［摘要］针对我国城市水系资源短缺、水质难以保障和运行管理不到位的现状，提出了城市雨水和再生水等非传统水资源有效利用的水量保障措施和外源、内源污染综合治理的水质保障措施，特别介绍了人工湿地生态水处理技术。提出了北方缺水城市景观湖泊的自然、良性循环运行的规划思想和方法，有利于实现城市景观湖泊的规划建设目标，更加有保障地发挥景观湖泊的经济、社会和生态环境效益。
［关键词］景观湖泊 非传统水资源 雨水 再生水 人工湿地
1 景观湖泊在城市水系中的地位和作用
随着我国城市经济实力的增强和市民生活条件的改善，政府和社会公众越来越关注和重视城市水系的规划和建设工作。城市水系规划是城市总体规划中一个重要的专业规划，以城市水系为主要规划对象，利用和保护城市水系资源，并对水系多种功能之间、水系与城市建设之间的关系进行协调和具体安排。城市水系规划必须符合城市发展总体目标，尊重水系自然条件，正确处理水系保护与综合利用的关系，体现城市规划对水系功能的引导和控制，实现社会、环境与经济并重的综合效益。以前的城市水系规划主要关注城市河流的防洪排涝问题，而近年来城市水系规划越来越关注水景观和水经济问题。
纵观目前我国各大城市的水系规划，景观湖泊在城市水系规划中的具有重要的地位和作用。景观湖泊在城市水系网络总体布局中占据着核心位置，能够融汇贯通与其相连的河流水系；景观湖泊是塑造城市水景观、发展城市水经济的重要载体，是城市的标志性景观，在城市总体水景观中具有画龙点睛的作用；城市水系规划的总体目标是要达到城市适宜水面面积率目标，而景观湖泊一般面积较大，在整个城市水面面积中占的比例较大，因此景观湖泊的规划关系到水系总体规划目标的能否实现。假如城市水系是人体的血液循环系统，那么景观湖泊就是人体的心脏。因此，景观湖泊规划是城市水系规划的重点。
2 景观湖泊规划的目标
景观湖泊规划的目标是在保障水安全的前提下，改善水环境，塑造水景观，弘扬水文化，发展水经济，实现安全健康、水活水清、水城交融、人水和谐的发展目标。
3 景观湖泊规划的重点
景观湖泊规划的内容非常丰富，包括防洪排涝、水资源配置、水环境保护、滨水景观、基础工程、保障措施等。但是，在众多规划内容中，水量保障规划和水质保障规划是基础性和关键性的规划，对保障景观湖泊的正常循环运行、实现景观湖泊的规划目标起着决定性作用。因此，有必要对这两方面的内容进行深入研究，优化和提高景观湖泊规划的水平。
4 水量保障规划
4.1 需水量
景观湖泊的需水量主要包括两个方面：一是维持景观湖泊正常设计水位和水面面积所必须经常补给的蒸发和渗漏损失水量；二是维持景观湖泊设计水质目标和水体功能所必须定期更新的换水量。
4.2 供水水源
景观湖泊的供水水源主要有四种：地表水、地下水、雨水、再生水。
4.2.1地表水
在我国北方缺水地区，地表水水资源比较匮乏，开发利用程度非常高。更为糟糕的是流经城市的河流普遍存在“有河皆干，有水皆污”的现象，因此城市所用的地表水大部分都是从远离城市的河流或水库引入或调入的，满足城市的工业和生活用水尚有困难，更谈不上有效保证景观湖泊的用水。
4.2.2地下水
在我国北方缺水城市，地表水非常缺乏且污染严重，因此导致大多数城市长期严重超采地下水。由于地下水长期得不到及时有效的补给，地下水位逐年下降，形成了大面积的地下漏斗，引起了地面局部沉降、建筑物损毁、海水倒灌等一系列水文地质灾害。因此，目前地下水开发利用的关键问题就是：严格控制地下水的开采量，逐步增加地下水的补给量，主动控制地下水漏斗的发展，有效遏制地下水水质的恶化。在地下水总供水量减少的形势下，地下水优先供给的城市工业和生活用水也需要削减，供需矛盾将会加剧，因此地下水供给景观湖泊的水量和保证率均不能满足设计要求。
4.2.3雨水利用
我国北方城市一方面缺水现象严重，另一方面对雨水资源的利用率却很低（目前利用率10%左右）。我们必须清醒的认识到：我国北方城市雨水资源丰富，目前的开发利用程度和水平相对较低，开发利用潜力巨大。
国内外实践证明，城市雨水利用是一条缓解水资源供需矛盾行之有效的途径，目前已经初步形成了比较成熟的技术，正在朝着产业化的方向发展。发达国家通过制定一系列有关雨水利用的法律法规，建立完善的屋顶蓄水和由入渗池、井、草地、透水地面等组成的地面回灌系统，收集雨水用于冲厕所、洗车、浇庭院、造景观、洗衣和回灌地下水。因此，雨水利用在技术上是具有可行性的。
从基本建设投资费用分析：雨水利用工程建设投资约200 元/m3。相比之下，小区收集和处理污水（再生水回用）工程建设投资约2 000 元/m3，而城市大型污水处理厂设施建设投资约2500 元/m3。从运行管理和小区用水费用支出分析：收集和处理雨水的运行费用为0.1 元/m3；收集和处理污水（再生水利用）的运行费用约为0.6 元/m3；城市大型污水处理厂运行费用约1.0元/m3；使用自来水费用（含污水处理费）约2.6 元/m3。从以上经济分析与比较可以看出：雨水利用的经济效益十分突出。2009 年第3 期黄 河 规 划 设 计总第149 期闫大鹏等：我国北方缺水城市景观湖泊规划研究由上述分析可见，城市水系规划是城市总体规划中一个重要的专业规划，景观湖泊在城市水系规划中的有具有地位和作用，景观湖泊面临着供水量不足和供水保证率低下的问题，城市雨水利用具有潜力巨大、技术可行、经济效益突出的特点，因此把城市雨水利用纳入城市总体规划，作为城市景观湖泊持续稳定的供水水源，有着巨大的现实意义。
2001 年水利部颁布了《雨水集蓄利用工程技术规范》，统一指导和规范全国的雨水集蓄利用工程建设。北京市城市雨水利用研究和发展全国领先，先后完成了北京城区雨洪控制与利用技术研究与示范项目和奥运场区雨洪资源利用技术集成与示范项目，目前已经进入示范和实践阶段。北京奥运水系景观湖泊通过设计水体自然净化的雨水利用系统［1～2］，有效保证了供水的水量和水质，节省了成本，建成了高标准的雨水利用系统，对兑现“绿色奥运”承诺和北京水资源的循环利用具有重要意义。
4.2.4再生水利用
北方缺水城市在水资源开发利用方面应按照减量化、再利用、再循环的循环经济发展原则，加大污水收集、处理和回用力度，促进水资源的健康循环和可持续利用。依据国家环保部对污水处理再利用的要求以及建设部、科技部印发的《城市污水再生利用技术政策》（2006 年），2010 年北方缺水城市的再生水直接利用率应达到城市污水排放量的10%～15%，2015 年达到20%～25%，并逐年提高利用率。
再生水资源利用符合发展循环经济、走资源节约型发展道路和建设节水型社会的要求，是国家倡导、鼓励和支持的水资源利用方式。《城市污水再生利用技术政策》提到，“城市景观环境用水要优先利用再生水，工业用水和城市杂用水要积极利用再生水，农业用水要充分利用城市污水处理厂的二级出水”。目前，在我国许多缺水地区，再生水资源利用正得到越来越多的重视和发展。北京市是国内再生水利用最早的城市之一。经过多年的实践，北京市2005 年再生水利用量达到2.6 亿m3，已经用于工业冷却、城市灌溉、市政杂用等多个方面。北京奥运水系景观湖泊通过设计再生水处理利用系统［3］，使再生水成为景观湖泊持续稳定的供水水源，实现了水资源的循环利用。
5 水质保障规划
5.1 污染及防治措施
景观湖泊的污染可以分为外源污染和内源污染。外源污染包括降雨径流污染、雨污水排放污染、旅游污染；内源污染主要是底泥污染和湖内养殖污染等。防止水体污染的措施主要有降雨径流污染控制工程、雨水口污染控制工程、旅游污染防治工程、水体充氧曝气、底泥处理工程、生物增效工程、人工湿地工程、临时应急措施等。其中人工湿地是集污水处理、环境保护、科普教育和休闲观赏等功能于一体的水处理先锋技术，不但具有生态环保的功能优势，而且具有建设成本低、运行管理灵活方便的优点，在水质保障规划中应作为重点工程详细研究。
5.2 人工湿地
人工湿地是指通过模拟天然湿地的结构与功能，根据需要人为设计、建造并控制运行的湿地［4］。人工湿地是由基质、水生植物、微生物、酶以及在其间流动的水体五部分构成。湿地对污水的净化是由基质、植物、微生物和酶相互关联的物理、化学和生物过程协同作用的结果。
湿地基质（填料）由粘土、粗砂、砾石、细砾、沸石、碎石、碎陶片、炉渣等其中的一种或多种组合而成，是湿地最基本的构成部分。湿地基质对水体中磷具有较好的吸附降解作用，不同基质对磷素的净化能力不一样。矿渣、粉煤灰、蛭石净化磷素污染效果较好，表土和下蜀黄土次之，沸石净化磷素污染效果较差。影响磷素吸附净化效果的主要因素是基质的全钙含量，碱性条件下，基质全钙含量越高，其吸附的磷素越多，净化磷素污染的效果越好。
湿地植物是人工湿地的特征所在，也是湿地处理系统最明显的生物特征，它是人工湿地的主要组成部分并在其中起着重要作用。湿地植物通过直接吸收利用污水中的营养物质，作为自身生长所需的营养源而使水中污染物得到降解。常用的人工湿地植物可以分为挺水植物、沉水植物和浮水植物。挺水植物主要包括芦苇、香蒲等，栽种数量容易控制，且工艺日趋成熟。沉水植物包括金鱼藻等，因其在实际应用中不容易控制，所以一般不采用，但是其对营养污染物的去除能力要优于挺水植物。浮水植物有浮萍、凤眼莲、水花生等，但是工艺优化的研究较少，应用受到制约。
湿地微生物在污染物的生物化学循环转化过程中起核心作用，它们是各类污水中最先出现并对污染物进行吸收和降解的生物群体。人工湿地中众多的微生物种群和数量，为人工湿地污水处理系统提供了足够的分解者。微生物对污水中的主要特征污染物具有显著的去除效果，如氮的去除主要通过硝化和反硝化过程，大多数人工湿地处于一种厌氧状态，所以反硝化过程是氮去除的主要途径之一，而反硝化过程是一个连续的酶促反应，所以在氮的去除作用中微生物起了很重要的作用。人工湿地中的微生物主要包括细菌、真菌和放线菌等。
湿地酶是湿地系统内湿地植物、湿地微生物和基质等各个组成成分酶的总称，包括胞内酶以及游离于细胞外的各种酶。湿地酶在人工湿地净化污水过程中起到极其重要的作用，它能加速湿地基质中有机物质的化学反应，从而促进湿地净化功能的发挥。湿地酶是一种生物催化剂，它能同微生物一起推动着物质转化，各种酶在基质中的积累是基质微生物、基质动物和植物根系生命活动的结果。在碳、氮、硫、磷等各类元素的生物循环中都有基质酶的作用，特别是在有机物残体的分解和某些无机化合物转化的开始阶段，以及不利于微生物繁殖的条件下，基质酶同生活着的微生物一起推动着物质转化。
人工湿地既可以对景观湖泊的入水进行净化处理，减少入湖污染物，又可以对景观湖泊的出水进行净化处理然后再进入景观湖泊，实现自身水体的循环利用，可以说是功能强大，效果显著。因此，我国北方许多城市的景观湖泊都规划设计了人工湿地保证湖泊的水质。郑州市郑东新区CBD 湖（如意湖）采用人工湿地作为其水环境保障的重要措施，经人工湿地处理后的水质绝大部分水质指标达到或优于国家地表水环境质量标准（GB3838-2002）Ⅱ类，CBD 中心湖水质常年保持在国家地表水环境质量标准Ⅲ类水的标准，运行效果良好［5］。
6 运行方式
我国北方城市雨水资源丰富，目前开发利用水平很低，今后开发利用的潜力巨大，将城市雨水作为景观湖泊的主要供水水源已经成为今后城市水系规划的主导方向。由于雨水的季节性很强，因此雨水仅适宜在夏季景观湖泊需水量很大的时期作为补充水源。雨水利用可以单独规划设计自己的净水系统，也可以以人工湿地作为其净水系统，或者两者适当结合。
目前我国北方城市污水利用率还比较低，再生水资源今后开发利用的潜力巨大，将城市再生水作为景观湖泊的主要供水水源已经成为今后城市水系规划的又一个主导方向。由于再生水资源的水量比较稳定，因此适宜在全年各个时期作为景观湖泊的连续补给水源。再生水利用在污水处理厂达标排放的基础上，以人工湿地等其他处理工艺做进一步的深化处理，作为城市湖泊的补水水源。
北京奥运水系工程采用三套独立的水处理系统［6～8］，成功实现了对雨水、再生水和湖水的净化处理。但是，比较经济合理的运行方式是雨水、再生水和湖水均采用人工湿地作为共同的净水系统，三套系统合而为一，集中高效的处理内源和外源污染，降低建设成本和运行管理费用。在沈阳市浑南新区中心区实施了人工湿地生态示范工程［9］，该工程包括雨水湿地生态工程、污水湿地生态工程、污泥矿化床湿地工程三部分，创造了污水处理和雨水净化相结合的人工湿地生态系统，实现了城市前期雨水和污水的净化，做到了水资源的再利用。
7 结语
非传统水资源雨水和再生水开发潜力巨大，通过适当的工程措施可以取得更加持续稳定的水量，在不加剧城市工业和生活用水矛盾的情况，经济合理地满足景观湖泊的供水量，提高供水保证率。因此，在我国北方城市供水矛盾日益紧张的趋势下，利用非传统水资源雨水和再生水作为景观湖泊的补给水源，具有非常重要的现实意义。人工湿地是一种先进的水处理技术，功能全面，经济高效，将其与景观湖泊的入水（雨水和再生水）和出水（湖水）密切结合成一个统一的水利用系统，可以实现城市景观湖泊的自然、良性、循环运行，有效发挥景观湖泊的经济、社会和生态环境效益。
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