城市人工湿地的生态设计曾忠忠

斓蜷熟;城市人工湿地的生态设计曾忠忠〔摘要〕城市化发展致使城市地基中普遍含水量不足、土壤内部生态失去平衡,导致热岛效应等均为近来关注的焦点,本文以美国波特兰雨水花园和中国成都活水公园为例,介绍了城市景观与湿地生态意义的成功结合。指出人工湿地是创建城市生态的一种有效途径。不仅可以解决城市水资源危机,而且还会带来涵养地下水、调节气候、净化空气、强化城市绿化、改善城市环境、改变城市排水系统、防治雨洪灾害等一系列生态环境效应。〔关键词〕雨水花园活水公园雨水渗透人工湿地城市生态[Abstard]Ubr丽朋6onleadsotanceologiealunbalaneeinhet5011,hteheatislandefl免cteet.TwoPorjecst,eiedtasbeingsuceessfulinin妞graintgu由anlandseapePlanmngandwedandecology,arehteWategradren,inoPdrand,USA,andhetLivingWaetrGadreninChengdu,Chlna.Airt石eialweUand15anefl七eitvewayothteesatbilshmentofeityceology.ltmayontoulysolvehtePorb】emofurbanwaterresourcecirsis,butalsoibrngsasieresofh《x刘ec仆enviorn一menaltefl触cst,suchasoteonsevreundergroundwaetr,ernulaetellmate,helPotexetndgreenaeasr,makeiareleamandeiytmoerbeauitiiflandevenefl贻eitvelyeonlloloverfl以劝waterdamageseet.[K盯words』waetgradrenilvingwatergadren面nwaetrinif1tr’aitonartiifcialwedandseiytecology一、引言由于城市发展对自然土地资源的过度开发,广大的农林地与动植物的自然栖息地被转化为建筑,工业及道路用地、大量的混凝土建筑物、不透水路面取代原有土地成为城市的主要地基。这种现象严重影响降水的自然渗透,造成地表径流的相对集中,形成城市洪水,使城市地基中含水量严重不足,导致土壤内部失去平衡,割断了城市环境中的自然循环链;城市排放的废气在城市上空形成一个雾罩,使城市空气中的辐射热量无法散去,形成城市热岛效应而造成城市高温化;城市板结现象导致生态失衡、环境污染。这些都是近来关注的焦点。作者与单位:曾忠忠华中科技大学绿色建筑研究中心中国建筑学会学术年会幸论文绷泛侧裸二、波特兰雨水花园简介对城市环境质量而言雨水的渗透越来越为重要,但是允许雨水原地排放渗透和吸收往往还只出现在郊区。在城区,地面大多被不透水的建筑物、街道和停车场所覆盖,很难再见到雨水能够渗透到地下。大约十年前,俄勒冈州的波特兰市`为了针对每年几乎持续9个月的大雨,进行了一项雨水渗透的试验。早期的一个实例为俄勒冈州科学工业博物馆的停车场,它位于波特兰市高密度区的东方银行上。植根于波特兰的景观建筑师Murase与他人合作设计了可以渗透大多数甚至全部从停车场所排出降雨的雨水花园(图1、图2)。这种开创性的做法后来在波特兰的其他地方被效仿。图2雨水渗透示意图这个特殊的雨水花园能够对其中最大的东方银行大厦俄勒冈州会议中心屋顶的雨水进行渗透。该项目在会议中心管理部门做出在原先为地面停车场的区域增加一个新的展览空间和停车建筑的决定后全面启动。由迈耶·里德景观建筑事务所设计,构思为从33.38亩的屋波特兰市位于美国西北部,太平洋东岸,是美国俄勒冈州最大的城市,地处哥伦比亚河和威拉河的交汇处。基助霎顶上集中降雨然后经由会议中心南面的落水管输送至花园,这样将会使得大量降雨渗入地面。在波特兰的很多地方,如何防止超负荷的城市下水管道带来的雨水问题是需要首先考虑的。但是在这里情况并非如此因为几十米以外就是威拉河,雨水可以通过雨水管顺畅地排入河中。设计师的主要目标是改善水质,通过吸收雨水并且过滤掉植物根部和土壤里的微生物(主要是汽车尾气中的微粒)。波特兰雨水花园由几大体系组成:(一)叠水系统雨水花园在造型上通过一系列浅滩、小瀑布以及被玄武岩堰分隔而成的串联水池的做法,减缓了暴雨流下来的速度。因为每一个水池都必须积满水之后,雨水才从水池边溢出,跌落4c6m到下一个水池里,而沉淀物则稳定地遗留在水池中。整个人造水渠平均长约969m宽1.sm。一系列下跌的水池减缓了雨水流下来的速度,这些水池不仅可以起到蓄水的作用,还可以使得雨水有充分的时间渗入地下(图3)。图3雨水花园叠水体系(二)石材系统迈耶·里德的主水渠设计堪称是太平洋西北部石头的一种完美构图,具体如下:(l)水渠的底面为坚硬的铺路石板,石材来自于华盛顿和爱达荷的边境上一个采石场。(2)用来稳固整个体系侧边的斜坡的河石产自蒙大纳的五彩缤纷的卵石,其直径从cZm到10Cm不等。(3)为使泄洪道沿着体系的长度方向上延伸,水渠源头的挡土墙由蒙大纳一种短而结实的石头组成。(4)沿水渠长度方向的垂直元素由采自华盛顿的摩西湖地区的青铜色柱状玄武岩组成。(5)大楼南侧铺设的长而干燥的巨石墙以及沉淀池的冲刷水池采用产自华盛顿Camas以外的玄武岩巨石。简而言之,水渠底部的青灰色石板,使得雨水能够在上面自由流淌;边缘的鹅卵石又能够使多余的雨水很快的渗入地下,被土壤吸收;水渠墙面粗犷的玄武岩营造出了一种自然中脚建娜奏命群术年会魂裳娜一麒魏的氛围。这些有声有色,有动有静的细节考虑体现了景观设计师对自然法则的理解、敏锐洞察力和高水平的设计智慧(图4)。图4雨水花园石材体系图5雨水花园植物体系(三)植物系统为了营造人工湿地的自然生态环境,在雨水花园的水渠两旁种植了许多水生植物。这些生长在鹅卵石和碎石缝中间的水生植物不仅使雨水花园增添了绿色,使其显得更加生动、活泼和自然;而且植物本身还可以吸收各种有害的污染物例如周边马路上冲刷下来的油污等等。此外,植物的根系还可以将碎石和砂土牢牢地固定住,防止因长时间水流的冲刷而引起水土流失和地基层的松动(图5)。上述几大体系的完美组合,从理论方面进行证明,可以允许植物大量的雨水渗入,特别是在较短的持续小雨期间,效果将尤为明显。在大雨期间实际上有多少比例的雨水渗透入土壤?用确信的水文资料来回答这个问题还存在一定的困难,因为没有人在实际监测该系统的性能。但是项目工程师比尔科普介绍说已出现了大量雨水正在被吸收的良好迹象,例如在大雨后雨水并不长久滞留在水池中。在一场大雨期间,超过层叠式池塘容积的雨水最后汇集到地势最低的水池中。这个水池还接收来自68.86m2的沼泽地上的雨水,而沼泽地是从大楼西面的卡车装卸场地(含有一个给油污和其他污染物过滤的地下装置)获取降雨的。雨水经由一个虹吸管出口溢出较低的水池,流入一个.076m的公共排水管道。总的来说,雨水花园在处理俄勒冈州会议中心扩建部分的雨水问题上是成功的。它在波特兰市荣获了年度最佳水资源保护奖。作为一个使场地的雨水管理与雨水庆典结合的工程,雨水花园是值得被广为传播的一个典范。划羚巍熏单瞬熬半蜷涤澎崭粼撰彝娜三、成都活水公园简介四川成都府河与南河(简称府南河)绕城而过,形成抱城的格局。到了近代,由于水运逐渐被陆运所取代,至20世纪60年代两河水量明显减少,污染也日趋严重,河中生物几近绝迹。人居环境的恶化极大地威胁着城市的生存和发展。(一)公园概况成都活水公园是我国第一座以水为主题的城市生态景观公园。活水公园的方案,便是在市政府为期5年的府南河综合治理工程背景下启动的。从府南河上抽取受到污染的河水,经过公园的人工湿地系统进行自然生态净化处理,最后变为“达标”的活水,回归河里。该公园的创意是美国艺术家、水保护者贝特西·达蒙女士提出的,得到成都市政府的支持,组织了中、美、韩三国的水利、城建、环保、园林和艺术家共同设计建造。这个占地.24公顷,自东向西倾斜的公园,蕴涵了丰富的文化,艺术和生态意义。(二)人工湿地系统公园湿地系统占地.02公顷,设计日处理污水能力为Zoom3,被污染的河水(一般等于或低于GB383.888V类水质)从府河泵入厌氧沉淀池,经物理沉淀及厌氧微生物分解(图6、图7)。图6活水公园厌氧沉淀池图7活水公园厌氧沉淀池使得水中大部分悬浮物沉入池底或浮于池面定期去除部分可溶性有机物分解为C02,C执,HZO,N:或简单的有机物而被降解;从厌氧池出来的水经水流雕塑流入兼氧池,经兼氧微生物进一步降解,流人两套植物塘、植物床群处理系统。该系统由培植有各种水生动植物群落的5个植物塘、9个植物床组成。水的污染物质在流经这个系统过程中经吸附、过滤、氧化、还原及微生物分解作用而逐步降解为可供动植物群落生长繁殖的养分;从处理系统出来的水经过几个流水雕塑依顺序进入3个鱼塘。为确保水中溶解氧能满足鱼类生长的需要,分别设置2台回流泵,使鱼塘的水部分回流入植物塘进一步充氧,使水质达到GB3838一88111类水质标准要求;从鱼塘出来的水部分可泵回公园作绿化和景观用水,其余流人戏水池,再回流府河中。每天,活水公园的流量可达Zooln3/s。该流量当然不足以改变整条河流的水质,却足以让游人在顺“鱼”而下途中,亲眼目睹“死水”被渐渐激活,逐步净化,最后变为“活卑国建筑李会学术年会水”的过程(图8、图9)。图8活水公园流水雕塑图9由污水而净化的活水(三)造园艺术公园起始的鱼嘴部分,拆除部分河岸堡坎,用地方石材砌筑台阶式浅滩,栽种有大量的天竺葵、祯楠、黑壳楠、秒樱、连香、含笑等植物,乔木、灌木、草本植物等的配置,参照峨眉山自然植物群落。两架川西水车,将府河水泵入全园最高处的鱼眼蓄水池。厌氧沉淀池处于鱼眼位置,池中有一组石雕和喷泉,石雕的造型是一滴水在高倍显微镜下景象系统中池、塘、床的联接采用水流雕塑,这里利用气旋,使水流如山涧溪流般回旋跳跃,生动地体现“活水”曝气的意义。人工湿地系统的核心部分—植物地、植物床群设置在鱼的腹部,其造型仿照四川黄龙五彩盖华池群。池间架设有乡士味的木栈桥。3个养鱼塘和供亲水活动的喷泉和戏水池位于鱼塘的尾部。植物块、植物床群种植了浮萍、凤眼莲、睡莲等经试验筛选出来的具有较强净化水质及生长能力,又有观赏价值的水生植物;园内山坡模拟峨眉山小气候和自然山地植被;植物塘、床及养鱼塘内放养观赏性鱼类及青蛙等.形成一个在水环境中共生的动植物群落,游人可以从水的流程中看到,上游水质较差,生物稀少,如厌氧池、兼氧池只有一些低等植物藻类和浮萍,没有鱼类。随着水的逐步净化,动植物群落等级愈高,生长愈兴旺,展示了水和生命的依存关系,为环境教育提供了生动的课堂,因而每天都吸引一批批教师带着学生、家长带着小孩.围着池塘上“生态环境课”。一些中学生还要求到公园参与水的分析和保护工作。活水公园在植物的配置、景观的处理、造园材料的选择上,妙趣天成,通过具有地方性景观特色的净水处理中心,川西自然植物群落的模拟重建,以及地方特色的园林景观建筑设计,组成全园整体。活水公园由于在生态、美学、文化、教育功能上的完美结合获得了包括1998年联合国人居奖在内的多项国际奖项。目前,它已经成为成都市到访率最高的公园景点之一。雨水花园和活水公园是景观学、生物学、建筑学协同作用的结果。设计师整合水体,把水作为有利的因素引入,关注它的潜能和消极的方面,并使得植物、土壤与雨水一起在城市空间中发挥作用。从城市到自然,不以人们的生活环境作为代价,反而提升这片地区的生活环境。娜跨家雄鹅撰黔{麟、植物……都与人们在城市的环境中巧妙而和谐相处。四、城市人工湿地的意义(一)增加城市地基含水量,活化城市土壤生态系统城市中硬地太多,水分流失量大,雨水无法自然返回大地,严重破坏了自然土地的保水能力,致使城市的地下浅层水源干枯,城市蓄热量降低,而活水公园和雨水花园的出现正好有效地解决了这个问题。(二)“湿地”之蓄洪及净化,减少污染能力降雨的时候,活水公