濕地及其在高科技園區中的營造

時間：2006-11-23 來源： 作者：

前　言

　　中關村生命科學園為中關村科技園區的重要項目，位于北京西北郊，一期工程占地130多hm2。國務院和北京市人民政府有志于將其建設成國際一流的、具有21世紀時代特色的高科技園。為了提出能夠實現這一目標和滿足高科技園區創新網絡環境要求的規劃方案，經過深入研究探討，將濕地概念引入規劃，不僅對于提高規劃質量和個性，而且對于改善中關村高科技園區的總體環境質量都有一定的價值。
　　濕地是一種自然景觀，一個自然綜合體，是地球上具有重要環境功能的生態系統和多種生物的棲息地和孳生地，也是若干原材料和能源的地礦資源。據有關資料，全世界共有濕地8.5億hm2，占陸地總面積的6.4%，我國大約有濕地0.63億hm2，天然濕地0.25億hm2，人工濕地0.38億hm2[1]。北京分布著大小河流200多條，分屬于海河流域的大清河、永定河、北運河、潮白河和薊運河等5個水系；市區現有湖泊26個，總面積約600hm2，這些湖泊中有的是歷代皇家園林，如北海、中海、南海、昆明湖等；有的則是新中國成立后，經人工疏挖整治而成的人工湖。目前，這些湖泊多數已成為廣大市民休息、游覽、開展水上活動的場所，有些還是國內、國際著名旅游景點。此外，在北京周圍，還曾經存在大量低地沼澤和稻田。隨著城市發展過程中對水資源和土地資源的開發，沼澤已經基本上從人們的視野中消失，稻田從2000年開始也將成為過去。這些河流、湖泊、沼澤和稻田，都屬于濕地的范疇，他們對于改善北京總體環境質量發揮了十分關鍵的作用，而這一作用卻往往被人們忽視。
　　在中關村地區進行高科技園區的設計，重視對水的考慮是有其歷史淵源的。歷史上海淀中關村的西北就是北京湖沼最發育的地方。這里最有名的皇家園林頤和園和圓明園或臨湖而建，或就建在湖沼低丘之上。如圓明園的水面面積占全園總面積的54%，可謂無水不成為圓明園。
　　1　濕地概念
　　濕地生態系統(wetland ecosystem)是指地表過濕或常年積水，生長濕地植物的地區[2]。由于濕地分布廣泛，種類繁多，相互之間差異顯著，給濕地下一個統一的定義是十分困難的。不同的人對濕地有不同的理解，有人統計過大約有50多種定義[3]�？傮w上看來，濕地的定義基本上分為兩類。一類是管理者給出的定義，通常采用的最有代表性的是《濕地公約》(《關于特別是作為水禽棲息地的國際重要濕地公約》)中關于濕地的定義，即：“不問其為自然或人工，長久或暫時性的沼澤地、泥炭地或水域地帶，靜止或流動，淡水、半咸水、咸水體，包括低潮時不超過6m的水域”。另一類是學者的定義，研究者從不同的角度出發，根據研究的區域及對象不同，給出的定義也不完全一樣，從學科來看可以概括為水文學、動力地貌學、生態學、泥炭地質學、景觀學等。
　　從系統論觀點來看，濕地是一個半開放的系統，一方面它是一個較獨立的生態系統，它有其自身的形成、發展和演替過程，如獨特的土壤形成過程(潛育化或泥炭化)和植被演替過程；另一方面它在許多地方又需要依賴相鄰的地貌景觀，和它們進行物質和能量的交換，同時也影響臨近系統的活動。
　　經過反復分析，本文所持的濕地定義可以理解為“濕地是地球表層上由水、土和挺水或濕生植物(可伴生其他生物)相互作用構成，其內部過程長期為水控制的自然綜合體[4]”。
　　很顯然，這一定義是不完全等同于規劃設計中經常使用的水景的概念和手法的。濕地可以理解成為水景的一種，但并非所有的水景都符合濕地概念的要求。這里以圓明園諧奇趣的水池進行討論。歷史上，諧奇趣是一個容噴泉、水池和西洋建筑于一體的水景園(見彩圖)。圓明園被毀后，其水池孳生出茂盛的蘆葦和香蒲植物群落，同時也成為水鳥、蝴蝶和蜻蜓的家園。在整個生長季都生機盎然。這些生命自生自滅，周而復始，無需人們的維護(見彩圖)。顯然，前者只不過是一處水景，而后者則具有了濕地的特點和功能。
　　2　人工濕地生態系統
　　2.1　人工濕地污水處理系統的概述
　　(1)人工濕地概念　人工濕地就是由人工建造和監督控制，充分利用濕地系統凈化污水能力的特點，利用生態系統中的物理、化學和生物的三重協同作用，通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解來實現對污水的高效凈化[5]。
　　(2)人工濕地的分類　人工濕地根據濕地中的主要植物形式可分為：A.浮水植物系統；B.挺水植物系統；C.沉水植物系統。沉水植物系統還處于試驗階段，其主要應用領域在于初級處理和二級處理后的精處理。浮水植物主要用于N、P去除和提高傳統穩定塘的效率。目前一般所指人工濕地都是挺水植物系統。
　　(3)人工濕地的構造　絕大多數自然和人工濕地由五部分組成：A.具有各種透水性的基質，如土壤、砂、礫石；B.適于在飽和水和厭氧基質中生長的植物，如蘆葦；C.水體(在基質表面上或下流動的水)；D.無脊椎或脊椎動物；E.好氧或厭氧微生物種群。其中濕地植物在濕地系統中具有三個間接的重要作用：A.顯著增加微生物的附著(植物的根、莖、葉)；B.濕地植物可將大氣氧傳輸至根部，使根在厭氧環境中生長；C.增加或穩定土壤的透水性。
　　(4)人工濕地處理系統的特點　一般人工濕地系統都具有如下特點：A.建造和運行費用便宜；B.易于維護，技術含量低；C.可進行有效可靠的廢水處理；E.可緩沖對水力和污染負荷的沖擊；F.可產生效益，如水產、畜產、造紙原料、建材、綠化、野生動植物棲息、娛樂和教育。
　　但也有如下不足：A.占地面積大；B.不精確的設計運行參數；C.生物和水力復雜性及對重要工藝動力學理解的缺乏；D.易受病蟲害影響。
　　2.2　國外人工濕地技術
　　在北美，由于觀察到自然濕地的同化能力，而在70年代開始對不同設計的人工濕地進行實驗。各種不同的濕地在世界各地已被用來處理大量不同的廢水，并且取得很顯著的效果，根據對104座潛流系統和70座自由水面系統的運行數據統計結果表明，兩種人工濕地均可有效去除SS和BOD，并且也可有效去除N、P，出水可達三類水域(適用于集中式生活飲用水水源地二級保護區、一般魚類保護區及游泳區)的水質標準要求[5]。
　　人工濕地不僅可以用于城市和各種工業廢水的二級處理，還可用于高級處理的精處理和對農田徑流的處理，在有些情況下，人工濕地可能是惟一的適用技術。
　　2.3　人工濕地技術在我國的應用研究
　　我國引進濕地處理系統較晚。在“七五”期間開始人工濕地的研究。首例采用人工濕地處理污水的研究工作開始于1988～1990年在北京昌平進行的自由水面人工濕地，處理量為500kkg/d的生活污水和工業廢水，處理效果良好，優于傳統二級處理工藝[5]。其后國家環保局、中國科學院各單位相繼采用過人工濕地處理系統作過一系列試驗。
  　成都市活水公園是展示人工濕地系統處理污水新工藝的以水為主體的環境科學公園[6]。在此人工濕地系統中處理污水的主要工藝過程有：厭氧沉淀池、人工濕地塘、床系統、養魚塘系統、戲水池以及連接各個工序的水流雕塑和自然水溝等五個部分。從厭氧沉淀池到戲水池可以清晰地看到污水在各工序逐漸變清的過程。可以充分體會“死水”變成“活水”的過程。
　　3　中關村生命科學園的濕地系統規劃
　　中關村生命科學園的規劃有四大特色，包括：提出可持續濕地環境的營造模式、功能建筑群與環境的交融、流通網絡的設計和邊界的營造。該方案是將生命科學園作為一個生命細胞來設計的，濕地系統的設計是本方案的一個重要特色，下文對這一特色作簡要介紹。
　　3.1　規劃的基本情況
　　中關村生命高科技園規劃大膽引入濕地的概念，進行空間布局和綠地系統規劃。規劃的總平面圖)以位于園區的中央濕地為核心，周圍組團式地環繞著13組建筑。以濕地為主體的綠地系統是全園的環境基質，也是高科技園區所需要的非正式交流空間。
　　濕地生態系統的成敗關鍵是水。規劃的園區水系統包括6部分：
　　(1)園區內各建筑組團產生的生活和實驗室污水收集系統，位于地下；
　　(2)位于園區西北的生活污水污水處理溫室，收集的污水在這里進行2級處理；
　　(3)環繞園區的線狀濕地系統，經過初步處理的污水緩慢繞園一周后成為干凈水源，進入中央濕地。
　　(4)以湖泊水面、挺水植物群落為主的中央濕地；
　　(5)屋頂和園內綠地在降雨情況下形成的徑流直接進入濕地系統，在綠地需要灌溉季節，可以直接從濕地系統取水；
　　(6)園區和外界的水交換系統。由于建園初期，中央濕地系統土壤滲漏量大，需要從園區外引進一定數量的水，用于維護濕地和綠地系統，冬季濕地生物活動力低，處理的污水數量減少，需要向園區外的城市污水收集系統輸出一定數量的污水。
　　3.2　園區水量平衡與濕地形成的可行性
　　下表初步計算了園區的平均水量平衡情況。從表中可以看出，通過收集園內產生的生活廢水，和利用降雨，可以基本保持園內水量平衡。建園初期，由于濕地的湖、溝土壤滲漏較大，實際水量平衡偏差可能會比較大。為了減少滲漏，可以考慮用黏土等處理湖、溝底部。經過多年自然淤塞，土壤滲漏將逐漸降低并穩定在一定水平，為此，通過園區濕地處理后節余一定數量的干凈水是完全可能的。
　　4　結語──人工濕地在規劃設計中的應用前景
　　人工濕地系統是一個完整的生態系統，它形成了內部良好的循環并具有較好的經濟效益和生態效益。具有投資低、出水水質好、抗沖擊力強、增加綠地面積、改善和美化生態環境、視覺景觀優異、操作簡單、維護和運行費用低廉等優點。在處理了污水的同時，種草養魚，又可以用鮮花綠葉裝飾環境，把清水活魚還給自然。節約資源，是人類與水生生物協調發展的自然景觀，有利于促進良性生態環境的建設，有顯著的社會、環境和經濟效益。這種方式尤其在中小城市和鄉村缺少具有一定操作管理和技術水平的人員的條件下使用，技術十分適合我國國情，具有極其廣闊的應用前景。
　　濕地生態系統的引入同時還能夠改善人們的生態觀念，提倡節約資源、重復利用資源，尊重自然的新生活觀念。

計算依據：
　　1.園區用地構成：總用地132.01hm2，綠地面積83.17hm2，集中綠地39.13hm2，其中草坪占集中綠地的30%，建筑占地23.76hm2，鋪裝道路25.24hm2。
　　2.北京市氣候：多年年平均降水量為644mm，6～9月雨量占全年的比例為81.9%至87.9%，年蒸發量2000mm；
　　3.濕地指標：水面面積4hm2，平均水深1m，濕地生物年耗水4萬m3，年滲漏能力2000mm；
　　4.生活廢水：年供生活用水101.45t，25%耗水率，處理損耗率5%，常住居民0.8萬人；
　　5.集水效率：雨水80%可形成徑流，屋頂匯集效率60%，路面匯集效率40%，高草坪匯集效率8%。(資料來源：惠士博、張思聰、謝森傳；北京市常年氣候資料；中關村生命高科技園用地指標。