將“流水不腐”理念引入環(huán)境藝術(shù)教學(xué)的研究

海繼平 楊成建 陳曉育

[摘 ?要]城市景觀水體面臨著極速惡化及嚴(yán)重的污染問題，把“流水不腐”理念作為環(huán)境藝術(shù)實(shí)踐教學(xué)的研究方向，具有一定的普遍性。同時(shí)，突出學(xué)科交叉與信息化技術(shù)應(yīng)用已成為環(huán)境藝術(shù)教學(xué)由理論轉(zhuǎn)向?qū)嵺`的重要方法與手段。本文通過研究環(huán)境藝術(shù)與環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的有關(guān)水環(huán)境“流水”效應(yīng)，探析“流水不腐”理念的特性，提出環(huán)境藝術(shù)教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)對(duì)“流水不腐”理念的理性認(rèn)識(shí)。同時(shí)，還提出將“流水不腐”理念引入環(huán)境藝術(shù)教學(xué)的方法，即實(shí)地調(diào)研、數(shù)值模擬與模擬實(shí)驗(yàn)，以期為“流水不腐”理念在環(huán)境藝術(shù)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用提供啟示與借鑒。

[關(guān)鍵詞]“流水不腐”理念 ?環(huán)境藝術(shù)教學(xué) ?研究

基金項(xiàng)目：陜西省軟科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2016KRM083）。

在“新常態(tài)”下，我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度由高速轉(zhuǎn)為中高速，結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)一步升級(jí)，在此情形下，環(huán)境藝術(shù)教學(xué)出現(xiàn)了新的變革，在意識(shí)、概念、方法和觀點(diǎn)上進(jìn)一步強(qiáng)化多學(xué)科借鑒與滲透。在環(huán)境藝術(shù)教學(xué)中，“流水不腐”理念似乎成了水體景觀設(shè)計(jì)“包治百病的良藥”[1-3]，該理念也被狹隘地理解為“只要使水體流動(dòng)起來(lái)，水質(zhì)就不容易惡化”，但結(jié)果真的是這樣嗎？其真正內(nèi)涵是什么？到底有多少的實(shí)用性？如何正確應(yīng)用？在環(huán)境藝術(shù)教學(xué)中很少有人深入思考過這些問題。實(shí)際上，在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，針對(duì)“流動(dòng)”水體水環(huán)境效應(yīng)的研究非常多，但很少有環(huán)境藝術(shù)學(xué)者深入研究并合理應(yīng)用這些成果。同時(shí)，水體景觀設(shè)計(jì)對(duì)接設(shè)計(jì)院，運(yùn)行效果對(duì)接管理部門，景觀水體經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行所形成的實(shí)際效果無(wú)法反饋設(shè)計(jì)，“流水不腐”理念未得到實(shí)證。因此，本文對(duì)如何正確理解“流水不腐”理念，如何將“流水不腐”理念合理引入環(huán)境藝術(shù)教學(xué)進(jìn)行了研究，以期對(duì)提高環(huán)境藝術(shù)教學(xué)效果，優(yōu)化景觀水體設(shè)計(jì)有所幫助。

正確認(rèn)識(shí)“流水”的水環(huán)境效應(yīng)

1.“流水”的分類

靜止或緩流景觀水體極易引發(fā)水質(zhì)惡化、水體富營(yíng)養(yǎng)化。那么，水流動(dòng)起來(lái)以后是否就不會(huì)惡化呢？因此，必須弄清“流水”的兩種情況。一是水流經(jīng)過水體后，不再回來(lái)的情況，本文稱之為“外流水”，主要涉及景觀水體的引水、調(diào)水問題。二是水流在水體中來(lái)回循環(huán)的情況，本文稱之為“內(nèi)流水”，主要涉及景觀水體運(yùn)動(dòng)形態(tài)的組織與優(yōu)化問題。

2.外流水水環(huán)境效應(yīng)

外流水可以不斷更新、稀釋水體，降低水體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度，影響營(yíng)養(yǎng)鹽的歸趨行為及藻類的生長(zhǎng)。林衛(wèi)青等[4]發(fā)現(xiàn)加大引水流量，降低水體停留時(shí)間可以有效控制湖泊水華的發(fā)生。王化可[5]認(rèn)為引水稀釋能有效抑制藍(lán)藻生長(zhǎng)，緩解水體富營(yíng)養(yǎng)化。孫亞喬等[6]認(rèn)為引調(diào)清潔水源稀釋污染景觀水體， 能改善水體水動(dòng)力條件，增加復(fù)氧量，激活水體，提高水體自凈能力。此外，景觀水體中藻類的增殖能力和分散聚集行為也受外流水的速度、流量影響，如三峽水庫(kù)建成后水體流速減緩導(dǎo)致水華頻發(fā)，但外流水水量對(duì)藻類生長(zhǎng)的影響存在一個(gè)臨界流量范圍，只有適中的流量才會(huì)引起藻類暴發(fā)[7]。同時(shí)，外流水類型也會(huì)對(duì)水體產(chǎn)生重要影響，郭紅兵等[8]發(fā)現(xiàn)用再生水和河水補(bǔ)水會(huì)導(dǎo)致景觀水體沉積物、污染物聚積，而補(bǔ)水方式的突然改變會(huì)引起沉積物性質(zhì)的急劇變化，可能會(huì)增加水體營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷。熊家晴等[9]認(rèn)為以自來(lái)水、河水（水質(zhì)較好）補(bǔ)水人工景觀湖泊均會(huì)不同程度地導(dǎo)致沉積物中污染物向水體釋放，而以再生水補(bǔ)充則風(fēng)險(xiǎn)更大，以污水廠二級(jí)出水補(bǔ)水可能會(huì)導(dǎo)致小球藻的過度生長(zhǎng)。

3.內(nèi)流水水環(huán)境效應(yīng)

內(nèi)流水可以對(duì)水體沉積物產(chǎn)生擾動(dòng)作用，使水體營(yíng)養(yǎng)鹽、藻類結(jié)構(gòu)及遷移行為發(fā)生改變，同時(shí)，擾動(dòng)也能增加復(fù)氧，使死水區(qū)和非主流區(qū)的污染水得到置換，提高水體自凈能力。王尚等[10]認(rèn)為高強(qiáng)度擾動(dòng)水體中不同形態(tài)磷的含量均高于較低擾動(dòng)強(qiáng)度的水體，并發(fā)現(xiàn)底泥再懸浮可以提高底泥對(duì)磷的持留能力，延緩水體富營(yíng)養(yǎng)化。此外，擾動(dòng)有助于藻細(xì)胞周圍代謝產(chǎn)物的擴(kuò)散，促進(jìn)藻類生長(zhǎng)，但過大的機(jī)械擾動(dòng)會(huì)損傷藻類細(xì)胞，抑制水華暴發(fā)。何愛政等[11]發(fā)現(xiàn)藻類多樣性水平?jīng)Q定于擾動(dòng)強(qiáng)度，存在一個(gè)最佳擾動(dòng)強(qiáng)度值。流速對(duì)水體的作用類似于擾動(dòng)，會(huì)影響氮磷分布及藻類生長(zhǎng)。隨著水體流速的增加，水體總氮磷呈現(xiàn)3個(gè)階段，即下降期、上升期和突增期。鐘小燕等[12]發(fā)現(xiàn)水體總氮磷的釋放量、平衡濃度與水體的流速呈對(duì)數(shù)增加關(guān)系，而總氮磷與流速呈指數(shù)增加關(guān)系。同時(shí)，淡水中藻類的營(yíng)養(yǎng)鹽吸收及光合作用能力存在一個(gè)最佳的水體臨界流速。在臨界流速以下，藻類生物量與流速或擾動(dòng)強(qiáng)度成正比，而超過臨界條件后，則成反比。但是也有研究發(fā)現(xiàn)，臨界條件不是固定不變的，會(huì)因水體營(yíng)養(yǎng)鹽狀態(tài)的不同而變化，如張毅敏等[13]發(fā)現(xiàn)銅綠微囊藻在氮磷比為4.5∶1的水體中生長(zhǎng)的最佳臨界流速大于氮磷比為2.7∶1的水體。

正確理解環(huán)境藝術(shù)教學(xué)中的“流水不腐”理念

通過上述“流水”水環(huán)境效應(yīng)分析，可以發(fā)現(xiàn)“流水”引發(fā)的水環(huán)境效應(yīng)具有因地性、因時(shí)性、復(fù)雜性及風(fēng)險(xiǎn)性。正確理解環(huán)境藝術(shù)教學(xué)中的“流水不腐”理念需把握以下三個(gè)核心。一是外流水（引水、調(diào)水）可以不斷更新水體，稀釋污染物，改善水動(dòng)力條件， 提高水體復(fù)氧率，激活水體，強(qiáng)化其自凈能力。同時(shí)，外流水的流量、流速只有在一個(gè)適宜的臨界范圍，才能抑制水體藻類的暴發(fā)。此外，外流水的類型對(duì)水體影響很大，存在加劇水質(zhì)惡化的風(fēng)險(xiǎn)。二是水體底泥的氮磷釋放量、平衡濃度與內(nèi)流水的擾動(dòng)強(qiáng)度（流速、流量）成正比，在引起底泥再懸浮的情況下，可以降低水體磷濃度，提高底泥固磷能力，降低其生物有效性。內(nèi)流水的擾動(dòng)也能抑制藻類的生長(zhǎng)速率，降低藻類生物量及生物多樣性，但也存在一個(gè)擾動(dòng)強(qiáng)度臨界范圍（流速范圍、流量范圍），且這個(gè)臨界范圍會(huì)因水體營(yíng)養(yǎng)鹽狀的不同而發(fā)生變化。三是外流水和內(nèi)流水對(duì)水體環(huán)境產(chǎn)生的影響是復(fù)雜的，要因時(shí)、因地、因目標(biāo)應(yīng)用“流水不腐”理念指導(dǎo)景觀水體設(shè)計(jì)。

將“流水不腐”理念引入環(huán)境藝術(shù)教學(xué)的方法

1.實(shí)地調(diào)研

環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)思維是否科學(xué)、縝密，體現(xiàn)在環(huán)境藝術(shù)教學(xué)中不是表現(xiàn)手法的合理性，而是設(shè)計(jì)的合理性。合理性的來(lái)源不是現(xiàn)存圖紙，也不是在“百度”瘋狂搜索，而是扎實(shí)的前期調(diào)研和系統(tǒng)總結(jié)。一般情況下，對(duì)于環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)者而言，實(shí)地調(diào)研更多的是對(duì)空間形態(tài)、構(gòu)成、功能設(shè)置等方面的感受。但是，針對(duì)“流水不腐”理念實(shí)地調(diào)研更多的是對(duì)水體水環(huán)境功能問題的全面解析。一是弄清水體“流”的問題。收集水系、水文、水利資料，了解水文特征、水資源總量及分布情況;收集水系區(qū)域的降雨匯流資料，掌握水域的引排條件與蓄泄能力;調(diào)研水系水閘、堰、泵站的建設(shè)和運(yùn)行情況，為設(shè)計(jì)方案提供基礎(chǔ)資料。二是弄清水體“腐”的問題。通過水體資料的收集，了解水生動(dòng)植物生存情況、水質(zhì)的演變規(guī)律。以水體水文、地質(zhì)、水流、植物群落、護(hù)岸類型與構(gòu)建方式等為對(duì)象，解析水體污染源要素的發(fā)生、賦存形態(tài)、輸移過程及其形態(tài)特征和生物可利用性[14]，通過水系現(xiàn)狀調(diào)查探明主要污染源及污染狀況。

2.數(shù)值模擬

隨著計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，信息化已經(jīng)滲透大學(xué)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，尤其是理工科專業(yè)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、數(shù)值分析技術(shù)已經(jīng)成為教育信息化建設(shè)的重要內(nèi)容之一。從2016年起，全國(guó)高校先后建成了300多個(gè)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心。數(shù)值模擬技術(shù)是通過數(shù)值計(jì)算和圖像顯示分析自然界各種復(fù)雜機(jī)理、行為方法和反應(yīng)過程等問題的，快速、直觀、準(zhǔn)確度較高，但該技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用幾乎是空白的。因此，針對(duì)“流水不腐”問題可以在課堂上引入數(shù)值模擬技術(shù)，如利用COMSOL、MIKY、Fluent、SIMNET、GIS等模擬軟件對(duì)水體流態(tài)、傳質(zhì)過程等進(jìn)行分析，直觀展示工藝參數(shù)與流態(tài)變化的關(guān)系，工藝參數(shù)對(duì)污染物遷移行為的影響等。首先，收集水體下墊面資料，進(jìn)行地形建模，結(jié)合水位季節(jié)變化條件，采用一維或多維非恒定流方程，求解水體的水動(dòng)力學(xué)問題，建立適合的水動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬系統(tǒng)及典型調(diào)控工程構(gòu)筑物（水閘、堰）的流動(dòng)數(shù)值模型，確定不同水動(dòng)力學(xué)條件下構(gòu)筑物單元的非穩(wěn)態(tài)工作性能[15]。其次，應(yīng)用集成水量、水質(zhì)、水動(dòng)力的多模型耦合模擬技術(shù)，確定水動(dòng)力變化、底泥再懸浮規(guī)律，典型污染物的輸移與降解規(guī)律，典型藻類生長(zhǎng)、遷移及演替規(guī)律，明確流速、流量的臨界值范圍及其變化情況。當(dāng)然，數(shù)值模擬的應(yīng)用是建立在對(duì)專業(yè)知識(shí)把握、理解的基礎(chǔ)上的，教師應(yīng)對(duì)相關(guān)知識(shí)有較全面的理解，利用數(shù)值模擬引導(dǎo)學(xué)生參與一些具有理論和實(shí)際意義的問題分析，也可以借助國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)將數(shù)值模擬引入課堂。

3.模擬實(shí)驗(yàn)

景觀水體污染的發(fā)生過程非常復(fù)雜，具有獨(dú)特性，單憑觀察或者數(shù)值模擬往往難以得出準(zhǔn)確結(jié)論，這時(shí)就需要通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。模擬實(shí)驗(yàn)是通過模仿實(shí)驗(yàn)對(duì)象和模仿實(shí)驗(yàn)條件對(duì)水環(huán)境中各因素之間的相互關(guān)系、變化規(guī)律、運(yùn)動(dòng)過程、反應(yīng)機(jī)理等進(jìn)行真實(shí)的反映，有關(guān)“流水不腐”理念涉及的模擬實(shí)驗(yàn)有三種。一是通過模擬實(shí)驗(yàn)研究自然條件及不同流速、水量、水質(zhì)條件下的水動(dòng)力變化、水體交換情況等，研究外流水補(bǔ)水產(chǎn)生的污染風(fēng)險(xiǎn)。二是通過污染削減技術(shù)的模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)合水系的地形地貌和水文條件，遴選適合的水體原位生態(tài)水質(zhì)凈化和工程強(qiáng)化技術(shù)，評(píng)價(jià)原位多元生態(tài)處理技術(shù)和人工強(qiáng)化技術(shù)在污染削減和水質(zhì)改善方面的功效和適用性[16]。三是通過模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)合水體景觀設(shè)計(jì)，確定不同生態(tài)護(hù)岸的結(jié)構(gòu)、類型及其適用性，篩選具有長(zhǎng)效凈化功能的濕生植物、水生植物和濕地基質(zhì)種類，確定具有凈化功能和景觀效果的河岸梯級(jí)植被群落，突出配置藝術(shù)。當(dāng)然，在環(huán)境藝術(shù)教學(xué)過程中，要實(shí)現(xiàn)這些模擬實(shí)驗(yàn)還存在一定的難度，但可以讓學(xué)生跨專業(yè)學(xué)習(xí)、參與實(shí)驗(yàn)或者項(xiàng)目合作，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)或模擬實(shí)驗(yàn)。

結(jié) ?語(yǔ)

在環(huán)境藝術(shù)教學(xué)中應(yīng)用“流水不腐”理念指導(dǎo)設(shè)計(jì)時(shí)，不能將該理念狹隘地理解為“流動(dòng)的水不會(huì)惡化”?！傲魉笨梢愿纳扑w環(huán)境，但對(duì)流量、流速、水質(zhì)有限定要求，“流水”的擾動(dòng)能力可以抑制底泥中氮磷等污染物的釋放，也可以促進(jìn)釋放，可以抑制藻類生長(zhǎng)，也可能導(dǎo)致藻類的暴發(fā)，這些都取決于擾動(dòng)強(qiáng)度、擾動(dòng)方式、水體營(yíng)養(yǎng)鹽水平等條件。因此，可以通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、數(shù)值模擬、模擬實(shí)驗(yàn)等方法將“流水不腐”理念引入環(huán)境藝術(shù)教學(xué)，突出信息化技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)研究“新常態(tài)”下環(huán)境藝術(shù)教學(xué)改革具有一定的實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)：

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作者單位：海繼平 ?西安美術(shù)學(xué)院建筑環(huán)境藝術(shù)系 ?陜西西安

楊成建 ?陳曉育 ?西安建筑科技大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院 ?陜西西安