介绍日本的湿地净化技术——人工浮岛AFI

介绍日本的湿地净化技术

人工浮岛（ AFI ）

摘要： 由于人类大规模的开发建设活动，使原来的自然环境发生了 很大的变化，特别是湿地面积不断缩小、水质的恶化，造成了河流、 湖沼、池塘等的水生态的严重破坏。 因此世界上一些国家特别是日本 把生态系统保护的重点放在湿地上， 目前正在为恢复生态环境、 保护 生物的生息空间， 创造优美的绿色景观、 净化河川、湖沼水质而努力。 在此向大家介绍的人工浮岛技术， 是日本的专门研究机构近年来一直 在进行研究，并在实践中取得一定成果的科研项目，值得借鉴。

“浮岛” 原本是指由于泥碳层向上浮起作用，使湖岸的植物一部分 被切断，漂浮在水面的一种自然现象。 在这里介绍的浮岛是一种象筏 子似的人工浮体，在这个人工浮体上栽培一些芦苇之类的水生植物， 放在水里。它的主要机能可以归纳为四个方面： 1.水质净化； 2. 创造 生物（鸟类、鱼类 ）的生息空间； 3. 改善景观 ; 4. 消波效果对岸边构 成保护作用。

人工浮岛的水质净化针对富营养化的水质，利用生态工学原理， 降解水中的COD氮、磷的含量。在这里讲的生态工学（Ecological engineering ）或 Ecotechnology 的概念最早是由 W.J.Mitsch 和 S. J.Jorgensen 提出来的，他俩给生态工学下的定义是

“We define e

cological engineering and ecotechnology as the design of hu man society with its natural environment for the benefit of both (Mitsch ， 1988) 。作为水边的环境保护技术——人工浮岛，

20年前是由德国的BESTMA公司想出来的。在日本的琵琶湖，作为 鱼类用的产卵床的人工浮岛 70年代末就开始在做。近年来，随着人 们对环境问题的越来越关心， 周围的自然环境特别是水边的自然景观 状况也越来越受到重视，在此背景下，不光是水的净化，人们对创造 多样性生态系统的人工浮岛技术也寄予了很大希望。 现在，人工浮岛 因具有净化水质、创造生物的生息空间、改善景观、消波等综合性功 能，在水位波动大的水库或因波浪的原因难以恢复岸边水生植物带的 湖沼或是在有景观要求的池塘等闭锁性水域得到广泛的应用。 随着人 工浮岛工程事例的不断增加， 经验也越来越多， 在评价人工浮岛的功 能及效果方面已逐步从定性评价上升到定量评价的高度。

1. 浮岛的构造 1、 1 构造分类

从大的方面分， 人工浮岛可分为干式和湿式两种。 水和植物接触 的为湿式，不接触的为干式。干式浮岛因植物与水不接触，可以栽培 大型的木本、园艺植物，通过不同木本的组合，构成良好的鸟类生息 场所同时也美化了景观。 但这种浮岛对水质没有净化作用。 一般这种 大型的干式浮岛是用混凝土或是用发泡聚苯乙烯做的。 湿式浮岛里又 分有框架和无框架， 有框架的湿式浮岛， 其框架一般可以用纤维强化 塑料、不锈钢加发泡聚苯乙烯、特殊发泡聚苯乙烯加特殊合成树脂、 盐化乙烯合成树脂、 混凝土等材料制作。 据统计到目前为止湿式有框 架型的人工浮岛的施工事例比较多， 占了 7 成。无框架浮岛一般是用 椰子纤维编织而成，对景观来说较为柔

和，又不怕相互间的撞击，耐 久性也较好。 也有用合成纤维作植物的基盘， 然后用合成树脂包起来 的做法。

1、 2 植物栽培基盘

植物栽培基盘用椰子树的纤维、 鱼网之类的材料和土壤混合在一 起使用的比较多， 由于装入土壤会增加重量且促进水质恶化， 目前使 用的比较少，只有 20%左右。

1、 3 大小和形状

—块浮岛的大小一般来说边长1~ 5m不等，考虑到搬运性、施工 性和耐久性，边长2?3m的比较多。形状上四边形的居多，也有三角 形、六角形或各种不同形状组合起来的。 以往施工时单元之间不留间 隙，现在趋向各单元之间留一定的间隔，相互间用绳索连接（连接形 式因人工浮岛的制造厂家的不同而各异）。这样做的理由有四：①可 防止由波浪引起的撞击破坏； ②可为大面积的景观构造降低造价； ③ 单元和单元之间会长出浮叶植物、 沉水植物，丝状藻类等也生长茂盛， 成为鱼类良好的产卵场所、生物的移动路径；④有水质净化作用。

1 、 4 人工浮岛的水下固定设计

人工浮岛的水下固定设计是一个较为重要的设计内容， 既要保证 浮岛不被风浪带走， 还要保证在水位剧烈变动的情况下， 能够缓冲浮 岛和浮岛

之间的相互碰撞。以前日本在研究海洋的浮防波堤的时候， 曾对水下固定部分的安全性提出过怀疑。 而人工浮岛的设计是以湖沼 为对象，象琵琶湖、霞浦这两个湖泊属最大规模的项目，和海洋比较 起来设计外力仅为海洋的 1/10 ，所以参考过去海洋建筑物及沿岸设 计进行琵琶湖、 霞浦这两个湖泊的人工浮岛的水下固定计算， 得到了 安全可靠的计算结果。 水下固定形式要视地基状况而定， 常用的有重 量式、锚固式、杭式等。另外，为了缓解因水位变动引起的浮岛间的 相互碰撞，一般在浮岛本体和水下固定端之间设置一个小型的浮子的 做法比较多。

1、 5 布设规模

人工浮岛的布设规模因目的的不同， 规模也不同， 到目前还没有 固定的公式可套。研究结果表明提供鸟类生息环境至少需要 1000m2 的面积，若是以净化水质为目的除了小型水池以外，相对比较困难， 专家认为覆盖水面的 30%是很必要的，若是以景观为主要目的的浮岛， 至少应在视角10°?20°的范围内布设。

1 、 6 人工浮岛的造价

为了恢复一度失去的自然， 其费用是很大的， 经过对近些年的施 工事例的调查，造价在10万日圆/m2的比较多，不过最近也有每平 米几万日圆做下来的。在国外比如美国，使用的是再生材料，其造价 每平米不到 1 万日

圆。

日本也好，美国也好，人工费相对比较高，只要是经过加工的材 料、物品，其价格也会相应提高很多，我国和日本、美国的国情不一 样，他们的造价只能作参考。

2. 人工浮岛的水质净化机能及效果

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人工浮岛的水质净化的定义因目的、 对象的不同而有所不同， 人 工浮岛的水质净化主要针对富营养化的水质而言的， 通过减少COD化 学需氧量）、氮、磷的浓度来抑制赤潮的发生提高水的透视度为目的。 它的净化机理基本上与湖沼沿岸植物带的水质净化机理相似。 根据有 关研究资料，湖沼沿岸植物带的水质净化要素由以下 7个：1. 植物 茎等表面对生物特别是藻类的吸附， 2. 植物的营养吸收， 3. 水生昆 虫的摄饵、羽化等， 4. 鱼类的摄饵、捕食， 5. 防止已沉淀的悬浮性 物质再次上浮， 6. 日光的遮蔽效果， 7. 在湖泥表面的除氮。人工浮 岛比起湖沼沿岸植物带来它具有附着生物多、水中直接吸收 N、P 等 特点，在对植物性浮游生物的抑制、 提高水的透视度等方面效果比较 显著。

为了对人工浮岛的水质净化效果进行定量分析， 1995 年专业研 究者们在霞浦（土浦市大岩田）进行一次隔离水域试验，他们分别设 置3个边长为4m的正方形、水深1.5m的相互隔离的水域，在这三个 隔离的水域里，A、B水域各放一个人边长2m （4m2的人工浮岛，在 其上面分别栽培蒲公英和水毛花，C水域为对照水域，没有人工浮岛。