闽南校园人工湿地夏季降温效应研究——以华侨大学厦门校区为例

陈墅香,陈溢晨,刘塨

(莆田市城乡规划局总工办 福建莆田 351111)

闽南校园人工湿地夏季降温效应研究
——以华侨大学厦门校区为例

陈墅香,陈溢晨,刘塨

(莆田市城乡规划局总工办 福建莆田 351111)

文章通过探究闽南地区校园人工湿地类型、界定湿地大小斑块及廊道,以华侨大学厦门校区湿地为模拟研究对象，应用PHOENICS软件，将湿地置换为草地、硬地，进行温场分析，阐述了闽南校园人工湿地夏季降温效应的量化优势。

校园湿地;生态降温;计算机模拟;闽南

E-mail:383286057@qq.com

引 言

高校的扩建、新建使新的校区向城市边缘地带发展，城郊校园功能与原有生态环境的结合，特别是与湿地水体系统的结合，成为一个必然的趋势。深入研究校园人工湿地及其水体对环境微气候的影响，可以更好地发挥校园湿地的生态功能潜力，对合理利用开发生态湿地资源、维持生态系统的可持续性具有重要的意义。

1 闽南地区校园人工湿地类型

大小斑块及廊道是景观生态学中最基本的景观要素。《景观生态学》中提到，斑块-廊道-基质的组合是最常见、最简单的景观空间构局，是景观功能、格局和过程随时间发生变化的主要决定因素，是景观生态研究的基础[1]。

1.1 闽南地区代表性校园人工湿地

闽南地区主要是指厦门、漳州、泉州三个地区的市县，选取这三个地区的代表性高校湿地进行调研。分析得出，闽南地区高校人工湿地按形态可以分为大斑块湿地、小斑块湿地、廊道湿地，虽然这三种湿地形态在每个校园中不一定都齐全如(表1)。

1.2 湿地大小斑块及廊道的界定

1.2.1 湿地大小斑块的界定

大小斑块分别承担着各自的生态责任，相互依托，互不可少。大斑块是多生境物种的栖息地，小斑块是小生境物种的栖息地。

湿地的斑块大小划分和建构与水禽的领域特征密切相关。湿地是一个生态学词汇，湿地必须有一个良好的生态食物链(水禽——鱼、虾——植物、微生物)。较早的《湿地公约》(全称《关于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约》)，主要作用是通过全球各国政府间的共同合作，以保护湿地及其生物多样性，特别是水禽和它赖以生存的栖息环境。[2]以一种广泛分布在世界各地的水禽——黑水鸡，为最基本的水禽单位。金志民等《黑水鸡的繁殖生态观察》中介绍了黑水鸡通常单个或成对活动，每对的领域特征是800——1000 m2[3]。张斌的《黑水鸡》一文也有提到每对黑水鸡领域面积约为1000——2000 m2[4]。

表1 闽南地区代表性校园人工湿地类型

(表中图片来源：自摄及根据Google地图自绘)

(a)顶视图 (b)前视图 (c)透视图图1 华侨大学厦门校区湿地的计算机建构模型图

大斑块湿地必须具有从水禽到微生物的完整生态系统，因此将大斑块湿地的最小面积定为1000m2左右。而小斑块可以以鱼类为生态链的顶端，因此小斑块水域面积可以在1000 m2以下。

所以确定大小斑块湿地的水域面积大小以1000m2作为分界线。

1.2.2 廊道湿地的界定

廊道是指不同于两侧基质的狭长地带，可以看作是线状或带状的斑块。几乎所有的景观都会被廊道分割，同时又被廊道连接在一起。

廊道湿地就是起到连接大小斑块湿地的作用，同时又具有一定的生态功能。廊道湿地可以以鱼类为生态链的顶端。据研究，廊道湿地的最短宽度值要7m以上，最适宜的宽度是10～20m如(表2)[5]。

表2 不同学者提出的生物保护廊道的适宜宽度值

2 计算机模拟有无湿地的生态降温情况

2.1 华侨大学厦门校区湿地系统

以华侨大学厦门校区湿地系统作为实验研究基地。在规划初期就考虑了湿地与校园一体化建设，以景观生态学的基本原则梳理基地内的湿地系统，构筑环境友好型的校区。华侨大学厦门校区规划总用地125.8万平方米，湿地水域面积约11万平方米，占规划总用地面积的8.7% 。

2.2 计算机模型的建构

以华侨大学厦门校区的整体湿地规划场地进行计算机模拟分析，分别将湿地置换成草地、硬地情况进行温场分析。 研究主要采用CFD (Computational Fluid Dynamic) 软件技术对所建立的数字模型进行计算机仿真模拟。Phoenics是CFD软件的一种。

用Phoenics进行湿地降温分析要采用标准-湍流模型模拟计算过程，设定大气温度、风向、风速、太阳辐射、湿地水温等参数数值进行模拟，也可以直接导入当地的气象数据资料进行模拟(图1)。

2.2.1 边界条件设定

在PHOENIC数字模型中建立风场(Wind)边界和太阳(Sun)热辐射边界，将厦门市夏季风速、温度等基本气象数据资料整理输入PHOENIC模型中。 根据厦门基本气候情况[6](如表3)，其中最高温度为7月份。这里选择全年本值温度最高的7月份环境条件进行模拟。

表3 厦门基本气候情况

风场(Wind)边界设定：环境温度为27.8℃，参考风速为3.0m/s(小风)，风向为西南风。

太阳(Sun)热辐射边界设定：厦门当地维度为北纬24°27′(东经118°04′)，7月份平均太阳直射量为107.6W/m2，太阳散射量为89.9W/m2[7]，模拟时间为2012年7月1日正午12点钟。

2.2.2 模拟方程设定

对PHOENIC软件设置模拟计算方程，开启湍流方程(Turbulence models)、温度方程(Energy Equation)、辐射方程(Radiation models)。进行土壤层(Plate)、湿地(Wetland)、草地(Grass)、硬地(Ground)的密度、粘度、比热、导热系数、热膨胀系数、压缩系数或杨氏莫量这些数值的分别输入,接着设置土壤层温度为40℃，黑度为1.000，并依次设置湿地、草地和硬地情况。将模型划分计算网格，划分为约5m*5m*10m的计算单元。

2.3 模拟结果与分析

2.3.1 取图

在距地面1.5m处设置横断切面，取距地面1.5m上的空气温度分布图。

设置湿地处的纵剖切面，取湿地上空及周边的温度分布情况图。

2.3.2 分析

表4 模拟结果与分析

总体来看(表4)，计算机模拟出，湿地、草地、硬地的环境温差是相当明显的。

从距地1.5m高横断面温度分布图来分析，湿地上空温度是26℃左右，草地上空温度是29℃左右，硬地上空温度是46℃左右。就上空温度来看，湿地和草地相差约3℃，湿地和硬地相差约20℃。湿地的降温效果突出。这也看出不透水的城市硬地，使得城市容易形成“热岛效应”，而湿地能有效调节局部小气候，减弱城市热岛效应，有人称之为“冷湿效应”[8]。

从纵剖切温度分布图来看，湿地边缘温度是28℃左右，草地边缘温度是31.5℃左右，硬地边缘温度是42℃左右。就周边环境温度来看，湿地周边比草地周边低3.5℃左右，比硬地周边低14℃。

3 结语

研究结果表明: 闽南地区高校人工湿地按形态可以分为大斑块湿地、小斑块湿地、廊道湿地；而且湿地周边环境温度比草地周边环境温度低3.5℃左右，比硬地周边环境温度低14℃左右。人工湿地在夏季有明显的生态降温效果。人工湿地水体对改善室外公共空间的热环境以及人体热舒适性有着重要的作用。不同形态的湿地降温效果有一定的差异，这将是我们下一步系统研究的方向。

[1]李团胜、石玉琼．景观生态学[M]．化学工业出版社，2009.7，13-46.

[2]陈克林．拉姆萨尔公约——湿地公约介绍[J]．生物多样性，1995.3(2):119～121.

[3]金志民，杨春文，刘铸，等．黑水鸡的繁殖生态观察[J]．四川动物，2010年第29卷第2期：262～264.

[4]张斌．黑水鸡[J]．野生动物，2004.8.

[5]朱强，俞孔坚，李迪华.景观规划中的生态廊道宽度[J]．生态学报，2005.9.

[6]中国气象网-厦门-气象数据http://www.weather.com.cn/cityintro/101230201.shtml).

[7]范亚明．福建地区太阳能资源特征及光热利用分析[J]．海峡科学，2010.10.

[8] 张芸，吕宪国，倪健．三江平原典型湿地冷湿效应的初步研究[J]．生态环境，2004.13.

The Research of the Summer Cooling Effect of Campus Constructed Wetlands in Minnan Region——Focus on Xiamen Campus of Huaqiao University

CHENShuxiang,CHENYichen,LIUGong

(Chief Engineer Office of Urban Planning Bureau in Putian,Putian 351111)

The article explores the campus constructed wetlands types in Minnan region and defines the size patches & gallery of wetlands.It focus on wetlands in Xiamen campus of Huaqiao university as the simulation study object by using PHOENICS software and replaces the wetlands with grassland and hard land ,when the temperature fields are analyzed.The quantitative advantages of the summer cooling effect of campus constructed wetlands in Minnan region were expounded..

Wetlands in campus; Ecological cooling; Computer simulation; Minnan

国家自然科学基金项目(50978108)：《基于环境友好概念的南方高校湿地与校园功能一体化研究》

陈墅香(1987.7- ),女,助理工程师。

2015-06-17

TU986.2

A

1004-6135(2015)09-0082-04