湖泊人工湿地和生态护岸设计

1 人工湿地设计

1.1 人工湿地介绍

1.1.1 人工湿地工作原理

人工湿地系统是在有一定长宽比和底面坡度的洼地中，由土壤和填料（如砾石等）混合组合而成的填料床，并栽种经过选择的水生、湿生植物，组成类似于自然湿地状态的方案化的湿地系统。水体在床体的填料缝隙中流动，或在床体表面流动，在基质吸附、过滤，植物吸收、固定、转化、代谢及湿地微生物的分解、利用、异化等过程的综合作用下，水体中的污染物质得以去除。湿地系统中的氮、磷不仅能通过植物和微生物作为营养吸收，而且还可以通过硝化、反硝化作用将其除去，最后湿地系统更换填料或收割栽种植物将污染物最终除去。人工湿地系统的主要优势体现在，有机物和氮磷的去除效率高、出水水质好、运行维护方便、管理简单、投资小、运行费用低、符合自然界水质净化和水资源循环的生态学规律等。人工湿地的建立不但可以起到对湖泊水体的净化效果，同时也可加强湖泊的景观效应。人工湿地系统结果图及效果图见图1-1、图1-2。

图1-1 人工湿地结构示意图

图1-2 人工湿地效果图

1.1.2 人工湿地分类

人工湿地按污水在其中的流动方式可分为两种类型：表面流人工湿地和潜流人工湿地。两种人工湿地的工艺特性及优缺点见表5-5。表面流湿地系统中，水体在湿地的表面流动，水位较浅，多在0.1-0.6m，它与自然湿地最为接近，具有投资少、便于管理等优点。潜流式人工湿地系统中，水体在湿地床的内部流动，可以充分利用填料表面生长的生物膜、丰富的植物根系及填料和表层土的截留等作用，以提高其处理效果和处理能力。但当有机污染负荷较重的情况下，易造成床体堵塞，且造价较高，一般为表面流湿地的4-8倍。

1.2 湿地修复区设计

在东西湖之间的连接处按照原规划借助自然地理条件结合景观布设

人工湿地，加强对水体的修复，促进生态系统恢复。人工湿地的设计除了满足水质净化的作用，还要兼顾人工湖对河涌的补水功能和2，

湿地的布置考虑地形高差、万m2.2景观效果。湿地区总面积约为东

西湖水位差以及景观栈道的修建。

白云湖建成后，需要向滘心涌、环滘涌、海口涌、石井河四条河3/s，按每日补水时间8涌合计补水18.3m小时计，人工湖调蓄水量为3，需调蓄水深为0.5m万52.7m。人工湖由东湖和西湖两部分组成，东

西湖连接处为此章节需要设计的湿地修复区。其中东湖向滘心涌和

33/s；西湖向石井河和环滘涌分别2.50 1.65 mm/s和海口涌分别补水33/s。当西湖对环滘涌和石井河补水时，水体1.40m/s和12.75m补水必将

由东湖流经湿地进入西湖区，如此大流量的水体在流经湿地时，相应地对湿地的过水能力必将提出很高的要求；且东西湖之间的湿地23

水量而言湿地面积太小，且水力停m22000m区面积仅万，对52.7留时间很短，难以取得预期的处理效果。故在对两湖间的湿地区进行布

设时主要考虑其补水和景观功能，在此基础上，尽可能兼顾其对污在本方案中将东西湖之间的湿因此，染物去除效果和生态修复作用。．

地区设计成更加接近自然景观的表面流人工湿地系统，在湿地床上铺设碎石、砾石，并种植具有高效吸收污染物能力的植物，加强对水体的净化处理。

1.2.1 表面流人工湿地平面设计

表面流湿地一般长宽比应小于10：1，根据人工湖两铁路间的地2，

=16514m面积As形情况将人工湿地分成两块并联使用，其中湿地1122。湿地A= As+ As=22869 m面积湿地2As=6355m，湿地区总面积221平

面布置如图1-3所示。

湿地区平面布置图1-3 图

其中湿地1为梯形结构，上底、下底、高分别为56m、104m和206m；湿地2为近似矩形结构，长、宽分别为93m和68m。考虑地形和维护等因素，在具体施工环节中可分别将湿地1和湿地2分成两个或以上并行处理单元，以便间歇运行和维护。

1.2.2 湿地进出水设计

考虑到处理系统的水量很大，在湿地周边开挖集水沟，水体经收集后进入湿地系统。进水装置是向人工湿地中输送污水,布水时应尽量均匀，进水方式采取多点布水形式。在湿地维护或闲置期,进水可关闭。

1.2.3 填料的使用

表面流人工湿地一般水深0.3-0.5m，本方案取0.4m；湿地区设计常水位为0.8m，故湿地床基质层厚度为0.4m。表面流湿地床由两层组成，表层土层厚0.2m，砾石层铺设厚度0.2m。人工湿地填料主要组成、厚度及粒径分布见图1-4。

表面流人工湿地填料组成1-4 图

1.2.4 湿地中植物配置

植物是表面流人工湿地净化水质的重要组分，是人工湿地系统得

以正常运行的重要因素之一。选择种植何种湿地植物也是人工湿地处理系统设计成败的关键。一般人工湿地系统对植物有以下要求：①有发达的根系；②有较大的生物量或茎叶密度；③有较大的表面积为微生物提供栖息场所；④有较强的输送氧的能力。一般宜选用具有一定经济价值和景观效果的本土植物。种植方式视湿地和植物实际情况采用穴植、沟植、面植等方法，种植密度一般为每平方米5-10株。（1）根茎、球茎及种子植物

这类植物包括睡莲、马蹄莲、慈姑、荸荠、泽泻、菱角、薏米、芡实等。它们或具有发达的地下根茎，或能产生大量的种子果实，多为季节性休眠植物类型，一般为冬季枯萎春季萌发，生长季节主要集中在4-9月。这类植物具有以下特点：①耐淤能力强，适宜生长在淤土层深厚肥沃的地方；②适宜生长环境的水深一般为0.4-1.0m左右；③具有发达的地下块根或块茎，其根茎的形成对P元素的需求较多，因

此对P的吸收量较大；④属于种子果实类植物类型，其种子和果实的形成需要大量的P元素。

（2）挺水草本植物

这类植物包括芦苇、茭白、香蒲、旱草竹、皇竹草、水葱、水莎草、再力花、美人蕉、千屈菜等，为人工湿地系统主要的植物选配品种。这类植物适应能力强，根系发达；生长量大，对N和P的吸收量都很大。其中①皇竹草、芦竹、旱伞竹、薏米、纸莎草等属于深根丛

生型植物，其根系的分布深度一般在30cm以上，分布较深而分布面积不广，植株的地上部分丛生。由于这类植物的根系入土较深，根系接触面广，配置于潜流式人工湿地中能显示出更好的处理效果；②香蒲、菖蒲、水葱、水莎草等，属于深根散生型植物，其根系一般分布于20-30cm之间，植株分散。这类植物的根系较深，适宜配置于潜流式人工湿地中；③美人蕉、芦苇、千屈菜、荸荠、慈姑、再力花等属于浅根散生型植物，其根系分布一般在5-20cm之间。由于这些植物根系分布较浅，且一般原生于土壤环境，因此适宜配置于表面流式人工湿地中；④灯心草、野芋等属于浅根丛生型植物，根系分布较浅，一般适宜配置于表面流人工湿地系统中。

本方案中湿地为表面流人工湿地系统，因此宜选择后两种植物类型，浅根散生型植物美人蕉、芦苇、千屈菜、荸荠、慈姑、再力花和浅根丛生型植物灯心草、野芋等都为本方案中的适宜挺水植物品种。

湿地区水生植物配置为美人蕉20%、芦苇20%、千屈菜20%、再力花20%、野芋10%、灯心草10%。在具体布设中综合考虑水质净化作用和