城市景观绿地设计可持续性

张军学，孔起放，张善稳，张岩，黄莉

（1 南京栖霞建设股份有限公司，江苏南京 210046；2 东南大学建筑学院，江苏南京 210096；3 江苏科技大学建筑系，江苏镇江 212100；4 三江学院建筑学院，江苏南京 210012；5 南京稳中建设工程有限公司，江苏南京 210012；6 兰州理工大学设计艺术学院，甘肃兰州 730050）

1 研究背景

生态城市是实现城市可持续的有效模式之一，其中，景观绿地设计是其不可或缺的部分。目前，城市景观绿地设计由专门的设计机构完成，多数以定性为其最终指导方向。本研究引入能值理论，以定量角度量化评估城市绿地生态可持续性，具有一定的参考价值和意义[1-3]。

2 能值理论

2.1 能值方法

能值理论起源于20 世纪80 年代，以美国H·T·Odum 教授为代表的学者将相关理论发表到《Science》杂志为标志，正式代表能值理论的创立[4]。其后，随着能值理论推广到世界各国及各行各业，成为生态经济学领域一个重要分支方向。

2.2 能值模型计算公式

城市系统粗略可分为输入和产出两部分，细分可分为可再生能源、不可再生资源、服务等（见图1）。

2.3 能值评估指标

能值评估指标包括两类，分别为基础指标和综合性指标，其中，可更新能值、不可再生能值、外界输入能值、总能值量、单位货币能值、能值密度等为基础性指标；环境负载率、能值产生率、可持续系数为综合性指标（见表1）。

表1 能值分析指标

3 定量计算

3.1 城市绿地设计情况

以江苏市镇江市某区绿地设计为例，绿地系统规划结构原则为生态永续、空间渗透，涉及接头游园、核心景观连廊、林荫大道。城市生态公园细部设计包括生态沉淀池、生态净化池、植被缓冲带、特色廊架、阳光草坪、亲水平台、特色种植池、生态驳岸、生态园路、活力游步道、健康跑道、生态绿道、生态泡泡、生态湿地等。

3.2 可再生能源能值计算

3.2.1 太阳能值计算。

建筑面积=239800m2；光照射率=5×109～5.85×109J/m2/yr；反射率=0.3；能量=（光照射率）×（1-反射率）×（面积）=（5.43×109J/m2/yr）×0.7×（239800m2）=9.08×1014J/yr；能值转换率=1sej/J；太阳能值=9.08×1014J/yr×1yr×1sej/J=9.08×1014sej。

3.2.2 雨水势能能值计算。

建筑面积=239800m2；平均降雨量=0.68m/yr、平均海拔高度=316m；水密度=1000kg/m3；径流率=40%；能量=（面积）×（降雨量）×（径流率）×（水密度）×（海拔高度）×（重力加速度）=（239800m2）×（0.71m/yr）×（40%）×（1000kg/m3）×（316m）×（9.8kg/m2）=2.1×1011J/yr；能值转换率=2.79×104sej/J；雨水势能能值=2.1×1011J/yr×1yr×2.79×104sej/J=5.85×1015sej。

3.2.3 雨水化学能能值计算。

建筑面积=239800m2；平均降雨量=0.68m/yr；水密度=1.00kg/m3；蒸散率=60%；水的吉布斯自由能=4.94×103J/kg；能量=（建筑面积）×（平均降雨量）×（蒸散率）×（水密度）×（吉布斯自由能）=（239800m2）×（0.71 m/yr）×（1×103kg/m3）×（60%）×（4.94×103J/kg）=5.03×1011J/yr；能值转换率=18199sej/J；雨化学能能值=5.03×1011J/yr×1yr×18199sej/J=9.15×1015sej。

3.2.4 风能能值计算。

建筑面积=239800m2；空气密度=1.29kg/m3；自转风速=3.17m/s；阻力系数=0.001；能量=（建筑面积）×（空气密度）×（阻力系数）×（自转风速）3=（239800m2）×（1.29kg/m3）×（1×10-3）×（3.17m/s）3×（3.15×107s/yr）=3.09×1010J/yr；能值转换率=1496sej/J；风能能值=3.09×1010J/yr×1yr×1496sej/J=4.62×1013sej。

3.2.5 地热能能值计算。

建筑面积=239800m2；热流=3.50×10-2J/m2/s、能量=（建筑面积）×（热流）=（239800m2）×（3.50×10-2J/m2/s）×（3.15×107s/yr）=2.64×1011J/yr；能值转换率=34377 sej/J；地热能能值=2.64×1011J/yr×1 yr×34377sej/J=1.06×1016sej。

4 综合各类能值分析

由表2、图2 可知，信息熵能值的考量增加后，整个系统能值量变大，外界输入能值和不可更新能值的比重增加，同时，单位货币能值和能值密度同时增加。由于总体能值量变大，造成城市系统的环境负载率提升，从6.82 提升至8.55。虽然能值产生率比变化前增加0.88，但整个城市系统可持续性系数变小，从0.13 降至0.11。由此可知，信息熵会对整个城市系统产生负面影响，所以，此类能值需要考量到整个系统中，避免系统可持续评估出现误差。

表2 考虑信息熵能值前后的变化

5 改进措施与效果验证

以城市雨水回收系统为例进行效果验证。作为绿色生态网络系统特征之一的雨水收集系统可分为两方面：建筑雨水收集、开敞空间雨水收集。具体原理为，通过屋顶绿化或建筑立面垂直绿化及铺装地面收集雨水后，汇集到地下储蓄，经过滤池处理后实现再利用，再与建筑卫生用水、绿地灌溉一同排向城市水体。开敞空间雨水收集多用于公园绿地，通过雨水沟和绿地渗透等方式灌入蓄水罐，经处理后可用于灌溉、群落生境供水、公园喷泉等。

假设城市雨水回收系统覆盖到全部的地块，整个面积按照总的设计面积计算，根据雨水势能和雨水化学能计算公式计算出雨水可再生能值量，公式如下：

（1）雨水势能的能值具体计算公式：

A 为室内设计工程面积；Tβ1为降雨量；Tβ2为径流量；Tβ3为水密度；Tβ4为海拔高度；Tβ5为重力加速度；UEVβ为雨水势能的能值转换率。

（2）雨水化学能的能值具体计算公式：

A 为室内设计工程面积；Tχ1为平均降雨量；Tχ2为蒸散率；Tχ3为水密度；Tχ4为吉布斯自由能；UEVχ为雨水化学能的的能值转换率。

具体计算过程为：

雨水势能能值=（面积）×（降雨量）×（径流率）×（水密度）×（海拔高度）×（重力加速度）×（能值转换率）=（239800m2）×（0.71m/yr）×（40%）×（1000kg/m3）×（316m）×（9.8kg/m2）×（2.79×104sej/J）=5.85×1015sej。

雨化学能能值=（建筑面积）×（平均降雨量）×（蒸散率）×（水密度）×（吉布斯自由能）×（能值转换率）=（239800m2）×（0.71 m/yr）×（1×103kg/m3）×（60%）×（4.94×103J/kg）×（18199 sej/J）=9.15×1015sej。

综上所述，总的可更新能值可节省1.5×1016sej，计算入总的城市系统，各类指标变化幅度见表3。

由表3、图3 可知，考虑雨水回收系统后，整个城市系统可再生能值增加，单位货币能值和能值密度均有较大幅度提升，环境负载率基本和原有系统持平，能值产生率有较高提升，导致最后的可持续系数有明显提升，说明雨水回收系统对城市系统的生态可持续发展积极作用。

表3 改进措施前后的变化

6 结论

从整个计算结果来看，城市绿地系统的可持续性偏低，说明整个绿地系统的投入过高，造成生态压力较大。为了改善城市可持续性状态，雨水回收系统的投入可以有效提高整个城市系统的生态状态。研究表明：城市生态从0.13 提升到0.32，从能值角度讲，说明此类措施的投入和实施是有价值和意义的。

（收稿：2022-08-09）