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

[關鍵詞]“流水不腐”理念 環(huán)境藝術教學 研究

基金項目：陜西省軟科學研究計劃項目(項目編號：2016KRM083)。

在“新常態(tài)”下，我國經(jīng)濟增長速度由高速轉(zhuǎn)為中高速，結構優(yōu)化進一步升級，在此情形下，環(huán)境藝術教學出現(xiàn)了新的變革，在意識、概念、方法和觀點上進一步強化多學科借鑒與滲透。在環(huán)境藝術教學中，“流水不腐”理念似乎成了水體景觀設計“包治百病的良藥”[1-3]，該理念也被狹隘地理解為“只要使水體流動起來，水質(zhì)就不容易惡化”，但結果真的是這樣嗎？其真正內(nèi)涵是什么？到底有多少的實用性？如何正確應用？在環(huán)境藝術教學中很少有人深入思考過這些問題。實際上，在環(huán)境科學領域，針對“流動”水體水環(huán)境效應的研究非常多，但很少有環(huán)境藝術學者深入研究并合理應用這些成果。同時，水體景觀設計對接設計院，運行效果對接管理部門，景觀水體經(jīng)過長期運行所形成的實際效果無法反饋設計，“流水不腐”理念未得到實證。因此，本文對如何正確理解“流水不腐”理念，如何將“流水不腐”理念合理引入環(huán)境藝術教學進行了研究，以期對提高環(huán)境藝術教學效果，優(yōu)化景觀水體設計有所幫助。

正確認識“流水”的水環(huán)境效應

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、水體富營養(yǎng)化。那么，水流動起來以后是否就不會惡化呢？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動形態(tài)的組織與優(yōu)化問題。

2.外流水水環(huán)境效應

外流水可以不斷更新、稀釋水體，降低水體營養(yǎng)鹽濃度，影響營養(yǎng)鹽的歸趨行為及藻類的生長。林衛(wèi)青等[4]發(fā)現(xiàn)加大引水流量，降低水體停留時間可以有效控制湖泊水華的發(fā)生。王化可[5]認為引水稀釋能有效抑制藍藻生長，緩解水體富營養(yǎng)化。孫亞喬等[6]認為引調(diào)清潔水源稀釋污染景觀水體， 能改善水體水動力條件，增加復氧量，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，如三峽水庫建成后水體流速減緩導致水華頻發(fā)，但外流水水量對藻類生長的影響存在一個臨界流量范圍，只有適中的流量才會引起藻類暴發(fā)[7]。同時，外流水類型也會對水體產(chǎn)生重要影響，郭紅兵等[8]發(fā)現(xiàn)用再生水和河水補水會導致景觀水體沉積物、污染物聚積，而補水方式的突然改變會引起沉積物性質(zhì)的急劇變化，可能會增加水體營養(yǎng)負荷。熊家晴等[9]認為以自來水、河水（水質(zhì)較好）補水人工景觀湖泊均會不同程度地導致沉積物中污染物向水體釋放，而以再生水補充則風險更大，以污水廠二級出水補水可能會導致小球藻的過度生長。

3.內(nèi)流水水環(huán)境效應

內(nèi)流水可以對水體沉積物產(chǎn)生擾動作用，使水體營養(yǎng)鹽、藻類結構及遷移行為發(fā)生改變，同時，擾動也能增加復氧，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]認為高強度擾動水體中不同形態(tài)磷的含量均高于較低擾動強度的水體，并發(fā)現(xiàn)底泥再懸浮可以提高底泥對磷的持留能力，延緩水體富營養(yǎng)化。此外，擾動有助于藻細胞周圍代謝產(chǎn)物的擴散，促進藻類生長，但過大的機械擾動會損傷藻類細胞，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定于擾動強度，存在一個最佳擾動強度值。流速對水體的作用類似于擾動，會影響氮磷分布及藻類生長。隨著水體流速的增加，水體總氮磷呈現(xiàn)3個階段，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數(shù)增加關系，而總氮磷與流速呈指數(shù)增加關系。同時，淡水中藻類的營養(yǎng)鹽吸收及光合作用能力存在一個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強度成正比，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，會因水體營養(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)境藝術教學中的“流水不腐”理念

通過上述“流水”水環(huán)境效應分析，可以發(fā)現(xiàn)“流水”引發(fā)的水環(huán)境效應具有因地性、因時性、復雜性及風險性。正確理解環(huán)境藝術教學中的“流水不腐”理念需把握以下三個核心。一是外流水（引水、調(diào)水）可以不斷更新水體，稀釋污染物，改善水動力條件， 提高水體復氧率，激活水體，強化其自凈能力。同時，外流水的流量、流速只有在一個適宜的臨界范圍，才能抑制水體藻類的暴發(fā)。此外，外流水的類型對水體影響很大，存在加劇水質(zhì)惡化的風險。二是水體底泥的氮磷釋放量、平衡濃度與內(nèi)流水的擾動強度（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)流水的擾動也能抑制藻類的生長速率，降低藻類生物量及生物多樣性，但也存在一個擾動強度臨界范圍（流速范圍、流量范圍），且這個臨界范圍會因水體營養(yǎng)鹽狀的不同而發(fā)生變化。三是外流水和內(nèi)流水對水體環(huán)境產(chǎn)生的影響是復雜的，要因時、因地、因目標應用“流水不腐”理念指導景觀水體設計。

將“流水不腐”理念引入環(huán)境藝術教學的方法

1.實地調(diào)研

環(huán)境藝術設計思維是否科學、縝密，體現(xiàn)在環(huán)境藝術教學中不是表現(xiàn)手法的合理性，而是設計的合理性。合理性的來源不是現(xiàn)存圖紙，也不是在“百度”瘋狂搜索，而是扎實的前期調(diào)研和系統(tǒng)總結。一般情況下，對于環(huán)境藝術設計者而言，實地調(diào)研更多的是對空間形態(tài)、構成、功能設置等方面的感受。但是，針對“流水不腐”理念實地調(diào)研更多的是對水體水環(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、泵站的建設和運行情況，為設計方案提供基礎資料。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、護岸類型與構建方式等為對象，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

隨著計算機與互聯(lián)網(wǎng)技術的飛速發(fā)展，信息化已經(jīng)滲透大學教學的各個環(huán)節(jié)，尤其是理工科專業(yè)中，虛擬現(xiàn)實技術、數(shù)值分析技術已經(jīng)成為教育信息化建設的重要內(nèi)容之一。從2016年起，全國高校先后建成了300多個國家級虛擬仿真實驗教學示范中心。數(shù)值模擬技術是通過數(shù)值計算和圖像顯示分析自然界各種復雜機理、行為方法和反應過程等問題的，快速、直觀、準確度較高，但該技術在環(huán)境藝術教學中的應用幾乎是空白的。因此，針對“流水不腐”問題可以在課堂上引入數(shù)值模擬技術，如利用COMSOL、MIKY、Fluent、SIMNET、GIS等模擬軟件對水體流態(tài)、傳質(zhì)過程等進行分析，直觀展示工藝參數(shù)與流態(tài)變化的關系，工藝參數(shù)對污染物遷移行為的影響等。首先，收集水體下墊面資料，進行地形建模，結合水位季節(jié)變化條件，采用一維或多維非恒定流方程，求解水體的水動力學問題，建立適合的水動力學數(shù)值模擬系統(tǒng)及典型調(diào)控工程構筑物（水閘、堰）的流動數(shù)值模型，確定不同水動力學條件下構筑物單元的非穩(wěn)態(tài)工作性能[15]。其次，應用集成水量、水質(zhì)、水動力的多模型耦合模擬技術，確定水動力變化、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、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。當然，數(shù)值模擬的應用是建立在對專業(yè)知識把握、理解的基礎上的，教師應對相關知識有較全面的理解，利用數(shù)值模擬引導學生參與一些具有理論和實際意義的問題分析，也可以借助國家級虛擬仿真實驗平臺將數(shù)值模擬引入課堂。

3.模擬實驗

景觀水體污染的發(fā)生過程非常復雜，具有獨特性，單憑觀察或者數(shù)值模擬往往難以得出準確結論，這時就需要通過實驗進行探究。模擬實驗是通過模仿實驗對象和模仿實驗條件對水環(huán)境中各因素之間的相互關系、變化規(guī)律、運動過程、反應機理等進行真實的反映，有關“流水不腐”理念涉及的模擬實驗有三種。一是通過模擬實驗研究自然條件及不同流速、水量、水質(zhì)條件下的水動力變化、水體交換情況等，研究外流水補水產(chǎn)生的污染風險。二是通過污染削減技術的模擬實驗，結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)凈化和工程強化技術，評價原位多元生態(tài)處理技術和人工強化技術在污染削減和水質(zhì)改善方面的功效和適用性[16]。三是通過模擬實驗，結合水體景觀設計，確定不同生態(tài)護岸的結構、類型及其適用性，篩選具有長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植被群落，突出配置藝術。當然，在環(huán)境藝術教學過程中，要實現(xiàn)這些模擬實驗還存在一定的難度，但可以讓學生跨專業(yè)學習、參與實驗或者項目合作，進行現(xiàn)場或模擬實驗。

結 語

在環(huán)境藝術教學中應用“流水不腐”理念指導設計時，不能將該理念狹隘地理解為“流動的水不會惡化”?！傲魉笨梢愿纳扑w環(huán)境，但對流量、流速、水質(zhì)有限定要求，“流水”的擾動能力可以抑制底泥中氮磷等污染物的釋放，也可以促進釋放，可以抑制藻類生長，也可能導致藻類的暴發(fā)，這些都取決于擾動強度、擾動方式、水體營養(yǎng)鹽水平等條件。因此，可以通過現(xiàn)場調(diào)研、數(shù)值模擬、模擬實驗等方法將“流水不腐”理念引入環(huán)境藝術教學，突出信息化技術的應用，對研究“新常態(tài)”下環(huán)境藝術教學改革具有一定的實用性。

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作者單位：海繼平 西安美術學院建筑環(huán)境藝術系 楊成建 陳曉育 西安建筑科技大學環(huán)境與市政工程學院