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哈尔滨市某垃圾填埋场可持续景观设计

哈尔滨市某垃圾填埋场可持续景观设计

2013年9月15日 19:08:54
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  摘要
  垃圾填埋是目前我国垃圾处理的一种重要方法,垃圾填埋场对周边生态环境的污染比较严重,通过生态恢复及景观设计逐渐恢复其生态价值和利用价值,对区域生态经济可持续发展具有重大意义。本文通过对哈尔滨市某垃圾填埋场环境污染的调查分析,指出目前该垃圾填埋场存在的主要问题,并基于可持续景观的基本理念,提出将其培育成一个具有再生能力和自我更新能力的景观系统的措施和建议,以期为同类项目的建设提供借鉴和参考。

引言
  随着我国城市化进程速度的加快和人民生活水平的提高,城市产生的垃圾量不断增加,对城市的生态环境和居民健康构成严重的威胁。我国600 多座主要城市每年产生垃圾1.6 亿吨,人均垃圾年产量440 公斤,且以每年超过10%的速度增长。这些城市已堆放或填埋各类垃圾80 亿吨,垃圾堆存累计侵占土地5 亿平方米,有2/3城市被垃圾群包围。许多已到库容的垃圾填埋场,对其进行可持续景观的设计,不但能降低污染,实现可持续利用土地资源,还能为城市居民提供全新优美的景观和游憩空间。

1 项目背景
  该垃圾填埋场位于哈尔滨市香坊区朝阳乡,占地面积45.05 万平方米,其中填埋区占地39.81 万平方米。用地主要由废弃地和基本农田组成。填埋场于2006 年投入使用,计划使用期限17 年,垃圾总容量约870 万立方米。采用卫生填埋的方式,日处理垃圾能力1200 吨。哈尔滨市属于中温带大陆性季风气候,冬季风强于夏季风,盛行风向交替变更。四季分明,春季干燥多风,夏季短暂炎热,秋季早霜多雨,冬季漫长寒冷。该填埋场是哈尔滨市第二座大型无害化垃圾填埋场,采用复合防渗、调节池全封闭等技术。填埋区底部设有防渗设施、渗滤液收集系统、沼气导排系统等。在建成并投入使用以后,虽然按照国家卫生填埋运行规范采取分单元作业,做到日覆盖并及时进行消杀,但由于垃圾堆体裸露部分大,且垃圾场渗滤液处理能力不足,导致垃圾渗滤液与天然降水混合存放产生异味。此外,在垃圾运输、填埋等环节也不可避免产生一定的气味。目前此垃圾填埋场处于正在建设的哈尔滨航空及汽车产业城的上风口,对产业城的发展和平房区的居民生活产生了巨大的影响。因此,对其进行封场以及可持续景观设计,使其生态环境得以恢复就显得尤为重要。

2 目标
  通过人的干扰,恢复被破坏的自然系统的再生能力,形成一个可自我维持的、具有恢复力的、相互连接的景观生态系统,在为人类提供物质产品和环境服务的同时,为其他自然生命提供生境和福利。以风景园林的技术手段对其赋予最新的可持续景观环境,形成人工环境与自然环境的交流与渗透。使其具有一定的社会效益、经济效益、环境效益和文化效益。

3 生态系统退化的原因
  随着城市用地的扩大,该垃圾填埋场已逐步进入中心城区。垃圾场废弃物的堆积占用了大量的土地,影响土地的充分利用。另外,垃圾场中含有大量的有害物质和不可降解物,对大气、土壤、水体、植物和居民的生活造成污染。生态系统的结构和功能发生与其原有的平衡状态或进化方向相反的位移,生物多样性和抗逆性降低,景观的异质性增强,生物的栖息生境被严重破坏。

  4 封场工程

4.1 工程分期
  该垃圾填埋场分为两个填埋库区,西侧填埋区为一区,东侧填埋区为二区。目前一区中部和南部主要填埋垃圾,西部为污水处理站。二区主要用于容纳少量建筑垃圾,并为一区垃圾填埋提供覆土。垃圾填埋场封场时间不同,其土地利用的途径不同。为了使封场土地得到合理协调的再利用,整个工程被精心安排为两个阶段:一期工程:从2011 年初开始,为期5 年,该阶段是一区垃圾平台封场工程实施以及生态环境恢复过程。在此阶段将初步建立公园的交通系统与项目设施,开放公园二区以及娱乐休闲区的部分区域。二期工程:2016 年到2020 年,为期5 年,由于公园大部分基础构造已经组织到位,垃圾降解和沉降基本结束,该阶段的重点放在增加项目设置,塑造景观和进一步促进生态恢复上。

4.2 填埋场堆体塑形
  在山体塑性时,为了加快沉降速度,应分层压实垃圾,压实密度应大于800kg/m3。堆体边坡为1: 3,顶坡封场坡度为5%,每5m 高差设置2m 宽台阶,主山高12m,次山10m,配山8.5m。山体边坡局部以山石维护。垃圾边缘及其与山体相接处应用粘土封盖密实。场地按排水方向设置2%的纵横坡度,坡向导流支、干渠。

4.3 受污染土壤的修复
  本工程采用植物修复技术,具体方法是利用植物活动来降低重金属的活动性。还可以利用植物去除土壤中的一些挥发性污染物,即植物将污染物吸收到体内后又将其转化为气态物质,释放到大气中去。另一种方法是通过种植特殊植物,利用其根系吸收污染土壤中的有毒有害物质并运移至植物的地上部分,收割地上部分后即可带走土壤中的污染物。

4.4 覆盖系统结构设计
  土地再利用和生态恢复的关键是建造覆盖保护系统,实现对垃圾的封闭并减少地面侵蚀和地表水的渗入。《CJJ112-2007 生活垃圾卫生填埋场封场技术规程》要求填埋场封场必须建立完善的封场覆盖系统,并对各结构层的材料和技术参数提出了具体要求,其结构为:基础层+防渗层+排水层+覆盖土层+植被层。当垃圾堆体塑性完成以后,在垃圾之上先覆盖一层厚度为300-500mm 的土壤、砂砾,也可以是一层坚硬垃圾如建筑垃圾等。基础层空隙一般很大,填埋气体会沿着整个基础层流动,起到导气的作用。基础层之上为防渗层,其作用是防止雨水渗入垃圾体,也能在一定程度上防止填埋气体通过土壤空隙向上扩散。防渗层由200mm 压实黏性土和HDPE 土工膜组成。其中压实黏性土渗透系数小于1×10-5cm/s,HDPE 的渗透系数小于1×10-7cm/s。土工膜上下表面均设置土工布。排水层用于收集通过植被层下渗的雨水和保护防渗层。排水层顶坡采用渗透性较强的砂岩物质,边坡采用土工复合排水网,粗粒材料厚度300mm,渗透系数大1×10-2m/s。排水层与填埋库区的排水沟相连。植被层应由土壤压实的覆盖支持土层和营养植被层组成。覆盖支持土层渗透系数大于1×10-4cm/s,厚度为500mm。营养植被层厚度为150-500mm。不同的植被类型要求最终营养植被层的厚度不一样,应根据所种植的植被类型的不同而决定最终覆土层的厚度。通常草本植物需600mm 左右的覆土层厚度,而树木则需要900mm 以上,大乔木要1m 以上。


  4.5 渗沥液收集导排该垃圾填埋场原有的垃圾渗滤液收集系统包括底层水平收集系统和垂直收集系统。

  4.5.1 垃圾渗滤液底层水平收集系统:布置成枝状网。主盲沟横断面(1200+900)mm×800mm,支盲沟横断面为(900+600)mm×800mm,支盲沟长度6300m。

  4.5.2 垂直收集系统。
  竖井由贯穿垃圾填埋体的垂直立管及石笼构成,竖井与底层水平排渗盲沟相通,渗滤液通过竖井进入底层水平收集系统,然后流入填埋场下游,进入渗滤液调节池。垃圾渗滤液进入调节池后经过渗滤液处理系统的处理,用泵将渗滤液输送至覆盖层表面并重新灌入垃圾场,既能达到灌溉植被的作用,也能通过渗滤液的向下渗透的减少土壤和渗滤液的污染物。同时,渗滤液的回灌可以加速垃圾场的沉降和垃圾的降解。

  4.6 气体收集导排与处理
  该填埋场在建造时采用竖井收集填埋气,将所收集的气体沿竖井向上流动引出地面。封场时,利用覆盖层阻止填埋气体通过土壤空隙向空气中扩散。在基础层各竖井之间铺设横向的导气盲沟作为水平方向的导气层,在抽气机作用下,填埋气体被集中收集,在焚烧发电装置中燃烧处理。

  5 可持续景观设计
  5.1 可持续的生态系统
  面向目标的生态恢复,其最重要的价值就是要恢复一个自我维持系统或自我永续系统。我们可以人工模仿次生演替的过程并加以合理的人为干扰,使退化的生态系统发生顺行演替并逐步恢复达到与环境条件相适应的中生性顶级群落。其具体过程为先锋物种的进入,土壤肥力得到积累,土壤结构缓慢改善,土壤中的重金属和有毒物质含量下降,新的适应性物种的进入,生态环境进一步得到恢复,群落的进入,从而达到生态恢复的目标。

  5.1.1 植被的重建
  对于垃圾填埋场这种恶劣的生长环境,要求适生植物生长快、适应性强、抗逆性好、成活率高,能忍耐填埋气体和垃圾渗沥液。其主要包括具有改良土壤能力的固氮植物;优良的乡土植物和先锋植物;浅根系的草本植物及豆科植物以及具有超富集能力的植物。
  ①前期。大面积种植浅根系的草本植物和豆科植物以后,土壤毒性有所改善,土壤肥力增强,形成良好的土壤条件;其次,可适当引入少量抗性强的乡土木本和次生演替较快的先锋树种等,如白蜡树、金银木、臭椿、白桦、加拿大杨、旱柳、银白杨、樟子松、紫丁香、暴马丁香、小叶丁香、侧柏、鼠李、接骨木、榆树等。草本植物可以选择黑麦草、匍匐剪股颖、小康草、马氏蓼等做先锋草种。其具有耐旱、耐寒、耐盐碱、耐贫瘠,抗病虫害能力强、分蘖再生能力强、生长快、不易倒伏、再生迅速等特性。
  ②中期。土壤毒性基本解除,肥力也有所增强,根据适地适树的原则,选择生长较慢、树型小、耐涝、不易发生病虫害的观赏性树种。应避免引入人和动物食用或进入食物链的植物品种,以免造成人和动物的危害。
  ③后期。土壤基本上已经达到稳定,依据对比、和谐、均衡、对称的美学原理,建设疏密有间,高低错落,既有多层次的人工植物群落,呈现成片、成块的群体美,又有局部小景的个体美。

  5.1.2 群落结构以及生态位。
  植物的群落配置和生态位的科学构建是建立一个相对稳定且能自我更新的生态系统的重要前提。因此,在植物的群体配置上要设计乔木、小乔木、灌木、地被和草本的复层绿化模式,组建起由多个种群组成的生物群落,为当地微生物和野生动物提供栖息地,并与它们共同进化。使各种群在群落中具有各自的生态位,避免种群间的直接竞争,保证群落稳定。

  5.1.3 努力提高物质循环、能量流动。
  在多层次人工植物群落中,通过植物与微生物之间的代谢作用,实现无废物循环生产。通过多层分级利用,使得涌入城市大量的人流、能流、信息流能被充分的利用。

  5.2 可持续的生态基础设施

  5.2.1 水生生态系统的净化作用。
  作为一种经济高效的污水处理系统,水生生态系统可以通过水生植物的生长、水生动物的觅食、微生物的降解以及基质的截留等作用,大量去除水中的营养物质。水中的植物和微生物在不危害自身生长发育的条件下,对水体中难降解的污染物有很强的降解、同化能力。

  5.2.2 乡土生境系统。
  生态系统的退化导致生物生存环境的恶化。在营造人工景观的同时,通过营造植物群落,创造理想的觅食环境,加强公园私密性建设和筑巢引鸟等几方面措施,使公园能引来鸟、留住兽,实现人类与自然和谐相处。

  5.3 可持续的景观材料和工程技术

  5.3.1 节约的景观。
  ①本工程可以采用燃气机燃烧填埋气体发电和太阳能发电的方式。室外照明同样可以太阳能LED 路灯作为照明系统。既提供公园本身的用电、用气,又节能环保。用沼气残渣生产的生物有机肥料可用于园内植物的种植栽培。  
  ②垃圾渗滤液和雨水经过收集、净化可以用作浇灌植物和景观用水。
  ③采用免冲水生态环保厕所可节约大量水源,不产生污染。粪便的处理过程均在生物反应器中进行,无排放及外泄。还能有效安全地回收排泄物中植物所需的营养物质。
  ④花卉垃圾桶将不同垃圾压缩、分解,给垃圾桶边的花卉提供肥料,并将其他无法立即利用的垃圾倾倒至底部,由清洁工回收,统一处理。

  5.3.2 废弃材料的再利用。
  一种方式是利用废弃的木材、玻璃、陶瓷、砖块、PV 管、塑料、金属、汽车轮胎、石材等这些没有污染的废料为基本的元素,形成具有美学特征和使用功能的人工景观设施。另一种方式是利用废弃物,采用不同的配方和工艺形成具有热态可塑性和冷态可加工性的复合材料。这些材料是固体废物资源化的新型材料,其成本低廉。既能解决废弃物污染环境的问题,又能对废弃材料进行再一次的利用。从而实现环境、社会、经济三大效益,体现出可持续发展的巨大潜力。

  5.4 可持续的景观使用
  落实环保意识,垃圾减量、回收、再利用是宣传教育的重点。从某种意义上来说景观的使用应该是可持续的,通过对自然景观和人工景观的体验和使用来提高公众的环境意识,倡导可持续的环境伦理。

  5.5 景观规划设计

  5.5.1 规划设计原则。
  ①生态的原则。本方案规划设计突出生态景观、生态技术和环境保护。
  第一,生态景观:a.从水生植物到旱生植物的生态系列景观。b.结合哈尔滨的地域特点形成具有巨大吸引力和影响力的季相特色。第二,生态技术:即利用生态系统中食物链、立体种植、生物多样性等原理设计的高效的能源与物质循环和再生系统。第三,环境保护:公园的日常生产生活和运营会带来大量的污染,必须高度注意生态方面的要求,利用技术手段减少污染的产生。
  ②高效益原则。从效益原则出发,规划中将考虑最佳投入和综合效益最高的项目组合。生态旅游、休闲,生态教育,房地产开发等三方面的项目将有机联系,互相促进,创造出比单独经营更大的经济效益,同时获得生态效益和社会效益。
  ③参与性原则。直接参与体验、自娱自乐已成为当前旅游的重要方面。规划中将强调旅游项目的参与性、娱乐性和知识性的紧密结合,使城市游客发挥主观能动性,获得乐趣和相关的知识,使他们多层面地体验到景观的可持续性。
  ④整体规划,分期开发原则。本公园的开发采用整体规划、分期开发、逐步完善的形式,以解决土地恢复再利用、填埋场稳定化程度、开发过程中的融资问题,为整个园区的早日开放及进入良性循环作好充分准备,并且充分发挥资源的最大效益。

  5.5.2 设计理念。
  地球环境问题中最具代表性的当属城市环境问题。公园是城市绿色基础设施的重要组成部分,也是居民休闲、娱乐、锻炼、交往的重要场所。改善非人性化的城市环境,以公园作为基本单元之一,以再生、循环作为废弃地园林绿地建设的基本思路,创造出可持续的城市景观,进而修复城市自然生态。

  5.5.3 布局结构。
  本案采用混合式园林,以中国古典园林一池三山的布局为全园的骨架。全园垃圾堆体主要集中在一区,因此,将主山和次山布局于此,既满足造景的需要又可以少动土方。设计中充分的考虑山脊线、山缘线进行,使山体峰峦起伏、变化有致。根据本案基地现状特色,本着尊重场地个性,因地制宜的宗旨,按性质、功能及景观效能分为入口区、老人活动区、中心娱乐区、安静休闲区、康体眺望区、科普教育区及园务管理区等七个区。
  ①入口区:公园设置一个主入口、一个次入口和员工专用入口。其中公园正门和员工入口均位于北侧,是利用德长固体垃圾填埋场原有入口改建而成的。次入口位于公园的东南侧,紧邻哈尔滨市平房区的主要道路。
  ②中心娱乐区:公园的中心活动区域为文化娱乐区,与主入口区相连接,与公园主山形成对景。醒明湖紧邻中心广场,并与主山西侧的溪流形成水系。广场上设有亲水平台、喷泉、跌泉和演艺广场。平台上设舞台和主题雕塑。
  ③安静休闲区:该区位于全园西南方,为游人闲暇时的最佳去处。公园的阳光草坪和乡土树种观赏区均坐落在区域内。通过地形的变化和空间的分隔,形成波光云影、树木葱笼等动人景色。溪流上架设木桥,水岸边种植水葱、香蒲、千屈菜等水生植物,在净化水体的同时使人们充分欣赏美景。在与老人活动区的过渡处设置临湖榭和主题广场。
  ④康体健身区:登山是该区的主要内容,通过登山活动,在锻炼身体的同时,感受一年四季的植物景观变化。山体高12m,上设登山布道,山顶设观景台,台上设亭,在这里游人可以一览全园美景。湖水环绕山体,山下有一处亲水平台,与舞台和演艺广场形成对景。
  ⑤园务管理区:管理区位于公园的东北方,紧邻城市快速路。管理区内有公园管理人员的办公室、员工食堂以及通向城市环城道路的出入口,专供员工使用,不对外开放。
  ⑥科普教育区:建造科普展览馆,通过图像、文字、实例等生动的形式,使观众了解垃圾处理的现状,鼓励市民正确处理垃圾,保护环境,做一个生态文明的倡导者、实践者,树立起可持续的环境伦理。
  ⑦老人活动区:老人活动区紧临居民区,方便老人快捷使用。区内有配山,山下东南侧设老人活动室和图书馆,老人们可以在内进行打牌、下棋等文艺活动。老年区中设夕阳红广场以满足老人体育锻炼的需要。

  5.5.4 园林景观配置格局。
  ①植物景观配置。
  a.根据植物生态位进行搭配:根据植物的习性进行乔木+灌木+地被植物的立体种植,以及从水生植物、湿生植物、中生植物到旱生植物的水平配置,形成稳定的生态结构和景观。
  b.从季相上进行合理搭配:营造出三季有花,四季常青的植物景观,争取做到在不同时节都有宣传亮点。
  c.根据园林美学进行搭配:依据植物的高矮、色彩、香味进行配置,同时合理配置落叶和常绿植物,形成远景和近景相结合,个别突出和整体协调,给人们以最佳的感受。
  d. 垃圾填埋场的植物群落设计:垃圾填埋区可用樟子松(侧柏、)+旱柳(加拿大杨、银白杨)+紫丁香(山皂角、鼠李、白蜡树、梓树、接骨木、刺玫果、荚);垃圾填埋区与管理区隔离带绿化种植设计:白桦(或侧柏、樟子松)+旱柳(加拿大杨、银白杨、臭椿)+暴马丁香(山皂角、鼠李、白蜡树、梓树、接骨木、刺玫果、荚、水蜡树、紫丁香、小叶丁香、紫叶小檗、白蜡树),还可以种植一些防火隔离的树种,比如:长白落叶松、兴安落叶松、胡桃楸、黄菠萝、水曲柳。
  ②地形营造:因地制宜,利用园内垃圾和覆土进行山体塑性和地形改造。
  ③水体处理:利用经过净化处理过的渗滤液和自然降水创造出动静结合水景,局部营造溪流、涌泉、跌水、瀑布等水体形式。通过设置多种形式的园桥和亲水平台,丰富水景观层次。
  ④建筑形式:园内建筑、小品均与公园的主基调协调一致,即以生态建筑为设计和建造标准,例如公园的亭、廊和其他配套设施可以建造简单的框架,配上各种藤本植物,形成外观、色彩多样的生态建筑。
  ⑤道路系统:减少铺装广场的面积。道路系统分三级布置。形成多视点,多层次的观赏点。

  6 结束语
  作为生命的支持系统,景观就是一个人类生态系统。本研究是以改善城市环境作为根本目的,针对垃圾填埋场景观的可持续性和可再生性的一种探索。运用恢复生态学和可持续景观设计的手法,以封场工程这样一个具体、系统的工程,通过人的干扰,使被破坏的自然系统的再生能力得以恢复,在塑造出景观的同时,提高公众的环境意识,倡导可持续的环境伦理,推动社会走一条可持续发展的道路。