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摘 要：生态浮岛技术是一种新型生态污水处理技术，多应用于南方地区，在寒冷地区应用却鲜有的研究。该文简要概述应用于寒地的新型生态浮岛设计原理以及具体设计方法。

关键词：寒地 生态浮岛 设计

中图分类号：F205 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（c）-0025-02

近年来，随着我国社会经济的快速发展，环境问题也日益突出，其中水污染问题尤为严重。为解决水污染问题，国内许多学者开始研究运用生态浮岛技术来对城市水体进行修复，但大多应用于温暖的南方地区，而在寒冷地区应用此技术难度很大。因此，我们在大学生创新训练项目中通过对国内外生态浮岛应用现状，以及寒地景观生态浮岛应用特点和难点的分析探究，并在浮岛设计之中重点解决了浮岛的升降问题。在传统浮岛基础上创新研究出符合寒地气候和地域特点的沉浮式浮岛设计方案。以下简要概述应用于寒地的沉浮式生态浮岛的设计原理以及具体设计方法。

1 生态浮岛技术综述

生态浮岛技术作为一种新型生态污水处理技术，是改善水体富营养化、减少水体污染，创造优美景观的新型生态治理措施之一。

1.1 生态浮岛概念及原理

生态浮岛是一种使用生态学原理，对水中富营养化物质进行合理调控的人工浮岛技术。生态浮岛上的植物不仅在水下进行着污水处理，且根据光合作用原理以及蒸腾作用原理，生态浮岛可以调节水面的微环境，从而创造出一种良好的环境，而这种环境也是很适宜于鸟类栖息的场所。此外它也能为鱼类生存创造出良好的环境。

1.2 生态浮岛分类

生态浮岛是一个广泛的概念，其中人工浮岛分类如下。

1.2.1 干式浮岛

干式浮岛指的是植物或根系不接触水。此类型浮岛，可以栽植木本。

1.2.2 湿式浮岛

（1）第一代：由于以竹子为主要材料，因此造价很低，但有效果差、寿命短、不好维护等劣势。

（2）第二代：以泡沫或金属等材料为主，它造价低、制造简单，但易分离，属白色污染。

（3）第三代：主要为PE产品，基本克服了一、二两代浮岛的缺点，但有些偏离生态浮岛生产初衷，没有将浮岛净化的原理贯彻始终，不适合大片应用。

（4）第四代：是当前国内应用最多的主力产品。产品设计考虑周全，成本更低，维护更方便，应用植物范围广，净化能力较强。是引用最广泛的浮岛。

（5）第五代：使用新材料，浮岛材料与植物根系相结合，可以进行良好的水体微动力循环。但此类产品有专利限制，且此类浮岛价格昂贵，故在国内无应用。

1.3 生态浮岛国内外研究现状

生态浮岛产生于20世纪50年代，最初被作为鱼类的产卵场所。20世纪70年代后，国外开始用水生高等植物净水，净化效果不甚理想。80年代后，西方国家对新型生态浮岛技术进行了深入研究，在很多关键因素上取得突破，获得了非常好的治理效果。目前在国外，生态浮岛技术已经成为解决水体生态问题的重要手段。

就国内而言，我国水体富营养化问题比较严重。调查表明，我国典型湖泊中，中富营养化占56%，轻富营养化占15%，重富营养化达9%。因此，生态浮岛便开始被引入应用。国内从20世纪80年代起开始对生态浮岛进行研究，在一系列污水治理工程中，生态浮岛都显现出良好的效果。自20世纪90年代以来，我国利用生态浮岛在不同种类的水域种植陆生植物，总面积达10余公顷，植物种类超过100多种。近年来国内许多学者开始运用生态浮岛技术来进行对城市水体修复的研究，很多地区都有相关的研究应用报道。

经过多年的研究，国内外生态浮岛技术得到很大提升，但仍有不足之处。比如，目前国内生态浮岛的研究集中于温暖湿润的南方，寒地生态浮岛的研究几乎处于空白阶段，如何将生态浮岛技术引入到温度低冰冻期长的寒地，如何选择适应哈尔滨地域的浮岛材料，如何配置植物来构建浮岛等问题仍然有待探索。此外，国内现有的生态浮岛对浮岛的景观效果关注较少，如何体现生态浮岛的多重效益也有待考虑。

2 寒地景观中生态浮岛的应用

根据中国气候特色，在华东、华南等相对温暖地区，生态浮岛的研究及应用较为深入广泛，而在寒冷地区由于应用生态浮岛具有很大的难度，所以相关研究也较少。

2.1 寒地景观生态浮岛应用的特点

由于寒地地域环境的影响，寒地在景观建设上具有一定的景观特色。落叶植物岁岁荣枯、降水形式多变等很大程度上给寒地景观营造提供了最基本的变量。而且寒地的造景方法也较其他地区更为特别。在寒地造景的过程中需要拥有可以对抗寒冷天气的方法，设计要更注意避免寒冷气候给人、建筑、景观带来不利影响。并因地制宜地营造出让人感到舒适、愉悦的视觉环境。

2.2 寒地景观生态浮岛应用的难点

寒地气候原因使生态浮岛的应用具有一定的难点。首先在浮岛材料选择上就具有难度。由于寒地较“寒”，因此材料需要具有防冻裂、耐久性强等特点，如果单一材料不具备此功能，则可以通过多个材料实现，比如把胶皮包在外侧防冻等。同时，由于生态浮岛所处环境的独特性，材料还要具有防水的功能，质地要轻，最好拥有促进循环的功能，以便水流动起来。而且最好能够使用无污染材料。在植物选择上也是十分挑剔的。所选植物必须能够净水，并且拥有较耐寒、易于种植、景观效果良好、造价较低等特点。

综上，北方重工业地区发展迅速，污染严重，是最需要生态浮岛但又最难实施的地域。

3 寒地景观生态浮岛的设计

由于寒地的自然地理条件限制，本次生态浮岛的研究主要围绕浮岛基座的防寒回收再利用进行创新性设计，改进浮岛的设计方案，力争使浮岛能够更加持续经济地应用于寒地景观生态修复当中。同时，考虑到经济成本及防止二次污染等问题，在进行浮岛设计之中也要对浮岛材料进行合适的选择。

在此，将本次设计的新型生态浮岛命名为沉浮式浮岛，以区别其他普通浮岛。

3.1 沉浮式浮岛的设计原理

在沉浮式浮岛设计之中，主要创新点是解决了浮岛的升降问题。设计核心是用浮岛基座来控制浮岛的升降，并通过浮岛的升降来解决北方寒冷的冬季浮岛不能越冬及回收储存成本较高的难题。在解冻期，浮岛在水面发挥净水功能，而在冰封期，浮岛会沉入水底，不必担心被冻裂。冰封期过后，给充气装置充气，使浮岛回升到水面，并且添加基质和植物继续工作。这样，节约了成本，防止了冻裂，而且发挥了浮岛最大的净水功能。

3.2 沉浮式浮岛的分类

沉浮式浮岛设计方案的类型：无基质型、有基质型及混合型。

（1）无基质型：浮岛中基本没有或仅有少量基质成分。核心部位是浮岛的框架，作用是为水体修复使用的植物提供一个固定装置，而植物生长所需要的营养成分主要来自富营养化水体，以此来达到生态修复的功能。主要结合水生浮水植物来运用，如凤眼莲、萍蓬草、浮萍等单独种植或群落组合。

（2）有基质型：浮岛中有基质成分。在这种类型浮岛中，浮岛不仅起到框架作用，其中的基质可以起到固定植物的功能，在一定情况下还可以提供部分营养成分。基质主要采用陶粒等吸水性能较好的材料。植物主要结合普通水生、湿生植物来运用，如睡莲类挺水植物等。

（3）混合型：浮岛中有基质成分，基质主要采用陶粒等吸水性能较好的材料。浮岛面积相对较大。植物方面将挺水与浮水植物相结合，可以尝试创造植物景观群落。如菰+水生美人蕉群落，芦苇+千屈菜+野慈姑群落，荻+凤眼莲群落，荷花+香蒲+萍蓬草群落等。

3.3 沉浮式浮岛的总体设计方案

（1）沉浮式浮岛制作的主要材料：闭水气囊、橡胶管、铁丝网、纱网、透水膜、泡沫塑料、铁丝、充气嘴、浮球、铁皮筒、锚链等。

（2）沉浮式浮岛设计的功能要求：

①铁丝网构成浮岛的框架，而泡沫塑料，用来承托基质和植物材料。泡沫的选用可以减少重量并且增加浮力。

②铁皮筒固定于四角，一方面起到平衡重心的作用，另一方面为气囊的安装定位，确保气囊不会阻碍水流进入浮岛。

③气囊是主要的升降工具，通过向气囊中充气和放气，将浮岛升起或沉入水底。这是沉浮式浮岛设计的核心部分。

④用橡胶管连接充气口与气囊。必须保证足够长。

⑤浮球用来使橡胶管在浮岛沉入水底时依然漂浮在水面，以备充气之用，而且为浮岛在沉水时定位。

⑥锚链用来固定浮岛的位置，通过固定在岸边或水底的锚链，使浮岛不被水冲走。

（3）沉浮式浮岛制作的主要步骤：

①将铁丝网裁切成80×60 cm的长方块，将两层铁丝网叠加，中间放入泡沫并用细铁丝将上下固定紧。

②将铁皮筒固定在铁丝网四角，铁皮桶上方用铁丝网密封。

③将气囊放入四角的筒中，充气嘴朝下，并用橡胶管连接。

④连接浮球和橡胶管。

⑤将锚链与铁丝网固定。

4 结语

此生态浮岛设计填补了国内寒地生态浮岛研究的空白，针对寒地气候特点和普通材料耐性差、易冻裂的特点，在传统浮岛基础上，创新研究出符合寒地气候和地域特点的生态浮岛。

新型浮岛为沉浮式浮岛，用创新的升降方式解决了设计难题，用基座来控制升降的方式解决了浮岛越冬及回收储存成本高的难题，具有推广价值和进一步研究改进的潜力。

未来，通过将沉浮式浮岛投入实验，进行进一步的测试和改良，投入使用，并利用地带性的植物资源，设计出多种植物组合，达到改善寒地水域生态环境，美化水域景观的作用。最终完成产业化，为创造优美的城市滨水景观服务。