濕地及其在高科技園區(qū)中的營(yíng)造

　　前　言

　　中關(guān)村生命科學(xué)園為中關(guān)村科技園區(qū)的重要項(xiàng)目，位于北京西北郊，一期工程占地130多hm²。國(guó)務(wù)院和北京市人民政府有志于將其建設(shè)成國(guó)際一流的、具有21世紀(jì)時(shí)代特色的高科技園。為了提出能夠?qū)崿F(xiàn)這一目標(biāo)和滿足高科技園區(qū)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)環(huán)境要求的規(guī)劃方案，經(jīng)過深入研究探討，將濕地概念引入規(guī)劃，不僅對(duì)于提高規(guī)劃質(zhì)量和個(gè)性，而且對(duì)于改善中關(guān)村高科技園區(qū)的總體環(huán)境質(zhì)量都有一定的價(jià)值。

　　濕地是一種自然景觀，一個(gè)自然綜合體，是地球上具有重要環(huán)境功能的生態(tài)系統(tǒng)和多種生物的棲息地和孳生地，也是若干原材料和能源的地礦資源。據(jù)有關(guān)資料，全世界共有濕地8.5億hm²，占陸地總面積的6.4%，我國(guó)大約有濕地0.63億hm²，天然濕地0.25億hm²，人工濕地0.38億hm^2[1]。北京分布著大小河流200多條，分屬于海河流域的大清河、永定河、北運(yùn)河、潮白河和薊運(yùn)河等5個(gè)水系；市區(qū)現(xiàn)有湖泊26個(gè)，總面積約600hm²，這些湖泊中有的是歷代皇家園林，如北海、中海、南海、昆明湖等；有的則是新中國(guó)成立后，經(jīng)人工疏挖整治而成的人工湖。目前，這些湖泊多數(shù)已成為廣大市民休息、游覽、開展水上活動(dòng)的場(chǎng)所，有些還是國(guó)內(nèi)、國(guó)際著名旅游景點(diǎn)。此外，在北京周圍，還曾經(jīng)存在大量低地沼澤和稻田。隨著城市發(fā)展過程中對(duì)水資源和土地資源的開發(fā)，沼澤已經(jīng)基本上從人們的視野中消失，稻田從2000年開始也將成為過去。這些河流、湖泊、沼澤和稻田，都屬于濕地的范疇，他們對(duì)于改善北京總體環(huán)境質(zhì)量發(fā)揮了十分關(guān)鍵的作用，而這一作用卻往往被人們忽視。

　　在中關(guān)村地區(qū)進(jìn)行高科技園區(qū)的設(shè)計(jì)，重視對(duì)水的考慮是有其歷史淵源的。歷史上海淀中關(guān)村的西北就是北京湖沼最發(fā)育的地方。這里最有名的皇家園林頤和園和圓明園或臨湖而建，或就建在湖沼低丘之上。如圓明園的水面面積占全園總面積的54%，可謂無水不成為圓明園。

　　1　濕地概念

　　濕地生態(tài)系統(tǒng)(wetland ecosystem)是指地表過濕或常年積水，生長(zhǎng)濕地植物的地區(qū)[2]。由于濕地分布廣泛，種類繁多，相互之間差異顯著，給濕地下一個(gè)統(tǒng)一的定義是十分困難的。不同的人對(duì)濕地有不同的理解，有人統(tǒng)計(jì)過大約有50多種定義[3]。總體上看來，濕地的定義基本上分為兩類。一類是管理者給出的定義，通常采用的最有代表性的是《濕地公約》(《關(guān)于特別是作為水禽棲息地的國(guó)際重要濕地公約》)中關(guān)于濕地的定義，即：“不問其為自然或人工，長(zhǎng)久或暫時(shí)性的沼澤地、泥炭地或水域地帶，靜止或流動(dòng)，淡水、半咸水、咸水體，包括低潮時(shí)不超過6m的水域”。另一類是學(xué)者的定義，研究者從不同的角度出發(fā)，根據(jù)研究的區(qū)域及對(duì)象不同，給出的定義也不完全一樣，從學(xué)科來看可以概括為水文學(xué)、動(dòng)力地貌學(xué)、生態(tài)學(xué)、泥炭地質(zhì)學(xué)、景觀學(xué)等。

　　從系統(tǒng)論觀點(diǎn)來看，濕地是一個(gè)半開放的系統(tǒng)，一方面它是一個(gè)較獨(dú)立的生態(tài)系統(tǒng)，它有其自身的形成、發(fā)展和演替過程，如獨(dú)特的土壤形成過程(潛育化或泥炭化)和植被演替過程；另一方面它在許多地方又需要依賴相鄰的地貌景觀，和它們進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換，同時(shí)也影響臨近系統(tǒng)的活動(dòng)。

　　經(jīng)過反復(fù)分析，本文所持的濕地定義可以理解為“濕地是地球表層上由水、土和挺水或濕生植物(可伴生其他生物)相互作用構(gòu)成，其內(nèi)部過程長(zhǎng)期為水控制的自然綜合體^[4]”。

　　很顯然，這一定義是不完全等同于規(guī)劃設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用的水景的概念和手法的。濕地可以理解成為水景的一種，但并非所有的水景都符合濕地概念的要求。這里以圓明園諧奇趣的水池進(jìn)行討論。歷史上，諧奇趣是一個(gè)容噴泉、水池和西洋建筑于一體的水景園(見彩圖)。圓明園被毀后，其水池孳生出茂盛的蘆葦和香蒲植物群落，同時(shí)也成為水鳥、蝴蝶和蜻蜓的家園。在整個(gè)生長(zhǎng)季都生機(jī)盎然。這些生命自生自滅，周而復(fù)始，無需人們的維護(hù)(見彩圖)。顯然，前者只不過是一處水景，而后者則具有了濕地的特點(diǎn)和功能。

　　2　人工濕地生態(tài)系統(tǒng)

　　2.1　人工濕地污水處理系統(tǒng)的概述

　　(1)人工濕地概念　人工濕地就是由人工建造和監(jiān)督控制，充分利用濕地系統(tǒng)凈化污水能力的特點(diǎn)，利用生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用，通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解來實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的高效凈化^[5]。

　　(2)人工濕地的分類　人工濕地根據(jù)濕地中的主要植物形式可分為：A.浮水植物系統(tǒng)；B.挺水植物系統(tǒng)；C.沉水植物系統(tǒng)。沉水植物系統(tǒng)還處于試驗(yàn)階段，其主要應(yīng)用領(lǐng)域在于初級(jí)處理和二級(jí)處理后的精處理。浮水植物主要用于N、P去除和提高傳統(tǒng)穩(wěn)定塘的效率。目前一般所指人工濕地都是挺水植物系統(tǒng)。

　　(3)人工濕地的構(gòu)造　絕大多數(shù)自然和人工濕地由五部分組成：A.具有各種透水性的基質(zhì)，如土壤、砂、礫石；B.適于在飽和水和厭氧基質(zhì)中生長(zhǎng)的植物，如蘆葦；C.水體(在基質(zhì)表面上或下流動(dòng)的水)；D.無脊椎或脊椎動(dòng)物；E.好氧或厭氧微生物種群。其中濕地植物在濕地系統(tǒng)中具有三個(gè)間接的重要作用：A.顯著增加微生物的附著(植物的根、莖、葉)；B.濕地植物可將大氣氧傳輸至根部，使根在厭氧環(huán)境中生長(zhǎng)；C.增加或穩(wěn)定土壤的透水性。

　　(4)人工濕地處理系統(tǒng)的特點(diǎn)　一般人工濕地系統(tǒng)都具有如下特點(diǎn)：A.建造和運(yùn)行費(fèi)用便宜；B.易于維護(hù)，技術(shù)含量低；C.可進(jìn)行有效可靠的廢水處理；E.可緩沖對(duì)水力和污染負(fù)荷的沖擊；F.可產(chǎn)生效益，如水產(chǎn)、畜產(chǎn)、造紙?jiān)稀⒔ú摹⒕G化、野生動(dòng)植物棲息、娛樂和教育。

　　但也有如下不足：A.占地面積大；B.不精確的設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)；C.生物和水力復(fù)雜性及對(duì)重要工藝動(dòng)力學(xué)理解的缺乏；D.易受病蟲害影響。

　　2.2　國(guó)外人工濕地技術(shù)

　　在北美，由于觀察到自然濕地的同化能力，而在70年代開始對(duì)不同設(shè)計(jì)的人工濕地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。各種不同的濕地在世界各地已被用來處理大量不同的廢水，并且取得很顯著的效果，根據(jù)對(duì)104座潛流系統(tǒng)和70座自由水面系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，兩種人工濕地均可有效去除SS和BOD，并且也可有效去除N、P，出水可達(dá)三類水域(適用于集中式生活飲用水水源地二級(jí)保護(hù)區(qū)、一般魚類保護(hù)區(qū)及游泳區(qū))的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求^[5]。

　　人工濕地不僅可以用于城市和各種工業(yè)廢水的二級(jí)處理，還可用于高級(jí)處理的精處理和對(duì)農(nóng)田徑流的處理，在有些情況下，人工濕地可能是惟一的適用技術(shù)。

　　2.3　人工濕地技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用研究

　　我國(guó)引進(jìn)濕地處理系統(tǒng)較晚。在“七五”期間開始人工濕地的研究。首例采用人工濕地處理污水的研究工作開始于1988～1990年在北京昌平進(jìn)行的自由水面人工濕地，處理量為500kkg/d的生活污水和工業(yè)廢水，處理效果良好，優(yōu)于傳統(tǒng)二級(jí)處理工藝[5]。其后國(guó)家環(huán)保局、中國(guó)科學(xué)院各單位相繼采用過人工濕地處理系統(tǒng)作過一系列試驗(yàn)。

　　成都市活水公園是展示人工濕地系統(tǒng)處理污水新工藝的以水為主體的環(huán)境科學(xué)公園^[6]。在此人工濕地系統(tǒng)中處理污水的主要工藝過程有：厭氧沉淀池、人工濕地塘、床系統(tǒng)、養(yǎng)魚塘系統(tǒng)、戲水池以及連接各個(gè)工序的水流雕塑和自然水溝等五個(gè)部分。從厭氧沉淀池到戲水池可以清晰地看到污水在各工序逐漸變清的過程。可以充分體會(huì)“死水”變成“活水”的過程。

　　3　中關(guān)村生命科學(xué)園的濕地系統(tǒng)規(guī)劃

　　中關(guān)村生命科學(xué)園的規(guī)劃有四大特色，包括：提出可持續(xù)濕地環(huán)境的營(yíng)造模式、功能建筑群與環(huán)境的交融、流通網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和邊界的營(yíng)造。該方案是將生命科學(xué)園作為一個(gè)生命細(xì)胞來設(shè)計(jì)的，濕地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是本方案的一個(gè)重要特色，下文對(duì)這一特色作簡(jiǎn)要介紹。

　　3.1　規(guī)劃的基本情況

　　中關(guān)村生命高科技園規(guī)劃大膽引入濕地的概念，進(jìn)行空間布局和綠地系統(tǒng)規(guī)劃。規(guī)劃的總平面圖(見彩頁)以位于園區(qū)的中央濕地為核心，周圍組團(tuán)式地環(huán)繞著13組建筑。以濕地為主體的綠地系統(tǒng)是全園的環(huán)境基質(zhì)，也是高科技園區(qū)所需要的非正式交流空間。

　　濕地生態(tài)系統(tǒng)的成敗關(guān)鍵是水。規(guī)劃的園區(qū)水系統(tǒng)包括6部分(見彩圖)：
　　(1)園區(qū)內(nèi)各建筑組團(tuán)產(chǎn)生的生活和實(shí)驗(yàn)室污水收集系統(tǒng)，位于地下；
　　(2)位于園區(qū)西北的生活污水污水處理溫室，收集的污水在這里進(jìn)行2級(jí)處理；
　　(3)環(huán)繞園區(qū)的線狀濕地系統(tǒng)，經(jīng)過初步處理的污水緩慢繞園一周后成為干凈水源，進(jìn)入中央濕地。
　　(4)以湖泊水面、挺水植物群落為主的中央濕地；
　　(5)屋頂和園內(nèi)綠地在降雨情況下形成的徑流直接進(jìn)入濕地系統(tǒng)，在綠地需要灌溉季節(jié)，可以直接從濕地系統(tǒng)取水；
　　(6)園區(qū)和外界的水交換系統(tǒng)。由于建園初期，中央濕地系統(tǒng)土壤滲漏量大，需要從園區(qū)外引進(jìn)一定數(shù)量的水，用于維護(hù)濕地和綠地系統(tǒng)，冬季濕地生物活動(dòng)力低，處理的污水?dāng)?shù)量減少，需要向園區(qū)外的城市污水收集系統(tǒng)輸出一定數(shù)量的污水。

　　3.2　園區(qū)水量平衡與濕地形成的可行性

　　下表初步計(jì)算了園區(qū)的平均水量平衡情況。從表中可以看出，通過收集園內(nèi)產(chǎn)生的生活廢水，和利用降雨，可以基本保持園內(nèi)水量平衡。建園初期，由于濕地的湖、溝土壤滲漏較大，實(shí)際水量平衡偏差可能會(huì)比較大。為了減少滲漏，可以考慮用黏土等處理湖、溝底部。經(jīng)過多年自然淤塞，土壤滲漏將逐漸降低并穩(wěn)定在一定水平，為此，通過園區(qū)濕地處理后節(jié)余一定數(shù)量的干凈水是完全可能的。

　　4　結(jié)語──人工濕地在規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用前景

　　人工濕地系統(tǒng)是一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)，它形成了內(nèi)部良好的循環(huán)并具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。具有投資低、出水水質(zhì)好、抗沖擊力強(qiáng)、增加綠地面積、改善和美化生態(tài)環(huán)境、視覺景觀優(yōu)異、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)。在處理了污水的同時(shí)，種草養(yǎng)魚，又可以用鮮花綠葉裝飾環(huán)境，把清水活魚還給自然。節(jié)約資源，是人類與水生生物協(xié)調(diào)發(fā)展的自然景觀，有利于促進(jìn)良性生態(tài)環(huán)境的建設(shè)，有顯著的社會(huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。這種方式尤其在中小城市和鄉(xiāng)村缺少具有一定操作管理和技術(shù)水平的人員的條件下使用，技術(shù)十分適合我國(guó)國(guó)情，具有極其廣闊的應(yīng)用前景。

　　濕地生態(tài)系統(tǒng)的引入同時(shí)還能夠改善人們的生態(tài)觀念，提倡節(jié)約資源、重復(fù)利用資源，尊重自然的新生活觀念。

計(jì)算依據(jù)：
　　1.園區(qū)用地構(gòu)成：總用地132.01hm²，綠地面積83.17hm²，集中綠地39.13hm²，其中草坪占集中綠地的30%，建筑占地23.76hm²，鋪裝道路25.24hm²。
　　2.北京市氣候：多年年平均降水量為644mm，6～9月雨量占全年的比例為81.9%至87.9%，年蒸發(fā)量2000mm；
　　3.濕地指標(biāo)：水面面積4hm²，平均水深1m，濕地生物年耗水4萬m3，年滲漏能力2000mm；
　　4.生活廢水：年供生活用水101.45t，25%耗水率，處理損耗率5%，常住居民0.8萬人；
　　5.集水效率：雨水80%可形成徑流，屋頂匯集效率60%，路面匯集效率40%，高草坪匯集效率8%。(資料來源：惠士博、張思聰、謝森傳；北京市常年氣候資料；中關(guān)村生命高科技園用地指標(biāo)。)

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金第39873835號(hào)
　　
參考文獻(xiàn)：
[1]王瑞山，王毅勇，楊桂謙等.我國(guó)濕地資源現(xiàn)狀、問題及對(duì)策[J].資源科學(xué)，2000，22(1)：9～13.
[2]蔡曉明.生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2000.
[3]Scope and UNEP, Ecosystem Dynamics in Freshwater, Wetland　and Shallow Water Bodies. Proceeding working Misk, Prinsk,and Tsk haltowb,USSR,1982.
[4]余國(guó)營(yíng).濕地研究緊張與展望[J].21世紀(jì)青年科學(xué)者論壇，2000，22(3)：61～65.
[5]白曉慧，王寶貞，余敏，等.人工濕地污水處理技術(shù)及其發(fā)展應(yīng)用，哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，32(6)：88～92.
[6]黃石達(dá)，王安慶，錢駿等.從成都市活水公園看人工濕地系統(tǒng)處理工藝[J].四川環(huán)境2000，19(2)：8～12.
　　
作者簡(jiǎn)介：
俞孔堅(jiān)/教授/北京大學(xué)景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)中心(100871)
李迪華，孟亞凡/北京大學(xué)景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)中心(100871)