時間：2011-07-07來源：
摘要 奧海是森林公園內人工水域的主體，主要采用再生水作為補給水源。通過建造涉水工程，在園區內形成完整的人工濕地系統，構建了良好的水環境，使水域水質主要指標達到《地表水環境質量標準》GB3838-2002 中Ⅲ類標準，常年得到有效地維護。
關鍵詞 涉水工程 人工濕地 水質改善與維護
1 概述
北京奧林匹克森林公園（以下簡稱森林公園）南起辛店村路、北至清河、東至安立路、西至白廟村路。園區內有廣闊的水域和綠地。其中水域面積主要由以奧海為首的“龍形水系”、仰山大溝和清河導流渠等市政排水河道構成，面積67.7 hm2，約占全園面積的20%。
園區水體以清河再生水廠的再生水作為主要的補給水源。園區水環境建設的主要內容包括：建造人工濕地、跌水、溝渠凈化補水水質；修建閘壩控制水體水位、調蓄水量；修建泵站實現水體流動與水量交換，提高水體自凈能力；采用曝氣裝置，增加水中溶解氧濃度；栽植水生植物，投放水生動物，降低水體的BOD 和COD 水平，減少水中的TN 和TP 含量。
由于采取了如上的涉水工程等綜合措施，有效地降低了水體中、特別是作為補給水源的再生水中的污染物質含量，使水質得到凈化與維護，致使園區水體主要指標常年具有地表水Ⅲ類（《地表水環境質量標準》GB3838-2002）的良好水質。
2 涉水工程及其在水體水質凈化中的作用
2.1 涉水工程布置
園區內主要的涉水工程包括：洼里湖泵站（1# 泵站）及其輸水管道、清河導流渠泵站（2# 泵站）及其輸水管道、洼里湖與清河導流渠間的連通閘（橡膠壩）、奧海與洼里湖間的連通閘、再生水供水管道、氧化塘及供水管道、相關湖、溝（渠）間的連通管道和備用補水管（涵）等。
2.2 涉水工程在水體水質保證中的作用
涉水工程的主要作用在于保證水體水量、實現水體流動與水量交換，促使水體在動態過程中得到水質凈化。
各項涉水工程承擔的任務是：通過再生水供水管道和奧海西南方向的補水管涵向湖區水體提供所需補充水量；由閘（壩）配合相應的連通管道，控制水體水位、調蓄雨水，必要時排泄地區洪水；由泵站及其配套管道實現水體流動與水量交換。
涉水工程將園區水系分別構成大小2 個水流循環系統。小循環水流：奧海→洼里湖→1# 泵站→人工濕地→氧化塘→上游生態溝渠→奧海。大循環水流：奧海→洼里湖→下游生態溝渠→仰山大溝和清河導流渠→2# 泵站→人工濕地→氧化塘→上游生態溝渠→奧海。
大小循環系統中，水流流量分別由2# 泵站和1# 泵站調控。2 泵站均為地下結構，各配備3 臺（用2 備1）潛水泵，設計流量3×104 m3 / d。
3 水體的水質凈化與維護
水質凈化與維護系統的主要功能體現包括：運用綜合科技手段，提高湖水、特別是入湖補水的水質；促使水系內部產生循環流動、增加交換水量，提高水體復氧水平；通過構建良好的水系生態環境，提高水體自凈和自我修復能力；以多樣化的生物群落、不同的水域形態，與其他建筑物相融合，構成良好的景觀環境。
園區內水體水質凈化與維護系統包括人工濕地、水流通設施、水生動植物放養和栽植以及實施曝氣凈化等措施。
3.1 人工濕地
人工濕地系統實質上是人工構建的一套生態系統，它與天然濕地系統一樣，具有強大的生態功能，在水質凈化方面，常被認為是“污水凈化器”。
對園區而言，嚴格意義上的濕地應包含全部涉水范圍，筆者下述的“人工濕地”，系專指位于南區西北隅的、人工建造的、再生水及循環補水的滲濾工程——人工復合垂直流濕地和氧化塘及生態溝渠。
依據地形條件，人工復合垂直流濕地整體自北向南呈階梯狀布置，其內休閑棧道貫穿東西，公園園路鑲嵌南北。根據再生水與循環補水的入流方向，分設6 個面積為（6.4 ~ 7.7）× 103 m2 的并聯單元，總面積4.15 萬m2，設計日處理再生水2.6 × 103 m2，水體循環水2 萬~ 3 萬m3。
進入復合垂直流人工濕地的水（包括再生水和水體循環水）經進水管進入下行池，在基床（填料）中由上向下垂直入滲，再自下而上經上行池基床（填料）滲出后，由集水管注入氧化塘。當來水通過時，其中的污染物質和營養物質被系統吸收和分解，基本原理包括物理作用、化學作用及生物作用。
物理作用：在濕地系統中，通過物理沉淀、過濾、吸附作用，去除可沉淀的固體、膠體、BOD5、N、P、重金屬、細菌病毒及難以溶解的有機物質。化學作用：通過氧化-還原及化學凝聚、吸附去除P、N、重金屬及難溶物質。
生物作用：通過微生物代謝、氧化作用、植物的吸收及細菌的硝化與反硝化作用去除BOD5、N、P、膠體和難溶有機物質及重金屬。
簡而言之，進入該濕地的補水，經過土壤和土壤微生物的吸收、降解作用，填料的滲濾作用和植物的吸收作用得到有效凈化，從而減輕作為受納水體奧海的污染負荷。中科院水生所的研究結果顯示，該模型的人工濕地對水中TN、NH3-N 和NO2-N 平均去除率分別達到（65.71 ±18.78）% 、（92.48 ±8.52）% 和（89.53±10.17）%。不加碳源時對TN 的平均去除率為46.51%，添加碳源時對TN 的平均去除率達77.06%。表明該濕地具有良好的凈水性能。檢測證實，經該濕地處理后的出水水質得到顯著提升，滿足奧湖水保持地表水主要指標達到Ⅲ類水質的要求。
3.2 人工循環水流與引（補）水
利用水動力學原理，通過泵站和控制閘（壩）等涉水工程，在系統內部形成流動水體，并進行水量交換，增加水體溶解氧，減少底泥營養的釋放，抑制藻類生長，減輕水體臭味與色度，凈化水體水質。
水體的環境容量與水流量成正比關系。系統內除每日2萬~ 3 萬m3的循環水外，尚有2.6×103 m3的引（補）入水量。
引水后，水體水量增加，增強了水體的復氧能力——引入水攜帶的溶解氧，引水促使原水體內產生流動，增加了大氣中的氧向水中擴散，水中溶解氧濃度增高，水中微生物、植物的數量和種類也會隨之增加，水生生物活性增強，通過生物的新陳代謝作用，加快了水中有機物的分解，水體自凈能力增強，進而使水體水質得到凈化。
3.3 曝氣裝置
森林公園所處地區的氣候特點之一是夏天較長、夏日氣溫常在20℃~ 30 ℃，有時更高。為了防止危害性水華的形成，在采取建造涉水工程、人工濕地、補水和生物技術凈化水質的同時，在湖區相應部位設置了振蕩射流曝氣機。
設置振蕩射流曝氣機的主要目的是對深層水體實施充氣（充入空氣或氧氣）、攪動水體，形成人工造流，使底層水和表層水進行交換，加速水體復氧過程，提高水體溶解氧水平，恢復和增強水體中好氧生物的活力。曝氣裝置的合理布置與正確使用，在增強水體自凈能力、凈化水質中發揮著重要作用。
3.4 生物凈化——生態控制技術
生物凈化的核心在于建立平衡的生態系統，有效地控制藻類規模。平衡的湖區水體生態系統應具備由湖中挺水植物、浮水植物、沉水植物及水生動物的合理栽植與放養而構成的完整的生物鏈。
水生植物凈化水質的功能主要通過如下2 種途徑完成的：一是通過根部吸收N、P、重金屬等營養物質后富集在生物體內；二是它們發達的根系上形成了大量的生物膜，植物通過根端向生物膜輸氧，使微生物參與對污染物的凈化。
水生植物與藻類同處于“初級生產者”地位，與藻類競爭營養、光照和生長空間等生態資源，在防止水體富營養化中具有極其重要的作用。在水生植物系統營造中，根據水域形態與面積的差異，布設植物種植槽，以控制水生植物的生長范圍和匹配園區環境景觀。
園區水域水生植物包括浮水植物、沉水植物和挺水植物，均為具有較高觀賞價值、防污抗污能力強、凈水功能高的北京地區鄉土植物。它們環境適應性強，在精心植栽和養護條件下，成活率常在95%以上，且生長和繁殖快。
水生植物凈化水質的特點如下。
浮水植物：如睡蓮、萍蓬草等，不但能有效防止因底泥的再懸浮可能導致的水體透明度的降低，而且能吸收、轉化底泥及湖水中的有機質和營養鹽，降低水體的營養負荷，抑制藻類的繁殖，保護魚類生長環境，此外還具有綠化水景的作用。
沉水植物：沉水植物對水體有很強的凈化作用，常常是健康水體的標志性植物，它們四季長青，是凈化水體最理想的水生植物。如東北金魚藻、苦草等，利用其葉片具有較大表面積和可在水中搖曳擺動的特性，使附著其上的有益微生物與水體充分接觸，增強凈水效果。植物根系和葉面的吸收作用，可減少甚至去除水中的N 和P。其光合作用過程釋放氧氣，增加水體溶解氧量、防止水體富營養化。
挺水植物：植栽的挺水植物如荷花、蘆葦、香蒲、茭白、水蔥、茨菰、澤瀉等。一方面通過其對水流的阻尼作用和減小風浪對水體產生的擾動，而使水中懸移質沉降；另一方面可以通過與其共生的生物群落對水質進行凈化。龐大的根系能從深層底泥中吸取營養物質，降低底泥的營養物質含量。此外，挺水植物還具有給環境景觀增加色彩和可觀的經濟價值。今后對水域中沿岸和近岸的挺水植物，需要適時予以收割，避免其死亡后沉積水底產生二次污染。
水生動物通過其呼吸道、消化道、皮膚等途徑吸收水中污染物，對凈化水體水質有重要作用。適時適量合理地向水域中投放和養殖水生動物，使其與水體中的原生動物、浮游生物、底棲動物、細菌、藻類之間建立相互協調的“食物鏈”，構成復雜的生態系統，既能強化水質，又可以降低水中的藻類含量。
水體水生動物凈化水質的過程是：利用肉食性魚類—濾食性魚類—浮游生物—藻類—營養物質的營養級鏈關系所產生的下行效應，達到消減營養物質、凈化水質的目的。例如放養鰱魚，可吞食各種藻類，并增加N、P 的生物輸出，降低水體營養水平；投放的鯉魚、鯽魚等雜食性魚類和烏鱧等肉食性魚類，可攝食近岸水域內的蚊子幼蟲及其他昆蟲；放養的無齒蚌和螺類，前者可將水中懸浮的藻類及有機碎屑濾食，提高水體透明度，后者攝食固著藻類，同時分泌促絮凝物質，使水中懸浮物質產生絮凝，致使水體變清；放養于水面的鴨、鵝等水禽，既可調控水草和放養的魚、蚌、螺等水生動物的適量增殖、豐富水面景觀，還能因其在水面的游弋，對水體產生攪動而增加水中的溶解氧。
4 結語
森林公園內的廣闊水域，在公園景觀和生態系統中發揮著極為重要的作用。水域主體的奧海，是在2008 年奧運會前建成的人工水體，除在雨季可承接地區雨水補給外，無天然水系匯入，主要從位于公園西側的清河污水處理廠引用達標城市尾水——再生水補充水體水量。通過園區內建造的涉水工程，實現了水體的循環流動，使水體在流動與水量交換過程中得到凈化。作為引入再生水和循環水滲濾工程的“人工濕地”，有效地消減了水中的有機質和N、P 等污染物質。栽植的水生植物和放養的水生動物，在和諧的湖區生態環境中發揮了良好的作用。完整的濕地系統，有效地凈化與維護了水體水質——湖區水體主要指標常年具有符合《地表水環境質量標準GB3838—2002》中Ⅲ類水要求的良好水質。目前，湖區水域不僅承載著水體循環、儲水調洪、水質涵養，而且在調節局地溫濕度、凈化空氣、吸塵降噪、改善城市小氣候和首都城市品位提升中作用顯著，已成為環境優美、舒適宜人、人水相親的湖區景觀的重要組成。展望未來，一定會在調節城市生態環境、促進城市健康、持續發展中發揮更大作用。
參考文獻
[1] 王郁，等.水污染控制工程[M].化學出版社，2008，2.
[2] 王超，王沛芳.城市水生態系統建設與管理[M].科學出版社， 2004.
作者簡介：何琛（1976—），男，工程師。
