本文是一篇景观毕业论文，本文整合了ArcGIS、HEC-HMS与HEC-RAS定量模拟数字高程环境与产汇流过程，对竖向与水文过程特征进行了系统分析，以水文过程调控、水景观营造为主要协同目标，通过调控竖向因子，实现了景观环境中地表水体的均好性分布与水系统的综合最优。
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 研究缘起
人类一直在选择山水环境作为人居环境的起点，山水环境承载着人的生存发展，融合自然因素与社会因素，影响着城市的延伸。随着时间的推进，人类活动的干预逐渐凸显出山水环境的敏感与脆弱，不论是自然状态下还是人工营造后的水系统都极易受到干扰。人工干预下自然资源的日渐消耗与生态环境的逐步破碎产生了一系列亟待解决的环境问题，其中水环境问题在观感上更加直接，与景观环境的关联性也更强。
1.1.2 学科融合的趋向性
在生态文明国家战略下的风景园林规划设计，正在进一步开拓学科领域，仅仅用先验的方法，解决现实问题不能满足未来发展需求。环境问题的复杂化，要求风景园林学科成为一个更开放的系统，借鉴相关学科的成熟方法与技术，运用更加科学的方法实现数字时代多学科的融合。20世纪60年代末期，多层地图叠加的分析方法为风景园林学和生态学的融合奠定了基础，使其达到了一个新的科学水平[1]，将风景园林学提高到科学的高度。未来，将更加深入地探索风景园林学的多学科交叉领域，及其与工程应用的结合，以期更好地理解和应用于区域生态、空间、功能、文化相关实践活动，推动景观的可持续发展，同时促进风景园林规划设计以更为科学和理性的精神来应对环境问题。
1.2 研究对象与内容
1.2.1 研究对象
景观环境中的竖向与水文是一个多要素、多层次、多目标的相互作用的系统，内部关联的构成因子，形成了一定的层级关系及转化结构。
其中，水景观是系统的最终表现形式，不仅以竖向为基础，并且与地表属性，产汇流过程以及水量特征密切相关，是基于特定竖向空间、竖向特征下的产汇流过程形成的稳定水体空间，是由在一定地形条件下，表现出及相关水力特征的差异化的水文单元相互连接所组成的系统。传统的景观水文、竖向设计仅从形态或单体的角度孤立研究景观环境中的水系统，或者将其分离、定性的讨论是不完整、不准确的。如何能够实现竖向与水文景观的同步优化成为主要问题。
“协同”作为复杂系统科学的一个分支，由西德的理论物理学家赫尔曼·哈肯于1971年提出[2]，是复杂系统科学的基础理论之一[3]。用于研究自组织系统的内在要素与子系统之间的动态运动规律，及其有序演化的形成条件。该理论强调系统中个体、组成、要素之间的协作关系，及其在整体运行过程中的合作机制[3]。以协同论介入景观环境中竖向与水文的研究，以此为理论基础，在要素间的关联反馈机制中，建立联动过程，有组织的分层次协调设计过程[4]。
在协同理念下，本研究的重点在于明确竖向与水文协同过程的主要原理，驱动机制以及系统演进的基本方法与数字化工具。（1）解析景观环境中竖向与景观水文系统内部构成与组织关系，建构其内在规律；并建立反馈机制，明确协同设计的主要目标促进系统的演进，构建竖向与景观水文的协同设计方法。（2）以协同理论与方法为基础，建立数字化模型，实现协同过程的定量可控。
第二章 景观水文与竖向设计的协同原理
2.1 景观水文与竖向的协同关系
景观环境中的竖向与水文具有系统性与过程性，是一个多要素相互作用，并通过内在关联构成的复杂的系统[89]，基于竖向讨论景观水文系统的生成，需要综合系统要素进行分层分析，从要素的特征、结构、变化规律剖析来揭示竖向与水文系统的作用规律，判断组成要素之间的组织关系；在动态环境下各要素怎样作用于不同过程。将其看作多因子共同作用的集合体，明确在协同系统构建的过程中，哪些因子如何同时影响了竖向空间，同时也影响了水文过程等规律性特征，在此基础上构建协同系统。
其次，景观环境中的景观水文是以水体在竖向表面迁移的时空特征为基础的过程性设计，以竖向为基础的景观水文具有鲜明的时空属性。水体在地形表面的产流、汇流过程受时间与空间的影响，一般呈现不均衡、不稳定的状态，水资源全年分布不均、并且受地形因子影响呈现差异化的纵向、横向运动特征，导致了水体特征的动态变化。因此。讨论在一定时空条件下，景观水文与竖向各要素之间的组织关系与互馈机制，需要结合其时空属性，从层次、类型、作用机制研究[3]，了解其运动规律与作用特征。
本节从景观水文与竖向系统的角度出发，以基本原理为基础，针对其转化关系与互馈机制以及基本特征，解析景观水文与竖向之间的协同设计原理。
2.2 基于水文过程的竖向调控原理
上文解析了竖向与水文系统要素特征及相互作用的基本原理。本节将基于相关原理、影响因子、主要特征建立协同设计方法，针对城市公园景观环境，从设计的角度，通过调控竖向实现空间与水文过程同步生成。
2.2.1 竖向调控要点
以传统排水思路为主导的景观环境水问题应对方式，将水文与竖向环境分离讨论，将其在设计逻辑上后置，并简化为水量计算问题，从而强调多余水体的快速排出。而景观环境中的水文更加强调其过程属性，即基于异质表面的纵向产流与横向汇流的时间、空间变化规律，满足水环境的安全性要求，同时更加注重提高水资源的管理与利用效率，提升其生态性。
景观环境中水文过程调控重点在于：（1）以竖向水文过程的相关规律为基础；（2）以竖向调控为主要手段；（3）以生成适宜水文过程为切入点。
所以需在解析水文过程设计目标的基础上，建立以转化原理为基础的竖向单元、竖向特征调控方法，实现竖向空间与水文过程的同步生成。
第三章 基于数字技术的景观水文与竖向协同设计方法 .................... 53
3.1 数字化“竖向-水文”模型构建 ............................. 53
3.1.1 计算模型与使用数据 ................................ 54
3.1.2 基于 Arc GIS 的数字地形信息提取 ..................... 57
第四章 基于数字技术的景观水文与竖向协同设计实践 ——以南京官窑山遗址公园为例 ............ 83
4.1 研究区概况 ............................. 83
4.1.1 地形概况 ...................................... 84
4.1.2 水文环境概况 .......................... 85
总结与讨论 ..........125
第四章 基于数字技术的景观水文与竖向协同设计实践 ——以南京官窑山遗址公园为例
4.1 研究区概况
南京官窑山遗址公园位于江苏省南京市主城区东部的栖霞区。总面积59.8公顷。研究区西部留存有官窑村遗址，共发现地下古代文化遗迹164处，包括窑址94座、墓葬60座、烧坑10个。是目前为止江苏发现的唯一座明城砖窑遗址群，历史底蕴深厚。栖霞山（286m）位于研究区的西部，官窑山（47.8m）和李家山（86.5m）则位于其南部，而峨眉山（76.8m）则横跨整个场地，而遗址区域则位于峨嵋山山脚下，由于长期的人为开采，形成了一片低洼的土地。
根据《南京市绿地系统规划（2013-2020）》，研究区西侧紧临栖霞山风景名胜区，东侧紧邻七乡河绿廊，北侧紧邻滨江风光带，南侧临近仙林湖公园及龙王山-桂山-灵山绿廊。将成为栖霞山风景名胜区、滨江风光带以及两条绿廊交汇处的重要生态斑块；将与栖霞山风景区、仙林湖公园一起构成南京市中心城区东北角、仙林副城东北角的重要城市公共绿地；其独特的位置与文化历史，是南京市园林绿化的特色与文化内涵的重要组成部分。
研究区范围内土地性质主要为一般农田保护区与林业用地区，在研究区西侧与东北侧集中分布了两块可用建设用地，分别为77亩与39亩。因此，在保护遗址的前提下，遗址公园建设应集中在上述两处建设用地范围内，如图4-1。
总结与讨论
本文构建了城市公园的竖向与景观水文协同设计方法。结合景观水文与竖向的协同的主要目标与要点，在城市公园一般尺度下，针对竖向与水文2个系统，基于竖向与景观水文的解译关系与水文、地理信息领域相关原理，整合了ArcGIS、HEC-HMS与HEC-RAS定量模拟数字高程环境与产汇流过程，对竖向与水文过程特征进行了系统分析，以水文过程调控、水景观营造为主要协同目标，通过调控竖向因子，实现了景观环境中地表水体的均好性分布与水系统的综合最优。
本文主要内容与研究成果总结如下：
（1）对景观环境中以竖向为基础的景观水文系统的转化机制进行了系统解析，厘清了水文类型、水景类型与地形特征、地形空间单元的递进生成规律。并基于上述转化机制，进一步提出了以数字化定量模拟技术为基础，对竖向、水文特征进行系统分析，协同设计的基本方法。
（2）采用“过程模拟—特征识别—协同设计”的基本路径，整合了竖向与水文两个物理环境，综合GIS的数字高程模型、基于HEC-HMS的水文过程模型与基于HEC-RAS的水文水动力模型，提出了具有空间分析与水文、水动力分析能力的模拟方法。针对竖向、水文环境4个维度的特征因子：即竖向水敏感性、水文过程、竖向空间、水动力特征，明确了量化方法，并进一步提出了以竖向为基础的水文、水景协同设计路径。
（3）讨论了竖向水文环境的具体模型结构与相应算法，明确了模型之间数据流的构成。讨论了从构建竖向与水文空间的布局，逐步通过水量调控，水文类型生成与水景观营造目标的建构，通过竖向调控同步建构了水文过程，营造了水景观。并对结果进行模拟与反馈，结合模拟结果针对性调控竖向，实现对竖向与水景观的协同过程进行定量把握。
（4）以南京官窑山遗址公园为例，统筹竖向与水文系统，强调遗址属性。通过建立“竖向-水文”综合模型，基于协同设计方法构建了公园地表水文水景观系统，实践了理论研究的可行性。
参考文献（略）