武彥生 李燕 潘潔 秦進(jìn)
(1 昆明冶金高等??茖W(xué)校環(huán)境工程學(xué)院,云南 昆明 650033;2 昆明冶金高等專科學(xué)校建筑工程學(xué)院,云南 昆明 650033;3 云南省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,云南 昆明 650021)
昆明滇池國際城市濕地公園位于昆明市南部滇池國家級旅游度假區(qū)內(nèi),緊鄰滇池,屬于“現(xiàn)代新昆明”核心地帶南緣。濕地公園是滇池湖濱濕地的重要組成部分,該濕地系統(tǒng)的建設(shè)將在滇池北岸筑起一道保護(hù)屏障,強(qiáng)化對濕地公園附近區(qū)域的點(diǎn)源和面源污染治理,減少進(jìn)入滇池的污染負(fù)荷,改善排入滇池外海的水體質(zhì)量,促進(jìn)滇池湖濱生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。濕地公園建設(shè)與環(huán)湖截污處理構(gòu)成完整的污染控制體系,對周邊濕地建設(shè)和滇池治理起到一定的生態(tài)教育示范作用,成為滇池污染防治工程的重要支撐。
昆明滇池濕地公園建設(shè)總面積163.3 hm2,人工快滲系統(tǒng)3 560 m2,復(fù)合人工濕地系統(tǒng)13.33 hm2,主要處理為園區(qū)補(bǔ)水的寶象河部分河水以及公園內(nèi)的生活污水?;謴?fù)和建設(shè)天然濕地23 hm2,建設(shè)防護(hù)林帶35.78 hm2,目的是增強(qiáng)景觀功能、隔斷污染處理單元。濕地研究中心和示范基地4 hm2,一方面作為濕地植物園,展示滇池流域的物種多樣性,提高景觀功能;另一方面作為湖泊保護(hù)教育、科研和技術(shù)開發(fā)基地,提高市民和旅游者的生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識。先期建設(shè)的啟動(dòng)區(qū)位于濕地公園西北側(cè),西起新寶象河?xùn)|至既有農(nóng)路,北以既有灌溉水圳為界,南至40 m城市道路,總面積26.5 hm2。
(1)貫徹嚴(yán)格保護(hù)、統(tǒng)一管理、合理開發(fā)、永續(xù)利用的指導(dǎo)思想。滇池是珍貴的自然資源,應(yīng)在積極保護(hù)、合理開發(fā)的前提下,將保護(hù)、開發(fā)、教育與研究有機(jī)結(jié)合,達(dá)到滇池濕地生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與城市建設(shè)和諧發(fā)展的雙贏局面。
(2)充分考慮歷史、現(xiàn)在、未來三個(gè)階段的特點(diǎn),科學(xué)預(yù)測濕地公園發(fā)展的各種需求,構(gòu)建人與自然的和諧關(guān)系。
(3)實(shí)現(xiàn)資源的綜合保護(hù)和利用,并與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和趨勢相適應(yīng)。推動(dòng)濕地生態(tài)科學(xué)的教育和研究,在保護(hù)滇池的同時(shí),助推云南旅游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,實(shí)現(xiàn)良好的社會效益和生態(tài)效益。
(4)將濕地建設(shè)工程納入環(huán)滇池生態(tài)帶和面源污染控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)初期雨水的儲存調(diào)配功能以及面源污染治理的功能。
(5)結(jié)合滇池北岸社會、經(jīng)濟(jì)建設(shè)的要求,優(yōu)先選用投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、土地利用效率高、工藝技術(shù)先進(jìn)、技術(shù)含量高、運(yùn)行管理方便的工藝流程和工程建設(shè)方案。
(6)在工程方案設(shè)計(jì)過程中,充分考慮景觀構(gòu)建與生態(tài)效益。在濕地建設(shè)、景觀設(shè)計(jì)與植物種類選擇時(shí),適當(dāng)考慮濕地的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。
(7)按照植物生態(tài)位、物種多樣性原理進(jìn)行濕地公園景觀區(qū)的植物配置。
結(jié)合環(huán)湖截污和污水處理工程、湖濱生態(tài)帶建設(shè),構(gòu)建水污染物排放與控制工程體系。按照滇池流域防污、減污、控污工程的總體布局,構(gòu)建西亮塘濕地公園建設(shè)工程,增加城市景觀和居民休閑娛樂以及生態(tài)環(huán)境教育場所,控制水體污染,防治水土流失,改善滇池水體環(huán)境質(zhì)量。根據(jù)區(qū)域現(xiàn)狀條件,對生活污水(沖廁及廚房排水)進(jìn)行單獨(dú)處理,使其達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的二級標(biāo)準(zhǔn)。達(dá)標(biāo)排放的生活污水、區(qū)域內(nèi)優(yōu)質(zhì)排水以及寶象河河水可進(jìn)入人工快滲處理系統(tǒng)和復(fù)合濕地處理系統(tǒng),經(jīng)濕地系統(tǒng)的深度凈化后,達(dá)到景觀用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
濕地公園水系建設(shè)的主要內(nèi)容:①凈化處理項(xiàng)目區(qū)內(nèi)住宅排放的生活污水及雨季的暴雨徑流;②恢復(fù)天然濕地,建設(shè)濕地研究中心和生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化中心;③建設(shè)相關(guān)的景觀和綠化工程,增加濕地公園的景觀層次;④公眾環(huán)保教育示范基地的建設(shè)。
設(shè)計(jì)要考慮非降雨期和降雨期的來水特點(diǎn),采用處理效率高、截污能力強(qiáng)、降雨期有利于水流穩(wěn)定的設(shè)計(jì)技術(shù)。根據(jù)每部分的地形地貌特點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的工程系統(tǒng),盡量減小土方工程量。工程的布置應(yīng)兼顧污染控制效果、生態(tài)效果、景觀效果和基建投資,實(shí)現(xiàn)工程的整體優(yōu)化。
水凈化系統(tǒng)的核心是構(gòu)建人工快滲處理系統(tǒng)和復(fù)合濕地處理系統(tǒng),經(jīng)過人工快滲處理后的污水進(jìn)入人工濕地,經(jīng)過生態(tài)凈化后的水最終進(jìn)入公園景觀湖(Craig et al,1999)。
人工快滲處理系統(tǒng)(Constructed Rapid Infiltration,簡稱CRI),既能應(yīng)用于生活污水的處理,也能應(yīng)用于受污染河流水質(zhì)的凈化。該系統(tǒng)采用滲透性良好的天然介質(zhì)作為主要滲濾材料代替天然土層。采用人工填充的天然河砂(天然河砂選用一定的顆粒級配),并摻入一定量的特殊填料,以保證既有較高的水力負(fù)荷,又能滿足出水的處理目標(biāo)。CRI系統(tǒng)凈化機(jī)理包括過濾、生物膜作用以及吸附3個(gè)過程。
復(fù)合濕地處理系統(tǒng)由表面流人工濕地和水平潛流人工濕地組合構(gòu)建,系統(tǒng)的水流運(yùn)行綜合了表面流人工濕地和水平潛流人工濕地的特點(diǎn)(江巧靈,2018),例如下行垂直流濕地,填料床中水流由上向下垂直流動(dòng),水流流經(jīng)床體后被鋪設(shè)在出水端底部的集水管收集而排出處理系統(tǒng)。濕地系統(tǒng)節(jié)約了建設(shè)面積,利于脫氮、除磷,而且處理效果穩(wěn)定,單位面積處理效率高(趙薈等, 2018)。
3.2.1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)指標(biāo) 系統(tǒng)進(jìn)水水源為寶象河河水,人工快滲處理污水量為4 000 m3/d。出水水質(zhì)達(dá)到污水再生利用工程設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50335-2016)的用水標(biāo)準(zhǔn)(表1)。
3.2.2 水質(zhì)凈化工藝流程 工藝流程以接納城鎮(zhèn)生活污水或與生活污水性質(zhì)相近的其它污水來設(shè)計(jì)(祁磊等,2018)(圖1、圖2)。
表1 進(jìn)、出水水質(zhì)指標(biāo) mg/LTable 1 Water Quality Indicators for Inlet and Outlet mg/L
3.3.1 人工快滲系統(tǒng) 人工快速滲濾污水處理系統(tǒng)是污水土地處理法中的一種類型,系統(tǒng)的機(jī)理是有控制地將污水投放于采用人工方法構(gòu)筑的特定滲濾介質(zhì)的表面,使其在向下滲透的過程中依次經(jīng)歷物理、化學(xué)和生物的作用,最終達(dá)到凈化污水的過程。
人工快滲系統(tǒng)由提升泵池、快滲池構(gòu)成。人工快滲處理單元中污水先進(jìn)入提升泵池,在提升泵池內(nèi)匯集污水,調(diào)節(jié)水量,滿足對快滲池的布水要求。污水經(jīng)過一次提升,后續(xù)處理工藝均為重力自流。出水進(jìn)入人工快滲池,利用滲池的物理、化學(xué)和生物反應(yīng)去除水中的生化需氧量(BOD)、化學(xué)需氧量(COD)、懸浮固體(SS)、氨氮、總磷等。經(jīng)過人工快滲系統(tǒng)的深度處理,出水水質(zhì)可達(dá)到景觀用水標(biāo)準(zhǔn)(圖3)。
3.3.2 人工復(fù)合濕地系統(tǒng) 經(jīng)人工快滲系統(tǒng)凈化處理后的水體進(jìn)入人工復(fù)合濕地系統(tǒng),水體在濕地植物、基質(zhì)和微生物的共同作用下,進(jìn)一步得到凈化。根據(jù)人工濕地的長度以及地面高程,分別采用表面流濕地或表面流濕地與潛流濕地的組合型式,在復(fù)合人工濕地末端設(shè)置穩(wěn)定塘,處理后的水體經(jīng)穩(wěn)定塘和出水系統(tǒng)進(jìn)入天然濕地(圖4)。
復(fù)合人工濕地由污水收集系統(tǒng)、布水系統(tǒng)、配水系統(tǒng)、濕地系統(tǒng)、穩(wěn)定塘和出水系統(tǒng)組成。
(1)污水收集系統(tǒng)。收集濕地公園沖廁水及廚房排水,經(jīng)管道排出后,匯流至生活污水排水干管,進(jìn)入污水處理站。污水經(jīng)二級處理達(dá)標(biāo)后,進(jìn)入人工快滲系統(tǒng),出水進(jìn)入人工濕地處理單元。
圖1 工藝流程示意圖Fig.1 Flow chart of water system process
圖2 凈化系統(tǒng)平面布置示意圖Fig.2 Plan of sewage treatment system
圖3 人工快速滲濾系統(tǒng)基本流程圖Fig.3 Basic fl ow chart of artif i cial rapid inf i ltration system
圖4 人工復(fù)合濕地處理系統(tǒng)流程示意圖Fig.4 Flow chart of constructed composite wetland treatment system
(2)濕地進(jìn)水系統(tǒng)。進(jìn)水系統(tǒng)對濕地的設(shè)計(jì)和運(yùn)行至關(guān)重要,其布水的均勻性和結(jié)構(gòu)的合理性直接影響濕地系統(tǒng)的處理效果。布水系統(tǒng)主要包括兩部分:①將人工快滲出水均勻分布到人工濕地;②將人工濕地出水經(jīng)穩(wěn)定塘均勻分布到天然濕地系統(tǒng)。配水系統(tǒng)是指連接布水系統(tǒng)和復(fù)合人工濕地系統(tǒng)的溝渠,將污水從布水系統(tǒng)配布到濕地系統(tǒng)。
(3)復(fù)合型濕地系統(tǒng)。由表面流濕地以及表面流和潛流濕地組成。表面流濕地結(jié)構(gòu)簡單,投資小,能夠適應(yīng)降雨期濕地進(jìn)水量的變化,發(fā)揮對雨水的貯存和調(diào)蓄作用。復(fù)合濕地采用表面流濕地和潛流濕地組合工藝,通過填料帶設(shè)置可以增加濕地中的生物量,強(qiáng)化濕地對氮磷污染物的去除效果,并與濕地內(nèi)部的通道結(jié)合起來,實(shí)現(xiàn)多種功能。
表面流濕地設(shè)計(jì)平均水深0.4 m,盡量利用各單元的地形,局部平整形成坡度,平均坡度3‰~5‰,面積3.33 hm2。通過潛流濕地填料的選擇吸附性以及介質(zhì)、土壤、植物、微生物的綜合作用,可去除水中的氮磷物質(zhì),同時(shí)填料床可達(dá)到均勻布水的目的,潛流濕地面積10 hm2。
(4)穩(wěn)定塘。在復(fù)合人工濕地末端開挖有效深度0.5 m,水面面積6 300 m2的穩(wěn)定塘,在其上人工種植漂浮植物。穩(wěn)定塘可截留濕地中的植物碎屑,提高復(fù)合人工濕地的出水水質(zhì),增強(qiáng)濕地的整體景觀效果。降雨時(shí),穩(wěn)定塘可截留泥沙和植物殘?jiān)岣叩棕?fù)荷削減量。利用開挖的土方建造出水系統(tǒng)的土堰(武彥生, 2015)。
(5)濕地公園循環(huán)水量經(jīng)園區(qū)后進(jìn)入與人工濕地單元并行排列的河流濕地,河流濕地長度2100 m,河道水深0.2~0.5 m,表面積9 200 m2。
(6)出水系統(tǒng)。穩(wěn)定塘出水進(jìn)入后端的自然濕地。在出水端設(shè)置出水堰,采用簡易土堰結(jié)構(gòu),并在堰頂每間隔2 m均勻布設(shè)一出水口。為便于行走和持久耐用,出水堰頂部鋪0.2 m厚的碎石。自然濕地出水后進(jìn)入湖泊濕地。
滇池濕地是珍貴的自然資源,滇池城市濕地公園水系規(guī)劃充分體現(xiàn)了“濕地嚴(yán)格保護(hù)、統(tǒng)一管理、合理開發(fā)、永續(xù)利用”的指導(dǎo)思想,開展城市濕地公園的規(guī)劃建設(shè)是濕地資源保護(hù)與合理利用的重要措施。由于濕地的復(fù)雜性和多樣性,決定了濕地公園規(guī)劃設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和綜合性,濕地公園的規(guī)劃建設(shè)必須因地制宜,根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂?、水文、水質(zhì)、地質(zhì)等條件,并結(jié)合區(qū)域的經(jīng)濟(jì)、文化背景進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)。
昆明滇池泛亞國際城市濕地公園是建設(shè)昆明生態(tài)型現(xiàn)代化城市的具體體現(xiàn),開展水系規(guī)劃設(shè)計(jì)與該區(qū)域生態(tài)旅游和生態(tài)農(nóng)業(yè)區(qū)域的長期規(guī)劃目標(biāo)一致,貫徹落實(shí)了云南省委、省政府及昆明市委、市政府提出的“滇池濕地生態(tài)要科學(xué)教育、研究、建設(shè)一體化推進(jìn)”的要求。昆明滇池城市濕地公園水系規(guī)劃改善了滇池水質(zhì),推東了云南旅游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,產(chǎn)生了良好的社會效益和生態(tài)效益。昆明滇池城市濕地公園的水質(zhì)凈化系統(tǒng)可為國內(nèi)同類濕地公園的規(guī)劃建設(shè)提供有益的借鑒經(jīng)驗(yàn)。