时间：2011-07-07来源：
摘要 奥海是森林公园内人工水域的主体，主要采用再生水作为补给水源。通过建造涉水工程，在园区内形成完整的人工湿地系统，构建了良好的水环境，使水域水质主要指标达到《地表水环境质量标准》GB3838-2002 中Ⅲ类标准，常年得到有效地维护。
关键词 涉水工程 人工湿地 水质改善与维护
1 概述
北京奥林匹克森林公园（以下简称森林公园）南起辛店村路、北至清河、东至安立路、西至白庙村路。园区内有广阔的水域和绿地。其中水域面积主要由以奥海为首的“龙形水系”、仰山大沟和清河导流渠等市政排水河道构成，面积67.7 hm2，约占全园面积的20%。
园区水体以清河再生水厂的再生水作为主要的补给水源。园区水环境建设的主要内容包括：建造人工湿地、跌水、沟渠净化补水水质；修建闸坝控制水体水位、调蓄水量；修建泵站实现水体流动与水量交换，提高水体自净能力；采用曝气装置，增加水中溶解氧浓度；栽植水生植物，投放水生动物，降低水体的BOD 和COD 水平，减少水中的TN 和TP 含量。
由于采取了如上的涉水工程等综合措施，有效地降低了水体中、特别是作为补给水源的再生水中的污染物质含量，使水质得到净化与维护，致使园区水体主要指标常年具有地表水Ⅲ类（《地表水环境质量标准》GB3838-2002）的良好水质。
2 涉水工程及其在水体水质净化中的作用
2.1 涉水工程布置
园区内主要的涉水工程包括：洼里湖泵站（1# 泵站）及其输水管道、清河导流渠泵站（2# 泵站）及其输水管道、洼里湖与清河导流渠间的连通闸（橡胶坝）、奥海与洼里湖间的连通闸、再生水供水管道、氧化塘及供水管道、相关湖、沟（渠）间的连通管道和备用补水管（涵）等。
2.2 涉水工程在水体水质保证中的作用
涉水工程的主要作用在于保证水体水量、实现水体流动与水量交换，促使水体在动态过程中得到水质净化。
各项涉水工程承担的任务是：通过再生水供水管道和奥海西南方向的补水管涵向湖区水体提供所需补充水量；由闸（坝）配合相应的连通管道，控制水体水位、调蓄雨水，必要时排泄地区洪水；由泵站及其配套管道实现水体流动与水量交换。
涉水工程将园区水系分别构成大小2 个水流循环系统。小循环水流：奥海→洼里湖→1# 泵站→人工湿地→氧化塘→上游生态沟渠→奥海。大循环水流：奥海→洼里湖→下游生态沟渠→仰山大沟和清河导流渠→2# 泵站→人工湿地→氧化塘→上游生态沟渠→奥海。
大小循环系统中，水流流量分别由2# 泵站和1# 泵站调控。2 泵站均为地下结构，各配备3 台（用2 备1）潜水泵，设计流量3×104 m3 / d。
3 水体的水质净化与维护
水质净化与维护系统的主要功能体现包括：运用综合科技手段，提高湖水、特别是入湖补水的水质；促使水系内部产生循环流动、增加交换水量，提高水体复氧水平；通过构建良好的水系生态环境，提高水体自净和自我修复能力；以多样化的生物群落、不同的水域形态，与其他建筑物相融合，构成良好的景观环境。
园区内水体水质净化与维护系统包括人工湿地、水流通设施、水生动植物放养和栽植以及实施曝气净化等措施。
3.1 人工湿地
人工湿地系统实质上是人工构建的一套生态系统，它与天然湿地系统一样，具有强大的生态功能，在水质净化方面，常被认为是“污水净化器”。
对园区而言，严格意义上的湿地应包含全部涉水范围，笔者下述的“人工湿地”，系专指位于南区西北隅的、人工建造的、再生水及循环补水的渗滤工程——人工复合垂直流湿地和氧化塘及生态沟渠。
依据地形条件，人工复合垂直流湿地整体自北向南呈阶梯状布置，其内休闲栈道贯穿东西，公园园路镶嵌南北。根据再生水与循环补水的入流方向，分设6 个面积为（6.4 ~ 7.7）× 103 m2 的并联单元，总面积4.15 万m2，设计日处理再生水2.6 × 103 m2，水体循环水2 万~ 3 万m3。
进入复合垂直流人工湿地的水（包括再生水和水体循环水）经进水管进入下行池，在基床（填料）中由上向下垂直入渗，再自下而上经上行池基床（填料）渗出后，由集水管注入氧化塘。当来水通过时，其中的污染物质和营养物质被系统吸收和分解，基本原理包括物理作用、化学作用及生物作用。
物理作用：在湿地系统中，通过物理沉淀、过滤、吸附作用，去除可沉淀的固体、胶体、BOD5、N、P、重金属、细菌病毒及难以溶解的有机物质。化学作用：通过氧化-还原及化学凝聚、吸附去除P、N、重金属及难溶物质。
生物作用：通过微生物代谢、氧化作用、植物的吸收及细菌的硝化与反硝化作用去除BOD5、N、P、胶体和难溶有机物质及重金属。
简而言之，进入该湿地的补水，经过土壤和土壤微生物的吸收、降解作用，填料的渗滤作用和植物的吸收作用得到有效净化，从而减轻作为受纳水体奥海的污染负荷。中科院水生所的研究结果显示，该模型的人工湿地对水中TN、NH3-N 和NO2-N 平均去除率分别达到（65.71 ±18.78）% 、（92.48 ±8.52）% 和（89.53±10.17）%。不加碳源时对TN 的平均去除率为46.51%，添加碳源时对TN 的平均去除率达77.06%。表明该湿地具有良好的净水性能。检测证实，经该湿地处理后的出水水质得到显著提升，满足奥湖水保持地表水主要指标达到Ⅲ类水质的要求。
3.2 人工循环水流与引（补）水
利用水动力学原理，通过泵站和控制闸（坝）等涉水工程，在系统内部形成流动水体，并进行水量交换，增加水体溶解氧，减少底泥营养的释放，抑制藻类生长，减轻水体臭味与色度，净化水体水质。
水体的环境容量与水流量成正比关系。系统内除每日2万~ 3 万m3的循环水外，尚有2.6×103 m3的引（补）入水量。
引水后，水体水量增加，增强了水体的复氧能力——引入水携带的溶解氧，引水促使原水体内产生流动，增加了大气中的氧向水中扩散，水中溶解氧浓度增高，水中微生物、植物的数量和种类也会随之增加，水生生物活性增强，通过生物的新陈代谢作用，加快了水中有机物的分解，水体自净能力增强，进而使水体水质得到净化。
3.3 曝气装置
森林公园所处地区的气候特点之一是夏天较长、夏日气温常在20℃~ 30 ℃，有时更高。为了防止危害性水华的形成，在采取建造涉水工程、人工湿地、补水和生物技术净化水质的同时，在湖区相应部位设置了振荡射流曝气机。
设置振荡射流曝气机的主要目的是对深层水体实施充气（充入空气或氧气）、搅动水体，形成人工造流，使底层水和表层水进行交换，加速水体复氧过程，提高水体溶解氧水平，恢复和增强水体中好氧生物的活力。曝气装置的合理布置与正确使用，在增强水体自净能力、净化水质中发挥着重要作用。
3.4 生物净化——生态控制技术
生物净化的核心在于建立平衡的生态系统，有效地控制藻类规模。平衡的湖区水体生态系统应具备由湖中挺水植物、浮水植物、沉水植物及水生动物的合理栽植与放养而构成的完整的生物链。
水生植物净化水质的功能主要通过如下2 种途径完成的：一是通过根部吸收N、P、重金属等营养物质后富集在生物体内；二是它们发达的根系上形成了大量的生物膜，植物通过根端向生物膜输氧，使微生物参与对污染物的净化。
水生植物与藻类同处于“初级生产者”地位，与藻类竞争营养、光照和生长空间等生态资源，在防止水体富营养化中具有极其重要的作用。在水生植物系统营造中，根据水域形态与面积的差异，布设植物种植槽，以控制水生植物的生长范围和匹配园区环境景观。
园区水域水生植物包括浮水植物、沉水植物和挺水植物，均为具有较高观赏价值、防污抗污能力强、净水功能高的北京地区乡土植物。它们环境适应性强，在精心植栽和养护条件下，成活率常在95%以上，且生长和繁殖快。
水生植物净化水质的特点如下。
浮水植物：如睡莲、萍蓬草等，不但能有效防止因底泥的再悬浮可能导致的水体透明度的降低，而且能吸收、转化底泥及湖水中的有机质和营养盐，降低水体的营养负荷，抑制藻类的繁殖，保护鱼类生长环境，此外还具有绿化水景的作用。
沉水植物：沉水植物对水体有很强的净化作用，常常是健康水体的标志性植物，它们四季长青，是净化水体最理想的水生植物。如东北金鱼藻、苦草等，利用其叶片具有较大表面积和可在水中摇曳摆动的特性，使附着其上的有益微生物与水体充分接触，增强净水效果。植物根系和叶面的吸收作用，可减少甚至去除水中的N 和P。其光合作用过程释放氧气，增加水体溶解氧量、防止水体富营养化。
挺水植物：植栽的挺水植物如荷花、芦苇、香蒲、茭白、水葱、茨菰、泽泻等。一方面通过其对水流的阻尼作用和减小风浪对水体产生的扰动，而使水中悬移质沉降；另一方面可以通过与其共生的生物群落对水质进行净化。庞大的根系能从深层底泥中吸取营养物质，降低底泥的营养物质含量。此外，挺水植物还具有给环境景观增加色彩和可观的经济价值。今后对水域中沿岸和近岸的挺水植物，需要适时予以收割，避免其死亡后沉积水底产生二次污染。
水生动物通过其呼吸道、消化道、皮肤等途径吸收水中污染物，对净化水体水质有重要作用。适时适量合理地向水域中投放和养殖水生动物，使其与水体中的原生动物、浮游生物、底栖动物、细菌、藻类之间建立相互协调的“食物链”，构成复杂的生态系统，既能强化水质，又可以降低水中的藻类含量。
水体水生动物净化水质的过程是：利用肉食性鱼类—滤食性鱼类—浮游生物—藻类—营养物质的营养级链关系所产生的下行效应，达到消减营养物质、净化水质的目的。例如放养鲢鱼，可吞食各种藻类，并增加N、P 的生物输出，降低水体营养水平；投放的鲤鱼、鲫鱼等杂食性鱼类和乌鳢等肉食性鱼类，可摄食近岸水域内的蚊子幼虫及其他昆虫；放养的无齿蚌和螺类，前者可将水中悬浮的藻类及有机碎屑滤食，提高水体透明度，后者摄食固着藻类，同时分泌促絮凝物质，使水中悬浮物质产生絮凝，致使水体变清；放养于水面的鸭、鹅等水禽，既可调控水草和放养的鱼、蚌、螺等水生动物的适量增殖、丰富水面景观，还能因其在水面的游弋，对水体产生搅动而增加水中的溶解氧。
4 结语
森林公园内的广阔水域，在公园景观和生态系统中发挥着极为重要的作用。水域主体的奥海，是在2008 年奥运会前建成的人工水体，除在雨季可承接地区雨水补给外，无天然水系汇入，主要从位于公园西侧的清河污水处理厂引用达标城市尾水——再生水补充水体水量。通过园区内建造的涉水工程，实现了水体的循环流动，使水体在流动与水量交换过程中得到净化。作为引入再生水和循环水渗滤工程的“人工湿地”，有效地消减了水中的有机质和N、P 等污染物质。栽植的水生植物和放养的水生动物，在和谐的湖区生态环境中发挥了良好的作用。完整的湿地系统，有效地净化与维护了水体水质——湖区水体主要指标常年具有符合《地表水环境质量标准GB3838—2002》中Ⅲ类水要求的良好水质。目前，湖区水域不仅承载着水体循环、储水调洪、水质涵养，而且在调节局地温湿度、净化空气、吸尘降噪、改善城市小气候和首都城市品位提升中作用显著，已成为环境优美、舒适宜人、人水相亲的湖区景观的重要组成。展望未来，一定会在调节城市生态环境、促进城市健康、持续发展中发挥更大作用。
参考文献
[1] 王郁，等.水污染控制工程[M].化学出版社，2008，2.
[2] 王超，王沛芳.城市水生态系统建设与管理[M].科学出版社， 2004.
作者简介：何琛（1976—），男，工程师。
