文章編號(hào)：1674-6139（2025）08-0178-06

中圖分類號(hào)：X32文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Optimization of Plant Layout in Ecological Landscape Environment underDelft3DPollutant Diffusion Simulation

LiMo

（Xi'anMunicipal Engineering Designamp;Research Institute Co.，Ltd.，Xi'an 71OO68，China）

Abstract：InordertooptiizetheurbanecologicalenviromentandbeautifythesiteenvironmentthispaperputsforwardtheptimalalocatinofplantlyoutintecologicalgardenlandscapeenvironmentunderDelfDpolutantdifusionsimulationSelectingan ecologicalgardenastheresearcharea，thispaperanalyzedthepresentsituationoflandscapeenvironmentandstudiedtheproblemsin plantlayout.Dfthnologissedtouatedsapetpoapndtmicalvausofoiityatealod convectiondiusealulatdtobtaitesiulatioetofutantdifusioAodingttdifusioultsftotaloe totalphosphorusandchemicaloxygendemandpolutantsinthecurrentwaterenvironment，combinedwiththegowthcharacteristicsof plantsandlocalnaturalconditions，theoptimalallcationofplantlayoutinthecologicalgdenlandscapenvironmentisopleted Throughexperiments，tisprovedthattheoptimalalcationfplantlaoutcanimprovetecologicaleectandlndcapeectf greening areas，increase the survival rate of plants，and create alivingand ornamental landscape environment.

Keywords：DeftDmodel；ecologicalgardenlandscape；simulationofpolutantdifusion；plantlayoutoptimizationconfiguration； lateral momentum

前言

目前，中國(guó)大部分的城市都處于快速發(fā)展時(shí)期，大量的植被被大量的砍伐，使得許多自然的生態(tài)園林遭到了破壞[1-2]。在生態(tài)園林景觀建設(shè)中，要發(fā)揮出其自身最大的價(jià)值，不僅要看種什么樣的植物，還要看整體布局，從而構(gòu)建優(yōu)秀的生態(tài)園林，營(yíng)造出綠色文明的人居環(huán)境。

基于此，徐安祺[3]等提出基于 PM_2.5 消減的街旁綠地植物空間配置模式研究，但是無法全面評(píng)估不同植物種類和配置對(duì) PM_2.5 削減作用的影響。祝薇雅[4]等提出基于參數(shù)化設(shè)計(jì)方法的城市公園植物景觀布局設(shè)計(jì)，但是數(shù)據(jù)的收集和處理會(huì)受到多種因素影響，導(dǎo)致植物布局配置不合理。陳永生[5]等提出布局優(yōu)化對(duì)策，量化城市園林供需平衡關(guān)系，實(shí)現(xiàn)配置。但小型或隱蔽的園林會(huì)出現(xiàn)未被POI數(shù)據(jù)覆蓋，影響植物布局配置。王玉虎[等提出了利用粒度分層的園林植物布局優(yōu)化配置。但是綠量計(jì)算的數(shù)據(jù)來源和計(jì)算方法存在一定的誤差和不確定性，從而影響到最終的空間規(guī)劃結(jié)果。

為此，提出了Delft3D污染物擴(kuò)散模擬下生態(tài)園林景觀環(huán)境中植物布局優(yōu)化配置。以某生態(tài)園林作為研究對(duì)象，分析景觀環(huán)境與植物布局現(xiàn)狀，結(jié)合Delft3D模型計(jì)算污染物連續(xù)性、橫向動(dòng)量、對(duì)流擴(kuò)散狀態(tài)，根據(jù)當(dāng)前區(qū)域污染特點(diǎn)，在不同區(qū)域設(shè)置不同種類和治理作用的植被，完成植物布局優(yōu)化配置。

1生態(tài)園林景觀環(huán)境現(xiàn)狀分析

1. 1 生態(tài)園林景觀

選取某省的生態(tài)園林作為研究區(qū)，該園林地處平原，太平洋季風(fēng)與冷空氣的交匯地帶，具有顯著的過渡性，為半濕潤(rùn)、半干旱的溫帶大陸氣候。在干濕分區(qū)上，由濕熱到干旱的過渡地帶。該地區(qū)的干旱和半干旱的面積較大，且降雨不穩(wěn)定，會(huì)出現(xiàn)風(fēng)沙現(xiàn)象。這一過渡時(shí)期的氣候與地形，深刻地影響著地面植被與農(nóng)業(yè)。在植被類型上，該地區(qū)有喬木、灌木以及水生植物等，但由于土壤侵蝕的加劇，原有的植被遭到破壞，肥力降低，造成生態(tài)園林景觀的惡化[]

通過分析該生態(tài)園林景觀環(huán)境得知：河道斷流后，下游河道喪失了輸水作用，造成一些河段干枯，下游出現(xiàn)不同程度的湖泊萎縮、干枯。上游水源供給急劇下降，導(dǎo)致下游地下水無補(bǔ)給，地下水埋深大幅下降，導(dǎo)致表層王壤水分含量下降，王壤干燥化程度較高。一些湖泊由于得不到足夠的供水，所以

兩側(cè)的土壤也受到了嚴(yán)重的影響。生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，使得城市綠地逐漸向旱生植物演化，從而導(dǎo)致生態(tài)園林干旱化和鹽堿化[8]，地下水位降低，沿岸植物的大量衰亡。

1.2 當(dāng)前植物配置

生態(tài)園林河道廊道的植物景觀，在樹種選擇上基本上能夠滿足生物多樣性的需要，豐富的物種可以保持河道植被的穩(wěn)定性，從而達(dá)到維護(hù)河道生態(tài)平衡的目的。但是通過對(duì)A區(qū)域、B區(qū)域、C區(qū)域和D區(qū)域的植物對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)B區(qū)域、C區(qū)域和D區(qū)域的植物數(shù)量要少于A區(qū)域，這對(duì)景觀的配置和多樣性的構(gòu)建不利，且穩(wěn)定性還不如A區(qū)域。（見圖1）

圖1生態(tài)園林景觀環(huán)境空間分析圖

生態(tài)園林綠地內(nèi)的植被配置以人工為主，通過對(duì)樹種的統(tǒng)計(jì)分析，得知在多數(shù)群落中，喬木樹種數(shù)量較多，常綠數(shù)量樹種較少;而且由于部分樹齡過大，樹體衰弱，出現(xiàn)了枯斑。

2Delft3D污染物擴(kuò)散模擬計(jì)算

Delft3D是國(guó)際領(lǐng)先水平的水動(dòng)力學(xué)和水質(zhì)模型技術(shù)，包含6個(gè)獨(dú)立而又緊密相連的模塊，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大尺度水流、水動(dòng)力，波浪，泥沙，水質(zhì)，生態(tài)等方面的準(zhǔn)確計(jì)算。Delft3D模型具有高穩(wěn)定性，通過干濕動(dòng)邊界處理技術(shù)快速生成網(wǎng)格、環(huán)境等生態(tài)景觀參數(shù)插值等難題，同時(shí)具備較強(qiáng)的后處理能力。以研究區(qū)域?yàn)槔_展了污染物擴(kuò)散的數(shù)值模擬分析。

（1）連續(xù)性表達(dá)式為式（1）：

式（1）中， ζ 描述的是潮位[9]， d 描述的是水深，G_υυG_ζζ 描述的是從直角坐標(biāo)系 （x，y） 和正交曲線坐標(biāo)系 （ζ，υ） 之間的變換系數(shù)， u_?v 描述的是在 ζ 和 υ

方向上的速度分量，描述的是因排水、引流、蒸發(fā)、降雨等原因所造成的單位面積水量情況。

（2）橫向動(dòng)量表達(dá)式為式（2）：

式（2）中， 描述的是 ζ，υ，σ 方向的速度分量 ， 描述的是科氏力參量， _?ρ0 描述的是水的密度，P_ζ 描述的是 ζ 方向的靜水壓梯度， v_?V 描述的是垂直

方向上的渦動(dòng)系數(shù)[10]， F_ζ 描述的是 ζ 方向上的紊流流量， M_ζ 描述的是 ζ 方向上的動(dòng)量源或匯。

（3）對(duì)流擴(kuò)散表達(dá)式為式（3）：

式（3）中， c 描述的是污染物的濃度， D_H 描述的是橫向擴(kuò)散因子， λ_d 描述的是一階衰減因子 描述的是由排水量 q_in 與吸水量 q_out 決定的污染物源匯項(xiàng)。

3生態(tài)園林景觀環(huán)境中植物布局優(yōu)化配置

為降低生態(tài)園林景觀環(huán)境中污染，使用如下模擬計(jì)算。

首先，使用Delft3D的前處理模塊（如RGF-GRID）對(duì)圖1中水體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用正交曲線網(wǎng)格以提高計(jì)算精度。

其次，建立二維水流模型，模擬湖泊的水流動(dòng)態(tài)。

再三，通過式（1）-式（3）模擬污染物的對(duì)流、擴(kuò)散過程，見圖2。

圖2生態(tài)園林景觀的Delft3D污染物擴(kuò)散模擬結(jié)果

通過圖2可看出，植物布局優(yōu)化配置：經(jīng)過Delft3D污染物擴(kuò)散模擬得出，A點(diǎn)靠近入水口，是整個(gè)水體污染物濃度最高處，為此，植物布局優(yōu)化配置主要集中在水體中，主要種植荷花、睡蓮、蘆竹等水生植物根系發(fā)達(dá)，能夠吸收水中的總氮、總磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，降低化學(xué)需氧量，促進(jìn)水體中微生物的繁殖，進(jìn)一步加速有機(jī)物的分解和營(yíng)養(yǎng)元素的循環(huán)。，B點(diǎn)、C點(diǎn)為水體堤壩處，主要種植岸上植物，美化環(huán)境的同時(shí)，固定水土資源不流失，同時(shí)要具備強(qiáng)抗弱堿性土壤能力，選用常綠和落葉的骨干樹種、垂直綠化植物、一般樹種中的喬木和灌木等在綠化和美化生態(tài)園林景觀環(huán)境方面有著重要作用，通過改善土壤質(zhì)量、增加土壤有機(jī)質(zhì)和微生物活性等方式間接影響水體質(zhì)量，降低總氮、總磷、化學(xué)需氧量。D點(diǎn)為出水口，污染已經(jīng)被大幅度稀釋，為此該點(diǎn)主要目的為固定被沖刷下來的泥沙，選用女貞、黃葛樹、繡球、美人蕉、鳶尾、一葉蘭、馬蹄金、絲蘭、結(jié)縷草等多年生草本，在少量?jī)艋廴镜耐瑫r(shí)，最大程度保護(hù)水土資源。

4生態(tài)園林景觀環(huán)境中植物布局優(yōu)化配置實(shí)驗(yàn)

為了證明生態(tài)園林景觀環(huán)境中植物布局優(yōu)化配置的合理性，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。選擇斑塊類型面積、景觀百分比、邊界密度、連接度指數(shù)、尺度破碎度、蔓延度以及均勻度7個(gè)作為實(shí)驗(yàn)評(píng)估指標(biāo)，以驗(yàn)證植物布局優(yōu)化配置是否可行。該生態(tài)園林中的地表水體主要為湖泊與河道，屬于淡水水體。見表1布局配置優(yōu)化前后對(duì)比結(jié)果。

表1生態(tài)園林景觀植物布局配置優(yōu)化前后對(duì)比

通過表1能夠得知，經(jīng)過對(duì) _{A，B，C，D} 四個(gè)區(qū)域的景觀級(jí)別指數(shù)進(jìn)行優(yōu)化前后的對(duì)比分析，得出以下結(jié)論：優(yōu)化后， A，B，C，D 四個(gè)區(qū)域的斑塊類型面積均有所增加，表明優(yōu)化配置有效促進(jìn)了各區(qū)域內(nèi)斑塊面積的擴(kuò)大。

四個(gè)區(qū)域的景觀百分比經(jīng)過優(yōu)化后都有所上升，反映出優(yōu)化配置提高了各區(qū)域景觀類型的占比。C區(qū)域的景觀占比最高的區(qū)域，說明C區(qū)域在優(yōu)化配置后的景觀構(gòu)成中占據(jù)重要地位。各區(qū)域經(jīng)過布局優(yōu)化配置后的邊界密度數(shù)值均增大，這是由于斑塊面積的增大以及斑塊間連接度的提高所致。其中，A區(qū)域的邊界密度增長(zhǎng)最為明顯，從6.64增加至9.17，反映了該區(qū)域在優(yōu)化配置后景觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性增強(qiáng)。生態(tài)園林景觀環(huán)境布局優(yōu)化配置后，各區(qū)域的連接度指數(shù)顯著提高，說明優(yōu)化配置促進(jìn)斑塊間的連通性。C區(qū)域的連接度指數(shù)從4.97提升至6.16，表明該區(qū)域在優(yōu)化配置后形成了更為緊密的景觀網(wǎng)絡(luò)。優(yōu)化后，各區(qū)域的尺度破碎度均有所上升，這是由于斑塊面積的增大和邊界密度的提高導(dǎo)致的。雖然破碎度增加可能不利于生態(tài)系統(tǒng)的完整性，但增長(zhǎng)幅度相對(duì)較小，且伴隨著連接度指數(shù)的提高，表明優(yōu)化措施在保持景觀連通性的同時(shí)，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響有限。各區(qū)域的蔓延度在優(yōu)化后有所增加，表明布局配置確保了景觀類型的連續(xù)性和擴(kuò)展性。四個(gè)區(qū)域的均勻度在優(yōu)化后數(shù)值變大，反映出布局配置保證景觀類型的多樣性和均勻分布。D區(qū)域的均勻度從0.37提升至0.71，成為均勻度最高的區(qū)域，證明該區(qū)域在優(yōu)化后的景觀構(gòu)成中呈現(xiàn)出更高的多樣性和均勻性。

為了進(jìn)一步證明植物布局優(yōu)化配置對(duì)減少環(huán)境污染的有效性，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)選擇污染物：總氮、總磷以及化學(xué)需氧量作為研究對(duì)象，已驗(yàn)證優(yōu)化后能否減少污染物擴(kuò)散，保證空氣環(huán)境質(zhì)量。如圖3所示為植物布局優(yōu)化前、后配置污染負(fù)荷。

圖3植物布局優(yōu)化前、后配置出水口污染負(fù)荷累積流出量

通過圖3（a-g）可以看到不同時(shí)間下總氮、總磷、化學(xué)需氧量高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、石油類和 BOD₅ 污染負(fù)荷累積流出量的變化情況。從第5天到第30天的時(shí)間點(diǎn)，并隨著時(shí)間的推移，各評(píng)價(jià)指標(biāo)的污染負(fù)荷累積流出量呈現(xiàn)出遞增的趨勢(shì)。優(yōu)化前的曲線呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢(shì)，表明在未經(jīng)優(yōu)化的情況下，污染負(fù)荷累積流出量隨時(shí)間而顯著增加。相比之下，優(yōu)化后的曲線則呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，這表明在經(jīng)過植物布局優(yōu)化配置后，污染負(fù)荷累積流出量得到了有效的控制，并隨時(shí)間而減少。到第30天，優(yōu)化后的污染負(fù)荷累積流出量已經(jīng)明顯低于優(yōu)化前的水平，這證明了布局優(yōu)化配置的有效性和長(zhǎng)期效益。綜上所述，經(jīng)過優(yōu)化后能夠減少污染負(fù)荷累積流出量，從而避免污染物大面積擴(kuò)散，并降低對(duì)環(huán)境的污染風(fēng)險(xiǎn)。

綜上所述，在生態(tài)園林景觀環(huán)境中，合理的植物布局優(yōu)化配置對(duì)于減少污染物負(fù)荷、保護(hù)水環(huán)境具有重要意義。

5 結(jié)束語

文章通過Delft3D污染物擴(kuò)散模擬，對(duì)生態(tài)園林景觀環(huán)境中的植物布局進(jìn)行了優(yōu)化配置研究。以某生態(tài)園林為研究對(duì)象，明確景觀環(huán)境和植物分布狀況，采用Delft3D模型求出污染物的連續(xù)性、橫向動(dòng)量和對(duì)流擴(kuò)散情況，并根據(jù)區(qū)域污染特征需求，增加具有對(duì)應(yīng)治理效果的植物，構(gòu)成天然植物群落，實(shí)現(xiàn)植物布局優(yōu)化配置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化后的植物布局在斑塊類型面積、景觀百分比、邊界密度、連接度指數(shù)、尺度破碎度、蔓延度以及均勻度等指標(biāo)上均有所提升，有效促進(jìn)了各區(qū)域內(nèi)斑塊面積的擴(kuò)大，提高了景觀類型的占比和連通性，保證了景觀類型的多樣性和均勻分布。此外，通過對(duì)比優(yōu)化前后污染物負(fù)荷累積流出量的變化，驗(yàn)證了優(yōu)化配置在減少環(huán)境污染方面的有效性。

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