城市智能池塘的设计及应用

武毛妮 陈瑞 罗敏 巨雨琛 荣雨婷

（西京学院电子信息学院，陕西西安 710123）

1 引言

湿地与森林、海洋并称为地球的“三大生态系统”，其中湿地又被称为“地球之肾”［1］。池塘作为一种因自然洼地积水或由人工开挖而成的小型湿地，小而浅，但拥有复杂的多通道能流系统，与外界进行物质能量交换及信息传递；通过调蓄水量、提供生活生产用水、水面蒸发、植物蒸腾、重力渗透等作用与外界进行水分交替；通过植物光合作用制造有机物实现与外界能量、物质的转换；通过池塘中微生物分解、植物根系生长和养分吸收完成与土壤的相互作用；池塘中的生物系统能够净化水质，吸收空气中的二氧化碳、吸附雾霾，能有效调节大气组分。

如今，随着城镇化的快速发展，城市池塘几近绝迹。城镇化道路、地产、管网等开发建设侵占了大量的土地空间，池塘不断被破坏或逐渐消失，继而被水泥、混凝土的硬质化水池所取代，虽满足了城市景观需求，但生态性能却消失。

近年来，随着城市绿化布局定型，大江大河大湖格局已成，都受到高度重视，而池塘以其小巧灵动特点将成为城市绿魂。池塘是城市生态系统的重要组成部分，为提高城市生态环境质量作出重大贡献。浅池小水星罗棋布，能够填补城市小水面空白；丰富海绵城市“毛细血管”；增加生态环境用水，节约生态资源；开展池塘群、“池塘之都”建设将开创城市小水面格局，《太原汾河景区水功能的开发与利用》［2］中表明，汾河景区共增加了130 万m2的绿地和178 万m2的水面，在人口密集的市区中心，形成如此规模的绿色走廊，对净化空气、消除水体污染、调节气温、增加空气湿度都具有重要作用。观测发现，该区域夏季最高气温比其他区域降低4 ℃左右，相对湿度提高10%～20%，每日可生产新鲜氧气1 678.5 t，吸收降解废气3 480 余吨。由此可知，增加城市的水域面积对环境有所改善，智能池塘的建设为解决当下城市环境问题增添了新的思路。

为了加快生态文明城市建设，处理好城市环境问题，营造一种健康、舒适的环境并能够健康发展是关键，为了解决这一问题，智能池塘一体化设备应运而生，其以湿地净化技术为核心，通过营造池塘生境改善周边环境，并植入智能监测系统。生态自净池利用湿地介质对来水进行净化处理；初效过滤槽可以收集雨水；溢流渗滤罐可以对地下水进行补充，同时智能池塘本身就是城市一道亮丽的风景，能够美化环境。智能池塘建成后，可以实现城市环境质量的改善、空气质量的提高、热岛效应的消减等。

2 智能池塘工艺流程和技术方案

工艺流程采用“湿地理论”体系为核心技术，以“池塘”为景观表达，建设具备净化水质、收纳雨水、补充地下水、增加亲水活动、智能管理等功能于一体的集成化设备。智能池塘工艺流程见图1。

图1 智能池塘工艺流程

如图1 所示，各种不同来源的池塘进水首先通过快速过滤去除悬浮物及部分有机物，然后进入净化装置，通过特有的湿地净化技术对有机污染物进一步去除，处理后的优质水流入专用循环装置中，通过动力将水提升到主体池塘中；雨季或其他原因导致池塘水量超过有效容积时，池塘中的水会通过池塘边缘的溢流孔流入池塘周边的渗滤系统中，补充地下水。

池塘中的水可以通过快速过滤—净化装置—循环装置及池塘主体所构建的循环系统进行自净化，保持池塘水体的水质良好。智能管理系统对池塘的水温、pH、溶解氧等指标实时监控，并有报警功能、自动化控制系统。

3 智能池塘一体化设备各个组成部件配置及其性能

智能池塘一体化设备由7 部分组成，分别是生态池体、生物净化装置、太阳能提升装置、雨水过滤器、地下水过滤器、落叶收集器及智能监测系统。下面以30 m2有效面积的圆形池塘为例分别介绍设备的各个组成部分。

3.1 生态池体

池塘外壳材料采用热塑性材料玻璃钢，如图2所示，分为上下两部分，分别为浅水区与深水区，其中，池塘壳体上部分为：直径为6.0 m 的圆形，高度为0.4 m。下部分为：长度为5.0 m、宽度为2.5 m 的矩形，高度为0.7 m。

图2 圆形池塘壳体尺寸

3.2 生物净化装置

由环保无污染的轻质纳米材料合成，具有布水系统、集水系统、净化系统。可均匀布水、集水，使每一滴水都通过高效净化介质床得到净化，然后通过循环系统注入池塘生态系统，为动植物及微生物带来新鲜血液。循环系统通过控制压力，实现对净化装置进行反冲洗作用，延长了净化装置的使用寿命。

如图3 所示，生物净化装置是外尺寸长1.5 m、宽1.0 m、高0.7 m 的长方体；布、集水主管管径DN50。

图3 生物净化装置示意

3.3 太阳能提升装置

太阳能提升装置是外尺寸长1.0 m、宽1.0 m、高0.7 m 的长方体。

对于30 m2智能池塘产品，容纳总水量30 m3，每3 d 循环1 次，太阳能水泵每天工作10 h，水泵选择型号3FLD3-35-24-300。

3.4 雨水过滤器

雨水过滤器具有雨水初级过滤的作用，将雨水的泥沙等悬浮物及部分有机物进行初步净化处理。其由过滤基质层及植物生长层两部分组成，其中过滤基质层高度为0.3 m；植物生长层高度为0.1 m。雨水过滤器外尺寸为长2.0 m、宽0.3 m、高0.4 m。雨水过滤器示意见图4。

图4 雨水过滤器示意

3.5 地下水过滤器

地下水过滤器首先通过过滤网阻截部分大粒径物质，然后水流入渗滤器，通过专用的湿地介质去除水体中的污染物。池塘专用溢流渗滤罐与土壤卵石层相连接，池塘溢流水通过渗滤罐快速流入土壤卵石层，优质水源补充地下水。

地下水过滤器通过特有的介质组合高效去除污染物，快速补充地下水。地下水过滤器具有溢流出水深度过滤、对地下水进行补充的作用，其由溢流系统、过滤介质和支撑底板3 部分组成。其中，溢流系统高度为0.3 m，直径0.4 m；过滤介质分为2 层，高度均为0.5 m，直径0.3 m；底板高度为0.2 m，直径0.4 m。地下水过滤器示意见图5。

图5 地下水过滤器示意

3.6 落叶收集器

利用“水往低处流”的原理，使收集器的液位低于池塘正常水位，池塘中的树叶流入收集器中统一清理，保证水面清透。精心的设计可巧妙地清除水中杂物，保持良好的池塘生态系统。

3.7 智能监测系统

智能监测系统主要对生态池塘内的水质进行在线监测，通过监测系统的显示系统将生态池塘内水体的溶解氧、温度等信息传递给用户。互联网技术联合定制手机APP，随时随地控制泵的启停、净化器的开关及灯光的表达形式。智能监测系统见图6。

图6 智能监测系统

4 效益分析

智能池塘一体化设备以人工湿地技术为核心，在功能方面，生物净化装置可以利用介质对水体进行循环净化，使水体水质保持清澈并良性循环；雨水过滤器可以有效收集雨水并净化利用，缓解雨季排涝压力；智能监测系统可以实时监测水质变化。在材料方面，智能池塘一体化设备采用可生物降解的生态池体，与周围环境无缝连接，工厂生产，现场安装，快速方便。

经济效益：水源大部分来自污水厂出水（中水），节约了水资源，并实现了中水回用。

环境效益：净化后的水可以部分渗入地下，补充地下水；池塘湿地可有效增加空气中的水分，改善城市热岛效应，有效缓解雾霾等；同时增加城市有效景观，美化城市。

社会效益：项目建成后，市民通过池塘了解湿地，可逐渐增强市民的环保意识，为生态城市建设作出贡献。

5 结语

智能池塘一体化设备的实施可以实现环境效益、经济效益及社会效益，三效合一，对于加快生态城市建设具有较大的推动作用。