ASLA获奖项目深度解读 | 低成本高效能的生态污水处理系统

导言

10月4日，美国风景园林师协会专业奖（ASLA Professional Awards）公布了2021年获奖名单。GVL怡境国际设计集团的《低成本-高效能：运用低影响开发设施构建偏远地区生态污水处理系统》（Low-cost and High-efficiency: Use Low-Impact Development Facilities to Build an Ecological Sewage Treatment System for Remote Areas）夺得研究类（Research Category）荣誉奖（Honor Award）。

怡境设计21年来重视生态建设，对海绵技术有持续的研究，并一直在项目中探寻着技术与景观的结合。获奖课题是GVL怡境国际设计集团研究中心设计总监闾邱杰带领团队对广东省清远飞来峡水利试验基地内一个中心湖区改造成果。该项目不仅运用了海绵技术，同时与景观改造达到很好的结合，更重要的意义在于，它为那些地理位置偏远和资金缺乏地区的生活污水排放问题提供了一种“低成本，高效能”的解决方案。

本篇专题，我们邀请到闾邱杰团队为本栏独家撰稿，为大家解读飞来峡海绵公园技术。

跟主创设计师闾邱杰一起认识飞来峡海绵公园

研究背景

飞来峡海绵公园是广东省水利试验基地（以下简称“基地”）内一个中心湖区的改造项目，它的地理位置处于城市基础设施较为薄弱的区域，周边没有污水处理厂。

那么，基地的科研人员和管理人员的生活污水只能采用简单的二级化粪池处理后直接排入中心湖，导致中心湖水质逐年恶化。改造前湖水的水质为劣五类，水生态系统遭受破坏，周边的人居环境也相对糟糕。

因此基地亟需开发廉价、便捷的污水处理技术，解决基地的日常废污水排放问题，并对心湖的生态环境进行修复，恢复心湖的水质和生态系统。

同时，使用者对提升园区的人居环境和生态环境抱有极大的期待，兼顾雨、污水处理功能和景观功能，打造宜人、宜居、宜水的多功能生态公园，实现低维护、低成本运营。

▲严峻的生活污水排放形势

▲生活污水的组成

▲生活污水带来的危害

▲地理位置偏远和资金缺乏导致基地的生活污水排放问题一直无法得到妥善解决

▲总平面图与建成后的卫星图

▲从设计到实施，项目已经建成三年，水质逐渐提升，植被和环境逐步恢复，为园区的工作人员提供了舒适的办公环境

猜想与研究

基于此背景，我们与华南理工大学联合组成课题研究小组，不同于以往传统的工程项目是以经验视角开展设计，我们是以科研视角为切入点，提出以“低维护成本，高运转效率”的景观策略取代成本高昂的传统工程的设想，并将其拆解为以下2个子问题进行了探讨：

（1）景观策略中所包含的处理污水的低影响开发设施手段有哪些？这些低影响开发设施手段能否同时作用于雨水带来的地表水污染，以及生活污水的处理？

（2）如何在低成本的制约下，有效地组合不同类型的低影响开发设施（包括类型、各类的占比）使其发挥最优的净化效果，达到“低成本，高效能”的目的？

基于上述问题，我们提出了三个研究计划：

1.将LID设施、植物和基质作为构建低成本高效生态污水处理系统的三大核心要素。

2.从净化效率、建设和维护成本三个维度选择最佳系统组合模式。

3.除污水处理外，还应从审美价值、教育价值、社会价值等多个维度构建可持续的生态景观系统。

▲LID设施、土壤和基质的选择与组合方式是解决问题的关键

我们与污水处理专家、植物学专家以及水利工程专家建立合作，通过田野调查、适应性建模（SWMM）、正交试验等研究方法，从建造成本、维护成本、基质与植物对污水的净化能力等方面，定量分析并比对不同低影响开发设施组合的成本和效能，最终获得了最佳的低影响开发设施的组合方式与配比，即当潜流湿地、表流湿地、湿塘、生态浮床4种低影响开发设施分别占比4.76%，15.87%，71.43%以及7.94%的时候，对于该基地而言，污水处理策略具有最优的效能。

▲研究过程：植物的筛选与生长状况跟踪

▲研究过程：基质的筛选与跟踪

▲研究过程：通过SWMM模拟分析潜流湿地、表流湿地、湿塘、生态浮床对污染物处理效率，叠加分析每个设施的建设与维护成本，所能作用的规模，以及使用寿命。

▲研究过程：根据正交试验法则，将四个低影响开发设施作为组合因子，模拟出9种组合方式，在SWMM平台中分别模拟径流控制率，TSS和TP的去除率，并叠加建造及维护成本的计算，最终确定低成本高效能的最优组合方式。

▲研究结果：潜流湿地、表流湿地、湿塘、生态浮床4种低影响开发设施分别占比4.76%，15.87%，71.43%以及7.94%的时候，对于该基地而言，污水处理策略具有最优的效能。

▲建成后的基地景观更加趋于原生态，除了必要的维护，几乎不需要人为介入，这正符合我们对该场地的预期效果。

设计策略

基于以上研究结果，我们首先在场地中设计了两个系统，分别是污水管理系统和雨水管理系统。

这两个系统是相辅相成的耦合关系，雨水可以进入污水系统中参与水质的净化，污水处理后则可以作为补充水源进入雨水管理系统中，由二者共同作用，构建健康的生态系统。

▲建成后的全貌

为了最大化地发挥低影响开发设施在场地中的作用，我们在现有研究结果的基础上，针对基地所具有的特质，提出了2个创新性的设计策略：

1.针对场地高差大的问题，将潜流湿地的设计结合场地高程进行改造，将潜流湿地改造为台地形式，一方面消化基地内8米的高差，另一方面最大限度地扩大水体面积，使得湿地的去污效能与景观展示功能都发挥到最优。

▲台地形式的人工湿地水处理流动路径

▲表流湿地承接来自潜流湿地的雨水和污水尾水进行二次净化

2.创新性地改变填料在潜流湿地中传统的横向布局方式，采用竖向布局，增加潜流湿地与污水的接触面积，提升净化效率。

▲创新的填料布局方式提升污水净化效率

研究与设计落地

为了提升基地内的人居环境，增加舒适的休闲娱乐体验，我们还在园区内做了许多景观化和艺术化的改造和设计，其中包括：

▲生态碎石渠内的碎石取自本地采石场,形成的景观效果与本地的水文风貌相互呼应

▲利用建筑废弃材料制成的透水铺装补充吸纳两侧绿地产生的雨水径流

▲外部雨水排水口的生态化设计

▲亲水栈桥与湿地相互呼应，带来舒适的游览体验

▲湿地内净化的雨水经过低堰步道跌入湿塘中

▲生态浮床

▲雨水花园

▲科普走廊：设计师根据海绵系统规划园区内的动线，完整地向社会人士、校园学生、专业同行展示了从收集传输到储存净化的雨水管理全过程，具有极佳的教育意义。

▲由多种乡土植物组合配置形成的景观花镜

结语

飞来峡海绵公园以250/㎡的建造成本，解决了该场地的污水处理问题，相比传统的工程手段节省了近40%成本。同时将原本生态恶劣的污水塘及其周围环境，改变成集休憩、观赏、生态功能为一体的办公休闲绿地，实现了以“低成本-高效能”的景观策略解决偏远地区污水处理的问题。

鉴于此，该项目已作为水生态技术示范区被推广，获得了社会各界的参观与关注，具有科普、教育的作用，帮助提升公众的生态意识。更重要的是，本项研究从分析方法到技术手段，都具有极高的可复制性，能够为世界各地遭受生活污水困扰的地区贡献具有普适性的解决路径，从而改善经济落后的偏远地区的生存环境。

合作机构

海绵城市：华南理工大学建筑学院风景园林系

水生态技术：广东省水利水电科学研究院

施工单位：广州市华慧园林工程有限公司

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GVL怡境国际设计集团，是一家致力于缔造城乡理想生活的情境设计商，通过质璞、本真、善意的自然美学理念构建一个回归天性、释放人性、修炼心性的生活情境，为城乡理想生活和生活方式旅行提供高品质体验场景，力图成为中国最佳自然美学情境设计商。

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