王磊 楊楠 陳晨

摘要：本次研究在充分的氣象、污染物等信息采集基礎(chǔ)上，通過GIS評估沈陽市風環(huán)境氣候特征。重點分析沈陽市大氣污染物分布情況、城市下墊面的粗糙度、熱島效應(yīng)及城市風場等。明確沈陽污染物分布的突出地區(qū)，風的主要來源和主導(dǎo)風向，以及風在城市內(nèi)部流通情況，梳理出沈陽中心城區(qū)潛在的通風廊道，并提出通風廊道系統(tǒng)空間布局的基本構(gòu)想。

Abstract： Based on the full collection of meteorology， pollutants and other information， this study assessed the wind environment and climate characteristics of Shenyang City through GIS. The analysis focused on the distribution of atmospheric pollutants in Shenyang， the surface roughness of cities， heat island effects， and urban wind fields. This paper identifies the prominent areas where pollutants are distributed in Shenyang， the main source of wind and the prevailing wind direction， as well as the circulation of wind inside the city， sorts out the potential ventilation corridors in the central city of Shenyang， and proposes the basic concept of the spatial layout of the ventilation corridor system.

關(guān)鍵詞：風環(huán)境；綜合評估；通風廊道；沈陽

Key words： wind environment；comprehensive assessment；ventilation corridor；Shenyang

中圖分類號：TU984.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）27-0027-03

0 引言

隨著沈陽城市規(guī)模的不斷擴大，城市負荷加重，城市環(huán)境質(zhì)量隨之下降，城市熱島、霧霾等空氣污染問題日漸頻繁，嚴重影響人居生態(tài)環(huán)境品質(zhì)。城市中心區(qū)建筑密度提高增加了城市下墊面的粗糙度，降低了城市街區(qū)內(nèi)部的空氣流通效率，惡化了城市局部地區(qū)的通風環(huán)境，增強了城市熱島，通風廊道雖然對大尺度區(qū)域氣候環(huán)境影響較小，但對于促進城市空氣循環(huán)，降低空氣污染，改善城市尺度的風環(huán)境，特別是舒緩夏季的熱島效應(yīng)，減低冬季霧霾發(fā)生的頻率，能夠起到一定的積極作用。因此，急需通過沈陽城市風廊道規(guī)劃研究，進一步有效緩解城市熱島效應(yīng)與空氣污染，改善沈陽空氣環(huán)境質(zhì)量，完善城市自然生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，加速形成點、線、面綠化系統(tǒng)與通風走廊結(jié)合的城市空間格局，推進改善和優(yōu)化城市空間布局形態(tài)，優(yōu)化城市開敞空間系統(tǒng)。

1 概念界定

1.1 通風廊道的定義

通風廊道即風的通道，也通常被稱為通風道、空氣引導(dǎo)通道，是指空氣動力粗糙度較低、氣流阻力較小的區(qū)域。本研究定義的“城市通風廊道”是指在城市建成區(qū)及近郊區(qū)環(huán)境中，為城市近郊區(qū)新鮮空氣進入城市內(nèi)部提供條件，利于大氣環(huán)流，改善城市氣候及空氣質(zhì)量的地區(qū)。

1.2 通風廊道組成

德國學(xué)者克雷斯將城市通風廊道系統(tǒng)分成作用空間、補償空間、空氣引導(dǎo)通道（風道）三個部分。作用空間指需要改善風環(huán)境或者降低污染的地區(qū)；補償空間指產(chǎn)生新鮮空氣的來源地區(qū)；風道指空氣由補償空間引導(dǎo)至作用空間的連接通道。

2 風環(huán)境氣候功能評估

2.1 城市風環(huán)境基礎(chǔ)研究

2.1.1 地面風場風向頻率

沈陽地區(qū)非采暖季主導(dǎo)風向為南、西南，采暖季主導(dǎo)風向為北、西北風，。從月份看，2-6月、9月均盛行西南風；8月、10-12月多東北東風；沈陽地區(qū)靜風頻率偏高為14.2%；從季節(jié)變化看，采暖季靜風頻率最高。

2.1.2 地面風速演變規(guī)律

夏季平均風速大于冬季平均風速，春季最大，夏季最小。年、季小時平均風速日變化趨勢基本相同，都呈單峰型。全年小時平均風速從早晨6點起隨著太陽高度角的增大而逐漸增大，午后14點平均風速達到最大，隨后小時平均風速逐漸下降，至凌晨04、05時最小。通過城市風場模擬分析，冬、夏兩季盛行風進入城區(qū)后，由于建筑的阻擋，風速和風向都發(fā)生很大的變化。

2.1.3 城市風源分析

沈陽地區(qū)夏季風源主要為渤海海陸風——南風、西南風的影響最大；同時也受到長白山體風的作用，次主導(dǎo)風向為東風、東北風和東南風。冬季風源主要受蒙古高原干冷的空氣源源不斷地從北、西北兩向侵入沈陽市，同時受到海洋和長白山地的作用，北風、東風交替作用。

2.2 熱島效應(yīng)分析

從00-15年間沈陽建成區(qū)熱島分布情況看，由“總體分散、局部加強”逐漸向“全面惡化、成片增強”轉(zhuǎn)變的趨勢。

2.3 空氣質(zhì)量分析

2.3.1 區(qū)域大氣污染分析

利用Models-3模式系統(tǒng)對遼寧中部地區(qū)的大氣污染分布進行了數(shù)值模擬的結(jié)果，分析大氣污染物的時空分布特征。為了解污染物濃度的整個區(qū)域分布狀況，分別繪制出了SO2，NO2，PM2.5的濃度分布。遼寧中部地區(qū)污染已形成區(qū)域連片、交叉影響的態(tài)勢。

2.3.2 中心城區(qū)污染場分析

通過跟蹤沈陽一年以來AQI監(jiān)測數(shù)據(jù)，對沈陽市內(nèi)的污染物濃度分布按春、夏、秋、冬四個季節(jié)進行數(shù)值模擬。

總體上污染擴散方向受風向的影響，四個季節(jié)的污染擴散都呈南北分布。冬季擴散的范圍小，春季、秋季擴散的范圍大。對比季平均風向、風速和污染物濃度的季平均分布，污染物擴散的方向、范圍和平均風向、風速保持著一致。這說明平均風向和風速直接決定著污染物擴散的方向和范圍。

2.4 風流通潛力評價

2.4.1 地表粗糙度

地表粗糙度是反映地表起伏變化的指標，鑒香港經(jīng)驗，選取粗糙度（即描述城市地面層對風的摩擦阻礙作用的程度）作為評價指標，將建筑布局、建筑高度、建筑迎風面寬度等要素納入迎風面積密度公式計算，完成城市通風效能評價。將全市粗糙度分為四級，一級為通風良好地區(qū)，二級為通風較好地區(qū)，三級為通風一般地區(qū)，四級為自然通風環(huán)境較差地區(qū)。通過分析可以得出：城市通風條件由外向內(nèi)逐漸惡化；三環(huán)外地區(qū)由于建筑量較小，總體來看相對較好；三環(huán)內(nèi)老城區(qū)相對較差，尤其是二環(huán)內(nèi)的金廊沿線、長白、小渾南、鐵西老城區(qū)、太原街及方城周邊地區(qū)。

2.4.2 城市道路通風性能評價

考慮城市道路是風道系統(tǒng)的重要構(gòu)成要素，為此根據(jù)城市道路走向與冬、夏兩季主導(dǎo)風向的夾角大小開展城市道路通風性能評價。主要分為很一致（0～15°）、較為一致（15～30°）、基本一致（30～45°）、不一致（45～90°）四種。冬、夏兩季道路中風流通的順暢性較差，在二環(huán)內(nèi)均出現(xiàn)轉(zhuǎn)折截斷、不連續(xù)的現(xiàn)象，通風效率不高。夏季，東西走向的路網(wǎng)與主導(dǎo)風向較一致。與渾河平行道路與主導(dǎo)風向較一致；冬季，北部與哈大客專走向一致的道路開口方向應(yīng)該重點加強控制，以保證冬季北部主導(dǎo)風的進入。

2.4.3 開敞空間

中心城區(qū)為“東部青山半入城”的大生態(tài)格局，現(xiàn)狀開敞空間主要為渾河、蒲河等生態(tài)廊道以及三環(huán)防護綠帶、環(huán)城水系等環(huán)狀綠帶及鐵路沿線。大型公園綠地多分布在河流水系周邊。西南、西北楔狀綠地位于城市盛行風向和頻率較高的風向上，成為城市新鮮空氣的主要源頭，從而初步得到城郊邊緣地帶楔狀綠地——西南、西北楔狀綠地通風系統(tǒng)，將鮮風生成區(qū)的新鮮空氣通過河道、林帶、道路引入主城區(qū)。城市內(nèi)部大型綠化廣場、公園、水面也是城市內(nèi)部良好的新鮮空氣生成空間。渾河、蒲河、沈撫灌渠、衛(wèi)工明渠、東部環(huán)城水系與城市的主導(dǎo)風向一致，可構(gòu)成風道的主要開敞空間。

3 風環(huán)境氣候綜合評價——潛在通風廊道

根據(jù)以上風場分析、熱環(huán)境分析、污染物空間分布及風流通潛力分析，對影響城市風環(huán)境氣候的各種要素賦以權(quán)重并進行GIS疊加，得到沈陽市風環(huán)境氣候綜合分析圖。共劃定出5個類區(qū)。進一步可提出通風廊道的潛在區(qū)域。

Ⅰ類區(qū)（三環(huán)外）：沈陽西北楔、西南楔、南及背北生態(tài)區(qū)域等較為適合做為廊道的生態(tài)補償區(qū)；

Ⅰ類區(qū)（三環(huán)內(nèi)）：較為適合風道的首選地區(qū)，也可做為城市內(nèi)部的生態(tài)補償區(qū)。

Ⅱ、Ⅲ類區(qū)：在進行空間整理的基礎(chǔ)上，可做為潛在風道區(qū)域。

Ⅳ、Ⅴ類區(qū)：污染及熱島現(xiàn)象嚴重，是整個通風廊道系統(tǒng)的作用地區(qū)。

4 通風系統(tǒng)空間布局構(gòu)想

4.1 區(qū)域通風系統(tǒng)總體空間布局

4.1.1 宜采用東西方向帶狀組團式城市形態(tài)

沈陽未來的城市拓展形態(tài)宜采用東西方向為主、南北收縮控制的帶狀組團式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)更有利于城市風場的暢通性，做到冬季有效疏解城區(qū)內(nèi)部污染、夏季引綠入城。

4.1.2 傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)空間宜向西帶狀發(fā)展

作為城市污染指數(shù)最高的冬季，主導(dǎo)風向下，城市西部受污染擴散及影響較小，本研究認為西部地區(qū)相對而言更適于布置傳統(tǒng)工業(yè)。沈北、渾南地區(qū)不得布置易產(chǎn)生污染的產(chǎn)業(yè)用地。沈撫連接帶位于城市東部（東北部、東南部生態(tài)敏感區(qū)之間，）大氣環(huán)流規(guī)律復(fù)雜，上空大氣已具有形成連片的區(qū)域污染帶的趨勢，適于發(fā)展生態(tài)友好型產(chǎn)業(yè)。

4.1.3 區(qū)域范圍內(nèi)應(yīng)重點控制西南、西北、北部及南部生態(tài)空間

4.2 城市通風系統(tǒng)總體空間布局

4.2.1 通風系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)布局

基于沈陽風環(huán)境氣候功能評價，結(jié)合《沈陽市綠地系統(tǒng)規(guī)劃》、《沈陽市結(jié)構(gòu)性綠地控制規(guī)劃》、《沈陽市生態(tài)保護紅線》等分別劃定沈陽市通風廊道系統(tǒng)的補償?shù)貐^(qū)、作用地區(qū)、風道地區(qū)。在中心城區(qū)形成 “6大通風廊道（主要）、4大補償區(qū)、3大作用區(qū)”的通風系統(tǒng)框架。

4.2.2 補償?shù)貐^(qū)布局規(guī)劃

補償?shù)貐^(qū)按照改善氣候環(huán)境質(zhì)量效應(yīng)分為兩級：

①一級補償?shù)貐^(qū)布局。

一級補償?shù)貐^(qū)內(nèi)的風阻降低，如大部分地區(qū)為自然植被所覆蓋，或面積較大、周邊地勢開闊的水體等。一級補償?shù)貐^(qū)屬于生態(tài)效應(yīng)明顯且風流通道潛力良好的區(qū)域，具有重要的氣候價值，其氣候環(huán)境應(yīng)盡可能予以保存。規(guī)劃共形成四大“一級補償區(qū)”，即：西北楔補償區(qū)、西南楔補償區(qū)、北部補償區(qū)、南部補償區(qū)。四大“一級補償區(qū)”呈楔形，也是沈陽的主要風口，為城市內(nèi)部和外部通風廊道的建立奠定了基礎(chǔ)。

②二級補償?shù)貐^(qū)布局。

二級補償?shù)貐^(qū)為調(diào)節(jié)局部區(qū)域空氣質(zhì)量平衡的區(qū)域，即主城內(nèi)部規(guī)模達到10公頃以上的綠地，主要以均勻分布在作用區(qū)之間的水體、綠地等對周邊熱島強度、污染物濃度具有緩解作用的地區(qū)，包括環(huán)城水系、北陵公園、中山公園、森林公園等。

4.2.3 作用地區(qū)布局規(guī)劃

①集中商業(yè)區(qū)：主要集中分布在二環(huán)內(nèi)太原街地區(qū)、中街-小東路地區(qū)、金廊兩側(cè)地區(qū)等中心區(qū)，均已形成集中連片的商業(yè)區(qū)，二、三環(huán)之間圍繞居住用地零散分布配套的商業(yè)服務(wù)設(shè)施用地。

②高密度居住區(qū)：主要集中分布在三環(huán)內(nèi)以及渾南新區(qū)、沈北新區(qū)等外圍新城地區(qū)。

③工業(yè)區(qū)：主要集中分布在三環(huán)外的鐵西新城、沈北新區(qū)的虎石臺及輝山經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，三環(huán)內(nèi)主要集中于大東汽車產(chǎn)業(yè)新城及渾南主城范圍內(nèi)。

4.2.4 通風廊道規(guī)劃布局

結(jié)合沈陽市風向風頻，依托生態(tài)綠地、河流、鐵路、道路等預(yù)留足夠的綠化開敞空間，構(gòu)建“西一、北二、南三”6條城市主要通風廊道。是全市通風廊道網(wǎng)絡(luò)的核心，是形成風環(huán)境的重要廊道，呈現(xiàn)分散狀態(tài)；主要走向為西南向、西北向、北向及南向。

5 結(jié)論

本次提出了沈陽市通風廊道研究思路及方法。從構(gòu)建理論及典型案例分析入手，開展風環(huán)境氣候功能評估，結(jié)合模擬城市主導(dǎo)風向，進行風環(huán)境氣候綜合評價，并進一步選取潛在通風廊道，最后提出通風廊道系統(tǒng)初步構(gòu)建空間布局。

由于數(shù)據(jù)的局限性，對于分析結(jié)論有待校驗；通風廊道的篩選與構(gòu)建下一步應(yīng)該通過計算機進行全市范圍的模擬演算；各個廊道的控制引導(dǎo)要求需在模型校驗的基礎(chǔ)下，進一步精細化引導(dǎo)；深化研究城市內(nèi)部二級通風廊道及社區(qū)級通風廊道空間布局。

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