1、悦泉湾畔景观水环境方案设计1288广州清远悦泉湾畔项目景观水环境治理工程 方案设计（讨论稿）项目号：201208上海和协生态环境科技有限公司上海丽致环境科技有限公司南京环境保护科学研究院二O 一二年八月目 录1 概述 12 设计目标与设计原则 33 二号湖富营养化治理原理及景观美化工程原理 44 工艺设计 44 工程概算 75 项目实施计划 76 主要技术经济指标 8附图1：富营养化治理及景观美化一期工程总平面图附图2：富营养化治理流程图附图3：富营养化治理及景观美化一期工程地形图附图4：湖区地表径流分区入湖图附图5：湖泊富营养化治理及景观美化一期工程鸟瞰图1 概述羊城属于水网地区，古代先民生
2、生活自然生态，傍水而居。清远悦泉湾畔项目承袭历史，占地2000亩，800亩悦泉湾（50万平方米）镶嵌在项目核心区域，环绕湖面的18个半岛和湖心岛上临湖建设300余栋别墅，商务中心和养生会所等建筑群。悦泉湾畔项目以超大体量景观湖泊及温泉为依托，构成商务、养生、度假和休闲生活的高尚人居环境。科学合理的进行景观水环境和富营养化防治设计，才能够凸显悦泉湖清澈秀美湖泊的天生丽质，表达傍水而居的水之灵魂。本方案设计讨论稿在近年大型（数十万平方米）生态景观湖泊水环境治理和富营养化防治成功技术案例的基础上进行编制，以供业主、建筑及水利设计单位进行交流讨论，并在补充前期设计理念及水文，气象（地区降水、蒸发）、地
3、理（土壤渗滤值、P/N本底值）等资料，以及深入踏勘调研后，完善后续设计。珠江三角洲地区的土壤及地表水背景值导致该地区湖泊的 TP、TN 等营养盐浓度远高于富营养化界限（限制因子TP0.02mg/l），理论上不会发育贫营养型湖泊。悦泉湖原址有大体量的多年养鱼水体，土壤营养盐含量高于地区平均值。悦泉湖湖盆断面重新构筑后，如果没有修复高等水生植物主导的水生态系统，迅速占领空间水体生态位，浮游藻类将快速增值，短期内水体透明度降低到30cm以下，及至发生藻华；如果及时修复高等水生植物主导的水生态系统，提高了水体自净能力，浮游藻类将被抑制，低成本保持水体透明度在80150cm以上。 湖泊岸线湿地与湖中沉水
4、植被的巨大生物量能够有效地遏制底泥内源营养盐释放，削减入湖外源营养盐负荷，并直接抑制浮游藻类的大量繁殖。在美国Okechobe湖的研究案例中，有水生植被发育的湖滨区与无水生植被的敞水区TP浓度分别为0.095mg/L和510mg/L（1）。在我国的一些景观湖泊治理案例中，采用全铺硬质底（全混凝土、浆砌石等）和自来水水源，但未修复生物多样性的水生态系统，均达不到预期效果，在数月内蓝藻、绿藻等浮游藻类便大量增殖，呈现浑浊、藻腥味、藻华等重富营养化状态（1、2、3、4）。昆山开发区晨曦湖的案例与悦泉湖最为接近：该湖原址有多年鱼塘和洼地河沟，开挖改造成17万平方米的晨曦湖后，多年淤积的底泥难以清除，复
5、水后3个月便爆发藻华。5年前经过全国各地考察，选择了南京环科院和上海和协生态环境公司的“EV生化生态快速生态修复技术”，6月内全湖水体透明度提高到60cm,1年后透明度提高到100cm,现在是第三年，透明度1.5米以上，大雨后，即使邻近房地产及周边地表径流污染大量涌入，透明度仍在60cm，由于水体自净能力强，数日后又恢复到100cm以上。迄今，晨曦湖清澈秀美的湖水映衬国家级昆山开发区地标时代大厦建筑群、湖滨栈道、亲水台阶、型塑，吸引昆山市民休闲欣赏美景。近看水下生物多样性的沉水植被犹如水下森林，鱼虾穿行其间。远望岸线多种挺水、浮水、湿生植物，夹杂在山石之间，三季有花、四季有绿，虫蛙鸟鸣，呈现现
6、代城市久违的自然生态景观。 然而，生态修复技术治理水环境的运行费是很低的，2年后、只需要按季节用较少人工进行收割，密度调整，捞出垃圾等辅导工作，很少耗电，依靠水生态系统的自净能力，保持高透明度水质。现在，正在扩大晨曦湖全水系56万平方米水体采用EV生化生态快速生态修复技术进行全面治理。从多个省份来晨曦湖参观学习者得知，利用老河塘及新开挖改造的大型人工湖，由于大型水系边界条件庞杂多变，原生态破坏，底泥内源污染残留，各类灾变和污染难以避免，尚未见达到预期效果的案例。晨曦湖的富营养化治理达到了预期效果，运行成本最低，水系面积最大。 上海和协生态环境科技有限公司、上海丽致环境科技有限公司，南京环境保护
7、科学研究院等不同专业领域内的资深专家强强联合，开发了“径流雨水预处理 + EV造流生化+超声波磁力切割 + 水生态系统快速修复”组合技术，应对大型水体的庞杂多变，为数十万平方米级别的大型人工湖富营养化防治及景观美化项目提供解决方案。2 设计要求与设计原则2.1设计要求方案设计符合清远城市总体规划，建设成为最佳人居环境目标的要求。治理后水质近期达到城市一般景观水域四类水质标准，逐年提高水质后达到三类水质标准。达到生态水景园林景观效果,充分表现悦泉湾天生丽质，彰显悦泉湾畔清远地标项目风貌。2.2设计原则2.2.1可靠性原则：采用可靠的治理工艺，有成功的工程经验可借鉴，能够抵御环境灾变和自然灾变，保
8、持生物多样性物种的自我演替。2.2.2可行性原则：水质达到景观区功能标准，并具有经济可行性。在TP/TN背景值高的条件下，大型人工湖泊原生态缺位，面临自然界，社会经济发展造成的多重污染，需要采用系统工程方法由生态、环境、水利、园林等多学科密切合作、科学规划、精心设计，才能应对大型水体庞杂多变的问题，取得预期的效果。2.2.3先进性原则：采用河湖治理领域内先进的技术，达到先进的综合技术经济指标。2.2.4可操作性原则：工艺选择、设备布置、生物配置等须便于维护管理，可操作性强。2.2.5避免二次污染原则：应避免二次污染，做好噪声防治、采用少污泥技术避免二次污染。3 悦泉湖畔水环境及富营养化治理原理
9、3.1 湖泊水环境及富营养化治理原理珠江三角洲区域历史背景导致该地区湖泊的TP、TN浓度远高于富营养化界限。这些营养充分湖泊的高等水生植物一经遭到破坏则呈现富营养化态势，浮游藻类大量繁殖、水质浑浊、散发藻腥异味、间歇发生藻华，失去健康水体功能。多年来，人们采用过多种传统技术方法进行富营养化治理：A.截污，尽量减少外源污染，但地标径流污染（后述），人流污染，大气沉降（例：昆明大气沉降污染入水体年总磷量0.26mg/l，上海大气沉降污染入水体年总磷量0.37mg/l）等难以避免。在上海，如果不经过任何水处理，一缸10升纯水露天，大约经过45天就会长出绿藻，经过一年，就成为实际上类富营养水了B.清淤
10、（即使换筑硬质底后，通量向下的新生底泥沉积，半年后又会形成新的内源污染）C.换水，即使换自来水，沿海地区地表水背景值远超过富营养化限制因子0.02mg/l），如果不进行生态修复，仍将发生透明度下降，藻华爆发。D.采用循环过滤、投加水处理药剂等方法，在滞流水体HRT超过3天后，浮游藻类增殖加快，透明度开始下降，并持续恶化。由于长期连续的过滤，加药维持费过高，此类项目均处于应付检查，节日时节短期应付的状况。 大量实践表明，上述方法只能在短期内保持水体的清洁，长期运行费用过高，难以长期保持预期的效果。其根本原因在于: 富营养化主要限制因子TP低达0.02mg/L（长江水等地表水TP已高于此值），迄今
11、尚无低成本降低TP、TN，达到富营养化界限的可行技术。只要湖水TP、TN 高于富营养化界限，滞留时间超过3天，并且没有去除或抑制湖泊富营养化因子的机制，在合适条件下，自然界光合作用的巨大能力就使湖泊水体成为浮游藻类的“高产良田”。因此,上述治标的方法均难以扭转浮游藻类大量繁殖造成的富营养化结果。经过多年的经验和教训，人们逐渐认识到，人工修复生物多样性生态系统，恢复水体自净能力，是根治富营养化的治本方法。人工修复的生态系统要能够抵御，环境灾变和自然灾变，生态系统内多种高等水生植物、动物、微生物等物种要能够进行自我演替，从而模拟自然界长期演变的水生态系统，长期抑制浮游藻类的大量繁殖。 根据湖泊的特
12、点，因地制宜，配置“地表径流入湖渗流过滤预处理+超声波磁力切割+ EV造流生化 + 修复生物多样性生态系统技术组合”，从湖外到湖内，大幅度减少外源污染入湖，有效控制内源污染释放,末级由生物多样性生态系统低成本深度净化并长期保持水质， 达到根治富营养化的目的。本组合技术有别于传统技术的尚有：1、治理工程的内容物同时也是生态景观的主体,具有缓慢运动的水景特点； 2、不需要清除原河道、及鱼塘的底泥，依靠EV生化-生态技术可以很好地屏蔽底泥内源污染。仅此便可以大幅度节约前期湖盆断面土方工程费用，且大幅度提高了施工可操作性；3、可以抵御偶发但难以避免的 环境灾变和自然灾变，保护生态系统的安全，克服生态系
13、统的脆弱性；4、生态系统物种能够自我演替，效果稳定，大幅度降低操作管理运行费用。湖泊富营养化治理及景观美化工程由四个分项处理单元集合组成：3.2 分项处理单元及应对水体功能障碍的原理分析区域气象资料、地下水位、湖面水位、土壤及底泥、湖泊断面及驳岸、周边水系等特征。计算湖泊在枯水期的最大蒸发与渗流损失水量之合（例如，昆山17万平方米晨曦湖1200m3/日。50万平方米悦泉湾待提资后计算）。据上对补充水源的成本、组成、水质，以及净化工艺相关参数等进行合理地选择。3.2.1雨水汇集及配送处理单元50万m2新生大型人工湖，由于TN、TP背景值高于富营养界限，加之新人工湖缺少历史遗留的原生态系统对浮游藻
14、类加以抑制，短期内即成为藻类高产“良田”（ 类似的湖泊在夏秋季浮游藻类异常增值的时段，蓝藻的增值率可达到1.3g/m2.日），呈重富营养化状态。作为补充水源,汇水区地表径流经过本设计渗流系统预处理后被视作水资源，是良好的水源。“尽多收集汇水区内的雨水，预处理后入湖”，可以补充湖泊全年蒸发与渗流损失水量的30以上;“在雨水不足的枯水期，引上游河水源补充蒸发与渗流损失水量”，二项措施可以大幅度减少补充水源的处理费用。由于地表径流雨水的TP、TN营养盐比一般地表水低，更有利于通过“EV造流生化 + 修复生物多样性生态系统”持续进行生物迁移，逐年降低营养盐，达到三类水体的目标水质。3.2.1.1初期雨
15、水初期雨水采用如下收集方式：1）有组织收集大面积混凝土等硬质地面，径流系数大，收集雨水量大，雨水管收集方式较容易实行，并且初期雨水的污染程度较高，必须进行有组织的收集。人流大的景观区，容易对地表径流形成污染，这部分初期雨水对湖区的污染影响较大，也必须进行有组织的收集。需要说明，建筑设计居住区阳台水不进入雨水管，应引入污水管（很多居民有在阳台洗涤的习惯，污染量较大）不在水环境治理工程的收集范围之内。2）无组织收集绿化区，和人流较少的湖滨带，采用无组织的方式收集初期雨水设计中通过地面放坡、浅洼地、坡向沿河岸的渗渠等手段，使这部分初雨经过土壤的渗透作用，从而达到净化初期雨水的目的，使整个系统处于无组
16、织到有组织收集的临界状态，兼顾两者的优点，因地制宜配置。为尽多收集优质雨水,在新建汇水区尽多采用可渗水铺装，减少硬面铺装,车道之外的小路采用汀步路或嵌草砖拼图,设计构造平缓起伏的浅洼地和浅草沟,配置雨水井,汇集初期雨水进入初雨池。初雨池注满后, 浅洼地和浅草沟水满自溢,通过自然渗水和湖滨缓冲带渗滤层入湖。3.2.1.2 后期雨水每逢大雨,后期雨水径流到均布湖周的浅水湾湿地岸线溢流入湖,经过湿地区,补充优质水源,置换老水,多余水通过戏水漫流坝泄洪下游。经过强化水土保持，合理植被之后，地表径流雨水的TN、TP和其它污染物将优于上游河水，更可以减少河水引流量，减少河道管理部门的压力。3.2.2 “
17、EV造流异养微生物生化”单元悦泉湖（50万平方米）环绕湖面的18个半岛和湖心岛上临湖建设300余栋别墅，商务中心和养生会所等建筑群。岛间将形成十多个万平方米左右的滞留小湖区，小湖区HRT大于3日，在生态修复完成前极易滋生绿藻、蓝藻、隐藻等浮游藻类，发生藻华。 生态修复初期的水生态系统具有脆弱性。大型湖泊面临自然界庞杂多变的恶劣条件，多有生态系统被环境灾变和自然灾变摧毁的案例。“EV造流异养微生物生化造流生化”对湖水缓慢造流，利用异养微生物的高效处理能力初步净化水质,解除重富营养化水质对水生态系统的胁迫。EV造流生化兼行接触氧化、硝化、反硝化、提高底泥表面氧化还原电位，大幅度降低底泥TP、TN释
18、放。在遇有环境灾变和自然灾变时，EV造流生化满负荷开机，在水质良好时可以低负荷开机或移到其他水质不好的湖区。“EV造流生化+水生植物生态”组合技术是在福州白马支河的“浮岛湿地/穿孔管曝气”（加拿大亚奇公司）和南京莫愁湖的“镶嵌组合沉水植物群落/软隔离围栏”（南京师范大学）二项技术的基础上加以改进，提高了抗冲击负荷、污泥自消化性和大幅度降低投资后，形成的新技术。新技术由“新型潜水造流生化处理机”，“新型环保填料浮岛湿地滤床”和“EV微生物生化” 三项具有自主知识产权的专利技术组成。湖泊水体滞流是浮游藻类恶性繁殖的原因之一。多台潜水造流生化处理机接力,用低电耗形成大型水体水流联动，流水不腐, 在提
19、高透明度的同时改良底泥，大幅度减少底泥营养释放。该专利设备采用潜水马达，低噪声，用生态浮岛组合定位，具有良好的景观性。“EV造流微生物生化”高抗性生态修复技术与传统水处理技术比较，具有 “三低一少，水景花园”（建设费低，运行费低，管理要求低，产泥量少，容易按水景要求配置）等特点。“传统技术水处理站”与“水体EV造流微生物生化” 比较:传统技术水处理站EV微生物生化塘/水生植物生态塘建设费（不含管网）350万元以上（不同品种，差别较大）建设费（不含管网）170-150万元（根据是否有兼用河塘、业主对景观标准要求的高低，差别较大）运行成本0.6-0.8元/吨水运行成本0.2元/吨水（面积大，电耗少
20、）操作、维护管理复杂、操作工人多操作简单、运行稳定，操作工是前者的1/31/4污泥产生量多，污泥处理复杂，需增加设备、药剂等污泥反复自消化，污泥产生量少，少量剩余污泥间歇抽出喷洒作绿地肥料只能在短期内保持水体的清洁，运行费用过高。滞留停留时间达到三天以上后,浮游藻类便开始快速增殖低耗能的水流连动,比泵、穿孔管等多种曝气、喷泉、跌水等节电30-60%。低耗能改变滞留状态的效果比停留时间三天小的多。流水不腐的生态系统强力抑制浮游藻类增殖钢筋混凝土结构或钢结构池，设备、管道、机房庞杂，景观性差自然生态景观水体代替处理站主体，镶嵌种植多种水生植物花卉，花鸟虫鱼，三季有花，四季有绿，是生物多样性丰富的水
21、景花园，城镇景观的亮点3.2.3 小死角区间低动力虹吸、超声破、磁力切割单元 在小死角区采用低动力虹吸造流局部HRT小于3天、在造流管配置超声破、磁力切割单元。因地制宜与EV生化造流结合使用取得最节能，运行费最低的效果。3.2.4修复生物多样性生态系统单元 人工修复多种高等水生植物、动物、微生物组成的湖泊生态系统，削减外源营养盐负荷、遏制底泥中营养盐的释放、逐步降低水体营养盐浓度、并直接抑制浮游藻类的大量繁殖，是富营养化的治本方法。前三个分项处理单元为生物多样性水生态系统解除了环境胁迫后,以高等水生植物主导的生物多样性水生态系统得以发挥深度净化的功能,长期保持透明度1.5m以上水质。对于新开挖
22、的人工湖泊,模拟自然界长期演变形成的生态驳岸和锅底型湖底断面更符合生态学原理，有利于为多样性生物提供各自最适宜的生存场所。锅底深度0缓坡0.53m左右有利于多样性沉水植物的自我演替，长期保持水体自净能力。60以上水岸线采用生态驳岸有利于多样性挺水植物和湿生植物自我演替，为多品种动物提供栖息地。水面标高有待于对地下水位、土壤参数、园林景观、降雨及排水等多方面因子深入勘测分析后确定。在上述有利条件下,采用新技术组合方法修复水生态系统更有把握达到预期效果: A、在大部分面积的湖底镶嵌种植十余种沉水植物，多种植物按不同的生长季节接力生长，加以人工提前辅导自我演替，抑制单一物种单季疯长，修复全年大面积沉
23、水植物的生态缺位。 B在湖泊四角区域配置成不同风格的浅水湾湿地区，作为大雨溢流补水入湖区, 同时捕集随风聚集的浮渣浮沫。距主建筑物较远的浅水湾湿地,人流较少,远眺式配置木质化度高,冬季、早春苇絮不败的芦苇品种,略显野趣。(图1)地距主建筑稍近的浅水湾湿,配置挺拔的蜡烛菖蒲、麓草,兼以灯芯草等植物。人流大的浅水湾湿地,距主体建筑最近,近观配置王莲、睡莲、箱栽荷花、假连翅、花菖蒲、茨菇等较为华丽的观赏植物群落。主要游览区浅水湾湿地毗邻栈道码头,远远望大面积白菖蒲、黄花鸢尾、千屈菜、红蓼等，配合岸边陆生鸢尾、水杉林,颇具异国风情。C、在大部分岸线镶嵌种植挺水植物和湿生植物群落。较大面积浅水湾湿地和大
24、部分岸线镶嵌种植的湿地植物保有巨大的生物量,伴生有益微生物、有益鱼类、昆虫类、蛙等二栖类，吸引多种鸟类栖居。随同生境演变，人工辅助多样化物种实现稳定的自我演替，经历一年以上长时间净化，水体透明度、TN、TP等指标可达到更好水平。在生态修复的全过程中，注重辅导具有特色的乡土种和观赏种，抑制疯长品种，杜绝入侵生物。高等水生植物主导生物多样性水生态系统,同时也是水景特色景观的主体: 湖底间隔镶嵌种植多种沉水植物,水体透明度1.5m以上,踏亲水台阶、栈桥码头、游船亲水可清楚见到鱼虾在水下森林中穿行。岸线间隔镶嵌配置多种挺水植物和湿生植物,形成大的色块和体量,衬托宽阔的湖面,构成具有生态水景特色的视觉空
25、间。4工艺设计附图2：二号湖富营养化治理流程图（见附图集）实施流程框图：实施流程说明：1）雨水收集配送、预处理接触氧化设备、全部装置均在地下，不影响地表绿化景观。2）“EV生化系统”是水面景观的组成部分，浮岛湿地茂盛的植物下多台设备联动全湖形成活水，改善湖区生境状态，EV生化更以高效氧化、硝化、反硝化反应保持水质,辅助生态系统更深度净化水质。在不发生环境灾变和自然灾变情况下EV生化系统可以间歇运行。3）在小死角区采用低动力虹吸造流局部HRT小于3天、在造流管配置超声破、磁力切割单元。因地制宜与EV生化造流结合使用取得最节能，运行费最低的效果。4）大部分湖底镶嵌种植苦草、眼子菜、伊乐藻、菹草、茨
26、藻等沉水植物，季节交互，自我演替。以沉水植物主导修复生物多样化的生态系统，高等水生植物、微生物、动物等高效发挥生物相克抑藻原理，第一年保持水体透明度150cm,构成水下森林风光。可直观鱼虾穿行在水下森林般多种沉水植物之中。5）近岸湖区修复亲水生态驳岸及相连的积木式浮岛湿地组合，以贴近自然的排布方式，形成“自然湿地区”，镶嵌种植香蒲、水芹、小面积芦苇丛、美人蕉、鸢尾、灯心草、蒙草、萱草、莎草、马齿苋等30余种挺水、湿生植物，三季有花，四季常绿，自然演替。展现湖畔虫鸣蛙叫，众鸟觅食场景，把生物多样性生态流引入到高密度城市环境。 6）莲藕区补种冬春季沉水植物，补充莲藕衰败期的高等水生植物生态缺位，全
27、年保持水中植物景观。从第二年开始，长期工作重点转向长效治理景观园林化，提高控制外源污染和抵御环境灾变的水平，随同生境的演变辅助生态系统内部种群的演变实现稳定的自我演替，为城市中心区提供有生态特色的山水园林景观亮点。5 工程匡算（参考昆山17-56万平方米晨曦湖，常熟4万平方米名流世纪庄园案例）序号项目数量单价（元）总价(万元)说明1环湖雨水汇集、配送系统60对陆地景观及土建设计提资，根据地方特点及要求采用不同的标准和等级有较大变动，暂估价60万元左右21/4岸线半硬质 生态驳岸、水下二级安全驳岸可调节景观戏水漫流坝150要求采用不同的标准和等级有较大变动，暂估价150万元左右3近水岸线甲俭草及
28、湿生植物，水土保持冲沟设置植被群落、保留枯枝落叶层结构。雨水收集系统结合自然径流方向。利用草沟、洼地进行排水除车道和广场采用硬面铺装外，小路、停车场、活动场地等尽量采用可渗水铺装，减少硬面铺装60要求采用不同的标准和等级有较大变动，暂估价60万元左右4可移动EV生化造流平台初期复合芽孢菌，大型鰠接种355165移动间歇使用5低动力虹吸超声破磁力切割61272专用嵌草转拼砌6环保填料自我演替型湿地滤床916生物多样性生态修复挺水、沉水、浮水、湿生植物镶嵌种植，自我演替。螺、蚌、多种小型、鱼类、青虾、蛙类接种、m3800钢混构筑物，内置提升泵，污泥回流及利用系统合计1398含后期部分土方土建费用说
29、明：由前述原理及多个大小成功案例表明：全过程不需要清淤泥，也不要单独分别转移淤泥，淤泥污染由EV生化和生态修复解决好，大幅度节约淤泥处理费用。本设计按如下流程进行：干塘土方工程（湖盆断面） 二级安全驳岸雨水收集预处理设备安装工程逐季生态修复工程运行调试运行管理。6 项目实施进度计划分项工程实施进度计划表时间07年-11月07年11月-08年3月08年-4月08年4-9月08年9月及之后湖体锅底断面工程接触氧化池先行安装并尽早使用开始复水至1.5m，镶嵌种植湖底冬季、夏季沉水植物，水明见草青，初步达到景观效果。水体透明度达到70cm以上。完成接触氧化生物炭系统安装。冬春季、夏季湿地植物镶嵌种植。
30、投放鱼、蚌、虾、螺、两栖类等易控制收获、生态系统完善生物链、维护生态系统健康堵塞水生动物。完善已修复生态系统，分阶段生态修复，水体透明度达到150cm以上。为公园今后的富营养化治理和景观美化打好基础。建立低成本长效治理模式，根据生境演变状况确定今后工作方向。7 主要技术经济指标6.1 主湖面积：50万m26.2 工程总造价：1398万元6.3 环境治理的工艺设备部分1000万元左右（不包含后期土方及部分半硬质驳岸等工程后）6.3 总用电装机容量：66 kW6.4 总用电使用容量：16 kW（间歇使用）6.5 操作管理用工人数：4人6.6 水环境治理运行费（健康水生态系统稳定后，第二年开始减少）: 20万元 /年附图：
