為700 m2，各個卵狀小島內水體由地下管道連接，通過集水井合流，進入次級水平潛流人工濕地單元。初級垂直潛流濕地介質層由表層、中間層和底層組成。通常情況下，垂直潛流濕地易堵塞，一般會選擇孔隙度較大的介質材料。垂直潛流濕地的水流通過集水井形成合流，進入水平潛流人工濕地單元，其水位為1.2 m。

垂直潛流濕地隱藏了水體，水生植物的配置營造了其景觀主題。由于此處水體仍處于水質凈化的核心階段，在設計上要避免游客的過多接觸，在其間設置的小路一般不作為游客的觀景路徑。

垂直潛流濕地水質較差，游人不能直接與水體接觸，濕地處理池周邊配以向日葵、油菜花等鄉土觀花植物，沿岸植物以密植為主，引導人們的視線。

（2）水平潛流人工濕地。經過垂直潛流濕地處理的水體，通過集水管收集，排入水平潛流人工濕地。相對于垂直潛流濕地，水平潛流濕地去污能力較低，總面積為1.33 hm2。水平潛流人工濕地為水質處理的關鍵階段，考慮到人們近水、親水的需求，設置一處架空景觀臺（空中巢穴），游客可在較高的視線觀賞景觀。

2.3.3 “灣”的景觀營造 表面流人工濕地系統與自然濕地最接近，污水處理能力較差，適合人工處理系統后半段的應用，具有一定的半開敞空間。除了植物景觀以外，由于水體在表層，可營造打造模擬自然水景的“灣”，在水體的不同位置可進行氧氣的補充，通過參數化的浪花控制，打造動靜結合的水流效果。“灣”的景觀面積0.37 hm2，為整個濕地水景意境序列的起景。

相比于潛流人工濕地，表面流人工濕地水體水質較好，游人可接近水體。由于水體在表面流過，需要增加水體的停留時間，可利用“灣”來構建水系。整個表面流人工濕地形成一個生態綠洲小島，具有曲水流觴、水杉棧道等景。借曲水流觴典故打造形成溪流蜿蜒景象，增加水流流經的路程。

2.3.4 “塘”和“浪”的景觀營造 后處理系統分為曝氣池與檢測塘。此部分水質較好，游人與水體可更進一步接觸，后處理系統內的曝氣池可制造波浪，既能增加曝氣，又能增添景觀趣味，營造“浪”的開放空間，呈動態景觀。該部分的水流是一種特殊的景觀要素，通過安裝一系列計算機控制的擾流器，在湖水和前面“灣”景觀的流域形成漣漪。波浪的類型比大海更豐富，游客不需要到海邊，就能夠在城市濕地公園里體驗浪花帶來的樂趣，為整個濕地水景意境序列的高潮。

監測塘可結合“塘”景觀來營造，監測塘需要水的穩定，結合小型穩定塘的半開敞空間進行營造，呈靜態景觀，為整個濕地水景意境序列的收尾。明鏡塘內可養殖水生生物，如錦鯉等，既可起到觀賞效果，也可通過觀測生物的生長狀況來監測水質。

3 總結

城市濕地公園是城市生態系統的重要組成部分，不僅具有生態功能，還具有景觀功能、休憩功能以及科教娛樂等功能。目前城市的快速發展，超過了城市濕地公園的自我調節能力。隨著人工濕地技術的日益成熟，人工濕地污水處理技術在許多城市濕地公園中廣泛應用，但存在工業模式化、結構簡單化、景觀價值低以及易受氣候影響等問題，人工濕地技術在濕地公園中并未發揮應有的生態功能。

溫州三垟濕地公園是人工濕地污水處理與水景營造相結合的一次探索。水流線路設計流程為預處理系統、人工濕地處理系統、后處理系統。在造景手法方面，預處理系統的水質最差，可模擬“（藏）源”的手法。根據潛流人工濕地的結構特性和水質特點，可模擬“灘”的手法。表面流人工濕地占地面積大，水體停留時間較長，可模擬“灣”的手法。后處理系統的曝氣系統可模擬“浪”的手法，監測系統可采用“塘”的手法，用于對水質的監測。

根據水系整體的流動線路以及水質情況，可將水系分為“源—灘、灣—浪—塘”四段式的景觀序列“鏈”。從整體來講，水面的開合呈“半開敞—封閉—半開敞—開敞—半開敞”的變化，水的類型也呈現“動—靜—動靜結合—動—靜”的變化，人與水系的關系由半回避到親近轉變。

根據人工濕地不同階段的污水處理能力與目標，溫州三洋濕地公園規劃設計了水體景觀，使水體景觀與人工濕地相輔相成，更好地發揮了人工濕地污水處理技術在城市濕地公園中的作用，使其不僅具有處理污水的功能，還具有景觀功能、文化教育功能等，并以此作為一個樣板，為大范圍推廣基于污水處理的城市濕地公園規劃設計提供參考。