綠化空間設(shè)計(jì)對(duì)污染物擴(kuò)散影響分析

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摘要：在新時(shí)代背景下，生態(tài)文明建設(shè)逐漸被提升日程，我國政府部門不僅關(guān)注循環(huán)生產(chǎn)與綠色生產(chǎn)的改革力度，更加關(guān)注城市生態(tài)及污染治理的水平。根據(jù)新時(shí)代生態(tài)文明建設(shè)的理念，應(yīng)將城市污染與生態(tài)污染放到同一高度，將生態(tài)和諧型城市逐漸作為我國生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)鍵內(nèi)容。因此街谷綠色空間設(shè)計(jì)逐漸成為政府加強(qiáng)污染治理力度的重要手段，成為營造生態(tài)型、和諧型城市的主要要素。本文從模型構(gòu)建角度出發(fā)，結(jié)合城市街谷的概念界定及理想模型，探析影響污染物擴(kuò)散的具體因素，提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)策略

關(guān)鍵詞：街谷綠化；空間設(shè)計(jì)；污染物擴(kuò)散

汽車尾氣對(duì)城市環(huán)境的污染問題，逐漸受到世界各國環(huán)境保護(hù)部門的重點(diǎn)關(guān)注。特別是在大型城市中，汽車尾氣污染通常超過標(biāo)準(zhǔn)范圍，不僅影響著整個(gè)城市的生態(tài)建設(shè)，更給社會(huì)大眾的身體健康帶來嚴(yán)重的威脅。因此構(gòu)建適合國民居住的城市環(huán)境，科學(xué)規(guī)劃城市的空間布局，深化城市街谷的基本特征及其對(duì)污染物擴(kuò)散的影響，逐漸成為我國相關(guān)學(xué)者及專家研究的重點(diǎn)。街谷綠化空間設(shè)計(jì)主要包括城市空間布局及空間綠化兩大重要組成部分，然而根據(jù)相關(guān)調(diào)查及實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，街谷空間的整體布局是影響污染物擴(kuò)散的重要因素，也是改善城市空間環(huán)境的關(guān)鍵性內(nèi)容。因此從模型構(gòu)建及數(shù)學(xué)模擬的層面出發(fā)，能夠有效破解街谷空間污染的問題。

1街谷的概念界定及理想模型

1.1街谷的概念界定與具體類型

城市街谷主要指街道兩側(cè)擁有連續(xù)相連的建筑物，且將街道緊緊包裹其中，形成類似峽谷形態(tài)的建筑布局?？梢哉f城市街谷是構(gòu)建城市結(jié)構(gòu)的主要單元，是我國城市建筑布局及排列的主要類別。而街谷內(nèi)的污染物與空氣氣流在建筑頂部與流動(dòng)的空氣完成交換，以此形成比較特殊的氣候環(huán)境。即街谷外界的空氣流動(dòng)，推動(dòng)街谷內(nèi)部的氣流流動(dòng)，并使街谷內(nèi)部的氣流不斷上升，完成街谷外部與街谷內(nèi)部空氣氣流的完全交換。而街谷內(nèi)部的氣候環(huán)境的基本特征，能夠受邊界氣流影響，使谷內(nèi)氣流加速流動(dòng)，從而形成峽谷效應(yīng)與街谷旋渦。在結(jié)合學(xué)層面，街谷的街道寬度與建筑高度的函數(shù)比值，可稱為“形狀因子”，且跟街谷氣流的運(yùn)動(dòng)形態(tài)呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。根據(jù)數(shù)值模擬與現(xiàn)場觀測的結(jié)果，可將街谷氣流運(yùn)動(dòng)的的基本形態(tài)與背景風(fēng)向劃分為以下三種。首先是對(duì)寬情形，即街谷建筑所形成的氣流場域間不存在相互的影響。其次，是干擾流形態(tài)，主要指街谷邊界氣流與上風(fēng)氣流所構(gòu)成的旋渦，同下風(fēng)向的正面氣流場域間存在相互干擾的關(guān)系。最后是掠流形態(tài)，主要指當(dāng)建筑物間距不斷縮小時(shí)，所形成的回流旋渦。因此，合理規(guī)劃街谷氣流能夠有效提升谷內(nèi)氣流的流動(dòng)及污染物的擴(kuò)散，提升城市生態(tài)環(huán)境的建設(shè)質(zhì)量，推動(dòng)生態(tài)文明建設(shè)的有序進(jìn)行。

1.2理想型街谷模型

根據(jù)數(shù)學(xué)模擬及實(shí)際觀測，能夠發(fā)現(xiàn)理想型的街谷模型式是將建筑假設(shè)為高度相等的排列格局，并忽略了街道方向的層次變化，忽略了缺口對(duì)氣流的影響及街谷內(nèi)圍欄、交通崗等建筑設(shè)施的影響，并且將建筑物的背景風(fēng)向設(shè)定為穩(wěn)定而勻速的氣流流動(dòng)。在街谷建模過程中，具體研究的內(nèi)容包括街谷氣流旋渦、街道建筑高度、街道寬度的數(shù)值模擬。根據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，在街谷形狀因子等于1時(shí)，氣流流動(dòng)由主旋渦引導(dǎo)，并且在街谷頂端能夠有效形成一層明顯的剪切層。街谷空氣及污染物會(huì)伴隨谷內(nèi)的氣流旋渦在建筑間相互回旋，完成背景風(fēng)向與谷內(nèi)氣流的有效交換。其具體的交互過程如下，首先空氣污染物會(huì)在街谷底部不斷上升，隨后到達(dá)背風(fēng)面，進(jìn)而沿著背風(fēng)面持續(xù)向上傳導(dǎo)，進(jìn)而在頂部與建筑頂端的剪切層完成湍流活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)有效地氣流擴(kuò)散并排除谷內(nèi)空氣污染物的目的。而在真實(shí)環(huán)境中，建筑的高度、街道的寬度、空間的綠化情況、風(fēng)速與風(fēng)向的持續(xù)變化、車輛運(yùn)動(dòng)所引起的空氣湍流與流動(dòng)，以及溫度的不均衡分布等因素都是街谷數(shù)值模型構(gòu)建的或然性因素。在具體的空間設(shè)計(jì)中，必須針對(duì)不同的影響因素，對(duì)街谷污染物擴(kuò)散特征及形態(tài)進(jìn)行具體分析。其中街谷綠化空間設(shè)計(jì)，是影響街谷空氣流動(dòng)及旋渦運(yùn)動(dòng)的重要因素。

2街谷因素對(duì)污染物擴(kuò)散的具體影響

2.1影響污染物擴(kuò)散的其它因素

根據(jù)街谷的具體形態(tài)及其對(duì)污染物的影響條件，發(fā)現(xiàn)能夠有效影響街谷污染物擴(kuò)散的因素有大氣穩(wěn)定度、溫度分布、建筑結(jié)構(gòu)及布局、背景風(fēng)向與風(fēng)速、城市綠化以及車輛湍流等因素。首先是建筑結(jié)構(gòu)與布局。根據(jù)建模模擬發(fā)現(xiàn)，建筑布局與結(jié)構(gòu)對(duì)街谷污染物擴(kuò)散與空氣流動(dòng)具有重要促進(jìn)作用。建筑高度、幾何結(jié)構(gòu)及街道寬度能夠決定形狀因子的具體數(shù)值，使街谷背景風(fēng)向與谷內(nèi)氣流形成有效的交互作用，從而形成干擾流或掠流，其中當(dāng)街谷建筑物的高度不同時(shí)，可稱其為不對(duì)稱街谷，其中，在“下臺(tái)階”視域下，不對(duì)稱街谷將形成兩個(gè)反向的氣流旋渦，對(duì)污染物的擴(kuò)散有不利影響。而當(dāng)街谷建筑物沿著街道不斷發(fā)生高度變化時(shí)，可稱之為不均勻街谷，這種街谷與真實(shí)情況十分貼近，能夠有效反應(yīng)出城市街谷的風(fēng)向變化的具體特征。能夠提升街谷內(nèi)部污染氣體的外向傳輸，對(duì)街谷污染物具有顯著的正向影響。其次是背景風(fēng)向風(fēng)速對(duì)街谷污染物擴(kuò)散的影響，當(dāng)建筑頂部的氣流的流動(dòng)速度超過1.3m·s-1時(shí)，谷內(nèi)氣流受背景風(fēng)主導(dǎo)，而當(dāng)小于1.3m·s-1時(shí)街谷氣流則受溫度、車輛、建筑形態(tài)等因素影響。再次，車輛湍流。車輛湍流主要指機(jī)動(dòng)車輛在行駛過程中，對(duì)城市街谷內(nèi)部的湍流及氣流有顯著的影響作用。特別是對(duì)街谷底部的氣流流動(dòng)的影響，能夠有效提升空氣污染物的快速上升，推動(dòng)污染物的有效擴(kuò)散。

2.2影響污染物擴(kuò)散的綠化因素

城市綠化是影響街谷污染氣體擴(kuò)散的具體因素，具體指植被綠化。綠化空間設(shè)計(jì)能夠有效阻擋空氣污染物的持續(xù)擴(kuò)散，不利于空氣污染物的向上流動(dòng)，從而致使污染物停留在街谷底部。而通過對(duì)植被影響“街谷污染物及谷內(nèi)氣流流動(dòng)”的數(shù)值模擬及風(fēng)洞試驗(yàn)，能夠有效發(fā)現(xiàn)，綠化植被能夠有效降低城市街谷的環(huán)流風(fēng)速，提升了谷內(nèi)污染氣體的分布密度，特別在背風(fēng)面及底部的污染氣體的濃度最高。然而迎風(fēng)向的污染氣體濃度得到了有效的降低。根據(jù)模型分析與數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，在相同背景風(fēng)向條件下，采用空間綠化的街谷環(huán)境比沒有植被綠化的城市街谷的污染氣體的濃度高7%。且建筑兩側(cè)的植被對(duì)污染氣體的影響具體包括污染物擴(kuò)散的影響，空氣的凈化水平。并且空間綠化的形態(tài)及質(zhì)量應(yīng)滿足機(jī)動(dòng)車輛所引發(fā)的湍流氣流的發(fā)展要求。然而，街谷空間綠化能夠有效改善建筑溫度的分布，并在不同的氣候環(huán)境下，使城市街谷的的大氣變化更加穩(wěn)定。因此，從整體層面來分析，街谷空間綠化對(duì)街谷內(nèi)部污染氣體的擴(kuò)散雖然有不利因素，卻能夠有效提升街谷的氣候環(huán)境，保障街谷的空氣質(zhì)量。因此可以說，在街谷綠化空間設(shè)計(jì)層面上，面臨著巨大的挑戰(zhàn)與問題。其根本原因在于街谷綠化對(duì)谷內(nèi)空氣流動(dòng)擁有明顯的不利影響，并且比不存在綠化空間設(shè)計(jì)的街谷的影響，更加顯著。然而從城市建設(shè)的角度出發(fā)，綠化空間設(shè)計(jì)不僅能夠有效提升城市美觀度，更能顯著地推進(jìn)我國的生態(tài)文明建設(shè)，滿足我國社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展需求。因此，深入研究綠色植被對(duì)街谷污染物擴(kuò)散的具體影響，能夠幫助我國城市規(guī)劃部門，有效提升綠化空間設(shè)計(jì)的有效性與實(shí)效性。在傳統(tǒng)的綠化空間設(shè)計(jì)層面，設(shè)計(jì)師主要根據(jù)植被綠化的審美性、人文性、功能性等要求，對(duì)城市空間進(jìn)行綠化設(shè)計(jì)，儼然忽略了城市街谷的環(huán)保需求，因此，充分研究綠色植被對(duì)污染物擴(kuò)散的影響，能夠有效提升綠化空間的綜合性。

3街谷綠色空間設(shè)計(jì)的具體方案

3.1構(gòu)建實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)預(yù)設(shè)

根據(jù)上述研究發(fā)現(xiàn)，綠色植被對(duì)城市街谷具有較為諸多不利的影響，容易在背風(fēng)面形成污染堆積，然而在迎風(fēng)面，綠色植被卻能夠有效降低污染物的濃度。因此，為有效提升城市綠色空間的設(shè)計(jì)效用。需要從以下兩個(gè)層面對(duì)污染物擴(kuò)散的影響因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。首先，由于迎風(fēng)面污染物濃度較低，因此應(yīng)選取城市街谷迎風(fēng)面為實(shí)驗(yàn)場所，并對(duì)綠色植被的幾何形體、空間布局及分布區(qū)域進(jìn)行甄別。其次，結(jié)合不同的影響因素，降低綠化植被對(duì)污染物擴(kuò)散的不利影響?？梢赃x用合適的建筑結(jié)構(gòu)與布局、機(jī)動(dòng)車輛的湍流效應(yīng)等因素，并通過不同要素的變換與組合，甄選出有效的空間綠化條件。通常來講，在形態(tài)數(shù)值達(dá)到一定數(shù)值后，谷內(nèi)氣流容易形成漩渦，可加快污染物的擴(kuò)散，保障城市空間的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。因此，在街谷綠化空間設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)者必須將綠化空間設(shè)計(jì)與影響街谷污染物擴(kuò)散的諸多因素建立聯(lián)系，通過相互作用，提升綠化空間設(shè)計(jì)的有效性與實(shí)效性。

3.2構(gòu)建空間綠化模型

模型構(gòu)建與數(shù)值分析是明確影響街谷污染物擴(kuò)散因子的重要工具，同時(shí)也是合理規(guī)劃綠化空間設(shè)計(jì)內(nèi)容的有效手段。在建筑高度、街道距離的設(shè)計(jì)中，相關(guān)負(fù)責(zé)人需要將城市綠化作為重要的影響因素，并通過改變不同的布局方式及地理位置，使其影響因素不斷降低，以此實(shí)現(xiàn)從整體層面，規(guī)劃綠色空間布局的目的。而在植被選擇的過程中，相關(guān)學(xué)者及專家應(yīng)根據(jù)不同植被（樹木、灌木、景觀植物）的模型數(shù)值，考察植被對(duì)污染物擴(kuò)散的影響系數(shù)，并選擇影響系數(shù)相對(duì)較小的綠化植被。然而值得注意的是，城市空間設(shè)計(jì)不僅需要美觀度、更需要人文性，因此，為有效提升空間設(shè)計(jì)的多樣性與實(shí)效性，相關(guān)專家及學(xué)者，不僅需要充分考慮不同景觀植物對(duì)街谷氣流的影響，更需要考慮植被的外在表現(xiàn)及人文內(nèi)涵。此外，相關(guān)學(xué)者及專家應(yīng)在模型研究的過程中，結(jié)合綠色空間設(shè)計(jì)的形態(tài)結(jié)構(gòu)及特征，應(yīng)用不同的空間結(jié)構(gòu)，研究綠化空間結(jié)構(gòu)對(duì)街谷污染氣體擴(kuò)散的影響，并努力探尋出能夠有效緩解污染物滯留問題的空間設(shè)計(jì)手段。

3.3完善街谷街區(qū)結(jié)構(gòu)

根據(jù)影響街谷污染氣體的因素，能夠發(fā)現(xiàn)除從城市建筑高度、溫度濕度及機(jī)動(dòng)車輛外，還有風(fēng)向與風(fēng)速等因素，其中街谷街區(qū)的布局與結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)向與風(fēng)速的影響顯著，因此，在綠化空間設(shè)計(jì)的過程中，相關(guān)學(xué)者及專家應(yīng)結(jié)合模型分析與數(shù)值運(yùn)算，合理規(guī)劃街區(qū)的空間布局。然而根據(jù)實(shí)際的城市規(guī)劃特征及規(guī)律，在街區(qū)街道中構(gòu)建建筑類設(shè)施具有諸多的不利影響，難以滿足國民的出行需求。因此，可以采用種植綠色植被的方式，改變街谷附近的街區(qū)風(fēng)速與風(fēng)向，使街谷內(nèi)部的氣流流動(dòng)更加快速，從而降低街谷內(nèi)部綠化植被對(duì)谷內(nèi)污染氣體擴(kuò)散的影響。與此同時(shí)也極大地提出街區(qū)的綠化率，增強(qiáng)了城市的美觀度，推動(dòng)了我國城市現(xiàn)代化發(fā)展的進(jìn)程

4結(jié)語

影響街谷污染氣體擴(kuò)散的因素有很多，主要包括綠色植被、建筑布局與結(jié)構(gòu)、風(fēng)速風(fēng)向、機(jī)動(dòng)車輛及溫度濕度等因素。其中綠色植被對(duì)污染氣體的影響較為顯著，給城市綠化空間設(shè)計(jì)工作帶來了諸多的挑戰(zhàn)，因此，相關(guān)專家及學(xué)者應(yīng)從模型構(gòu)建與數(shù)值分析的角度出發(fā)，通過試驗(yàn)設(shè)計(jì)、模型構(gòu)建及街區(qū)規(guī)劃等手段，減小綠色空間設(shè)計(jì)對(duì)城市街谷的影響，滿足我國生態(tài)文明建設(shè)的發(fā)展需求。

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作者：許亦竣 單位：浙江農(nóng)林大學(xué) 風(fēng)景園林與建筑學(xué)院