城市道路綠化帶微峽谷效應(yīng)研究

鄭敬剛

摘要：通過(guò)實(shí)地測(cè)量，研究了許昌市道路綠化帶不同間隔寬度、不同高度、不同走向的微峽谷效應(yīng)變化規(guī)律。結(jié)果表明：綠化帶間隔寬度在0.7～4.7 m之間時(shí)，均表現(xiàn)出不同程度的微峽谷效應(yīng)，當(dāng)綠化帶寬度為1.8 m時(shí)，微峽谷效應(yīng)最顯著；綠化帶高度介于0.55～0.80 m之間時(shí)，均表現(xiàn)出微峽谷效應(yīng)，當(dāng)綠化帶高度為0.75 m時(shí)，微峽谷效應(yīng)最顯著；東西走向的風(fēng)速變化率為58%，南北走向的風(fēng)速變化率為106%，南北走向的風(fēng)速變化率大于東西走向。

關(guān)鍵詞：綠化帶；微峽谷效應(yīng)；間隔寬度；風(fēng)速

中圖分類(lèi)號(hào)：X511

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：16749944（2017）09000503

1 引言

目前，機(jī)動(dòng)車(chē)排放的污染物被公認(rèn)為是城市道路空氣污染的主要污染源，由于機(jī)動(dòng)車(chē)排放高度較低，在行人、自行車(chē)與汽車(chē)混行的交通方式中，這些排放到空氣中的廢氣直接危害的人數(shù)眾多。已有研究表明，受道路污染影響最為嚴(yán)重的空間是交通主干道及兩側(cè)50 m以?xún)?nèi)，1.7 m以下的低空范圍的空氣[1]，而該范圍正是行人呼吸的主要區(qū)域，極易對(duì)非機(jī)動(dòng)車(chē)道和臨街建筑物內(nèi)的人群的身心健康造成危害。

城市道路綠化是城市道路的重要組成部分，不僅具有對(duì)各類(lèi)交通起到分隔引導(dǎo)的安全功能，綠色植物還能改善城市整體環(huán)境質(zhì)量。相關(guān)研究表明，植物對(duì)大氣中的SO2、顆粒物、NOx、Cl2、F、重金屬等均有一定的凈化作用[2～4]。

已有研究表明，當(dāng)高大建筑物分布在狹長(zhǎng)街道兩側(cè)時(shí)，污染物易困在其中，難以擴(kuò)散，形成所謂的街道峽谷效應(yīng)。而城市道路中機(jī)動(dòng)車(chē)道與非機(jī)動(dòng)車(chē)道之間的綠化帶也可能會(huì)形成類(lèi)似街道峽谷效應(yīng)的綠帶峽谷效應(yīng)，密度過(guò)高的綠化帶將不利于機(jī)動(dòng)車(chē)道中污染物的擴(kuò)散。

李萍等[5]采用遮陰網(wǎng)模擬了10 m、20 m、30 m三種間隔寬度下道路綠化帶的微峽谷效應(yīng)，研究結(jié)果表明，在風(fēng)速小于2 m/s時(shí)，10 m和20 m間隔的道路綠化帶會(huì)產(chǎn)生微峽谷效應(yīng)，使綠化帶間隔內(nèi)風(fēng)速增加。徐偉嘉等[6]利用風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)M研究了道路綠化帶對(duì)街道峽谷內(nèi)機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣的擴(kuò)散特征。然而，對(duì)于城市道路綠化帶的微峽谷效應(yīng)進(jìn)行實(shí)地測(cè)量的研究并不多見(jiàn)。

本研究以許昌市不同間隔寬度、不同高度、不同走向的道路綠化帶為研究對(duì)象，通過(guò)實(shí)地測(cè)量，研究許昌市道路綠化帶的微峽谷效應(yīng)變化規(guī)律，以期為許昌市及周邊城市的道路綠化生態(tài)防護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

許昌市位于河南省中部，轄2個(gè)區(qū)、2個(gè)縣級(jí)市、2個(gè)縣，是中原城市群、中原經(jīng)濟(jì)區(qū)核心城市之一。平均海拔72.8 m，屬暖溫帶季風(fēng)型氣候，南水北調(diào)、西氣東輸管道經(jīng)過(guò)境內(nèi)。許昌東臨周口，西交平頂山，南接漯河，北依省會(huì)鄭州，距離省會(huì)僅80 km，京廣鐵路、京珠高速公路、107國(guó)道縱貫?zāi)媳保?11國(guó)道、地方鐵路橫貫東西，新鄭國(guó)際機(jī)場(chǎng)在其北50 km處，許昌市區(qū)建成區(qū)面積1090 km2，市區(qū)人口119萬(wàn)人。

3 研究方法

選擇許昌市魏都區(qū)綠化效果較好的八一東路、魏武大道、建安大道、學(xué)院路4條交通主干道，觀(guān)測(cè)不同綠化帶間隔寬度、不同綠化帶高度下綠化帶兩側(cè)及間隔中心處的風(fēng)速，計(jì)算風(fēng)速變化率，研究許昌市道路綠化帶微峽谷效應(yīng)。4條道路兩側(cè)綠化帶中主要植物類(lèi)型有石楠（Photinia serruluta）、小葉黃楊（Buxus microphylla）、大葉黃楊（Buxus megistophylla）、海桐（Pittosporum tobira）和龍柏（Sabina chinensis）。

選擇晴朗、無(wú)風(fēng)的天氣，在風(fēng)速小于2 m/s的天氣條件下進(jìn)行風(fēng)速的觀(guān)測(cè)。風(fēng)向采用三杯輕便風(fēng)向風(fēng)速表，風(fēng)速采用美國(guó)產(chǎn)手持氣象站Kestrel 3500。

風(fēng)向風(fēng)速觀(guān)測(cè)方法：通過(guò)對(duì)晝間車(chē)流量情況的調(diào)查，選取車(chē)流量在晝間基本穩(wěn)定的時(shí)間段進(jìn)行試驗(yàn)，一日分5個(gè)時(shí)段，即7：00～8：00、9：00～10：00、11：00～12：00、13：00～14：00和15：00～16：00。每20 min觀(guān)測(cè)1次，每次為2 min平均風(fēng)速。每次試驗(yàn)觀(guān)測(cè)4次，取4次平均值。

不同綠化帶間隔寬度下風(fēng)速變化百分率計(jì)算公式：

Pv=（VA-Vc）/（VA-VB）×100%

式中，Pv是不同間隔綠化帶風(fēng)速變化百分率，VA是綠化帶間隔中心風(fēng)速，VB是機(jī)動(dòng)車(chē)道靠近綠化帶一側(cè)的風(fēng)速，Vc是人行道靠近綠化帶一側(cè)的風(fēng)速。

4 結(jié)果與分析

4.1 綠化帶間隔寬度對(duì)微峽谷效應(yīng)的影響

以綠化帶間隔寬度為橫坐標(biāo)，以風(fēng)速變化百分率為縱坐標(biāo)，繪制不同綠化帶間隔寬度下的風(fēng)速變化率曲線(xiàn)（圖1）。由圖1可以看出，當(dāng)綠化帶間隔寬度為0.5 m時(shí)，風(fēng)速變化率僅為67 %；隨著綠化帶間隔寬度的增加，風(fēng)速變化率逐漸增加，當(dāng)綠化帶間隔寬度為1.8 m時(shí)，風(fēng)速變化率增加到最大值233%；此后，隨著綠化帶間隔寬度的增加，風(fēng)速變化率呈下降趨勢(shì)，當(dāng)綠化帶間隔寬度增加到4.8 m時(shí)，風(fēng)速變化率僅為75%。

4.2 綠化帶高度對(duì)微峽谷效應(yīng)的影響

以綠化帶高度為橫坐標(biāo)，以風(fēng)速變化率為縱坐標(biāo)，繪制不同綠化帶高度下的風(fēng)速變化率曲線(xiàn)（圖2）。由圖2可以看出，在綠化帶高度較小的情況下，風(fēng)速變化率較小，當(dāng)綠化帶高度分別為0.4 m和0.5 m時(shí)，相應(yīng)的風(fēng)速變化率分別為67%和75%；隨著綠化帶高度的增加，風(fēng)速變化率有所增加，當(dāng)綠化帶高度增加到0.6 m和0.75 m時(shí)，風(fēng)速變化率分別增加到133%和150%；此后，隨著綠化帶高度進(jìn)一步增加，風(fēng)速變化率呈下降趨勢(shì)，當(dāng)綠化帶高度分別為0.85 m和0.95 m時(shí)，相應(yīng)的風(fēng)速變化率分別為67%和50%。

4.3 道路走向?qū)G化帶微峽谷效應(yīng)的影響

為了研究道路走向?qū)G化帶微峽谷效應(yīng)的影響，計(jì)算并繪制了東西走向和南北走向兩種情況下平均風(fēng)速變化率曲線(xiàn)（圖3）。由圖3可以看出，東西走向道路的風(fēng)速變化率明顯小于南北走向，東西走向的風(fēng)速變化率平均值為58%，而南北走向的風(fēng)速變化率高達(dá)106%，是東西走向的風(fēng)速變化率的1.8倍。

5 結(jié)論與討論

上述研究表明，間隔寬度會(huì)影響道路綠化帶微峽谷效應(yīng)，當(dāng)間隔寬度在0.7～4.7 m之間時(shí)，均表現(xiàn)出不同程度的微峽谷效應(yīng)，尤其是當(dāng)綠化帶寬度增加到1.8 m左右時(shí)，綠化帶微峽谷效應(yīng)表現(xiàn)的最為顯著。因此，為了減少城市交通主干道大氣污染物對(duì)非機(jī)動(dòng)車(chē)道行人的危害，綠化帶間隔寬度建議設(shè)置為0.7 m以下或大于4.7 m，即使由于各種原因無(wú)法滿(mǎn)足，至少應(yīng)該避開(kāi)綠化帶微峽谷效應(yīng)作用強(qiáng)盛的1.5～2.5 m區(qū)域。

綠化帶高度對(duì)微峽谷效應(yīng)也有一定的影響，當(dāng)綠化帶高度介于0.55～0.80 m之間時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)微峽谷效應(yīng)，尤其是當(dāng)綠化帶高度增加到0.75 m左右時(shí)，微峽谷效應(yīng)最強(qiáng)盛。因此，為了減少城市交通主干道大氣污染物對(duì)非機(jī)動(dòng)車(chē)道行人的危害，綠化帶高度建議設(shè)置為0.5 m以下或大于0.8 m，即使無(wú)法滿(mǎn)足，至少應(yīng)該避開(kāi)綠化帶微峽谷效應(yīng)作用強(qiáng)盛的0.60～0.77 m區(qū)域。

城市局地氣候與城市主導(dǎo)風(fēng)向密切相關(guān)，許昌市的氣候?qū)贉貛Ъ撅L(fēng)氣候，冬季多西北風(fēng)，夏季多東南風(fēng)。實(shí)際觀(guān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)，盡管許昌市東西走向道路綠化帶的平均風(fēng)速高于南北走向，但是南北走向的風(fēng)速變化率卻高于東西走向，也就是說(shuō)，較小的風(fēng)速天氣有利于微峽谷效應(yīng)的形成。因此，為了盡量減少城市汽車(chē)尾氣對(duì)非機(jī)動(dòng)車(chē)道行人的危害，在進(jìn)行城市道路綠化規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，綠化重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)適當(dāng)向南北走向的交通道路傾斜。

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