吳宜潔,林浩文,王志勇

1 北京大學(xué)建筑與景觀設(shè)計(jì)學(xué)院, 北京 100871 2 北京大學(xué)景觀設(shè)計(jì)學(xué)研究院, 北京 100871 3 深圳市規(guī)劃國(guó)土發(fā)展研究中心, 深圳 518034 4 北京土人城市規(guī)劃設(shè)計(jì)股份有限公司,北京 100080

隨著海綿城市[1- 2]、水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施[3- 5]、“城市雙修”[6]等理念的推廣,下凹綠地[7]、多塘[8]、人工濕地[9- 10]等綠地形式被廣泛運(yùn)用于城市的雨洪管理中。但是,由于規(guī)劃設(shè)計(jì)方面,對(duì)水過(guò)程理解不足、理念到實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)缺乏、多專業(yè)協(xié)調(diào)不足、設(shè)計(jì)策略簡(jiǎn)化等原因,往往設(shè)計(jì)達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)反而產(chǎn)生更多的問題；或者實(shí)施和管理方面,由于技術(shù)基礎(chǔ)薄弱、工程周期短促、運(yùn)營(yíng)維護(hù)不當(dāng)?shù)仍?項(xiàng)目可持續(xù)性方面表現(xiàn)并不理想[11]。因此,城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施生態(tài)服務(wù)功能的發(fā)揮需要通過(guò)科學(xué)的評(píng)估和優(yōu)化來(lái)引導(dǎo)。

在國(guó)外,規(guī)劃并不是一個(gè)線性過(guò)程,而是建立了多個(gè)反饋循環(huán)內(nèi)置到過(guò)程中,更加強(qiáng)調(diào)持續(xù)的、迭代的和適應(yīng)性的管理。每個(gè)規(guī)劃周期都包含了規(guī)劃-實(shí)施-監(jiān)測(cè)-評(píng)估和應(yīng)用研究等環(huán)節(jié),通過(guò)監(jiān)測(cè)評(píng)估有利于建立有效措施類型的知識(shí)庫(kù),如不起作用可以進(jìn)行改善；同時(shí)有助于在規(guī)劃和管理中建立透明度和問責(zé)制[12]。美國(guó)環(huán)保署(U.S. Environmental Protection Agency,EPA)長(zhǎng)期開發(fā)人工濕地項(xiàng)目基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù),用于減少重復(fù)勞動(dòng)和改良經(jīng)驗(yàn)濕地設(shè)計(jì)方法,通過(guò)已有的數(shù)據(jù)降低建設(shè)的風(fēng)險(xiǎn)。世界各地的工程師、設(shè)計(jì)師和科技人員都通過(guò)公共數(shù)據(jù)庫(kù)獲取數(shù)據(jù)[13]。紐約、圣地亞哥、華盛頓等多個(gè)州的低影響開發(fā)(Low Impact Development,LID)手冊(cè)和設(shè)計(jì)指南中皆提到通過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)來(lái)研究污染物的去除效果。景觀績(jī)效是在近年的一個(gè)研究熱點(diǎn),根據(jù)景觀設(shè)計(jì)基金會(huì)(Landscape Architecture Foundation,LAF)的定義,景觀績(jī)效是一項(xiàng)“衡量景觀解決方案在實(shí)現(xiàn)其預(yù)設(shè)目標(biāo)的同時(shí)滿足可持續(xù)性方面的效率的指標(biāo)”[14]。主要通過(guò)定量與定性結(jié)合的實(shí)證調(diào)查來(lái)衡量設(shè)計(jì)成果,一方面應(yīng)用于創(chuàng)造可持續(xù)性、高績(jī)效的景觀,另一方面是要規(guī)定和規(guī)范能提升景觀績(jī)效研究與實(shí)踐品質(zhì)的景觀特征。并不是所有的績(jī)效都能夠或容易做到量化,也并非所有的績(jī)效都與設(shè)計(jì)相關(guān),但是記錄景觀項(xiàng)目中所有直接、間接和連鎖的效應(yīng)仍然具有重要意義[15]。例如,西雅圖桑頓溪水質(zhì)處理渠(TCWQC：Thornton Creek Water Quality Channel)在項(xiàng)目建成后按照項(xiàng)目質(zhì)量保證計(jì)劃進(jìn)行了三年的監(jiān)測(cè),包括流量、沉積物和植被等,以證明它能夠在高度城市化的環(huán)境中提供多種生態(tài)效益[16]。以及,美國(guó)政府對(duì)切薩皮克灣的生態(tài)修復(fù)開展了長(zhǎng)達(dá)40年的監(jiān)測(cè)評(píng)估,積累了大量的研究數(shù)據(jù),為修復(fù)效果的評(píng)價(jià)、修復(fù)方案的選擇、修復(fù)技術(shù)篩選等決策提供了數(shù)據(jù)支撐[17-18]。

在城市水資源可持續(xù)管理的背景下,城市徑流管理也需要更加精細(xì)高效的設(shè)計(jì)管理和維護(hù)。我國(guó)海綿城市建設(shè)[19- 20]、城市生態(tài)修復(fù)工程[21- 22]正在大面積地進(jìn)行實(shí)踐,針對(duì)績(jī)效考核的評(píng)價(jià)指標(biāo)也在不斷完善。然而項(xiàng)目的效果需要運(yùn)行一段時(shí)間才能被驗(yàn)證。目前的考核主要集中在建設(shè)情況的考核以及通過(guò)理論測(cè)算和模型模擬[23],宮永偉等提出的踏勘驗(yàn)證法、監(jiān)測(cè)法、監(jiān)測(cè)與模擬聯(lián)合考核法[24],但使用后評(píng)價(jià)以及可持續(xù)性特征方面的評(píng)價(jià)一直比較缺乏。

本研究以建成并運(yùn)行有一定時(shí)間、景觀效果穩(wěn)定、以水質(zhì)凈化為目標(biāo)而設(shè)計(jì)的多塘型城市綠地——宜昌市運(yùn)河公園為對(duì)象,在夏季晴天和降雨條件下對(duì)其運(yùn)行規(guī)律和效果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),分析它對(duì)來(lái)水水量水質(zhì)的調(diào)控規(guī)律和效果,并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)觀察和調(diào)研訪談總結(jié)管理運(yùn)行中的經(jīng)驗(yàn),以期為相關(guān)城市綠地的設(shè)計(jì)優(yōu)化和城市地表徑流管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),為設(shè)計(jì)實(shí)施和運(yùn)行管理提供參考經(jīng)驗(yàn)。

1 研究區(qū)域概況

宜昌屬于北亞熱帶大陸性季風(fēng)氣候,年降雨水量992.1—1404.1 mm之間,蒸發(fā)量約1280 mm,平均濕度76%。雨水豐沛,多集中在夏季,6—7月份降雨量約占全年降雨量的48%。宜昌市運(yùn)河是1958年人工開鑿的流經(jīng)市區(qū)的飲用水半自然引水河道,隨著城市的發(fā)展,水質(zhì)惡化,退化為備用水源(水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行Ⅲ類)。

運(yùn)河公園位于宜昌運(yùn)河邊,城市水系網(wǎng)絡(luò)中下游。原址是城郊廢棄的魚塘,隨著城市的擴(kuò)張,被并入城市的版圖中。從運(yùn)河公園建成前后的2002年和2015年谷歌衛(wèi)星圖來(lái)看,運(yùn)河公園是該區(qū)域唯一被保留下來(lái)的池塘,也是唯一增加的城市綠地。場(chǎng)地內(nèi)地勢(shì)平坦、水流緩慢、水質(zhì)較差、污染嚴(yán)重。場(chǎng)地邊上的運(yùn)河還有一個(gè)發(fā)電廠,隨著上游東山電廠的投入使用,該電廠逐漸廢棄。

運(yùn)河公園建成于2010年,到2016年已經(jīng)植被生長(zhǎng)良好、運(yùn)行穩(wěn)定。設(shè)計(jì)將多個(gè)魚塘重新組織成首尾相接的串聯(lián)多塘系統(tǒng)與運(yùn)河并聯(lián),再結(jié)合道路和游憩設(shè)施的布置及植物的種植,設(shè)計(jì)成一個(gè)以水質(zhì)凈化為目的的城市綠地。占地約11.36 hm2,水面面積約8 hm2,約可以分為10個(gè)單元塘。參照人工濕地凈化流程可以分為前置塘、綜合凈化區(qū)和穩(wěn)定調(diào)節(jié)區(qū)。前置塘主要結(jié)構(gòu)為沙礫灘,凈化區(qū)基質(zhì)為原生土壤；水流方式為自由表面流,通過(guò)溢流堰到達(dá)下一單元；溢流堰呈倒梯形,越往上越寬。水生植物配植主要以挺水植物和水生喬木為主。各單元與園路之間都有較寬的緩沖帶和1—3 m的高差。各單元的面積、水深、出水口布置和植被參數(shù)結(jié)合資料(如施工圖、設(shè)計(jì)圖、說(shuō)明文本等),勘察場(chǎng)地現(xiàn)狀,依據(jù)場(chǎng)地現(xiàn)狀進(jìn)行修正,具體見表1。

表1 單塘參數(shù)

場(chǎng)地與周邊環(huán)境有約有17 m的高差。根據(jù)長(zhǎng)江支流防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水,場(chǎng)地防洪設(shè)計(jì)分為兩個(gè)等級(jí)：10年和20年一遇的防洪線。豎向上,設(shè)計(jì)結(jié)合防洪線在公園內(nèi)自下而上布置了親水平臺(tái)、園路和高架步道,與防洪需求彈性適應(yīng)。多塘沿河布置,各級(jí)單塘水位高差約為10 cm。設(shè)計(jì)利用了原廢棄電廠的閘門將上游水位抬高,讓水流憑重力流經(jīng)多塘后又流回運(yùn)河。

2 研究方法

2.1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和訪談

基于對(duì)多塘概念、結(jié)構(gòu)、影響因子等設(shè)計(jì)因子、多塘對(duì)徑流調(diào)控和凈化的作用機(jī)理、城市環(huán)境背景的梳理,結(jié)合對(duì)設(shè)計(jì)者的訪談和資料(如施工圖、設(shè)計(jì)圖、說(shuō)明文本等),勘察場(chǎng)地現(xiàn)狀。關(guān)注濕地的運(yùn)行情況、植被生長(zhǎng)狀況、管理使用情況并進(jìn)行記錄。對(duì)實(shí)施情況與設(shè)計(jì)有出入的地方,依據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況進(jìn)行修正,并做說(shuō)明。判斷其運(yùn)行效果并為制定監(jiān)測(cè)方案確定點(diǎn)位、頻率和指標(biāo)。在場(chǎng)地調(diào)研和監(jiān)測(cè)的同時(shí)觀察公園使用者的活動(dòng)類型、分布和偏好,訪談他們對(duì)公園的感受和評(píng)價(jià)。調(diào)研公園管理的組織機(jī)構(gòu),觀察公園管理者、安保和環(huán)衛(wèi)綠化人員的主要行為活動(dòng),訪談他們?cè)诠芾砭S護(hù)工作中主要內(nèi)容和難點(diǎn)。

2.2 水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)方案主要選擇有代表性的過(guò)程進(jìn)行取樣。監(jiān)測(cè)時(shí)間選擇7月下旬,雨量充沛,植物生長(zhǎng)較好。

水量調(diào)節(jié)規(guī)律主要通過(guò)沿程采集流速和徑流截面數(shù)據(jù)計(jì)算和分析流量。水質(zhì)調(diào)節(jié)效果主要通過(guò)多種情況下的采樣檢測(cè)濃度來(lái)分析污染物去除率。分別研究雨中、雨后、晴天污染物濃度發(fā)生變化的三種情況,以及濕地停止運(yùn)行對(duì)污染物的消納情況,同時(shí)采集運(yùn)河水樣以對(duì)比運(yùn)河自凈作用。采樣點(diǎn)分布見圖1。水質(zhì)檢測(cè)指標(biāo)的選取主要依據(jù)宜昌市地表水質(zhì)公報(bào)、文獻(xiàn)資料常用指標(biāo)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研預(yù)評(píng)估選擇了化學(xué)需氧量(Chemical Oxygen Demand,CODcr)、總懸浮物(Total Suspended Solids,TSS)、總氮(Total Nitrogen,TN)、總磷(Total Phosphorus,TP)、氨氮(Ammonia Nitrogen,NH3-N)、五日生化需氧量(Five-Day Biochemical Oxygen Demand,BOD5)和糞大腸菌群數(shù)(Fecal Coliforms,FC)等7項(xiàng)污染物指標(biāo)。

圖1 運(yùn)河公園多塘水流方向及監(jiān)測(cè)取樣點(diǎn)分布Fig.1 Water sampling points and water flow direction in the multi-pond

于2016年7月19日至27日極端降雨時(shí),對(duì)10個(gè)塘和運(yùn)河共12個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行了4次采樣,取樣同時(shí)采集流量數(shù)據(jù)。采樣時(shí)間考慮了徑流的流量變化、污染負(fù)荷變化、水力停留時(shí)間變化、晴天對(duì)照等因素。在2016年監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上,于2017年7月20日至27日連續(xù)8日晴天對(duì)系統(tǒng)的出入水口和運(yùn)河下游取樣監(jiān)測(cè),以研究日常情況下的調(diào)控效果并和前一年形成對(duì)比。

3 結(jié)果與討論

3.1 水量調(diào)控效果

圖2 不同入流量狀態(tài)下多塘沿程流量Fig.2 The discharge of the multi-pond with different recharge

通過(guò)對(duì)豐水期因降雨造成不同入流量(大、中、小流量)的濕地沿程流量的測(cè)量(圖2,從實(shí)驗(yàn)人員的安全角度考慮,在大、中流量的情況下未對(duì)采樣點(diǎn)8進(jìn)行測(cè)量),發(fā)現(xiàn)沿程流量進(jìn)入多塘后迅速被降低,而后面的單元流量又有所上升。當(dāng)出口流量小于入口流量時(shí)說(shuō)明水體被蓄積在多塘單元中；當(dāng)出口流量大于入口流量時(shí),說(shuō)明被蓄積的水被大量釋放出來(lái)?？梢钥吹皆摱嗵镣瑫r(shí)存在蓄積和釋放的過(guò)程。多塘就是在這蓄積和釋放的過(guò)程中,實(shí)現(xiàn)了對(duì)洪峰的延時(shí)和削減作用,且多塘的串聯(lián)形式形成了多級(jí)的調(diào)蓄。還可以看到流量越大,調(diào)蓄效果越明顯。因?yàn)榕潘芰τ邢?相對(duì)而言入流量越大調(diào)蓄效果越明顯。水體在塘中不斷蓄積,導(dǎo)致水位上升,隨之出流量增大。各單元下小上大的倒梯形排水口有利于高水位的時(shí)候排水和低水位的時(shí)候保持多塘內(nèi)水系的流動(dòng)。因此多塘的串聯(lián)級(jí)數(shù)、調(diào)蓄空間(豎向)和排水口應(yīng)成為該多塘型綠地設(shè)計(jì)的關(guān)注點(diǎn)。

3.2 水質(zhì)調(diào)控效果

運(yùn)河作為備用水源,執(zhí)行III類水標(biāo)準(zhǔn)。將水樣水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果與《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)對(duì)照,水質(zhì)總體情況較好。2016年結(jié)果顯示CODcr含量低于檢出限,后面不做討論,次年不再監(jiān)測(cè)；NH3-N、BOD5、TP、FC含量皆達(dá)到III類水標(biāo)準(zhǔn)；TN含量是III類水標(biāo)準(zhǔn)的3.5倍。2017年,水質(zhì)總體情況變好,TN含量降到III類水標(biāo)準(zhǔn)的約1.36倍,NH3-N、BOD5、TP含量也降到II類水標(biāo)準(zhǔn)。2016年的取樣條件隨降雨變化,結(jié)果發(fā)現(xiàn)雨中污染物含量最高,隨著天氣雨轉(zhuǎn)晴污染物含量先減小后又升高。說(shuō)明降雨會(huì)造成河流水質(zhì)的突變,污染物濃度先升高然后又被稀釋；晴天后污染物濃度上升,說(shuō)明運(yùn)河污染物還有一部分來(lái)自于城市污水排放。而2017年水質(zhì)總體提升,和宜昌市啟動(dòng)的控源截污、內(nèi)源治理等城區(qū)黑臭水體整治措施及采樣期間為晴天有關(guān)。

3.2.1污染物總體削減情況

將多塘的出入口和運(yùn)河上下游的取樣結(jié)果對(duì)比以分析多塘對(duì)污染物總體削減情況。

2016年監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示多塘對(duì)污染物的削減作用要好于運(yùn)河(表2)?？傮w上多塘對(duì)TN、TP、NH3-N、FC有明顯的削減作用,平均能達(dá)到38%、31%、21%、16%；對(duì)TSS和BOD5的削減作用不明顯,平均為-6%和1%。運(yùn)河對(duì)TSS、NH3-N、BOD5、TN和TP的平均去除率為-34%、-17%、-10%、-3%、-15%。

2017年監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示多塘對(duì)水體中的污染物并無(wú)明顯的削減作用甚至出現(xiàn)了污染物含量增加的情況,而運(yùn)河開始顯現(xiàn)一定的污染物去除效果(表3)。多塘TSS、NH3-N、BOD5、TN和TP的平均去除率為-152%、-32%、-102%、-5%、-126%,而運(yùn)河中TSS、NH3-N、BOD5、TN和TP的平均去除率為-34%、3%、-99%、-5%、-276%。此時(shí)運(yùn)河對(duì)TSS和NH3-N的去除效果要優(yōu)于多塘,BOD5和TN的去除率相差無(wú)幾,對(duì)TP的去除效果多塘要優(yōu)于運(yùn)河。

2017年來(lái)水水質(zhì)總體優(yōu)于2016年,污染物濃度高時(shí),多塘表現(xiàn)出明顯的去除作用；污染物濃度低時(shí),多塘污染物去除作用不明顯,說(shuō)明污染物濃度對(duì)多塘的處理效果有較大的影響。

在空間構(gòu)成上,運(yùn)河和多塘存在較大差別,包括水流路徑的長(zhǎng)短、河道空間形態(tài)和組成以及兩個(gè)空間上的人類活動(dòng)類型(人們?cè)谶\(yùn)河上釣魚而在公園養(yǎng)魚)等。運(yùn)河只有在污染物濃度較低時(shí)才表現(xiàn)出削減作用,說(shuō)明運(yùn)河對(duì)污染物的消納能力較為有限；而在2016年的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示為負(fù)可能是因?yàn)樵谶\(yùn)河河段存在未整治的生活污水排水口。低濃度來(lái)水時(shí)多塘表現(xiàn)為“源”,主要是因?yàn)槎嗵恋慕M成要比運(yùn)河復(fù)雜,可能的原因包括底泥沖刷、植被的腐敗、動(dòng)物的糞便以及人為的養(yǎng)殖的投喂活動(dòng)等等。

表2 2016年多塘和運(yùn)河對(duì)污染物的去除率/%

TSS: 總懸浮物 Total Suspended Solids; NH3-N: 氨氮 Ammonia Nitrogen; BOD5: 五日生化需氧量 Five-Day Biochemical Oxygen Demand; TN: 總氮 Total Nitrogen; TP: 總磷 Total Phosphorus; FC: 糞大腸菌群數(shù) Fecal Coliforms

表3 2017年多塘和運(yùn)河對(duì)污染物的去除率/%

3.2.2對(duì)不同濃度的污染物的削減效果

根據(jù)文獻(xiàn)研究可知,檢測(cè)指標(biāo)濃度的沿程變化最佳的擬合模型為指數(shù)衰減模型[25]。為了研究污染物濃度對(duì)多塘的處理效果的規(guī)律,采用2016年和2017年共5次沿程采樣的污染物濃度變化來(lái)的指數(shù)函數(shù)擬合反應(yīng)濕地對(duì)各類污染物的凈化效率(圖3)。發(fā)現(xiàn)盡管來(lái)水水質(zhì)波動(dòng)變化,但多塘系統(tǒng)的出水水質(zhì)較為穩(wěn)定(約為III類水)。多塘對(duì)高濃度的來(lái)水污染物具有明顯的去除效果；對(duì)中濃度的來(lái)水污染物去除效果較為不明顯；對(duì)于低濃度的來(lái)水污染物含量反而少量的增加。當(dāng)TSS、NH3-N、BOD5、TN、TP和FC濃度分別約為64 mg/L、1.081 mg/L、3.5 mg/L、5.52 mg/L、0.194 mg/L和3500個(gè)/L(V類和劣V類)時(shí),多塘表現(xiàn)出明顯的削減作用。當(dāng)TSS、NH3-N、BOD5、TN、TP和FC濃度分別約為35 mg/L、0.702 mg/L、2.1 mg/L、3.06 mg/L、0.097 mg/L和2200個(gè)/L(III類以下)時(shí),多塘不能表現(xiàn)出明顯的削減作用。當(dāng)TSS、NH3-N、BOD5、TN、TP和FC濃度分別約為41 mg/L、0.594 mg/L、0.9 mg/L、1.51 mg/L、0.028 mg/L和940個(gè)/L(約為II類水)時(shí),多塘不能表現(xiàn)出明顯的削減作用,污染物含量反而有所增加,但基本不改變水質(zhì)類型。這與相關(guān)研究結(jié)果一致：COD、BOD5、TSS等污染物去除率與進(jìn)水濃度間呈顯著正相關(guān)[26]。此外,還有研究表明去除率隨進(jìn)水負(fù)荷增大而增大[27]。在本項(xiàng)目中水質(zhì)的變化主要是由于降雨造成的,污染物濃度的增加常常伴隨著來(lái)水水量的增大,所以來(lái)水負(fù)荷也可能是一個(gè)重要的影響因素。

圖3 多種來(lái)水濃度下多塘沿程污染物濃度及擬合線Fig.3 Pollutants concentration and its fitting line in the multi-pond with different rechargeTSS: 總懸浮物 Total Suspended Solids; NH3-N: 氨氮 Ammonia Nitrogen; BOD5: 五日生化需氧量 Five-Day Biochemical Oxygen Demand; TN: 總氮 Total Nitrogen; TP: 總磷 Total Phosphorus; FC: 糞大腸菌群數(shù)Fecal Coliforms

3.2.3沿程污染物削減效果

分別對(duì)去除效果明顯的不同污染物的高濃度的兩組沿程各單元的去除率進(jìn)行分析(圖4)。發(fā)現(xiàn)除TSS外,NH3-N、BOD5、TN、TP和FC沿程去除率逐漸減小,即去除率前高后低。不是所有的單元都表現(xiàn)為削減作用,在整個(gè)過(guò)程中基本為削減和增加作用交替存在,但總體結(jié)果為削減。該多塘由10個(gè)單元串連而成,每個(gè)單元的空間形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、植被蓋度、水流方向都不同,因此,每個(gè)塘對(duì)污染物去除率也不同。去除率前高后低,主要是因?yàn)榈搅撕蟀氤塘魉械奈廴疚餄舛纫呀?jīng)降低了。和其他指標(biāo)不同,TSS的去除作用表現(xiàn)為先增加后減小,主要是因?yàn)門SS的去除作用主要通過(guò)吸附、沉淀和過(guò)濾等,在系統(tǒng)的前段流速較大導(dǎo)致一部分懸浮物被沖刷出來(lái),然后又在后半程沉淀下來(lái)。還可以明顯看到,最后一單元對(duì)除TSS外其他污染物的削減作用為負(fù)。對(duì)比設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的增氧噴泉并沒有建造,可以推測(cè)是因?yàn)樽詈笠粏卧娣e大水流緩慢又無(wú)增氧設(shè)施,導(dǎo)致了原塘中的污染物析出。

圖4 多塘沿程污染物去除及趨勢(shì)線Fig.4 Pollutants removal efficiency and its fitting line in the multi-pond

3.2.4多塘對(duì)污染物的消納效果

當(dāng)關(guān)上閘門濕地系統(tǒng)停止運(yùn)行,濕地系統(tǒng)就變成一個(gè)個(gè)封閉獨(dú)立的單元。通過(guò)關(guān)閘前后的水樣對(duì)比可以看到水力停留24 h后,幾乎所有單元內(nèi)的所有的污染物含量都出現(xiàn)了增加,去除率為負(fù)(圖5)。TN增加的含量最多,TP增加的含量最少,FC含量在一些單元出現(xiàn)減少。這一現(xiàn)象和系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)最后一單元污染物去除率為負(fù)都可能是因?yàn)楫?dāng)水停止流動(dòng),水體的復(fù)氧能力減弱,缺氧的環(huán)境會(huì)阻礙硝化反應(yīng)的進(jìn)行,厭氧環(huán)境與內(nèi)部的污水一起容易構(gòu)成死水區(qū),導(dǎo)致生物原先在好氧環(huán)境下吸收的N、P等物質(zhì)又重新釋放到基質(zhì)中,使水體物質(zhì)升高[28]。

圖5 水體停留24 h后各單元污染物含量變化情況Fig.5 Pollutants concentration in the muti-pond after a 24 h water standing

4 場(chǎng)地運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)

4.1 水量管理是一項(xiàng)重要的內(nèi)容

由于該系統(tǒng)位于城市水系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的下游,暴雨徑流不斷地匯集,運(yùn)河水量上漲的時(shí)間可能持續(xù)幾十個(gè)小時(shí)。多塘調(diào)蓄洪峰將大量的徑流蓄積在塘中,意味著公園內(nèi)的水位上漲。該系統(tǒng)排水能力有限,如果不是有人為干預(yù)進(jìn)水情況,必然造成水位不斷上漲,長(zhǎng)時(shí)間大量積水。目前主要采用人工控制閘門的方式,進(jìn)半天水,放半天水,如此反復(fù),既保證了多塘濕地系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行又能將水位控制在一定范圍。根據(jù)設(shè)計(jì)者的解釋,該多塘系統(tǒng)根據(jù)防洪標(biāo)準(zhǔn)做了豎向上適應(yīng)性設(shè)計(jì),可以在自然狀態(tài)下的持續(xù)運(yùn)行,水量的管理并不需要過(guò)多的人為控制。在管理者看來(lái)這是可怕且難以接受的,他們認(rèn)為不在雨季加強(qiáng)對(duì)水量的管理會(huì)影響公園的王蓮等水生植物景觀和游客的安全,但他們也認(rèn)為目前的控制方式過(guò)于繁瑣。設(shè)計(jì)者和管理者都表現(xiàn)出水量的管理的關(guān)注但在應(yīng)對(duì)上并沒有共識(shí)。如果能在關(guān)鍵的出入口設(shè)置水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)智能傳感設(shè)備,將有可能同時(shí)實(shí)現(xiàn)公園的智慧管理和監(jiān)測(cè)評(píng)估兩項(xiàng)目標(biāo)。

4.2 多塘景觀在管理運(yùn)行中衍生出更加豐富的內(nèi)容

在預(yù)調(diào)研的時(shí)候,發(fā)現(xiàn)有三個(gè)單元在養(yǎng)殖魚、鴨、鵝,并把這一現(xiàn)象列為對(duì)多塘水質(zhì)凈化作用的干擾項(xiàng)。但是經(jīng)過(guò)檢測(cè),在多塘運(yùn)行情況下養(yǎng)殖投喂并沒有造成多塘系統(tǒng)污染物含量的增加。并且在場(chǎng)地觀察到：一方面,公園里養(yǎng)殖鴨和鵝,以及水里的魚和烏龜是游客們尤其是兒童最喜歡的內(nèi)容；另一方面,工人是將公園草地中清除的雜草投入塘中喂魚,既管理了公園的草坪又沒有增加城市的環(huán)衛(wèi)負(fù)擔(dān)。養(yǎng)殖其實(shí)實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)凈化、觀賞體驗(yàn)和公園管理三方面目標(biāo)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。這顯然是設(shè)計(jì)者也沒有考慮到的,而如果單從水質(zhì)凈化考慮可能只能得到單一的景觀。項(xiàng)目在設(shè)計(jì)建成運(yùn)行十年之后不僅實(shí)現(xiàn)的最初的設(shè)計(jì)目標(biāo),還在管理運(yùn)行中衍生出了更加豐富的內(nèi)容。

4.3 沒有建成評(píng)價(jià)會(huì)可能導(dǎo)致目標(biāo)的丟失

根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果,最后一單元水質(zhì)凈化效率低,而對(duì)比設(shè)計(jì)方案,設(shè)計(jì)中的增氧設(shè)施沒有建設(shè)。建議可增加建設(shè)后再進(jìn)行監(jiān)測(cè)驗(yàn)證。管理者并不關(guān)心多塘對(duì)城市地表水質(zhì)的凈化提升作用,但他們關(guān)心公園的景觀效果和養(yǎng)殖塘的水質(zhì)。一個(gè)項(xiàng)目從規(guī)劃設(shè)計(jì)到建設(shè)運(yùn)行管理,主要由不同人群的負(fù)責(zé)。目標(biāo)層層傳導(dǎo),最終有可能會(huì)發(fā)生改變或丟失。所以對(duì)建成項(xiàng)目運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估以回顧設(shè)計(jì)目標(biāo)是必要的。通過(guò)短期和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)結(jié)合,實(shí)施全生命周期管理,無(wú)論是監(jiān)測(cè)方案、設(shè)計(jì)方案、運(yùn)行管理方案都可以通過(guò)評(píng)價(jià)結(jié)果的進(jìn)行不斷地優(yōu)化更新,項(xiàng)目中產(chǎn)生經(jīng)驗(yàn)也可以不斷積累,場(chǎng)地功能與社會(huì)發(fā)展的問題也可以不斷協(xié)調(diào),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)場(chǎng)地的可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)論

以建成運(yùn)行多年的宜昌運(yùn)河公園中的多塘型城市綠地為研究對(duì)象,制定了水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)計(jì)劃,分析了其在日常和降雨條件下對(duì)來(lái)水水量水質(zhì)的調(diào)控效果和規(guī)律,并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)觀察和訪談?dòng)涗浟斯芾磉\(yùn)行中的經(jīng)驗(yàn),討論了從設(shè)計(jì)到運(yùn)行可能對(duì)城市綠地生態(tài)服務(wù)功能的發(fā)揮產(chǎn)生影響的因素。多塘對(duì)動(dòng)態(tài)變化的來(lái)水水質(zhì)水量的調(diào)控表現(xiàn)出彈性適應(yīng)效果：在一定范圍內(nèi),流量越大調(diào)蓄效果越明顯；污染物濃度越大,去除率越大。主要結(jié)論如下：

(1)多塘系統(tǒng)有明顯的調(diào)蓄作用,通過(guò)將徑流蓄滯在各個(gè)單元中,再緩慢釋放出來(lái),從而達(dá)到削減洪峰和延遲洪峰的徑流調(diào)控效果。串聯(lián)形式的多塘形成了多級(jí)的調(diào)蓄作用,使得因暴雨而陡漲的徑流經(jīng)過(guò)多級(jí)的調(diào)蓄而變得平緩。由于調(diào)蓄空間充足而排放能力有限,相對(duì)而言流量越大調(diào)蓄作用越好。因此多塘的串聯(lián)級(jí)數(shù)、調(diào)蓄空間(豎向)和排水口應(yīng)成為該多塘型城市綠地設(shè)計(jì)的關(guān)注點(diǎn)。

(2)多塘對(duì)水質(zhì)的調(diào)控作用優(yōu)于運(yùn)河,對(duì)高濃度(V類和劣V類)的污染物有明顯的去除作用,對(duì)N、P元素的去除效果較好。對(duì)低濃度(III類)的污染物去除作用不明顯,濃度較低(II類)時(shí)會(huì)釋放一定含量的污染物,但基本不改變水質(zhì)的類型。從沿程去除效果來(lái)看,多塘前半部分污染物去除率高,后半部分去除率低或?yàn)樨?fù)。從停運(yùn)狀態(tài)來(lái)看,水體蓄積在塘中24 h污染物含量會(huì)增加。

(3)公園從設(shè)計(jì)到運(yùn)行由設(shè)計(jì)、建造、管理多方人員主導(dǎo),他們的關(guān)注點(diǎn)不同,并沒有在所有方面達(dá)成共識(shí)。場(chǎng)地經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行和持續(xù)的管理維護(hù),最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)出現(xiàn)了簡(jiǎn)化、丟失或改變的情況,但也衍生出了更豐富多樣的景觀。通過(guò)績(jī)效評(píng)價(jià)可以促進(jìn)項(xiàng)目的優(yōu)化、經(jīng)驗(yàn)的積累和場(chǎng)地的可持續(xù)發(fā)展。