傍水而居、水清岸绿,成为人们崇尚自然,追求高品位生活的一种需求。因此住宅小区尤其是xx住宅小区景观水体建设已成为房地产开发的趋势,是房地产开发商必须考虑的重要因素之一,但景观水体水量不足、水质污染、后期维护、管理不到位等已成为景观水体遇到的普遍问题。本文针对住宅小区景观水体存在的问题,对住宅小区水体生态构建、水质保持、防渗措施等方面进行比较研究,为住宅小区景观水体建设提供借鉴。
一、景观水体一般特征及存在的问题
住宅小区景观水体一般利用自然水体改造后形成或由人工开挖形成,根据对已建住宅小区景观水体现状调查,由于受各种条件限制,住宅小区景观水体主要存在以下一些特征及问题:
1)蒸发及渗漏较严重
景观水体水量平衡是保持住宅小区水景观的关键因素。由于景观水体水深普遍较浅,水面蒸发量较大,并存在水体底部和侧向渗漏,水量损失通常比较严重,同时绿地浇灌取水也一定程度上减少景观水体的水量,水量不足已成为景观水体遇到的普遍问题。对上海65个住宅小区景观水体现状调查表明,景观水体水深不足1m的约占73%,有些景观水体由于蒸发和渗漏损失及补水不足,几近干涸。
(2)水体静止或流动缓慢
景观水体一般为封闭或半封闭型水体,缺乏与外界大水体的沟通与交换,水体静止或流动缓慢,换水率低使景观水体成为一潭死水。由于景观水体一般面积较小,水面宽度有限,不能形成有效的风致流、重力流,水动力条件较差。同时由于受场地限制,在水景设计中景观水体往往出现水体流动性差的死角,死角部分水体易恶化,污染物也易在死角处沉积,成为景观水体的内源污染,并影响水质和整个景观水体。
(3)补水不足,水质污染较严重
景观水体要满足景观功能,其水质应达到一定的感官性状指标要求,主要为透明度、色度、嗅觉以及景观水体中污染物浓度等。由于目前河道、湖泊等水体污染较严重,而清洁水源优先保证生活生产用水,一般不允许景观取水和换水,景观水体补水来源十分有限。而能从外界大水体补水的,一般水质均较差,难以达到景观用水水质标准。景观水体通常不接纳外来污水,因此目前景观水体补水主要从三个途径取得:xx降水、直接取用自来水、外界水体净化后取水。取用雨水需增加基础设施投资。直接取用自来水成本较高,且对水生态有一定的不利影响。外界水体净化后取水的水质中氮、磷等营养盐含量较高,容易引起景观水体藻类的异常增殖。以上途径补水中的氮、磷等营养物长期累积后如无水生生物来消解并将其从水体中移除,则易导致蓝藻等大量繁殖,从而降低水体的透明度,水体可能发绿并有异味,不利于景观水体水质的长期保持。藻类死亡后分解耗去水体中大量的溶解氧,形成厌氧环境,其他水生生物也因缺氧而死亡,情况严重时,水体将出现黑臭现象,影响景观效果的同时还影响周围居民的身心健康。
4)水生态系统不完整
完整的生态系统是由生产者、消费者、分解者所构成。生产者作为生态系统的能量来源,决定整个生态系统的稳定和发展。然而,许多小区的景观水体中的水生植物种类单一,尤其护岸及护底采用硬质结构型式,表面光滑、生硬,使水生生物生境受到很大制约,不适合水生动植物和微生物的栖息,同时又阻断了水陆生物间的物质和能量交流。景观水体水深较浅,生境单一,没有深浅、缓急、曲折之分,使众多水生生物无隐蔽和藏身之处。生物链从生产者到分解者节节受阻,难以形成一个完整的、功能健全的、良性的水生态系统。
(5)后期管理与维护不到位
景观水体建设初衷是创造一个优美的水景观,为居民提供一个亲水、休闲场所,因此对建设初期的一次性投入比较重视,但往往忽视后期的运行管理,因管理、维护不到位造成水面垃圾漂浮、岸边杂草丛生、水体发黑发臭,影响居民生活环境和景观。
二、景观水体工程构建技术
景观水体工程构建主要包括底部构建和驳岸构建两部分,整体结构有3种基本形式:硬质型、近自然型和组合型。
(1)硬质型
传统硬质护岸主要从驳岸安全角度考虑,主要有浆砌块石、干砌块石、预制混凝土等结构。这种护岸结构型式虽较简单,但比较生硬和呆板。硬质材料和结构割断了水陆生态系统的物质流和能量流,不利于景观水体的水质保持。
(2)近自然型
近自然型护岸是以接近自然、廉价并有利于景观的方式进行护岸设计。近自然护岸强调人为环境与自然环境之间的互动,达到互利共生的目的。近自然护岸应用生态工程手法在岸坡种植植物,减少随地表径流流入水体的污染物,并起到护坡的作用。在岸边消落区实施近自然固岸法,使得水体能够形成一个可自我维持、达到良性循环、具有生命力的生态系统。
(3)组合式
在一些地质条件较差的地区,通常采用传统硬质护岸与近自然护岸相结合的组合式驳岸,一方面可达到传统护岸工程安全、防渗的目的,另一方面可充分发挥景观水体水生态系统的净化功能,同时可有效改善水体景观的层次。
三、景观水体生态构建技术
景观水体生态构建是景观水体水质保持中的重要技术环节,主要包括湿地净化技术、生态浮床技术、人工沉床水质净化技术、滨岸缓冲带技术、水生植物净化技术。
(1)湿地净化技术
人工湿地根据自然湿地生态系统中物理、化学、生化反应的协同作用来净化污染水体,一般由人工基质和生长其上的水生植物(如美人蕉、香根草、香蒲等)组成,是一个独特的土壤-植物-微生物生态系统。人工湿地可以促进污染水体中营养素的循环,使水体中所含的氮、磷等营养物质以生物生长形式再利用。人工湿地具有高效率、低投资、低运转费用等优点。在景观水体的岸边滩地建设人工湿地处理系统,抽取住宅小区内受污染水体进入湿地处理后再回流入水体,改善水质。
(2)生态浮床技术
生态浮床是一种适用于封闭静止水域的新型水体净化技术。生态浮床以泡沫材料等为浮床,以海绵等为基质,采用无土栽培技术,将美人蕉、香根草、空心菜和水竹苗等栽培在浮床上,利用浮床植物吸收净化水体中的氮、磷等有机营养物质,吸附悬浮物,并释放氧及促进有机物分解的物质。随着水体中的溶解氧大幅度增加,污染水体的生态系统逐步得以恢复。
(3)人工沉床水质净化技术
人工沉床水质净化技术利用沉水植物吸收含氮、磷等营养物质来净化污染水体。沉水植物一般耐污能力较差,水深和水下光照强度也限制沉水植物的生存。当水体透明度下降,处于光补偿深度以下的沉水植物会逐渐萎缩死亡。采用人工沉床水质净化技术净化污染水体时,可以结合水体的水质特点及光补偿深度,选择合适的沉水植物和沉床深度来净化污染水体。目前国内广泛采用的沉床形式有地毯式沉床和卷帘式沉床,沉床植物有苦草、眼子菜、金鱼藻、伊乐藻等。
(4)滨岸缓冲带技术
滨岸缓冲带指建立水体沿岸的各类植被带,包括林地、草地或其他土地利用类型。主要目的是拦截过滤进入水体的泥沙、有机质、杀虫剂和其他有害物质,保护水质。滨岸缓冲带的建设及其植物的选择需结合城市景观和城市规划的要求,与周围景观相协调,并充分发挥缓冲带的截留过滤功能。
(5)水生植物净化技术
水生植物净化技术是以水生植物为主体,利用物种间共生关系和充分利用水体空间生态位与营养生态位的原则,在水体中建立高效的人工生态系统,以降解水体中的污染负荷,改善水质。水生植物的主要作用包括输氧、吸收、降解、吸附过滤、抑制藻类生长等。对于小区景观水体而言,其流速慢、水深不大的特点适宜于栽种水生植物净化水质,改善生态环境。目前广泛用于水体净化的水生植物主要有挺水植物、浮水植物、漂浮植物和沉水植物四种。
四、景观水体水质保持技术
景观水体水质保持技术包括重污染时的高效快速治理措施和微污染期的低成本控制技术,从原理上划分主要有物理法、化学法和生物法及其组合。
(1)物理法
物理法包括曝气法、石床法、砂滤法、池内循环法、换水法等,对于景观水体主要通过稀释、增加溶解氧等措施来提高水体的自净能力。
a、曝气法
人工曝气是采用相应的设备使空气中的氧转移到水体中,提高水体溶解氧的过程。曝气方式主要有自然跌水曝气和机械曝气两种。自然跌水曝气充氧效率低,但能耗低,维护管理简单,在充氧量要求不高时采用。机械曝气充氧效率高,运行灵活,广泛应用于湖泊、水塘等缓流或静止水体的充氧,提高水体的自净能力,可在一定程度上抑制水体富营养化的发生。
b、石床法及砂滤法
利用砾石、砂石的吸附、吸收作用降低浊度、去除部分污染物及藻类,提高水体的透明度,改善水体的景观效果。主要适用于藻类和悬浮物较少的景观水体,但对氮、磷的去除效果不佳。
c、池内循环法
针对景观水体水流缓慢、水动力条件较差的特点,在水景观设计初期,根据水体的大小,结合景观设计配套水循环系统,形成水体强制循环流动,改善景观水体的水动力条件,提高水体的溶氧量和自净能力。
d、换水法
换水法是利用清洁水来置换景观水体中部分或全部水量,稀释景观水体中的污染物浓度,增加水体的透明度,提高水体的溶解氧,提高景观水体的水质。换水法是保持景观水体水质的主要方法之一。
e、紫外线杀灭法和臭氧杀灭法
利用紫外线或臭氧迅速杀灭藻类,提高水体的透明度,改善景观效果,是水质污染严重时采用的应急技术手段。
(2)化学方法
化学方法一般适用于重污染时的水质净化,也是水质保持的应急措施,具有见效快的特点。化学法一般包括化学沉淀法、化学药剂法、加药气浮法。
a、化学沉淀法
化学沉淀法净化对象主要为水中的悬浮物和胶体杂质,对重污染的水体可取得较好的净化效果。混凝沉淀法具有操作和维修方便、效果好等特点,但基建费用和药剂成本较高,沉淀污泥还伴生二次污染。
b、化学药剂法
通常协同其它工艺作为景观水的预处理措施。杀藻常用的药剂有硫酸铜、漂白粉、明矾、聚铝和硫酸亚铁等。由于硫酸铜对鱼类有毒性,不宜用于养鱼水体,铁盐则会增加水的色度。
c、加药气浮法
加药气浮法是一种曝气和投放化学药剂相结合的方法,通过投放化学药剂去除污染物,其产生的絮状物通过微气泡黏附后浮于水体表面,然后通过机械刮渣去除。按照微细气泡产生的方式,可将气浮净水工艺分为分散空气气浮法、电解凝聚气浮法、生物及化学气浮法和溶气气浮法(真空式气浮法和压力溶气气浮法)。目前应用较多的为部分回流式压力溶气气浮法,其处理能耗低、效果显著而且运行稳定,可有效去除水中的细小悬浮颗粒、藻类、固体杂质和磷酸盐等污染物,使水中的溶解氧含量大幅度增加,有效改善水质。
d、光催化降解法
水中加入一定量的光敏半导体材料,以太阳能为动力,对受污染的景观水体直接进行催化臭氧及增氧。由于催化氧化反应剩余气体中氧气含量大于90%,故大大提高水体曝气增氧过程中氧的传输速率,可有效分解水体中苯环类有机物,具有较强的灭藻效果,并提高水体的可生化性。太阳能的应用不仅增加环境相容性,且运行成本降低。
(3)生物法
生物法是利用植物和微生物对于污染物的吸附、吸收能力,去除水体中的污染物,提高水体水质。
a、生物接触氧化
利用填料作为生物载体,微生物富集在填料表面上形成生物膜,在曝气充氧的条件下生长繁殖,溶解性的有机污染物与生物膜接触中被吸附、吸收并分解、氧化,氨氮则转化成高价态的硝态氮。生物接触氧化法一般用于有机物含量较高的水体,去除COD、NH3-N分别可达20%~30%及80%~90%,具有处理效率高、水力停留时间短、占地面积小、容积负荷大、污泥产率低、管理方便、运行稳定等特点。生物接触氧化法一般利用原水中自然存在的xx,也可加入人工培养的xx。
b、膜生物反应器
在反应器中,用微滤膜或超滤膜将进水与出水隔开,并在进水部分培养活性污泥或投入经培育的活性污泥并曝气,去除COD、NH3-N,浊度的去除率也较高。
c、生物滤沟法
生物滤沟法是将传统的砂石过滤与湿地塘床相结合的组合处理方法。生物滤沟法采用多级跌水曝气方式,能有效地控制出水的臭味、氨氮浓度。原水经过带格栅的吸水井除去大的漂浮物,通过水泵提升后经三级跌水盘跌水充氧后由跌水槽进入生物滤沟好氧段。生物滤沟好氧段根据填料的不同又分为卵石段和炭渣段两段,之后经植物床和净化沟,出水流入清水槽后外排。
d、阿科蔓生态净化技术
利用一种专门制造的织物,放置于人工湿地、水塘或构筑物中,可提供245m3/m2的比表面积,为水中微生物和有益藻类等的繁殖提供附着面,辅以好氧、厌氧条件,可大大降低水体中的COD、NH3-N、TP、TN浓度。
e、生态防治法
生态防治法是以生态学原理为指导,人工养殖具有抗污染和强净化功能的水生动植物,利用生物间的食物链关系取得水质净化效果。
主要水质净化方法的优缺点及适用性汇总见表1。
表1 主要水质净化方法的优缺点比较表
方法 |
优点 |
缺点 |
适用水体 |
曝气法 |
复氧效果显著 |
耗电 |
各类轻、重污染水体 |
石床法 |
去除藻类、浊度 |
有反冲水 |
各类轻、重污染水体 |
砂滤法 |
去除浊度 |
有反冲水 |
各类轻、重污染水体 |
生物防治法 |
效果显著、价廉 |
有季节变化 |
轻污染水体 |
池内循环法 |
辅助效果 |
耗电、有死角 |
各类轻、重污染水体 |
换水法 |
有效、增加流动性 |
耗水、耗电 |
各类轻、重污染水体 |
化学药剂法 |
见效快 |
有沉淀 |
重污染水体 |
紫外线杀灭法 |
见效快 |
耗电、有效期短 |
重污染水体 |
臭氧杀藻法 |
见效快 |
耗电、有效期短 |
重污染水体 |
生物滤沟法 |
臭味、氨氮、有机物去除 |
TN、TP去除效果较差 |
各类轻、重污染水体 |
生物接触氧化 |
有机物去除 |
TN、TP去除效果较差 |
各类轻、重污染水体 |
光催化降解法 |
有机物降解 |
TN、TP去除效果较差 |
各类轻、重污染水体 |
加药气浮法 |
见效快 |
有沉淀 |
重污染水体 |
五、景观水体防渗技术
根据相关工程防渗经验,在低水头土基上可采用的防渗措施主要有:土料防渗、膜料防渗、水泥土防渗、砌石防渗、混凝土防渗、沥青混凝土防渗、土壤固化防渗等。其中水泥土防渗、砌石防渗、混凝土防渗、沥青混凝土防渗,由于过于生硬,且工程投资大,同时不利于生态和景观,一般不适合住宅小区景观水体防渗处理。而土料防渗、膜料防渗或“膜料与土料”相结合的防渗以及土壤固化防渗柔性较好,工程投资不大,同时可结合生态景观建设,也有利景观水体的水质保护。土料防渗、膜料防渗或“膜料与土料”相结合的防渗的优、缺点比较见表2。
土壤固化防渗通过原状土均匀拌合土壤固化剂后在景观水体两岸边坡及湖底摊平、碾压,将松散的土壤变为致密的土层,提高土壤抗渗性能,工程投资不大,但施工难度较大,且底质生态环境不够好,不利于水生动植物的生长。
表2 土料、土工膜防渗方案优缺点比较表
方案 |
优点 |
缺点 |
备注 |
土料 防渗 |
①防渗效果较显著; ②有利于两岸生态、景观建设; ③投资相对最少。 |
①植物根系易使压实的防渗土体松动,影响防渗性能; ②防渗耐久性不高。 |
景观水体两岸边坡及湖底均采用粘土料防渗。 |
膜料防渗 |
①防渗效果显著; ②防渗保证率高。 |
①不能在湖岸侧边坡种植水生植物或布置景观小品,生态景观效果较差; ②不利于湖内养鱼; ③投资相对{zd0}。 |
景观水体的两岸边坡及湖底均采用土工膜防渗,碎石+浆砌石护坡 |
“土料+膜料”防渗 |
①效果较显著; ②有利于两岸生态、景观建设; ③投资适中、合理。 |
①施工相对繁琐。 |
景观水体两岸边坡采用“粘土料+膜料防渗”,湖底采用粘土料防渗。 |
六、总结
综上所述,住宅小区景观水体的驳岸一般采用近自然型或组合型较为合适,可较好满足生态及景观要求;防渗措施应根据地质条件尽可能采取土料防渗,在土料防渗不能达到防渗系数要求或土壤渗漏量较大时,建议采用“土料+土工膜”的防渗方式。水质保持技术建议结合人工(多级)瀑布、喷泉等小区景观构建以物理法中的曝气法和池内循环法为主,配合人工沉床和生态浮床等,可基本使小区景观水体保持较好的水质;如小区绿地浇灌用水量较大,则可采用换水法,用景观水体水浇灌绿地,用自来水作为景观水体补充水源,不仅增强水体流动,而且可移除水体中的部分营养物质,减少水体富营养化的发生,但绿地浇灌范围有限,一般控制在景观水体两侧25m左右为宜;由于化学法一般成本较高,且对水生态影响较大,仅适用于水质恶化时的应急处理。在此基础上,通过加强小区景观水体的管理和合理维护,及时xx杂草、水面漂浮物,定时运行曝气、水循环设施等,可充分发挥景观水体应有的功能,实现经济效益和环境、景观效益。