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導讀:：人工濕地是設計有特定目的的。通過合理的設計、施工、運行、管理。提高水質凈化能力。武河濕地概況。武河濕地位于臨沂市中心南部。

關鍵詞：人工濕地，設計，水質凈化，武河濕地，臨沂市

1前言

人工濕地可以定義為由濕地植被、土壤及其相關的微生物組成的，通過合理的設計、施工、運行、管理，以凈化水質等主要目的，也同時致力于改善和保護現狀濕地的人工系統[1~5]。人工濕地與自然濕地在以下幾個方面存有區別：一方面，人工濕地是設計有特定目的的，主要用于改善水質、減少環境污染帶來的健康風險、發展濕地旅游等;另一方面，決策者對于人工濕地更關注其設計價值，往往忽視其其他生態系統服務價值;再次，人工濕地需要管理，為濕地植被和微生物提供生存環境。人工濕地以其高效的水質凈化能力以及較低的建設和運行管理成本，博得了很多國家的青睞，在國際上得以快速推廣[1,6,7]。

自從改革開放以來，我國的社會經濟得以快速發展，城市化已經成為不可扭轉的趨勢。水既是生命之源，農業、林業、畜牧業的命脈，同時也是城市賴以存在和發展的基礎性資源。因水而興，因水而存人工濕地，因水而盛，因水而名，因水而發展是我國很多城市的共同特點。然而，水資源匱乏和水資源短缺正成為影響大多數城市進一步發展的關鍵因素之一[1,8]。伴隨著社會經濟的不斷發展和公眾生態保護意識的不斷提高，濕地生態系統的重要性受到越來越多政府和人民的關注[1]。然而，由于缺乏一套較為成熟的工程設計、施工、運行、管理和價值評估的體系，使得人工濕地在國內的廣泛普及受到了一定的影響[1,4,6,8]。不僅如此，建設人工濕地需占用大面積的土地，這對于很多用地日趨緊張的城市來說，是制約人工濕地發展的另一個重要因素[1,7,8]。因此，結合當地的社會經濟和生態環境特點，合理設計和建立人工濕地，對于促進人工濕地在國內的進一步開發，在保護生態環境的同時實現社會經濟的協調可持續發展也有重要作用。

2武河濕地概況

武河濕地位于臨沂市中心南部，介于118°16′46′′E 和 118°23′21′′E 以及 34°48′15′′N 和 34°53′54′′N之間，面積2萬畝。武河濕地是1958年建成的邳蒼分洪道的一部分，自從1974年分洪以來就再未啟用。作為臨沂市的兩條排污河道，陷泥河和南涑河在此處匯入武河濕地。武河濕地周邊有28個行政村，4.6萬人口。為進一步提升臨沂城的水環境質量，改善下游水質，提高居民的生活環境，降低因環境污染引起的健康風險，增加農業有效灌溉面積，發展濕地旅游，提高公眾的環保意識，臨沂市政府投資1.03億元，建設武河濕地。

3武河濕地的工程設計

臨沂市水利局、臨沂市水利勘測設計院、臨沂市環保局作為牽頭單位，聘請多位生態、環境、經濟、工程、水利、水文等方面的專家，參與了武河濕地的工程設計方案的評價、改善、優化工作。

3.1工程設計原則

以保護和恢復濕地資源為前提，武河濕地通過重建濕地植被及其相關的微生物系統來模擬自然濕地，通過植被的吸收和微生物的降解，達到凈化水質、改善生態環境的目的。

3.1.1 保留自然基底，最小化生態影響

自1974年最后一次分洪以來，武河濕地經歷了近四十年的自然恢復，濕地現狀植被和自然景觀良好。人工濕地的設計和建設是在保留現狀基底的原則下進行的人工濕地，盡量避免對現狀植被和自然景觀破壞，這將有助于改善動植物的棲息地，營造植被多樣性景觀，增加濕地微地形的自然曲線美，同時也減少了工程量和工程投資。

3.1.2 功能多樣化原則

武河濕地設計建設的主要功能是凈化城市尾水、改善當地居民健康狀況、增加農業有效灌溉面積、發展濕地旅游。然而，濕地的價值還遠遠不止這些。人工濕地除了其設計功能外，還具有濕地共有的一些生態功能，比如大氣調節、旱澇緩解、生物多樣性保持、土壤形成等。這些潛在的生態功能往往不被決策者所關注，在保證濕地設計功能的同時，將濕地的這些潛在生態功能充分發揮出來，將會進一步豐富濕地功能的多樣性，提高決策者和公眾對濕地的認知度。

3.1.3 水流平穩原則

人工濕地的水位和平穩的水流是關系到水質凈化的兩個重要因素�；谖浜訚竦氐匦蔚孛埠椭脖坏奶攸c，合理的設計和布置水流控制單元，包括擋水壩、布水堰、節制閘、滯留塘、管理通道等。水流控制單元能夠有效避免濕地出現滯留區和水流短路，在汛期及時排走洪水，相隔一定距離使水流重新布水，確保水流最大程度的流經濕地植物及相關微生物群落，以確保濕地凈化水質的功能得以最大程度的發揮。

3.1.4 增強景觀美學原則

武河濕地建設的主要目的之一是促進濕地旅游、開展濕地教育。因而，在濕地的設計和施工過程中，要注重提升濕地美學價值，打造濕地生態景觀。武河濕地設計有5座擋水壩、8個滯留塘、10處溢流堰、18座節制閘、20個濕地處理單元、39個生態島，以及13.44km的濕地管理通道網。盡管這些濕地控制單元的主要設計功能是調控濕地內水流和水位，但是在設計時要求兼顧其美學價值和景觀生態價值，使這些控制單元在形狀、顏色、尺寸、曲線，以及與植被搭配等方面體現多樣性，豐富濕地景觀。

3.2 濕地組成單元的工程設計及其功能

以上述設計原則為指導，在充分調研現場地質、地形地貌、植被景觀等的基礎上，武河濕地設計了一系列的功能單元，每個功能單元都有其特定的設計目的，包括擋水壩、滯留塘、溢流堰、節制閘、濕地處理單元、生態島、管理通道等(圖1)。這些功能單元合理布置、相互協調配合，對調控濕地內水流水位，避免形成滯水區和水流短路，加強濕地的美學價值和景觀生態價值等有重要貢獻(表1)。

圖1武河濕地設計圖

Fig.1 Engineering design and its components of Wuhe Wetland

管理通道: 沿著濕地內主河槽的一側，設計有13.44 km長的管理通道(圖1A)。該通道主要起到控制水流的作用，并與濕地內的擋水壩和溢流堰相配合人工濕地，形成了濕地的20個處理單元，使主河道的水流合理的分配進濕地。管理通道同時也為濕地管理人員、設備進出濕地，以及旅游者游覽濕地提供方便(圖1A)。

生態島:為豐富生物多樣性，濕地不僅要為水生生物提供棲息地，同時也要為一些陸生生物，如鳥類、昆蟲等提供棲息地。武河濕地利用平整濕地基底時多余的土，設計建設了39個不同形狀和大小的生態島，島上大量栽植以本地種為主的植物，其主要目的是為陸生生物提供棲息地，提高濕地的生物多樣性，合理利用濕地內的土壤，減少工程投資，提升濕地的美學和景觀價值(圖1B)。

溢流堰: 根據武河濕地的地形和水流特點，設計建設了10處溢流堰，其主要作用包括：首先是重新布水，使水充分流經濕地，其次是避免形成死水區或水流短路，再次是讓水流經溢流堰時充分曝氣，提高水質凈化能力，第四是通過豐富溢流堰的形態多樣性及其形成的跌水景觀，增加濕地的美學和景觀價值(圖1C)。

滯留塘:為緩解進水水流的沖擊力，充分沉降水里的懸浮物，并與溢流堰相配合，使水流每隔一定距離重新布水，武河濕地設計了8個滯留塘。通過在滯留塘里面栽植菖蒲、蓮藕、蘆葦等濕地植物，既提升了實地的水質凈化能力，同時也增加濕地的美學和景觀價值(圖1C)。

表1武河濕地各組成單元的功能

Table.1. Functions of Wuhe Wetland components

涵管涵閘: 基于武河濕地的微地形和地勢以及水流特點，武河濕地設計建設了7處涵閘和11處涵管(圖1D)，其主要功能一是確保水流能最大程度的流經濕地，二是要盡量避免死水區和水流短路的形成，三是便于調控每個濕地處理單元的水位和水流。

擋水壩：在河道比降較大的地點設計建設了5個帶閘擋水壩(圖1E)，一方面是為了防止因水流流速過快而降低了濕地的水質凈化能力，另一方面是防止濕地內水位過高而影響濕地植被的健康生長，第三是通過擋水壩擋水可以形成大水面和大尺度濕地植被景觀，在提升濕地美學價值和景觀價值的同時人工濕地，也為各類濕地生物提供了隱蔽的棲息地，第四是汛期時，通過開閘放水把洪水及時排除，保障了濕地的安全。

植被: 濕地植物要以本地種為主，這樣一方面可以充分保證濕地植物的適應性和成活率，另一方面可以降低采購種苗的成本，第三是在植被出現死亡時能夠及時更新替換。濕地植物要求盡量豐富，這對于以下幾個方面有重要的作用(圖1 F和G):

l 穩定濕地基底，避免或減少死水區或水流短路的形成，使水流均勻分布到濕地的各個處理單元;

l 吸收濕地內水中的碳、氮、磷、硫、重金屬等;

l 為微生物、魚類、鳥類等生物提供棲息地和食物;

l 濕地植被在形狀、大小、顏色等方面的多樣性也為濕地創造了美學價值;

l 濕地植物的生長也增加了生物量的生產能力。

處理單元: 在實地調研的基礎上，以武河濕地地形地貌現狀為肌理，以工程措施平整濕地處理單元的地面，使濕地處理單元在形狀上體現多樣性，為濕地植物的生長、濕地水質凈化提供平臺。

4 武河濕地水質凈化效果分析

武河濕地設計污水平均日處理能力30萬噸，水在濕地內的停留時間為7天。在武河濕地兩個入水口和出水口分別設立了一個監測站(M1，M2和M3)，監測來自陷泥河和南涑河的進水水質情況，及濕地出水水質情況(圖1)。選取CODcr、NH3-N、BOD、SS和TP作為水質分析因素。通過表2可以看出，武河濕地對CODcr、NH3-N、BOD、SS和TP有著較高的去除率，分別為84.8%、98.7%、81.6%、88.9%和95.1%，均高于設計的去除率(表2)網。實踐表明，武河濕地不僅達到了各項設計要求，而且在吸收氮、磷、鉀等方面還有著突出的表現。

表2. 武河濕地水質凈化效果

Table.2. Effects of wastewater treatment on Wuhe Wetland

注: a 表中檢測數值來源于自武河濕地建成以來的135次檢測結果的平均值。

5結論與討論

通過分析武河濕地的設計及運行情況，可以看出水流調控是影響濕地水質凈化效果的關鍵因素。武河濕地設計建設有101個水流調控設施，基于武河濕地地形、地勢、水文、植被等特點的基礎上，對這些水流調控設施進行合理的設計和布置，確保水流能夠充分流經濕地，避免死水區和水流短路的形成，控制濕地內的水流和水位，從而達到最好的水質凈化效果。同時，政府抽調專業技術人員和管理人員，成立專門的濕地管理機構，并配置相應的管理設備，使水流調控設施能夠得到及時的維護，為濕地的科學管理和良久運行提供了保證。通過分析武河濕地水質凈化效果可以看出人工濕地，武河濕地經過一段時間的運行，基本實現了設計要求，可以高效去除水中的CODcr、NH3-N、BOD、SS、TP等，在進水水質為V類或劣V類的情況下，出水水質基本達到了III類水質。

建設人工濕地需要占用大量的土地，這對于目前土地日趨緊缺的中國城市來說，是限制人工濕地推廣的一個主要因素。以武河濕地為例，占地共800公頃，是建設同等處理能力的污水處理廠所需土地面積的40倍。然而，利用長期不用的河流故道建設人工濕地，對于很多濱水城市來說，不僅不會占用城市用地，而且還提高了土地的利用率，武河濕地便是一例。臨沂市武河濕地的案例研究表明，科學設計和建設人工濕地對于凈化城市尾水，改善沿線居民健康狀況，發展濕地生態旅游，提升城市自然生態環境質量，實現社會經濟和生態環境的協調可持續發展有著重要的理論和實踐意義。同時也為人工濕地在國內更多城市的推廣普及起到了重要的推動作用。

參考文獻

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