自然湿地水环境修复要素

(一)自然湿地水环境修复要素

1.雨水的收集和储存

雨水是天然湿地的主要水源。与雨水相关的生态修复主要包括两个方面:一是如何收集和储存雨水;二是如何将雨水与城市污水和废水分离。

对于城市湿地来说,雨水收集和回用是非常必要的,主要分为自然收集和人工收集两种模式。在城市湿地生态恢复过程中,应根据具体湿地的具体情况,选择相应的雨水收集模式。

自然收集方式是指在不借用任何人工施工行为或人类建筑结构的情况下,以纯自然的方式收集雨水。主要有三种类型。一是低洼绿地。在自然界中,水流向低洼处,所以自然地形的低洼处就是自然雨水的汇集处,当然在设计地形时可以控制这一部分。第二,树木和地面覆盖物。树木和地表覆盖物属于植物过滤的范畴。通过植物,减少了雨水对地面的侵蚀,使雨水可以慢慢渗入土壤中储存,或者继续过滤,然后流入地下水。三是雨水收集最直接的方式,直接排入水体储存。

人工收集方式主要是指利用部分建(构)筑物的施工设施,通过雨水收集器将雨水导入人工管网系统,最后通过管网将雨水输送至储罐或储罐储存,当需要使用时,它将被加压使用。主要有四种形式,包括在地形控制中设置人工凹地绿地、在施工过程中设置屋面集水、渗水路面和渗水路面集水。

当然,为了防止清洁雨水被城市污水污染,在敷设管道时往往采用雨污分流的方式,即雨水集输管道和污水集输管道是两条不同的管道。

一般来说,城市湿地是雨水收集的终点。当湿地水位高于城市系统水位时,雨水排入人工管网系统,采用人工收集方式;当湿地水位低于城市系统水位时,以湿地内湖区为最终雨水收集点。

2.地表水

雨水是地表径流的来源。当雨水不能被植物和土壤完全吸收时,就会产生一定方向的地表水流。在城市湿地设计中,地表径流主要由地形决定,并沿河流由高到低运动。地表径流湿地生态系统蓄滞过程中必须考虑的因素是维持水生态系统和保证城市生态安全的关键。

城市湿地常见的地表径流模式有:单向型、多向型、散点型和线性型。这四种模式直接决定了城市湿地排水系统的设计。(https://www.daowen.com)

单向格局也意味着湿地立地表面高度的变化是单向的。例如,北方比南方高,南方比南方低。由于这种地形,集水区宽度往往较大,因此南方的排水口或湖区面积应相应增加。这种集水方式不利于准确集水,而且集水距离长,会造成污染。

多向类型在彼此垂直的另一个方向添加汇流,因此可以减少汇流点的设置,但不会减少汇流距离和污染的可能性。

散射类型是最常用的汇水模式。通过设置多个分散式排水管出口,城市湿地各点的集水距离不长,大大减少了集水距离过长造成的连锁缺陷。但相应地,要设置的排水口较多,地下管网工程的难度和成本也随之增加。

线性汇水是通过线性管道或河道,经过整个城市湿地内部区域,使所有地表径流都能先流入线性河道或管道,然后被收集和储存。这是最有效的方法,既能有效地收集水,减少污染,又能控制成本。在许多城市,河流扮演着与模型中的线路相同的角色,作为整个城市的线性集水区中心,例如新加坡。一般来说,城市湿地将与城市排水管网系统相结合,最终引导多余的水进入城市管网。城市湿地生态恢复必须考虑实际情况和蓄滞洪区的要求,实现自然水和人工水的综合循环。

3.净水方式

在城市湿地生态修复过程中,必须处理好地表水的净化问题。湿地本身具有一定的净化功能,可以沉淀重金属离子等污染物。但如果负荷超过湿地自身的调节能力,仍会造成不可逆转的严重污染,甚至破坏湿地生态系统的生态安全。因此,城市湿地必须有多个净水区。如果城市湿地内有线性河道,可以直接选择河道流速较慢的河段;如果河道不适合自然净化,可以在所有取水点进行,即净化区在河道周围。

此外,城市湿地的净化必须采取分步、多次的原则。也就是说,必须设置多个净化集水点,每个集水点必须净化后才能排入江河湖泊。需要强调的是,这里所指的净化工艺并不是人工专业净化设施的标准工艺,而是城市设计中通过地形和植物的设计而形成的自然净化工艺,主要包括石笼净化三种类型,砂岩净化和生物净化。其中,石笼净化主要去除水中的木材、大型垃圾等大型杂质,砂净化可以去除小型固体污染物,生物净化可以吸收水中的杂质和污染颗粒,因此必须按照石笼净化、砂净化和植物净化。

石笼净化是将铁丝网绑成网,在铁丝网内部填充不同大小的碎石,然后放入水中。当水流过铁网时,水中携带的大杂质被石块堵塞,不能通过石块之间的缝隙,达到净化水、去除水中杂质的目的。作为净化过程的第一步,这是城市湿地水体常用的一种方法,常见的形式是砂净化。砂净化工艺的原理与石笼净化工艺相似,石笼净化工艺是利用较小的沙粒和细石块进行的。不同的是,它可以过滤更小的杂质,包括藻类。植物净化对象不同于二者,主要针对水中的有机物,被植物根系吸收。

由于净化工艺内容不同,在进行城市湿地水体净化时,必须根据地形选择合适的净化区域。常见的有自然落水和人工小型碾压坝。

修复和改善湿地良好水环境的主要途径是采用人工措施,如:截污、清淤、促流、除藻等,以提高水体的自净能力和污染吸收能力。例如,在厦门五元湾湿地生态修复中,在充分了解五元湾湿地地形地貌、污染源分布特征和水文特征的基础上,结合五元湾湿地公园总体设计和规划,结合建设自然生态公园的要求,采用泥沙矿化处理、微生物净化、人工浮岛净化、生物格栅、增氧推流、复合滤池处理,人工湿地等生态修复技术措施,通过逐步改善、修复、重建多个污染点,最终实现水质改善。在此基础上,厦门婺源湾湿地设计制造了125个花瓣型人工浮岛,总面积1000平方米,分散固定在水系湖区;通过水生植物根系的吸收,在湿地公园东侧设置人工湿地2400平方米,结合迷宫景观,通过微生物的分解、矿化和植物化感作用对污染物的作用,减少水体中的营养盐和氮、磷等有机物,抑制藻类生长净化水质恢复生态。