污染物侵入模擬下生態園林景觀布局規劃研究

摘要：傳統園林景觀規劃在生態可持續方面往往存在短板，尤其是忽視了污染物對生態系統造成的潛在威脅。為此，研究污染物侵入模擬下生態園林景觀布局規劃。選取了某典型生態園林作為研究對象，利用先進的點源高斯模型精準模擬污染物的擴散過程，深入分析污染物侵入的特點和規律。構建了以污染物修復為核心的適配度函數，并借助小生境遺傳算法，對生態園林景觀的布局進行了優化規劃。實驗數據表明，經過優化后的生態園林景觀布局在降低污染物濃度方面效果顯著，監測點的污染濃度普遍下降，大部分去除率達到了70%以上，部分區域甚至高達80%以上。

關鍵詞：污染物侵入模擬；生態園林；點源高斯模型；小生境遺傳算法；景觀布局規劃方法

中圖分類號：X32 文獻標志碼：A

前言

工業活動、交通運輸及居民生活的密集化，使得污染物排放問題日益凸顯。這些污染物，如顆粒物、有害氣體、重金屬等，不僅直接危害人類呼吸系統健康，還通過大氣沉降、水體滲透等途徑，深刻影響著城市生態系統的結構與功能，導致生物多樣性減少、土壤污染加劇、水體富營養化等一系列環境問題。

生態園林景觀，作為城市綠色基礎設施的重要組成部分，不僅承載著美化城市空間、提供休閑游憩場所的直觀功能，更在調節氣候、凈化空氣、涵養水源、保持生物多樣性等方面發揮著不可替代的作用。然而，傳統的生態園林景觀規劃往往側重于視覺美學與空間布局的優化，忽略了對環境質量的實質性貢獻，尤其是在污染物防控方面的潛力尚未被充分挖掘。

鑒于此，研究提出污染物侵入模擬下的生態園林景觀布局規劃研究，旨在通過科學的模擬手段，深入探討不同污染物在城市環境中的遷移轉化規律，以及生態園林景觀布局如何有效影響這一過程。該研究不僅有助于更清晰地認識生態園林景觀在污染物控制中的關鍵角色，還能為城市規劃者提供科學依據，指導設計出既能滿足居民生活需求，又能有效抵御污染物侵入、提升城市生態韌性的生態園林景觀布局方案。

1研究區概況

以某一面積為241km2的生態園林為研究區。該研究區位于一個大中型城市中。該地區工業化程度高，城市化進程快速，因此也面臨著較為嚴重的環境污染問題。近年來，隨著環保意識的提高和生態文明建設的推進，該城市逐漸認識到生態園林景觀布局規劃在改善城市環境。

研究區域的地形地貌多樣，包括山地、平原和河流等多種自然景觀。氣候屬于溫帶季風氣候，四季分明，降水充沛。這樣的自然條件為構建多樣化的生態園林景觀提供了良好的基礎。然而，由于長期以來的工業化和城市化發展，該地區的生態環境遭受了一定程度的破壞。不僅影響了居民的生活質量，也對生態系統的穩定與平衡構成了威脅。

2污染物侵入模擬

污染物侵入模擬研究有助于深入理解污染物在環境中的遷移、轉化和分布規律。通過模擬不同條件下的污染物侵入過程，可以更加清晰地了解污染物在土壤、水體、大氣等環境中的遷移路徑和轉化機制。這有助于預測污染物在不同環境中的擴散范圍和影響程度，為制定有效的污染防治措施提供科學依據。

2.1點源高斯模型

污染物侵入模擬是一種利用計算機技術和環境科學原理，模擬污染物在特定環境中的擴散、傳輸和轉化過程的方法。在研究中，污染物侵入模擬主要聚焦于生態園林景觀布局規劃。利用先進的點源高斯模型，構建了一個能夠反映研究區實際環境條件的污染物擴散模型。點源高斯模型是一種常用的模擬方法，主要用于預測和評估固定點源污染物在大氣中的擴散情況。這種方法特別適用于大空間點源擴散的情況，無論是地面點源還是高架點源。基于點源高斯模型的污染物侵入模擬流程如下：

步驟1：高斯模型基本假設。

（1）污染物濃度在y、z方向上的分布符合高斯正態分布。

（2）風速被認為是穩定和均勻的，沒有顯著的變化。

（3）源強被假設為連續排放，即污染物的排放是持續且穩定的。

（4）擴散過程中，污染物質量都是守恒的，即不考慮污染物的轉化或反應。

這些假設構成了高斯模型的基礎，使得模型能夠簡化復雜的大氣擴散過程，并以數學形式進行描述和計算。

步驟2：確定模型相關參數，污染源被命名為工廠A，排放口位于東北方向，高度為50米，直徑為1米。涉及的污染物種類主要包括SO₂、PM_2.5、TSP和NO₂。每種污染物的源強也進行了具體設置，SO₂的源強為2543 mg/s，PM_2.5的源強為1846mg/s，TSP的源強為1056mg/s，NO₂的源強為878mg/s。排放方式為連續排放，每天排放24小時，且沒有特定的排放方向。此外，環境參數如溫度設為200C，大氣壓力為101.3kPa，風速為2.5m/s，大氣穩定度等級為D。在模擬過程中，水平擴散參數設置為0.5，垂直擴散參數為1.0。

步驟3：圍繞污染源，建立高斯模型坐標系。

步驟4：使用高斯模型公式進行計算，得出不同位置和時間的污染物濃度分布。

式（2）中，R代表顆粒物斯托克斯直徑；ρ代表顆粒物的密度；G代表重力加速度；d代表空氣動力粘滯度；f代表地面對顆粒污染物反射系數。

通過高斯模型，可以計算出不同位置和時間的污染物濃度分布，從而評估對周邊環境的影響。

步驟5：對模擬結果進行深入分析，可視化展示污染物侵入情況。

通過土壤污染物侵入數值模擬，可以獲得污染物在土壤中的動態變化規律和空間分布特征。這些信息對于評估土壤污染風險、制定污染防治措施以及優化生態園林景觀布局具有重要意義。基于模擬結果，可以確定土壤污染的高風險區域，提出針對性的污染修復和治理措施；同時，還可以根據污染物的擴散范圍和轉化效率，優化生態園林景觀布局，降低污染物對生態環境的影響。

2.2污染物污染特征分析

基于高斯模型，污染物侵入模擬結果見圖1。

從圖1中可以看出，污染物濃度較高的區域應該主要分布在東北至西南方向上，形成一個逐漸擴散的扇形區域，并因地勢的阻擋在局部呈現高聚集現象。

3生態園林景觀布局規劃方案設計

生態園林景觀布局規劃是一個綜合性的過程，旨在通過科學的設計和規劃，實現人、社會、環境三者之間的和諧共生。必要性在于能夠充分利用綠色植物的吸附功能，吸收并轉化工業生產、工程建設等行業所產生的有害氣體，如二氧化碳、粉塵等，降低溫室效應和熱島效應對城市發展的影響，從而提高城市整體居住質量。其次，通過合理的規劃布局，能夠營造出美觀、舒適、健康的生活環境，使人們在享受現代化生活的同時，也能感受到自然的美好和生態的和諧。在規劃過程中，首先要考慮的是生態原則，保持園區的生態平衡、生態多樣性和生態美感，創造可持續的生態環境。這包括合理利用植物、地形、水池等元素，以營造出視覺效果上多層次的空間質量和延伸感，并體現出藝術價值和審美價值。

3.1生態園林景觀布局規劃模型

基于上述污染物侵入特征，以污染物修復為目標，進行生態園林景觀布局規劃。這一規劃旨在通過生態園林景觀的設計和實施，有效地修復受污染區域，恢復生態平衡，并為人們提供健康、舒適的生活環境。在此研究中，首先需要根據圖2污染物侵入模擬結果，將研究區污染物侵入劃分為5個等級。具體如下：

①一級：0～10 mg/L——污染物濃度極低；

②二級：10～20mg/L——污染物濃度較低；

③三級：20～40 mg/L——污染物濃度中等；

④四級：40～60 mg/L——污染物濃度較高；

⑤五級：gt;60mg/L——污染物濃度高；

最后，利用尋優算法——小生境遺傳算法對上述目標函數進行求解。求解過程如下：

（1）將問題的解空間映射到遺傳算法的染色體表示上。對于植物與污染區域適配度問題，染色體可以代表不同植物的布局規劃方案。

（2）隨機生成一組初始解，構成算法的初始種群。每個解（即染色體）代表一種可能的植物布局規劃方案。

（3）適應度計算：適應度函數就是植物與污染區域的最小化適配度。計算每個解（植物配置方案）的適配度值。

（4）選擇操作，交叉操作，變異操作。

（5）重新計算個體適應度。

（6）小生境淘汰運算。以下是進行小生境淘汰運算的一般步驟：

①前N個個體適應度降序排列。

②將原始種群和N個個體合并在一起。

③計算合并群體中每兩個個體z和z'之間的海明距離‖z-z'‖。海明距離通常用于衡量兩個個體之間的差異程度。

④當兩個個體z和z'之間的海明距離小于預設的閾值時，比較它們的適應度大小，其中低的一方淘汰。

⑤對個體適應度值再次進行降序并記憶前N個個體作為新一代的優勢個體。

（7）終止條件：適應度值達到預設閾值。

（8）輸出最優解：最高適應度值對應的個體為最優解。這個最優解就代表了最小化植物與污染區域適配度的最佳植物景觀布局規劃方案。

經過上述過程，完成生態園林景觀布局規劃模型研究。

3.2生態園林景觀布局規劃方案

根據章節3.1研究，獲得生態園林景觀布局規劃方案，結果見表1。

從表1中可以看出，該生態園林景觀布局規劃方案考慮了不同污染區域的特點和需求，通過合理配置不同植物類型和種植數量，為生態修復、環境改善和景觀美化的綜合效果提供了可參考的修復計劃。

4生態園林景觀布局規劃方案有效性測試

按照表1所示的生態園林景觀布局規劃方案進行植物配置和種植，以5個月為期，在研究區布設17個監測點，利用監測設備監測污染物濃度并計算去除率。結果見表2。

從表2中可以看出，監測點污染濃度都有所下降，污染物濃度去除率大部分達到70%以上，有的甚至達到了80%以上，數據充分說明了生態園林景觀布局規劃方案取得了顯著的成效。

5結束語

生態環境與城市建設之間的矛盾日益凸顯，特別是在污染物排放與園林景觀布局之間，二者的關系錯綜復雜，相互影響深遠。面對這一挑戰，此研究致力于探索污染物侵入模擬下的生態園林景觀布局規劃。研究中，采用了多種科學方法和技術手段，首先通過點源高斯模型的模擬技術，深入剖析了污染物的擴散規律，明確了污染物在不同環境條件下的傳播特征，為生態園林的設計提供了科學依據。在污染特征分析的基礎上，提出了針對性的生態園林布局規劃策略。策略以小生境遺傳算法為核心，通過優化園林布局，有效減輕污染物對園林生態系統的侵害。同時，注重提升園林的生態功能，通過合理配置植物種類和布局，增強園林對污染物的吸收和凈化能力。