魯 欣，張 婷，曾 平，焦 劍

（中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 北京中水科工程總公司，北京 100048）

1 研究背景

水是城市之魂，城市水系不僅擔(dān)負(fù)著城市防洪排澇任務(wù)，還為營(yíng)造宜居城市、提升城市形象提供基礎(chǔ)資源保障。近年來，國(guó)內(nèi)外為改善投資環(huán)境、美化城市、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中配置了人工水體的建設(shè)［1］，如河南安陽(yáng)市構(gòu)建以“一線、二河、八園、二十四溝渠、二十八湖塘”為框架的水系聯(lián)絡(luò)圖，全市形成620 hm2水面、1600萬m3的水體，將生態(tài)、景觀功能有機(jī)結(jié)合；北京市以建設(shè)水清、水暢、岸綠和部分河段實(shí)現(xiàn)通航的現(xiàn)代化城市水系為目標(biāo)，對(duì)城市水系進(jìn)行規(guī)劃和綜合整治，但有些人工水體建成后出現(xiàn)水質(zhì)惡化等問題，不但沒有起到美化景觀的效果，反而影響周圍環(huán)境。因此，城市人工水體作為現(xiàn)代城市的重要生態(tài)景觀，成為很多學(xué)者關(guān)注的重要課題之一［2-3］。

董增川等［4］認(rèn)為城市較大人工水體的建設(shè)涉及水利、環(huán)境、大氣、地質(zhì)、生態(tài)等諸多學(xué)科，形成的大面積人工水體，對(duì)局地的氣候、生態(tài)環(huán)境等會(huì)產(chǎn)生一定的影響。杜良平等［5］認(rèn)為應(yīng)在有效且生態(tài)影響較小的防滲技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行人工湖泊的構(gòu)建。褚君達(dá)等［6］對(duì)美國(guó)、日本、德國(guó)、瑞典等國(guó)圍繞水域富營(yíng)養(yǎng)化的治理研究進(jìn)行了分析，認(rèn)為水體富營(yíng)養(yǎng)化是可控、可改善的。在日本，政府頒布了富營(yíng)養(yǎng)化防治條例及蘆葦群落保護(hù)條例，在條例的保護(hù)下，湖泊總磷減少，形成的蘆葦群落使湖泊水體水質(zhì)得到改善。在英國(guó)，其政府也通過在污染源與接納水體之間建立緩沖區(qū)的方法，來控制農(nóng)業(yè)面源污染，以防治水體富營(yíng)養(yǎng)化。安玲等［7］在技術(shù)上采用循環(huán)系統(tǒng)、生化系統(tǒng)、噴泉系統(tǒng)等組合型方法，以解決人造湖泊的水處理問題。張小會(huì)等［8］以咸陽(yáng)湖為例，利用非常規(guī)水資源進(jìn)行補(bǔ)水，利用自然生長(zhǎng)的水生植物凈化水質(zhì)，利用現(xiàn)有微生物，篩選出生理活性強(qiáng)的菌種，增強(qiáng)水體的自凈能力。張智等［9］采用外源控制與內(nèi)源控制相結(jié)合、點(diǎn)源控制與面源控制相結(jié)合方案，截污、生態(tài)凈化、生物修復(fù)和流態(tài)控制技術(shù)，對(duì)重慶大學(xué)虎溪校區(qū)人工湖進(jìn)行了景觀水體設(shè)計(jì)。

由于城市人工水體這種特殊的地理環(huán)境有別于河流、水庫(kù)等地表水體，本文通過對(duì)項(xiàng)目區(qū)人工水體及其周圍環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)而切合實(shí)際的探索與研究，運(yùn)用多學(xué)科聯(lián)合設(shè)計(jì)，保證項(xiàng)目區(qū)的規(guī)劃和建設(shè)盡可能避免對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境產(chǎn)生破壞或重大影響。該人工水體設(shè)計(jì)采用了循環(huán)系統(tǒng)、生物系統(tǒng)、濕地系統(tǒng)等組合型技術(shù)、方法，與活水相連進(jìn)行自凈及循環(huán)凈化，綜合考慮生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和改善，來維護(hù)和保持人工水體正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 城市人工水體建設(shè)的基本原則及思路

2.1 城市人工水體的概念 水體是指由天然或人工形成的水的聚積體［10］。按其所處位置及形態(tài)，可分為海洋、河流、湖泊、沼澤、冰川、凍土、永久積雪、極地冰蓋和地下含水層等。人工筑成的水體，體積大的有水庫(kù)和塘堰，體積小的有池塘、水窖和澇池等［11］。城市人工水體是指在城市內(nèi)或城市附近的河道上截流或人工挖掘、具有景觀用途的水體，具有一定的調(diào)節(jié)小氣候的作用，可供人們休閑和娛樂［2］。

2.2 城市人工水體建設(shè)的基本原則 張小會(huì)等［8］認(rèn)為，人工水體的規(guī)劃設(shè)計(jì)中要充分利用自然條件，既要保護(hù)生物多樣性和自然生態(tài)性，又要體現(xiàn)當(dāng)?shù)貧v史文化特色。安夢(mèng)雄［12］認(rèn)為，對(duì)缺水地區(qū)，將雨水匯集在一個(gè)人工開挖的湖內(nèi)，不但避免雨水浪費(fèi)，而且可調(diào)節(jié)區(qū)內(nèi)小氣候，涵養(yǎng)地下水；進(jìn)行人工水體的規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)還可結(jié)合人工渠（湖）工程，在水系沿線建設(shè)一些城市公益設(shè)施、公用綠地、水面公園等。

2.2.1 體現(xiàn)水體多功能性 根據(jù)項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)有地形地勢(shì)、水資源、水生態(tài)、水文化、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，融合農(nóng)業(yè)灌溉、雨洪利用、城市防洪、水體景觀規(guī)劃建設(shè)、文化旅游和地方特色等因素，科學(xué)規(guī)劃建設(shè)集多功能于一體的水系水體，達(dá)到既提高項(xiàng)目區(qū)抵御洪澇災(zāi)害的能力，又改善水環(huán)境、豐富水體景觀的目的。

2.2.2 綜合利用水資源 綜合考慮土地可利用資源、地下水系統(tǒng)、植物、地形地勢(shì)等因素，構(gòu)建自然驅(qū)動(dòng)下水系水體循環(huán)系統(tǒng)，使各人工湖、人工河道、人工濕地水資源能夠在周邊農(nóng)業(yè)灌溉中得到綜合循環(huán)利用，構(gòu)筑良好的立體水生態(tài)系統(tǒng)，促進(jìn)人工工程與自然環(huán)境的和諧相處。

2.2.3 可親水性 人工湖、人工河道、人工濕地與人的活動(dòng)是緊密聯(lián)系的，人工湖泊駁岸設(shè)計(jì)及植物配置時(shí)要考慮親水性，水體水質(zhì)要達(dá)到人體可接觸性，通過水系水體循環(huán)、人工濕地等措施構(gòu)筑水系周邊地區(qū)的人、建筑與水體自然和諧的新型高層次城市社區(qū)居住環(huán)境。

2.2.4 經(jīng)濟(jì)性 綜合、優(yōu)化論證人工水體工程方案，實(shí)現(xiàn)整個(gè)人工水體工程項(xiàng)目區(qū)內(nèi)挖、填方的平衡，從而構(gòu)建投資合理、運(yùn)行成本可控的經(jīng)濟(jì)型城市人工水體。

2.3 城市人工水體建設(shè)的工程措施

2.3.1 開挖技術(shù) 人工水體開挖的方法一般有人工和機(jī)械開挖兩種，或兩種方法結(jié)合使用；在特殊情況下，還可配以爆破方法。根據(jù)地質(zhì)條件、地下水情況等開挖方法還分為干法、濕法、干濕結(jié)合的“綜合開挖”。

2.3.2 防滲技術(shù) 在水利工程中常見的防滲措施有：土料防滲、水泥土防滲、砌石防滲、混凝土防滲和膜料防滲等。在國(guó)內(nèi)人工湖建設(shè)防滲技術(shù)的選擇上以土工膜或復(fù)合土工膜為主，如劉紅麗等［13］將復(fù)合土工膜防滲技術(shù)應(yīng)用于大凌河朝陽(yáng)城區(qū)段人工湖工程中。因地制宜是防滲材料及施工工藝選擇的首要原則，根據(jù)每座人工湖自然環(huán)境及地理位置的特點(diǎn)，采用不同形式的防滲措施，也可幾種方案相互結(jié)合使用。

2.3.3 駁岸工程 駁岸形態(tài)按形態(tài)分類有自然式的不規(guī)則的植被駁岸和參差不齊的巖石駁岸，也有砌筑整齊劃一，成幾何式駁岸的人工水景。設(shè)計(jì)中充分考慮水生、淺生、濕生等各類植物的種植與生長(zhǎng)基層，以及動(dòng)物和微生物生存的空隙空間，岸坡設(shè)計(jì)可為多孔隙結(jié)構(gòu)，如山石堆砌、堆毛石、干砌石等，有利于生物的生存環(huán)境。

2.3.4 相關(guān)主要水工建筑物 為確保水系水體能夠循環(huán)順暢，需要設(shè)計(jì)相關(guān)水工建筑物，主要包括沉砂池、明渠、引水管道、閘門、溢流壩、溢流堰、臺(tái)階跌水、涵洞（管）、揚(yáng)水泵站、水體循環(huán)泵站等。

2.3.5 水體生態(tài)與景觀 對(duì)人工湖的不合理開發(fā)利用，容易出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化或嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)化問題，以及湖泊泥沙淤積的問題。因此，應(yīng)采用工程措施，結(jié)合人工湖與周圍環(huán)境系統(tǒng)，采用生態(tài)設(shè)計(jì)的方法，利用外部控制和內(nèi)部控制綜合作用來保障水質(zhì)。外部控制即選擇抗污染和凈化水體能力較強(qiáng)的濕生植物如菖蒲等，對(duì)人工水體上游來水水質(zhì)進(jìn)行凈化。內(nèi)部控制即在人工水體內(nèi)部選擇水質(zhì)凈化能力較強(qiáng)的植物形成良好的群落生境，充分發(fā)揮水生生態(tài)系統(tǒng)對(duì)水的凈化能力，如深水區(qū)種植浮水植物——睡蓮等；在淺水區(qū)種植挺水植物——香蒲等。

2.4 城市人工水體建設(shè)的非工程措施

2.4.1 水系循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 人工水體缺少流動(dòng)和更新，很容易造成水質(zhì)污染，因此設(shè)計(jì)中要考慮人工水體的連通性、流動(dòng)性，結(jié)合地形等因素，適當(dāng)設(shè)置水泵，提高水流驅(qū)動(dòng)力，保證水的流動(dòng)性；若人工水體水量輸入遠(yuǎn)超過其本身的可貯水量，可在人工湖設(shè)計(jì)水位以上設(shè)置泄洪口，將多余的水排出，既保證對(duì)人工水體水量進(jìn)行管理，又能提高人工水體水的流動(dòng)性［14］。

2.4.2 水資源合理調(diào)度 人工水體建設(shè)的取水方式可以考慮運(yùn)用地表水與地下水聯(lián)合調(diào)蓄等多種取水方式來有效保證規(guī)劃和建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施，同時(shí)能避免對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境產(chǎn)生破壞。

2.4.3 管理制度建設(shè) 人工水體建設(shè)應(yīng)配套完善的管理制度，設(shè)專人負(fù)責(zé)人工水體的日常護(hù)理，包括定期檢查和清理可能引起堵塞的垃圾、污泥，嚴(yán)禁在人工水體內(nèi)養(yǎng)魚投餌，保障其可持續(xù)性；同時(shí)注重加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)宣傳，人工水體周圍設(shè)立環(huán)保標(biāo)牌，起到警示及教育作用。

3 河北省文安縣城市人工水體建設(shè)

3.1 區(qū)域概況 建設(shè)區(qū)位于河北省文安縣北部，屬亞濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候。四季比較分明。多年平均氣溫為12.4℃，多年平均降水量為556.3 mm，多年平均水面蒸發(fā)量為1048.0 mm。

項(xiàng)目園區(qū)總體規(guī)劃系統(tǒng)由8個(gè)板塊構(gòu)成，項(xiàng)目園區(qū)總體規(guī)劃分區(qū)見圖1。

圖1 項(xiàng)目水體系統(tǒng)規(guī)劃工程布置

3.2 項(xiàng)目區(qū)人工水體建設(shè)可能面臨的問題

3.2.1 人工水體水質(zhì)惡化 人工水體景觀建成后可能會(huì)發(fā)生水體富營(yíng)養(yǎng)化等水質(zhì)惡化問題，不但起不到美化景觀的效果，反而會(huì)影響周圍環(huán)境。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)人工水體的富營(yíng)養(yǎng)化問題進(jìn)行過多方位研究，發(fā)現(xiàn)城市人工水體具有較低的耐污染負(fù)荷能力，外來物質(zhì)的大量進(jìn)入會(huì)導(dǎo)致原有生態(tài)系統(tǒng)遭受破壞，水體自凈能力下降、水質(zhì)惡化。本項(xiàng)目在充分考慮其他研究者研究成果的基礎(chǔ)上，通過設(shè)計(jì)兩座提水泵站以維持水體循環(huán)、建設(shè)3個(gè)河道型表流人工濕地、種植蘆葦?shù)戎参飦矸乐菇ǔ珊蟮娜斯にw發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化問題。

3.2.2 人工水體與周邊環(huán)境不協(xié)調(diào) 杜良平等［5］認(rèn)為現(xiàn)存城市人工水體的景觀略顯單一，在人工水體的規(guī)劃構(gòu)建過程中，需關(guān)注人工水體景觀與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性。本項(xiàng)目水系循環(huán)系統(tǒng)的構(gòu)建，可使各人工湖、人工河道、人工濕地水體水資源能夠在周邊農(nóng)業(yè)灌溉中得到綜合循環(huán)利用，通過水工建筑物的優(yōu)化布置，又使人工水系水體與引水河道水資源循環(huán)聯(lián)通，從而構(gòu)筑良好的水生態(tài)、水景觀系統(tǒng)，促進(jìn)人工工程與自然環(huán)境的和諧。

3.2.3 建成后管理不善 管理不善是人工水體建成后易出現(xiàn)的通病，人工水體在交付使用后就置之不理，項(xiàng)目建成后的管理部門對(duì)于人工水體生態(tài)系統(tǒng)的逐漸惡化不以為然，建設(shè)成果缺乏可持續(xù)性。本項(xiàng)目將人工水體的管理及維護(hù)列入人工水體構(gòu)建體系，作為一項(xiàng)主要內(nèi)容和重點(diǎn)工作，避免人工水體建成后管理不善問題的發(fā)生。

3.3 規(guī)模與方案

3.3.1 水系規(guī)模 人工水系設(shè)計(jì)水域總面積110.13萬m2，設(shè)計(jì)水深0.5～5.0 m；人工湖總庫(kù)容為323.66萬m3。人工水系主湖區(qū)由南部湖區(qū)和北部湖區(qū)組成，另外包括與人工水系主湖區(qū)連通的8個(gè)人工水體：沉砂池、進(jìn)口調(diào)節(jié)水庫(kù)、進(jìn)口濕地、東部河道、南部河道、出口濕地、出口調(diào)節(jié)池和護(hù)城河。項(xiàng)目水體系統(tǒng)規(guī)劃工程布置見圖1。

3.3.2 水體循環(huán)方案 為保證本項(xiàng)目人工水系運(yùn)行期間的水體循環(huán)，維系良好的湖體水質(zhì)，規(guī)劃在位于項(xiàng)目區(qū)西北部設(shè)提水泵站1座，為人工水系補(bǔ)充運(yùn)行水源、提供循環(huán)水源；在位于人工水系主湖區(qū)西北端的進(jìn)口調(diào)節(jié)水庫(kù)下游設(shè)水體交換揚(yáng)水循環(huán)泵站1座，使西側(cè)護(hù)城河水體能循環(huán)回流到進(jìn)口調(diào)節(jié)水庫(kù)，從而構(gòu)建完整的人工水系水體循環(huán)系統(tǒng)，同時(shí)，人工水系棄水也可抽至位于項(xiàng)目園區(qū)西側(cè)的文畢干渠，回流趙王新河。水體循環(huán)方案見圖1。

3.3.3 濕地運(yùn)行方案 本項(xiàng)目人工水系規(guī)劃3個(gè)河道型表流人工濕地，起到建立緩沖區(qū)、凈化水質(zhì)的目的。主要包括：進(jìn)口濕地、東部濕地、出口濕地。水系人工濕地的運(yùn)行方案重點(diǎn)在于濕地植物管理、濕地運(yùn)行維護(hù)以及濕地監(jiān)測(cè)。濕地運(yùn)行期間應(yīng)盡量避免水位的突然巨幅變化，并對(duì)河道型表流人工濕地的進(jìn)口和出口端定期檢查和清理，及時(shí)清除可能引起堵塞的垃圾、污泥等。另外，濕地中存在蚊子、鼠類等小動(dòng)物，易產(chǎn)生系統(tǒng)破壞和散發(fā)難聞氣味等，可適度使用細(xì)菌殺蟲劑予以清除。

3.3.4 水質(zhì)保護(hù)方案

（1）工程運(yùn)行措施。保證本項(xiàng)目人工水系運(yùn)行期間的水體循環(huán)，維系良好的水系水體水質(zhì)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外相同類型類似規(guī)模人工水系建設(shè)、運(yùn)行和管理經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本項(xiàng)目具體工程條件，以3個(gè)月內(nèi)將人工水系人工湖水體交換完畢、每年充分交換更新水體3次作為運(yùn)行方案。

（2）植物措施。在水系內(nèi)部規(guī)劃建設(shè)河道型表流人工濕地，通過人工濕地河道、結(jié)合一定的防滲設(shè)施、以及用來支持出水植被根系的壓覆土壤，種植水生植物，實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)水流滯留時(shí)間（HRT）條件下，對(duì)COD、BOD、TKN、TSS等的不同程度吸附去除。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)具體建設(shè)條件，種植水生植物以蘆葦（Phragmites）為主，包括香蒲（Typha）、藨草（Sirpus）、慈姑（Sagittifolia）等。

3.3.5 駁岸 本項(xiàng)目人工水系駁岸工程包括調(diào)節(jié)水庫(kù)、人工湖、人工河道、以及人工濕地等四類各個(gè)人工水體的護(hù)坡護(hù)砌設(shè)計(jì)。為改善水質(zhì)、增強(qiáng)水體自凈能力，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)有利于水生、淺生、濕生等各類植物的種植與生長(zhǎng)，有利于水生動(dòng)物的養(yǎng)殖與活動(dòng)的多孔隙結(jié)構(gòu)駁岸。深水區(qū)、淺水區(qū)、緩坡區(qū)和灘地區(qū)的各區(qū)生態(tài)護(hù)坡植被與岸上園區(qū)內(nèi)園林綠化植被梯次協(xié)調(diào)，從而構(gòu)成連續(xù)、完整的景觀空間。

4 結(jié)論

（1）總結(jié)了城市人工水體建設(shè)的概念、基本原則、工程措施及非工程措施，并將建設(shè)原則與措施應(yīng)用于實(shí)際工程。（2）以河北省文安縣某項(xiàng)目為例，運(yùn)用城市人工水體建設(shè)理論、生態(tài)學(xué)原理等進(jìn)行項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)。利用人工濕地的生物凈化原理設(shè)計(jì)了3個(gè)河道型表流人工濕地，將河道型表流人工濕地凈化作用應(yīng)用于小范圍、低污染項(xiàng)目區(qū)景觀水環(huán)境設(shè)計(jì)中，提高水體整體抗污染荷載能力；多種形式駁岸的設(shè)計(jì)，起到美化環(huán)境、使項(xiàng)目區(qū)游客更多接近自然的目的；合理的措施、管理規(guī)定為穩(wěn)定的供水水源、良好的水體水質(zhì)、穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)、外界較少的干擾提供有力保障。

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