河道人工湿地设计规范

 

 

1  范围

 

本标准规定了河道人工湿地工程的术语和定义、总则， 河道人工湿地工程规模、防洪排涝标准和水 质控制指标，自然土壤湿地、人工基质湿地、湿地引配水系统及湿地建筑物设计、湿地植物选择与种植、 湿地工程的监测、湿地工程的维养与管护等。

本标准适用于各类河道、水系沟叉、人工水道的湿地新建、改扩建及生态湿地修复工程，湖泊洼淀 等其它湿地工程可参照使用。

2  规范性引用文件

 

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。 凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件。

GB 3838  地表水环境质量标准

GB 15618  土壤环境质量标准

GB/T 25173  水域纳污能力计算规程

GB 50201  防洪标准

GB 50288  灌溉与排水工程设计标准

GB 50707  河道整治设计规范

CJJ 60  城镇污水处理厂运行、维护及安全技术规程

HJ 2005  人工湿地污水处理工程技术规范

SL 4  农田排水工程技术规范

SL/Z 479  河湖生态需水评估导则

SL 482  灌溉与排水渠系建筑物设计规范

SL 709  河湖生态保护与修复导则

SL/Z 712  河湖生态环境需水计算规范

DB13/T 2700 水工柔性生态防护结构设计规范

3  术语和定义

 

3.1

河道人工湿地  river constructed wetland

又称河流型人工湿地，包括自然土壤湿地、人工基质湿地。位于江、河、溪流等自然形成的线性水 域内， 暂时或长期覆盖水深不超过2m的低地。

3.2

自然土壤湿地  natural soil wetland

指在现状河床自然土壤地层结构上或通过表层稍加挖填平整后，提供湿地植物和微生物生长的植物 种植和水体漫流的湿地， 可自然运行，也可通过人工控制运行。

3.3

 

 

 

 

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人工基质湿地  constructed substrate wetland

指利用天然土壤、砂、砾石等材料， 和(或) 沸石、石灰石、陶瓷等人工材料人为建造和控制运行， 并为湿地植物和微生物生长的植物种植和水体漫流提供基质床体，模拟自然湿地结构和功能的湿地。其 主要目的是用于水质净化，根据水流形态分为表面流人工湿地和潜流人工湿地两种基本形式。

3.4

湿地基质 wetland substrate

指提供湿地植物与微生物生长并对污染物起过滤、吸收作用的填充材料，包括土壤、砂、砾石、沸 石、石灰石、页岩、塑料、陶瓷等。

3.5

湿地池 wetland pool

指天然形成或人工圩筑形成的一个封闭区域， 其水流从区域的一端流向另一端。

 

4  总则

 

4.1  河道人工湿地设计应遵循生态保护优先的原则，并依据现状河道生态状况、地形地貌、河道走势， 湿地规模及需求，分区块进行湿地生态建设或修复。

4.2  河道人工湿地应满足水质深度净化指标、水系沟通等要求，还应满足防洪、排涝要求， 并与区域 水功能区、生态景观相协调。

4.3  河流湿地形态应与河势方向一致，利用地形变化以及水面宽窄、曲直变化等来影响和控制水流线 路和速度。

4.4  湿地生态需水计算方法应符合 SL/Z 479、SL 709、SL/Z 712 等有关规定，并提出最低和适宜的生 态水位和生态基流要求。

4.5  湿生植物和水生植物应以乡土植物为主， 不得采用入侵性植物物种。

4.6  河道人工湿地工程有水质深度净化功能要求的，应遵循下列原则：

a)  应设置独立的功能性湿地区；

b)  人工基质湿地区宜布置在河道滩地相对较高的区域；

c)  湿地内给水系统应相对独立；

d)  选择当地优势水质净化能力强的作物，并制定专项维养方案；

e)  宜采取适当保温措施，保障湿地生物在低温季节正常生长，确保冬季湿地净化效果；

f)  应提出生态需水过程和需水总量的要求， 确保动植物生长所需水量。

4.7  河道人工湿地工程设计应对河床糙率值的改变情况进行分析评价， 并在此基础上复核河道的过流 能力、推求水面线。必要时调整湿地工程布置、湿地植物种类和种植密度等河道综合治理总体布置。

4.8  本标准未尽事宜,如工程配套设施、辅助工程等按有关规范执行。

 

5  河道人工湿地工程规模、防洪排涝标准和水质控制指标

 

5.1  湿地工程规模、防洪排涝标准

5.1.1  湿地工程的规模宜按表 1 划分。

 

 

 

 

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表1  湿地工程规模划分

 

分类	计量单位	湿地工程规模
		小型	中型	大型
人工基质湿地，处理能力	m3/d	＜3000	3000 (含)~10000	≥10000
自然土壤湿地，湿地面积	km2	＜50	50 (含)~200	≥200

 

5.1.2  河道人工湿地工程一般不设防洪标准，可根据湿地工程的重要性、遭遇行洪时水毁损失程度， 可分区块按河道主槽行洪排涝流量或水位确定保护标准。

5.1.3  大、中、小型湿地工程的排涝保护标准一般可按 5 年、 3 年、 2 年一遇农田排涝标准设计，耐淹 水深和耐淹历时等参数可按当地或邻近类似地区排水试验资料，或调查资料分析确定，具体计算可参照 SL4、GB 50288 等。

5.1.4  专为湿地工程配置的渠系及其构筑物应满足湿地输水、排涝等规模要求，设计标准宜采用湿地 排涝保护标准。

5.1.5  湿地范围内的现状水系不宜做大幅度调整，承担行洪、排涝功能的水系，应保障其运行安全， 其设计标准应满足行洪、排涝要求。

5.1.6  穿堤建筑物或在堤上修建的湿地配水渠系建筑物， 其级别应不低于所在堤防工程级别。

5.2  河道人工湿地工程的进、出水水质要求

5.2.1  湿地工程的入口水质应满足河道所在水功能区水质标准要求。

5.2.2  湿地工程的出口水质应符合设计要求的水质指标标准，且不低于河道所在水功能区水质标准。

 

6  自然土壤湿地

 

6.1  一般规定

6.1.1  自然土壤湿地多属表面流湿地， 河道地形整治与塑造应尊重原有地形、地貌，利用为主、改造 为辅； 需要进行较大规模地形改造时，宜遵循土方平衡原则。

6.1.2  河道地形整治与塑造应通过地形设计、水域设计、驳岸设计、种植设计实现。通过水系沟道水 面、绿道将蜿蜒曲折的河道、浅滩、深潭划分成不同风格的生境环境， 以满足河道行洪、排涝， 缓洪滞 蓄、水质净化、生态保育、生态缓冲、生物栖息等各种生态要求， 并与周边环境相协调。

6.1.3  湿地水系进水口、出水口及泄洪通道内， 应控制植物种植密度，不得妨碍水系运行及安全。

6.2  河道地形整治与塑造

6.2.1  湿地形态应考虑水体交换及景观要求。宜利用地形变化以及水面宽窄、曲直变化等来影响和控 制水流线路和水流速度。

6.2.2  湿地的总体布置应结合水源地、配水渠道划分成区段等湿地单元， 每一个湿地单元可由若干个 串联或并联的湿地池组成。

6.2.3  湿地池沿河道水流方向呈长方形布置，长宽比适度，以保证水流流态均匀稳定，也可参照 5:1~ 20:1 布置。

6.2.4  湿地池水深宜保持在 0.2m~2.0m 的范围内， 纵向水力坡度宜小于 0.5%且应小于基质表土颗粒 启动流速的 90%；湿地整体纵向坡度不大于现状河道纵坡。

6.2.5  当河道滩地横向坡度较大时，应布置成阶梯状湿地，每一个湿地池内的横向坡度应为零，起伏 差不宜超过 5cm。

 

 

 

 

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6.2.6  对砂卵石等透水性较大的河滩地，可采用控渗措施，以便形成表面流湿地。

6.3  湿地水系构建

6.3.1  湿地水系布置应满足生态保护、湿地功能分区等要求，依据水系现状特征及综合利用要求统筹

规划。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

植物类型	植物水质净化能力
	TN	TP
挺水植物	1000~2000	30~150
浮水植物	500~1500	20~120
沉水植物	200~500	20~80

 

6.4.5  对新建或已建湿地工程， 宜通过 6~12 个月的观测期实测数据，参照GB/T 25173、附录 A 分单 元建立一维模型或二维模型逐级进行计算，最终得到出口水质净化能力。

 

7  人工基质湿地

 

7.1  一般规定

7.1.1  人工基质湿地一般为功能性湿地，能够较好起到水质深度处理、水质提升、污染物净化的作用。

 

 

 

 

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7.1.2  人工基质湿地应充分利用现有坑塘、沟道渠系改造，避免进行大规模土方挖填，并应遵守土方 挖填平衡原则。

7.1.3  湿地配水渠系内一般不宜种植植物， 对宽浅的土渠也可适当种植植物， 种植植物的密度不得妨 碍水系运行及安全。

7.1.4  存在内涝威胁的湿地应采取适宜的防内涝措施。

7.1.5  水质达不到入河标准的水不得引入河道内的人工湿地。入河前可采用傍河湿地等前处理措施滤 除水中泥沙、浮水物以及超标污染物等， 使入河水质达到水功能区要求的水质标准。

7.2  总体布置

7.2.1  人工基质湿地通常布置成处理能力较强的潜流湿地。潜流湿地应按照配水主干渠道(供水管道) 划分成区片(或块、段) ，再按照配水支渠道(管) 划分成若干个湿地单元，每个湿地单元中的湿地池 个数不宜超过 4 个。

7.2.2  湿地池沿水流方向宜呈长方形布置， 长宽比可取 3:1~10:1，以保证水流流态均匀稳定， 无回 流漩涡；有条件时可通过物理模型或数学模型模拟分析池内流速、流态状况，优化确定湿地池纵横向布 置等。

7.2.3  潜流湿地水深宜为 0.4~1.6m，水力坡度宜小于 0.5%~1%。考虑底栖动物越冬水深要求， 局部 水深可控制在 1.5m~2.0m。对潜流湿地人工基质的厚度还应考虑植物根系的影响深度。

7.2.4  湿地池纵向坡度可根据地形、水头差等条件确定， 一般不陡于现状河道纵坡。

7.3  人工基质选择

7.3.1  人工基质材料选择应本着就近取材原则， 所选基质材料应满足水质深度净化要求， 基质材料不 得对河道造成二次污染。

7.3.2  人工基质选择应根据基质材料的强度、比表面积、稳定性、孔隙率及表面粗糙程度等因素确定。

7.3.3  常用人工基质材料有壤土、砂砾卵石、碎石、矿渣、蛭石、沸石、高炉渣、页岩、石灰石等透 水性较好的材料，以及有利于植物种植和微生物生长的材料。

7.3.4  人工基质材料的渗透系数宜通过渗透试验确定，无渗透试验情况下，可参照表 3 确定初始渗透 系数。

表3  洁净基质线性渗透系数

 

基质粒径 d/mm	平均渗透系数(k/cm•s-1 )
单级配：  2~ 5	0.15
单级配： 5~10	7.6
单级配： 10~20	42.2
单级配： 20~50	182.6
级配碎石(重量比 1:1:1:1)	18.4

 

7.3.5  强透水人工基质材料应采用人工或机械碾压密实， 密实度一般可控制在 0.60~0.70，初始孔隙 率宜控制在 30%~40%。

7.4  供配水系统设计

7.4.1  湿地供配水系设计除应符合本标准 6.3 的规定外， 还应考虑湿地地面降雨排水系统。

 

 

 

 

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7.4.2  湿地水系统宜采用人工或智能化自动控制，通过水工构筑物控制湿地池水流速度、水位等， 满 足湿地植物、微生物的生长要求等。

7.4.3  集、配水及进、出水管的设置应考虑防冻要求。

7.4.4  出水量较大且跌落较高时，应设置消能设施。

7.4.5  湿地池应设置排空设施， 供配水管(渠) 上应设置排泥设施。

7.5  人工基质湿地水质净化能力分析

7.5.1  人工基质湿地的主要设计参数宜根据试验资料确定，无试验资料时，可采用经验数据或参照表

4 初步估算。

表4  人工基质湿地设计参数表

 

人工基质湿地类型	指标
	BOD5 负荷/kg/(㎡•d)	水力负荷/m³/(㎡•d)	水力停留时间/d
表面流人工基质湿地	15~50	＜0.1	4~8
水平潜流人工基质湿地	80~120	＜0.5	1~3
垂直潜流人工基质湿地	80~120	＜0.2~0.5	1~3

 

 

算。

 

 

 

 

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9.1.3  宜选择区域内敏感植物、特有植物、特有动物作为生态环境的指示物种。

9.1.4  在生态驳岸上宜配置灌木及草本植物群落时， 应当考虑当地鸟类季节性变化的栖息需求，为陆 上昆虫、鸟类等提供觅食、繁衍的场所。

9.1.5  湿地植物应是水体净化效率高、经济效益好、易于管理的种类，并应充分考虑植物的季相景观 特征及动物的季节性特征。

9.1.6  对于湿地保育区应建设边界围栏工程，防止和控制湿地生态系统受到外界干扰。

9.1.7  人工基质湿地植物种植的时间宜为春季。

9.2  湿地植物选择

9.2.1  应按照湿地功能分区选择湿地植物群落种类， 满足水体净化、 生态防护和生境修复的需要， 且 乡土植物不低于 80%，防范外来入侵物种。

9.2.2  湿地植物应选择根系发达、抗冻及抗病虫害能力强、经济价值高且易于管理的乡土植物；对有 水质净化、水质指标提升要求的湿地还应选用耐污能力强、去污效果好的种类。常用湿地植物及种植方 式详见附录 B。

9.2.3  可选择一种或多种植物作为优势种搭配栽种， 增加植物的多样性并具有景观效果。

9.3  湿地植物种植设计

9.3.1  人工湿地植物的栽种移植包括根幼苗移植、种子繁殖、收割植物的移植以及盆栽移植等。

9.3.2  水生植物的种植需综合考虑湿地水位变化，沉水植物种植区水深宜在 0.5m~2m 的区域； 浮水植 物种植区水深宜在 0.2m~2m 的区域；挺水植物种植区水深宜在 0~0.6m 的区域。

9.3.3  单位面积的种植密度可按水体养分含量测算确定， 并结合沉水植物、浮水植物、挺水植物的生 长习性等特点进行。

9.3.4  垂直潜流人工湿地的植物宜种植在渗透系数较高的基质上。水平潜流人工湿地的植物应种植在 土壤上。

9.3.5  应优先采用当地表层种植土，如当地原土确不适宜人工湿地植物生长时，可采取原土改良或换 土种植。

 

10  湿地工程的监测

 

10.1  一般规定

10.1.1  应按湿地功能分区、工程安全监测和控制运行需要设置相应的监测仪器设备，建立安全监测、 操作控制及运行维护系统。

10.1.2  湿地工程监测包括巡视检查和自动观测。监测对象包括水文气象、壅水及输配水建筑物、湿地 漫流系统、湿地植物、湿地水位和湿地进出水水质，以及河道流量、水位、流速等。有条件时可建立智 慧监测及控制运行系统。

10.1.3  智慧监测应满足实用、可靠、先进、经济的原则， 并应满足湿地工程现代化管理的需求。

10.2  湿地工程监测设计

10.2.1  湿地植物监测可结合工程建设目的和植物管理需求设置监测项目，如植株密度、病虫害、土壤 温湿度、蒸腾蒸发量等， 有条件时也可根据需要进行土壤盐分、光照、空气温湿度、二氧化碳以及植物 茎流、叶片温湿度、果实变化、茎粗变化等。

10.2.2  对有水质处置要求或水质指标提升要求的湿地工程，应根据水质处理工艺需要设置监测项目：

 

 

 

 

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a)  进、出水水质；

b)  湿地水位及其控制调节状况；

c)  湿地植物生长状况；

d)  湿地基质活性及净化能力；

e)  其它。

10.2.3  湿地其它各类建筑物、河道水流状况等监测项目及要求应参照有关规程规范进行， 并满足湿地 工程安全控制运行的要求。

10.2.4  规模较大或有自动化管理需求的湿地工程宜采用智慧监控系统，其系统可采用分层分布式系 统， 由监测仪器、数据采集装置、通信装置、自动监测计算机及外部设备、数据采集软件、信号及控制 线路、通信及电源线路等组成。

 

11  湿地工程的维养与管护

 

11.1  一般规定

11.1.1  湿地工程维养与管护宜按照湿地功能分区要求制订和实施养护计划，可参照 CJJ 60、HJ 2005 等有关规定并结合湿地工程实际编制。

11.1.2  工程运行前应建立设备台账、运行记录、定期巡视、交接班、安全检查、应急预案等各种管理 制度。

11.1.3  养护管理内容主要包括整形修剪、有害生物防治、改植补植、收割与打捞、湿地防护、湿地供 排水建筑物的运行与维护保养等。

11.2  维养管护的设施配备

11.2.1  湿地工程宜以湿地规模设置养护管理站(所) 。

11.2.2  每个管理站(所) 应根据河道区域的气候特点、地形、土质、植物配植和技术能力配置相应的 人员、工器具、管理及仓储房屋等设施。其配备数量及要求参见有关标准执行。

11.2.3  对有水质净化、水质指标提升要求的湿地还应设置生化实验室。

11.2.4  养护管理站(所) 可结合河道维养驿站、防汛站(屋) 、河湖长管理等需求联合配置， 以便发 挥人员、设备设施的最大效益。

11.3  湿地工程的运行管理与维护

11.3.1  检查人工湿地水位， 当出现暴雨、洪水、结冰期以及湿地断流等情况时，适时进行水位调节， 不得出现进水端壅水现象和出水端淹没现象。

11.3.2  应对人工湿地进、出水水量、水质等指标进行检测与分析，检测频率应满足有关要求； 当水质 出现异常情况时，应增加检测内容及频次，及时对产生原因进行分析， 并做好记录。

11.3.3  按植物的不同生长期，进行缺苗补种、杂草清除等管理， 定期对植物进行收割并转运。

11.3.4  湿地植物病虫害防治应以预防为主、治疗为辅；当发生病虫害时， 应优先采用物理、生物方法 防治病虫害，不得使用除草剂、杀虫剂等易破坏生态系统的药剂。

11.3.5  应对湿地工程的输水管道、集配水设施、湿地进出水装置、湿地池单元田埂等进行定期检查， 定期进行清淤和维修维护等。

11.3.6  人工湿地在低温环境运行时， 可采用必要的保温措施， 湿地水温宜维持在 4℃以上， 以适应植 物、微生物的生长。

 

 

 

 

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11.3.7  其它运行维护， 如机电及金属结构设备、防冰冻、潜流湿地的防堵塞、收割植物以及污泥处置 等，均应按工程实际制定专项管理维护方案进行。

 

 

 

 

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AA

 

 

附  录  A

(资料性附录)

湿地水质净化能力分析计算

 

A.1  湿地水质净化能力一维模型

 

…………………………………………(A-1)

式中：

-流经x距离后的污染物浓度， mg/L；

-进水初始断面污染物浓度，mg/L

-沿湿地池的纵向距离， 一般x取一个或一组串联湿地池的长度， m；

-湿地断面平均流速，m/s；

-污染物综合衰减系数， 1/s。通常在一个或一组串联湿地池的入口和出口布置采样点，监测污染 物浓度值和水流流速，按式计算K值：

……………………………………………(A-2)

式中：

—进出口取样断面之间的距离， m；

—进口断面上污染物浓度，mg/L；

— 出口断面上污染物浓度，mg/L。

 

A.2  湿地水质净化能力二维模型

 

……………………………………(A-3)

当湿地池断面为矩形断面时上式的解析解为：

…………………(A-4)

式中：

-湿地单元(池)纵向距离为x，横向距离为y处的污染物浓度， mg/L；

-湿地单元入口断面污染物浓度， mg/L；

m-湿地单元入口污染物速率， g/s；

-湿地单元的平均水深， m；

x-湿地单元纵向距离，m；

y-湿地单元横向距离，m；

-湿地单元水域的平均流速，m/s；

 

 

 

 

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-湿地单元污染物的横向扩散系数，     。通常选择代表性湿地单元，采用示踪物质浓度法测定； 工程设计阶段无试验条件下，也可采用泰勒等经验公式法估算。

……………………………………(A-5)

式中：

b-湿地单元的平均水面宽度， m；

g-重力加速度， m/s2；

j-湿地单元的水力坡降；

其余符号同前。

 

 

 

 

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BB

附  录  B

(资料性附录)

常用湿地植物表

表B.1  常用湿地植物表

植物 类群	适宜种植常 水位水深	植物名称	拉丁文学名	繁殖体	种植 方式	参考种植密度
湿生 植物	<10cm	青绿薹草	Carexbreviculmis	根茎	分株	5~10 株/㎡
		灯芯草	Juncuseffusus	根茎	分株	10~15 丛/㎡， 25 株/丛
		鸢尾	Iris tectorum	根茎	分株	5~10 株/㎡
		红蓼	Polygonumorientale	根状茎	扦插	2~4 株/㎡
		旱柳	Salix matsudana	胸径 5cm 以上的幼苗	栽种	0.1 株/㎡
		蒿柳	Salix viminalis	胸径 2cm 以上的幼苗	栽种	0.5 株/m
		杞柳	Salix integra	胸径 2cm 以上的幼苗	栽种	0.5 株/m
挺水 植物	10cm~50cm	芦苇	Phragmitesaustralis	保留 30cm 以上地下茎	分株	15~20 株/㎡
		香蒲	Typhaorientalis	地下茎	分株	8~12 株/㎡
		黄花鸢尾	Iris wilsonii	根茎	分株	5~10 株/㎡
		水葱	Scirpusvalidus	地下茎	分株	15~20 芽/丛， 8~ 12 丛/㎡
		水芹	Oenanthejavanica	根茎	分株	5~10 株/㎡
		慈姑	Sagittariatrifolia	地下茎	分株	5~10 株/㎡
		千屈菜	Lythrumsalicaria	枝段	分株	8~12 株/㎡
		雨久花	Monochoriakorsakowii	根茎	分株	5~10 株/㎡
		菖蒲	Acoruscalamus	根状茎	分株	8~12 丛/㎡， 3~5 株/丛
		扁秆藨草	Scirpusplaniculmis	地下茎	分株	5~10 株/㎡
		针蔺	Scabrousscalespikesedge	地下茎	分株	5~10 株/㎡
		莲	Nelumbonucifera	地下茎	载插	2~4 株/㎡
		香菇草	Hydrocotyle vulgaris	茎段	扦插	5~10 株/㎡
		茭白	Zizanialatifolia (Griseb.) Stapf	幼苗	分株	5~10 株/㎡
		梭鱼草	Pontederiacordata L.	幼苗	分株	5~10 株/㎡
浮水 植物	20cm~ 200cm	水鳖	Hydrocharisdubia	带根植株	播撒	10~20 株/㎡
		萍蓬草	Nupharpumilum	幼小植株	播撒	10~20 株/㎡
		槐叶萍	Salvinianatans	幼小植株	播撒	10~20 株/㎡
		荇菜	Nymphoidespeltatum	幼小植株	栽插	20~30 株/㎡
		睡莲	Nymphaeatetragona	根茎	栽插	2~4 株/㎡
		芡实	Euryale ferox	根茎	栽插	1~2 段/㎡
		菱	Trapabispinosa	根茎	栽插	3~5 株/㎡
沉水 植物	50cm~ 200cm	苦草	Vallisnerianatans	6cm~8cm 健壮茎段或 根系	播撒	3~5 芽/丛， 5~10 丛/㎡
		竹叶眼子 菜	Potamogetonmalaianus	10cm~15cm 带芽断枝	播撒	3~5 芽/丛， 5~10 丛/㎡
		穗状狐尾 藻	Myriophyllumspicatum	10cm~12cm 带芽断枝	播撒	5~6 芽/丛， 5~10 丛/㎡
		黑藻	Hydrillaverticillata	6cm~8cm 带芽茎段	播撒	8~12 丛/㎡， 6~8 芽/丛
		菹草	Potamogetoncrispus L.	石芽	栽插	10~15 丛/㎡，5~8 株/丛
		金鱼藻	Ceratophyllumdemersum L.	幼苗	栽种	8~12 丛/㎡， 5~8 株/丛