生态水池设计研究

生态水池设计研究

雷干强

上海同沃景观规划设计有限公司

摘要：“水令人远，景得水而活”水是园林景观中最为活跃、最具魅力的造园造景元素之一。水景的形成都应以水的生态运用为前提。一旦水体处理不当，那么水景效果就会变差、不美，甚至成为一大败景。因此，如何形成一种生态的、美景如画的水池，是现代园林景观中一个重要课题。本文就生态水池设计在各种土壤地质环境中创造一个良好的水池中生态空间链。提出了新的思路和方法。

关键词：生态自净有机养分水池生命力生态空间链水池温度

正文

一、引言——生态水池的重要意义与必要性

水是生命的源泉，是生物体的组成成分和各种生命过程的介质；水也是生态系统和自然环境的重要组成要素和媒介物，参与地表物质和能量的迁移、转化和循环；通过水运动的作用，促使与保障生态系统中其它的活动。因而水是生态环境形成和发展的重要物质，自然界赖以生存和发展的重要资源。

水域环境是大自然动植物汇集交流最丰富的区域。动物无论哺乳类、鸟类、两栖类、爬虫类、昆虫还是鱼虾贝类，植物则无论湿生植物、水生植物抑或菌类，均会受到水的滋润而得以大量繁殖聚集。在城市生态环境日益恶化的今天，决策者和建筑师意识到了改良城市环境的必要性，大量的绿地和水域被建造出来，以改善城市面貌。

然而，随着生态观念的渐入人心，人们的需求已经不仅仅停留于美好的园林景观和充足的公共休憩空间，而是逐渐上升为要求城市绿地具有更多的生态性与可持续性，可以自身演进更替，为高度人工化的城市环境提供生态意义上的补偿。长远地看，城市终将成为人类与动植物共同繁荣生活的家园。而生态水池的设计创造，正是目前比较可行的对城市绿地生态化改造的探索。

台湾特有生物保育研究中心研究员彭国栋、黄朝庆认为，生态水池是大自然中动植物繁衍、生活、游憩的重要活动空间，也是人类社会生活不可缺失的重要环境。在景观设计及造园艺术上，生态水池也是一项非常受重视的设施[1]。所以在各种公园、小区、庭园、校园及游乐区均可看到形状深浅及构造不一的生态水池。其营造管理已是自然环境与人类生活的重要部分。

二、当代的生态水池设计实践与存在的问题

生态水池的概念，在现设计行业中多有提及，而付诸实施后真正成为生态的水池却不多见。少数较好的例子均为展示意义大于实际意义，而大部分作品属于不全面的生态化或者根本不具有生态的标准，离真正意义的“生态水池”还有相当大的差距。

例如在上海新天地的“生态水池”设计中，种植了多种水生植物，放养了若干鱼类，表面上看，“生态水池”提供给这些动植物以栖息之地，但是随着时间推移，水中的鱼类渐渐失去活力，观赏性降低，管理方不得不更换新一批鱼苗来代替。

这并不是个例，在很多所谓的“生态水池”中，只能找到人工放养的种类的鱼，其他的衍生品种几乎没有。再如在上海东方体育中心景观湖中，使用所谓的高科技净化水质系统，虽然清洁了水质，但是也带来不适合生物生长的化学物质，使水池缺乏生机，生命体失去了生存的空间。一味的追求景观表面“好看”，增设大型喷泉，池底密布的大量管线。更有甚者，生物不能在水池中生存，大量灭绝，水的功能消失；一旦缺少维护，水质变坏，发出臭味。归根结底，水池失去了原有的“自我生命力”。

图为：上海新天地太平湖图为：东方体育中心水景

这种不具有生态功能的“生态水池”，不仅劳民伤财，还使本来有机会改善的城市环境更加恶化。这反映出决策者和设计师对生态概念的认识较肤浅，在生态水池的设计实践中还缺乏经验，设计原理认识模糊，设计方法不当。

根据生态学与景观设计理论和实践，现将现有的大部分“生态水池”存在的问题归纳如下：

1水池形式过于人工化、景观化。形状多为平整之四方形或圆形，池底、池岸几乎都是水泥，堤岸垂直不设斜坡，池中置物多为硬质几何面块，缺少动植物生存所需的多孔空隙。

2水体不与外界交换，不流动则容易变成死水，景观有余而生态不足，缺乏生机可供观赏，故价值不高。为了解决水质问题而采用人工机械及化学药水组成的净化系统的成本过高，且不符合生态原理。纯粹的为了水景美化而采用非自然手法是不可取的。

3没有多样化的水生植物与动物及土壤，无法形成自然生态群落的生物链，水池自我净化能力弱，有机养分缺少补给。不具备微生物群居空间链形成的条件，难以构建真正的生物的家。

三、生态水池规划设计基本理念

针对上文分析提出的现存问题，结合多年的景观设计实践经验，试提出设计“生态水池”应有的基本理念。

（一）水深

水池深度的错落变化有利于水生动植物群落均匀分布。故应设计浅水区和深水区，且应具有层次变化，以适应自然生态链的需求。不同的水池深度带来不同的水温环境；以适应多种动植物生存的环境。

浅水区的水深以安全考虑为主，离池岸2米内的水深不得超过80厘米。水深从10厘米逐渐过渡到80厘米，其长度配置不同，要考虑到日照的因素带来水的温度变化差异，还要参考水池用途来确定比例。

而深水区的水体深度决定了整个水池的温度是否恒定。资料表明大约在4米以下（具体依情况不同）水的温度一般在5-8度。如果要蓄养较多之鱼虾贝类且利于鱼类栖息过冬，则水体应尽量满足温度与深度要求。

（二）形状

师法自然，应求不规则，弯曲且多变化，避免平直整齐之形状。可考虑设计成数层梯田式不等水位的区带，同水位的区带，水道可连接式独立，不同梯度的梯田可创造水流或高差的效应。规整的水岸设计应当在岸边设置多层次的空间来缓解人工的造作，在景观上亦产生宛自天开的效果。

（三）池底

先于地底挖沟，堆石、堆木块，放置2层防水布防止水流失；其上以粘土成分占40%以上之土壤压实成100～200厘米的土底即可防漏，不必使用水泥或磁砖等。池底应为具有变化之地形，提供不同的水生动植物选择利用。池边1米做斜坡预留为潮间带及透水区。

（四）植栽

依不同水深，栽植原生之湿生、挺水、沉水及浮叶等植物，周边保留或栽种亲水之原生地被、灌木及乔木，并应使植物枯枝落叶和水体有最多的接触面，以平衡水中动、植物的群体的繁衍对有机肥料的需要。

除了去除氮磷外，水生植物及其枯枝落叶层形成一自然生物滤器，有助于控制嗅味；还能阻碍杂草生长，昆虫繁殖；植物根系促进过滤，可防止系统的堵塞；在冬季形成一个绝热层，有助于使基质免受霜冻。

水生植物在净化过程中起到十分重要的作用，选择合适的十分重要。一般选择遵循以下原则：净化能力强，具有抗逆性、抗冻、抗热、抗病虫害能力，易管理，对周围环境的适应能力，综合利用价值高，能美化环境。

（五）池岸

水岸之边坡应平缓，并以自然土壤、木材或天然石块石切成；营造动物喜欢的缓和边缘，应少设置成垂直堤岸或使用水泥、磁砖，尤应注意边坡要维持多孔隙性及多变化性，以利动物之进出及栖息之隐蔽性。

（六）池中堆置物

可放置枯木、石堆、枯竹，并使部分沉入水中；部分设置为直立之栖木；部分自岸上自然倒入池中，便于水栖昆虫及鱼虾生存，亦可形成两栖动物的天然通路及鸟类驻足点。

（七）人工生态浮岛、湿地

池中尽量预设人工生态浮岛，可利用竹筏或木筏，混合种植多样化植物，如水社柳、莎草、禾本科草类等。设置浮岛和湿地可增强水体自净的功能，使其水体保持活力。

（八）流动水

流动之水声及喷雾对某些动物具有吸引力，可以用沉水马达创造类似之循环水加以利用。水体的流动或利用沉水马达制造震动效应还可减少水域中藻类的大量滋生，使有机物质均匀分布以为动植物提供养分。

（九）日照

光照是必要的生态环境因素。池面大部分面积每天应维持适当之光照，以利动植物繁殖生长。池边可种植亲水性的乔木或灌丛，使水面的光照面有所变化。

（十）利用及保护

应将水池区分为生态利用及保护区。保护区内禁止人为干扰或进入，使各种野生动植物有适当之生长及隐蔽处所。一般保护区应占水池三分之二以上。生态利用区应考虑到最大承载量，否则生态水池可能因利用过度，毁于一旦。接近及利用通道应在水池边缘（前缘）通过，切忌由中间切断池面。在使用上应有明确之利用目标及规划，例如教学、展示、物种搜集、保存等。否则很容易变成一个使用率偏低的奢侈品或荒废池[2]如图：生态水池剖面

四、新概念的生态水池设计原理

（一）生态水池中的养料--------土壤微生物

土壤是岩石圈表面的疏松表层，是陆生植物生活的基质和陆生动物生活的基底。土壤中总是含有多种多样的生物，如细菌、真菌、放线菌、藻类、原生动物、轮虫、线虫、蚯蚓、软体动物和各种节肢动物等，少数高等动物（如鼹鼠等）终生都生活在土壤中。土壤是生物和非生物环境的一个极为复杂的复合体。也是生态自然链中重要的载体。

利用生态水池中的土壤微生物进行水质净化，是水池生态系统达到自身循环的重要环节。所谓“流水不腐，户枢不蠹”，但是在城市园林中，却多有静态的水面。即使是生态水池，也会因地理或气候原因无法与自然水体相连形成动态，故生态水池应具有自我净化水质的功能。

微生物在污水净化中往往起核心作用，主要包括细菌、真菌、放线菌、原生动物、藻类等，它们是各类污水中最先出现并对污染物吸收与降解的生物群体，而且还能捕获溶解成分给它们的动物或植物共生体利用。微生物生物量可作为系统中底泥物理化学特征，养分含量变化以及有机质积累与分解有效反映指标。

细菌中起主要作用的是硝化细菌、反硝化细菌、聚磷菌和硫细菌。污水中的氮主要以有机氮和氨氮形式存在。通常有机氮被细菌分解成氨氮。无机氮主要是通过细菌的硝化、反硝化来去除。微生物对磷的去除通过正常同化吸收和聚磷菌对磷的过量积累。微生物对磷的同化吸收一般占去除总量的4.5%～19%。对硫的去除主要靠硫细菌的分解。

真菌主要在植物根表形成菌根吸收养分。具有强大的酶系统，能促进纤维素、木质素、果胶等的分解，并能将蛋白质最终分解释放氨。放线菌是分解不含氮和含氮有机化合物的积极参与者，还能形成抗生物质维持系统生物群落的动态平衡。原生动物摄食一些微生物和碎屑，起着调节微生物群落的动态平衡和清洁污水的作用。

水池是野生物聚集交流具有枯木是蜻蜓、及鸟类最喜欢的地方

生态美感的地方

藻类在贮藏和转移养分方面有时也能起着举足轻重的作用。藻类有较快的周转速率，因此当污水有较高养分时可起到短期吸收固定再随后缓慢释放与循环的作用。丝状藻控制着污水的DO与CO2浓度及其日变化，它能使污水pH值在白天比在晚上要高出2～3个pH单位。很显然污水中这种DO，CO2和pH的剧烈日变化不仅影响污水的化学变化，还会影响植物的生长及对污染物的作用。

利用上述微生物的特点进行生态水池设计的技术称为稳定塘。通过菌藻共生系统对污水进行处理。稳定塘特征参数如下表所示。

（二）生态水池的蓄水

蓄水为了使水池中经常有水，且能保持一定的水量和水位；包括对雨水收集、外水补给、水池水外溢流，形成一个有机的循环体系。根据不同的地质土壤情况，我们采取不同的方法。可分为两类；

一类是自然蓄水，这类池底为自然式的。在南方地区的土壤中含水量高，基本是挖一个坑，下雨的时候就可以蓄水成池。这种土层的底下水位比较高，在雨季比较旺盛时期，地势低洼的地方会出现短暂的地下水外流的现象，一般我们称之为旱泉水。所以，对蓄水工程要求不是很高，基本处于自然状态，即把地形进行堆挖就可以。

二类是对于蓄水不好，地下水位比较低的土层，雨季时期地表蓄水往底下渗透，地表湿润而不蓄水。这类在北方地区比较常见。在这些地区做水池设计，必须要做蓄水工程蓄水。通常的做法是钢筋混泥土的防水工程，做成一个硬质的“容器”。在生态水池设计中，经过多年的实践，我们结合以往的经验。总结出一套的新的处理方法。并在上海大宁绿地、潍坊桂河水系工程中得以论证。即：在原有的“容器”的做法上在用两层防水布夹层，表面覆土1-2米，分两层夯实。土层是生态水池的养分，也是各种生命体存在的条件。这种人工仿自然的做法，在生态水池中为各种动植物的生存创造了条件。形成生物链之后，水池即可达到自我净化、养育生物的功能。

（三）生态水池是自然界的“血管经络”

大量的工程表明，水池达到了预期的蓄水目的后；其生态意义仍远远不够。水池中所蓄的水或者土层，没有和大地相连，物质得不到互换，生态水池就成了摆设。人工生态水池大部分采用钢筋混泥土的驳岸和池底，水池与大地缺少联系，为了使水池能够融入“大地血液血管”中。因此，我们在考虑蓄水的同时，考虑在池底或驳岸某一局部采用置一层碎石的办法以保持水池不与大地相隔绝，创造通路使水池融入到大地的“血管经络”中去。这样的水池才充满活力，是我们所追求的生态水池。

另一方面，水池的底面土壤也是重要的“经络”。在没有优质天然土壤做基底的情况下，人工制成的基质也可以为生态水池提供良好的养育平台。

基质（即填料）是人为设计的、由不同大小颗粒的砾、沙、土等按一定的厚度铺成的供植物生长、微生物附着的床体，具有过滤、沉淀、吸附和絮凝等作用。填料的选择对于生态净化系统特别是人工湿地的运行效果有重要意义。在床体内部填充多孔的、有较大比表面积的填料可改善人工湿地的水力学性能，为微生物提供更大的附着面积，增强系统对污染物尤其是氮、磷的去除能力。广为使用的填料土壤与磷、重金属等的反应产物最终吸附或沉降在土体内，从而使土体内这些元素的含量急剧升高，几年之后即可高达入水浓度的10～10000倍以上。

目前应用较多填料有土壤、卵石、塑料、炉渣、陶瓷、活性炭、自然岩石与矿物材料等。应根据原水水质和经济分析进行选择，以充分发挥填料的作用，选择原则为：质轻，有足够的机械强度；比表面积大，孔隙率高；不含有害物质，化学稳定性良好；水头损失小，形状系数好，吸附能力强。

五、结论

综上所述，生态水池的设计应尽力构建完整的动植物生态链，在构造上满足自然界生物对生存环境的需求。当然，还要综合考虑经济效益，以达到节能与环保的要求。本文就此问题提出新的理念与方法，并结合工程实例对具体实施方法作了论证。生态水池作为重要的城市环境生态化实践，必将取得越来越大的成就。

参考文献

[1]高延续《工程防水有关问题的思索》文章编号：1007-497X（2009）-06-0011-05

[2]《湖山水库生态简讯》第6期2006年9月

[3]《污水生态净化技术的研究与应用》