传统村落风环境与风水塘关联性研究—以水东村为例

传统村落风环境与风水塘关联性研究—以水东村为例

林俊超 李佰扬 杨汝斌 谢沛生*

广东省建科建筑设计院有限公司 510010

摘要：风水塘能有效调节传统村落风环境。以云浮市水东村为例，采用CFD数值模拟量化分析风环境。结果表明风水塘能改善村落风速、风温、风压，提升人体舒适度。

关键词：风水塘；传统村落；风环境；CFD数值模拟；人体舒适度

引言

在推进乡村振兴、改善村落人居环境的大背景下，传统村落也应顺应发展需求进行相应的更新。传统村落在山水格局形态、村落选址、建筑空间营造等方面蕴含着古人智慧，充分挖掘传统村落营造智慧对当今传统村落的更新与保护以及人居环境空间建设具有积极意义。   

作为人居环境的重要一环的风环境，其优劣程度直接关联到村落舒适度、安全性等方面。当今对于传统村落的研究侧重于村落历史文化的挖掘、古建筑群的更新与保护，而对于村落微气候的营造智慧的探讨相对较少。风水塘作为岭南地区传统村落不可或缺的组成要素，一般位于古建筑群前场空间，素有养人蓄财的美好寓意。

近年来，学界关于风水塘的研究逐步展开，冯于睿[1]以福建省宁德市四坪村为例，解析山地型传统村落空间实践中的生态智慧，揭示了风水塘兼顾灌溉、消防和景观等功能，，对于村落的整个水系统有着举足轻重的作用。易帅[2]提出利于乡土文化保护、传承和发展的活态更新策略，即环境风貌提升、适应人居需求和活力特色运营。文泽伟[3]则通过实验量化了水体pH值对底泥中氨氮、总磷释放强度的影响。风水塘对于村落微气候具有一定影响，但鲜有学者通过仿真模拟量化分析其作用机制。本文以风水塘与风环境的关联为切入点，采用CFD数值模拟，量化分析风水塘对于村落风环境的影响。

1.研究概况

1.1 研究对象概况

地处广东省云浮市云城区腰古镇的水东村，因其历史悠久，传统建筑群古色古香，入选第七批中国历史文化名村。水东村始建于明朝永乐二年（公元1404年），当时程氏先祖为避战乱而从河南迁至岭南，其后在新兴江畔肥沃的土地上繁衍生息，水东村由此而来。水东村开村先祖当时选中此地建村，承袭了其中原先祖的建筑思想 “无山无水不成居”之说，十分注重环境的山水灵气。

图1 水东村局部鸟瞰图（来源：云浮市云城区人民政府门户网站）

1.2 研究方法概况

软件模拟是经济高效的风环境仿真模拟手段之一，其中普及性较高的有建筑风、热环境模拟软件 PHOENICS、可持续建筑设计分析软件 Ecotect、微气候模拟软件 ENVI-met等。本文选用PHOENICS作为水东村风环境模拟软件平台，PHOENICS是一款集室内外通风、热环境分析和室内气流组织模拟功能于一体的软件绿色建筑节能评价软件[4]。可模拟风速、风速放大系数、风压、温度和其他因素的分布，量化分析建筑单体和建筑群风环境。

本文采用风环境模拟平台PHOENICS进行夏季工况下的风环境数值模拟，探究有风水塘和无风水塘情况下水东村新村区域的不同空间风环境对比，量化风水塘对村落风环境的影响，挖掘传统村落的人居环境营造智慧。

2.数值模拟与评价标准

2.1 区域选取与模型设置

水东村整体分布较为分散，建筑群和农田交错其中，呈现“村在田中，田在村中”的格局，新老建筑呈片状分布在村落内，明清古建筑群较为完好的成片保留下来。为保证模拟精确性，本文模拟选取水东村新村区域进行风环境模拟(见图2)。为使风环境模拟结果更加直观，且村落周边环境和建筑具体形制不在本文研究范畴，可将模拟区域模型进行简化处理（见图3和图4）。

图2水东村新村航拍（来源：谷歌地图）

2.2 边界条件设置

本文根据典型气象年中云浮地区相关的气象参数设定夏季模拟工况，具体为：夏季盛行东南风，平均风速为3m/s，，平均湿度84%。主要分析在夏季工况下新村区域建筑群内部和外部风环境及人体舒适度。

2.3 评价指标

为科学分析水东村风环境，本文采用舒适度指数K、风速V、风压P、风温T四个指标综合研判，其中舒适度指数K有不同级别的舒适度等级划分（见表1），其计算公式为：

K=1.88×T-0.55×（1.8×T-26）×（1-U）-3.2×V/2+3.2  [式1]

其中K是舒适度指数，T是气温，U是相对湿度，V是风速。

舒适度等级分划表                 表 1（来源：作者自绘）

3.结果分析

为综合研判风水塘对建筑群风环境影响，除选用舒适度指数K、风速V、风压P多个风环境指标评价外，本文将对模拟区域整体风环境及局部不同形态空间环境（开敞空间、半开敞空间）加以分析，其中，开敞空间选取建筑群至水塘区域的前广场空间，半开敞空间选取街巷空间（见图5、图6）。

3.1 整体风环境

3.1.1 风速

在风速方面，从整体上看，有风水塘工况下的平均风速为2.30m/s，无风水塘工况下的平均风速为2.27m/s，整体提升0.03 m/s。从两者距地1.5 m高度风速云图（见图7、图8）可以看出，有风水塘工况下村落两侧风翼和村落西北侧背风面风速以及范围对比无风水塘工况明显增大，同时建筑群西北侧靠近背风面区域的屋面2.50m/s到4.00m/s的风速范围也扩大，说明风水塘对于村落的整体风速有明显的提升效果（见图9、图10）。

3.1.2 风压

在风压方面，从整体上看，有风水塘工况下的平均风压为6.00pa，气压差为14.00pa，无风水塘工况下的平均风压为1.60pa，气压差为7.00pa，有风水塘工况平均风压整体提升5.40pa ，气压差提升7.00pa 。从距地1.5 m高度风速云图上（见图11）可以看出，有风水塘工况下，在夏季风水塘处由于水体温度相较建筑群温度更低，气压比建筑群高，压强差近6.20pa ，可形成由风水塘吹向建筑群的风，来风通过冷巷进去建筑群内部，进而降低建筑群内部的温度，提升舒适度。而无风水塘工况下，村落前广场与建筑群也存在压强，压强差近3.00pa ，高压范围和强度低于有风水塘工况（见图12），因此，通风和降温效果均弱于有风水塘工况。

3.1.3 风温

在风温方面，从图13可以看出，风水塘对村落的降温效果图明显，在理想模拟条件下，平均温度由35摄氏度降低至34.69摄氏度，整体降低了0.31摄氏度，东南向的来风经风水塘后，风温由35.00摄氏度降至25.00摄氏度，同时能有效降低村落内部及村落周边的区域，村落内部风温降低了4-5摄氏度，村落西北处温度降低3-4摄氏度，而无风水塘平均温度由35.00摄氏度降低至34.84摄氏度，整体降低了0.16摄氏度，从图14可以看出降温区域主要集中在村落内部，降幅达2-4摄氏度。由此可见，风水塘能降低村落整体风温，村落内部、外部空间的风温均能得到改善。

3.1.4 舒适度指数

从图15看，在舒适度指数方面，有风水塘工况下的舒适度指数K为61.53，无风水塘工况下的舒适度指数K为61.91，均处于舒适度等级分划表的0级别，绝大部分人感觉很舒适。而有风水塘工况下的舒适度指数K比无风水塘工况低0.38，更接近凉爽的-1级别，说明风水塘提升了村落的人体舒适度。

图15 舒适度指数统计图（来源：作者自绘）

3.2 局部风环境

3.2.1 风速

在风速方面，从图16、图17可以看出，由于风水塘水体相比外部温度较低，气流下沉对东南向来风造成减速效果，从而在建筑群前广场区域形成0.00m/s-1.50m/s的低风区，由于街巷较窄，东南来风通过前广场后少部分进入街巷空间加速通过，大部分受到建筑群遮挡作用会流向建筑群两侧和建筑群屋面，风速在这些区域得到2.00-4.00m/s不同程度的提升。而在无风水塘工况下，风速受到的减速效果较小，而筑群两侧和建筑群屋面的风速提升效果差于有风水塘工况（见图18、图19）。

3.2.2 风压

在风压上，从图20可以看出，风水塘区域形成11.40pa-14.00pa的高压区，增强了风水塘区域与广场区域的压强差，压差达到8.00pa ，而街巷空间与广场空间的风压差达到了6.00pa ，有效增强了通风效果，而从图21上可以看到压强差较小，原风水塘区域与广场区域的压强差仅有3.00pa，街巷空间与广场空间的风压差也仅有3.00pa，且形成较大压强差的范围较小，难以达到有效的通风效果。

3.2.3 风温

在风温方面，从图22可以明显看到，风水塘对于广场和街巷空间的降温效果明显，广场空间风温降低4-5摄氏度，街巷空间风温降低3-4摄氏度，而从图23可以看出无风水塘工况下建筑群对风温也有一定降温效果，街巷空间局部区域降低0-5摄氏度，但降温范围和效果有限，相比于有风水塘工况降温效果较差。

3.2.4 舒适度指数

在局部区域，从图15看，在舒适度指数方面，有风水塘工况下的广场舒适度指数K为56.46，处于舒适度等级分划表的-1级别，绝大部分人感觉凉爽，无风水塘工况下的广场舒适度指数K为60.82，处于舒适度等级分划表的0级别，绝大部分人感觉很舒适。而有风水塘工况下的舒适度指数K比无风水塘工况低4.36，风水塘提升了广场区域的人体舒适度。在街巷的舒适度指数在有风水塘工况下为59.38，无风水塘为60.80，均处于舒适度等级分划表的0级别，两者舒适度指数差值为1.42，有风水塘工况下的街巷空间舒适度更佳。

结语

风水塘是岭南地区传统村落中不可或缺的要素，凝聚着古人营造人居环境的智慧结晶，对于提升人居环境舒适度具有积极意义。本文通过CFD风环境数值模拟探究水东村风水塘与风环境的关联性，得到以下结论：

整体而言，风水塘能有效改善村落风场的风速、风温以及风压，进而提升了村落整体风舒适度。在风环境指标表现上，在风速方面，风水塘对于村落整体风速具有提升作用，有风水塘工况下，水东村整体风速得以提升0.03m/s，村落局部区域如村落东北、西南两侧及村落背风面风速提升2.00-4.00m/s；在风压上，有风水塘工况下，村落风压差提升了7.00pa，内部与村落迎风面的风压差增大，从而提升了通风效果；在风温上，风水塘能有效降低风温，有风水塘工况下，整体风温降低0.31摄氏度，村落广场和内部风温降低4-5摄氏度；在人体舒适度上，风水塘使整体舒适度提升0.38，广场区域提升4.36，街巷区域提升1.42，有效改善了村落舒适度。

参考文献：

[1]冯于睿,訾成相,颜璐,等.山地型传统村落空间实践中的生态智慧及其启示——以宁德市四坪村为例[J].现代城市研究,2023,(05):45-49.

[2]易帅,谢丽仪,蓝美静.基于文化传承的岭南乡村风水塘活态更新——以南村爱莲塘公园为例[J].广东园林,2023,45(04):63-67.

[3]文泽伟.典型黑臭风水塘水体pH值对底泥中氨氮、总磷释放影响的研究[J].广东化工,2019,46(06):158-159.

[4]洪俊武,李伟,岳皓,等.超大规模结构网格CFD数值模拟的初步研究[J/OL].航空学报,1-21[2024-04-27].http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1929.V.20240422.0845.004.html.

通讯作者：谢沛生，1997.04.19，男，汉族，广东汕头，硕士研究生，研究方向：风景园林景观设计、城市风环境。