沈陽(yáng)市通風(fēng)廊道規(guī)劃策略研究

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(píng)估沈陽(yáng)市風(fēng)環(huán)境氣候特征。重點(diǎn)分析沈陽(yáng)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(fēng)場(chǎng)等。明確沈陽(yáng)污染物分布的突出地區(qū)，風(fēng)的主要來源和主導(dǎo)風(fēng)向，以及風(fēng)在城市內(nèi)部流通情況，梳理出沈陽(yáng)中心城區(qū)潛在的通風(fēng)廊道，并提出通風(fēng)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(fēng)環(huán)境；綜合評(píng)估；通風(fēng)廊道；沈陽(yáng)

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

中圖分類號(hào)：TU984.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）27-0027-03

0 引言

隨著沈陽(yáng)城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市負(fù)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(yán)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(fēng)環(huán)境，增強(qiáng)了城市熱島，通風(fēng)廊道雖然對(duì)大尺度區(qū)域氣候環(huán)境影響較小，但對(duì)于促進(jìn)城市空氣循環(huán)，降低空氣污染，改善城市尺度的風(fēng)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(yáng)城市風(fēng)廊道規(guī)劃研究，進(jìn)一步有效緩解城市熱島效應(yīng)與空氣污染，改善沈陽(yáng)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(diǎn)、線、面綠化系統(tǒng)與通風(fēng)走廊結(jié)合的城市空間格局，推進(jìn)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(fēng)廊道的定義

通風(fēng)廊道即風(fēng)的通道，也通常被稱為通風(fēng)道、空氣引導(dǎo)通道，是指空氣動(dòng)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(fēng)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(jìn)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(fēng)廊道組成

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

2 風(fēng)環(huán)境氣候功能評(píng)估

2.1 城市風(fēng)環(huán)境基礎(chǔ)研究

2.1.1 地面風(fēng)場(chǎng)風(fēng)向頻率

沈陽(yáng)地區(qū)非采暖季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槟?、西南，采暖季主?dǎo)風(fēng)向?yàn)楸薄⑽鞅憋L(fēng)，。從月份看，2-6月、9月均盛行西南風(fēng)；8月、10-12月多東北東風(fēng)；沈陽(yáng)地區(qū)靜風(fēng)頻率偏高為14.2%；從季節(jié)變化看，采暖季靜風(fēng)頻率最高。

2.1.2 地面風(fēng)速演變規(guī)律

夏季平均風(fēng)速大于冬季平均風(fēng)速，春季最大，夏季最小。年、季小時(shí)平均風(fēng)速日變化趨勢(shì)基本相同，都呈單峰型。全年小時(shí)平均風(fēng)速?gòu)脑绯?點(diǎn)起隨著太陽(yáng)高度角的增大而逐漸增大，午后14點(diǎn)平均風(fēng)速達(dá)到最大，隨后小時(shí)平均風(fēng)速逐漸下降，至凌晨04、05時(shí)最小。通過城市風(fēng)場(chǎng)模擬分析，冬、夏兩季盛行風(fēng)進(jìn)入城區(qū)后，由于建筑的阻擋，風(fēng)速和風(fēng)向都發(fā)生很大的變化。

2.1.3 城市風(fēng)源分析

沈陽(yáng)地區(qū)夏季風(fēng)源主要為渤海海陸風(fēng)——南風(fēng)、西南風(fēng)的影響最大；同時(shí)也受到長(zhǎng)白山體風(fēng)的作用，次主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)、東北風(fēng)和東南風(fēng)。冬季風(fēng)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(yáng)市，同時(shí)受到海洋和長(zhǎng)白山地的作用，北風(fēng)、東風(fēng)交替作用。

2.2 熱島效應(yīng)分析

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

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(duì)遼寧中部地區(qū)的大氣污染分布進(jìn)行了數(shù)值模擬的結(jié)果，分析大氣污染物的時(shí)空分布特征。為了解污染物濃度的整個(gè)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(shì)。

2.3.2 中心城區(qū)污染場(chǎng)分析

通過跟蹤沈陽(yáng)一年以來AQI監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)沈陽(yáng)市內(nèi)的污染物濃度分布按春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié)進(jìn)行數(shù)值模擬。

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

2.4 風(fēng)流通潛力評(píng)價(jià)

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(biāo)，鑒香港經(jīng)驗(yàn)，選取粗糙度（即描述城市地面層對(duì)風(fēng)的摩擦阻礙作用的程度）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，將建筑布局、建筑高度、建筑迎風(fēng)面寬度等要素納入迎風(fēng)面積密度公式計(jì)算，完成城市通風(fēng)效能評(píng)價(jià)。將全市粗糙度分為四級(jí)，一級(jí)為通風(fēng)良好地區(qū)，二級(jí)為通風(fēng)較好地區(qū)，三級(jí)為通風(fēng)一般地區(qū)，四級(jí)為自然通風(fēng)環(huán)境較差地區(qū)。通過分析可以得出：城市通風(fēng)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(duì)較好；三環(huán)內(nèi)老城區(qū)相對(duì)較差，尤其是二環(huán)內(nèi)的金廊沿線、長(zhǎng)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(fēng)性能評(píng)價(jià)

考慮城市道路是風(fēng)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(fēng)向的夾角大小開展城市道路通風(fēng)性能評(píng)價(jià)。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(fēng)流通的順暢性較差，在二環(huán)內(nèi)均出現(xiàn)轉(zhuǎn)折截?cái)?、不連續(xù)的現(xiàn)象，通風(fēng)效率不高。夏季，東西走向的路網(wǎng)與主導(dǎo)風(fēng)向較一致。與渾河平行道路與主導(dǎo)風(fēng)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(diǎn)加強(qiáng)控制，以保證冬季北部主導(dǎo)風(fēng)的進(jìn)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(hù)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(fēng)向和頻率較高的風(fēng)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(fēng)系統(tǒng)，將鮮風(fēng)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(chǎng)、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(fēng)向一致，可構(gòu)成風(fēng)道的主要開敞空間。

3 風(fēng)環(huán)境氣候綜合評(píng)價(jià)——潛在通風(fēng)廊道

根據(jù)以上風(fēng)場(chǎng)分析、熱環(huán)境分析、污染物空間分布及風(fēng)流通潛力分析，對(duì)影響城市風(fēng)環(huán)境氣候的各種要素賦以權(quán)重并進(jìn)行GIS疊加，得到沈陽(yáng)市風(fēng)環(huán)境氣候綜合分析圖。共劃定出5個(gè)類區(qū)。進(jìn)一步可提出通風(fēng)廊道的潛在區(qū)域。

Ⅰ類區(qū)（三環(huán)外）：沈陽(yáng)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(bǔ)償區(qū)；

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

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

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

4 通風(fēng)系統(tǒng)空間布局構(gòu)想

4.1 區(qū)域通風(fēng)系統(tǒng)總體空間布局

4.1.1 宜采用東西方向帶狀組團(tuán)式城市形態(tài)

沈陽(yáng)未來的城市拓展形態(tài)宜采用東西方向?yàn)橹?、南北收縮控制的帶狀組團(tuán)式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)更有利于城市風(fēng)場(chǎng)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(fēng)向下，城市西部受污染擴(kuò)散及影響較小，本研究認(rèn)為西部地區(qū)相對(duì)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(shì)，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(diǎn)控制西南、西北、北部及南部生態(tài)空間

4.2 城市通風(fēng)系統(tǒng)總體空間布局

4.2.1 通風(fēng)系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)布局

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

4.2.2 補(bǔ)償?shù)貐^(qū)布局規(guī)劃

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

①一級(jí)補(bǔ)償?shù)貐^(qū)布局。

一級(jí)補(bǔ)償?shù)貐^(qū)內(nèi)的風(fēng)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(shì)開闊的水體等。一級(jí)補(bǔ)償?shù)貐^(qū)屬于生態(tài)效應(yīng)明顯且風(fēng)流通道潛力良好的區(qū)域，具有重要的氣候價(jià)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(jí)補(bǔ)償區(qū)”，即：西北楔補(bǔ)償區(qū)、西南楔補(bǔ)償區(qū)、北部補(bǔ)償區(qū)、南部補(bǔ)償區(qū)。四大“一級(jí)補(bǔ)償區(qū)”呈楔形，也是沈陽(yáng)的主要風(fēng)口，為城市內(nèi)部和外部通風(fēng)廊道的建立奠定了基礎(chǔ)。

②二級(jí)補(bǔ)償?shù)貐^(qū)布局。

二級(jí)補(bǔ)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(dá)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(duì)周邊熱島強(qiáng)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(tái)及輝山經(jīng)濟(jì)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(fēng)廊道規(guī)劃布局

結(jié)合沈陽(yáng)市風(fēng)向風(fēng)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(fēng)廊道。是全市通風(fēng)廊道網(wǎng)絡(luò)的核心，是形成風(fēng)環(huán)境的重要廊道，呈現(xiàn)分散狀態(tài)；主要走向?yàn)槲髂舷?、西北向、北向及南向?/p>

5 結(jié)論

本次提出了沈陽(yáng)市通風(fēng)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(fēng)環(huán)境氣候功能評(píng)估，結(jié)合模擬城市主導(dǎo)風(fēng)向，進(jìn)行風(fēng)環(huán)境氣候綜合評(píng)價(jià)，并進(jìn)一步選取潛在通風(fēng)廊道，最后提出通風(fēng)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(duì)于分析結(jié)論有待校驗(yàn)；通風(fēng)廊道的篩選與構(gòu)建下一步應(yīng)該通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行全市范圍的模擬演算；各個(gè)廊道的控制引導(dǎo)要求需在模型校驗(yàn)的基礎(chǔ)下，進(jìn)一步精細(xì)化引導(dǎo)；深化研究城市內(nèi)部二級(jí)通風(fēng)廊道及社區(qū)級(jí)通風(fēng)廊道空間布局。

參考文獻(xiàn)：

[1]白楊，王曉云，姜海梅，等.城市熱島效應(yīng)研究進(jìn)展[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2013：02.

[2]李錕，余莊.基于氣候調(diào)節(jié)的城市通風(fēng)廊道探析[J].自然資源學(xué)報(bào)，2006：06.

[3]李磊，吳迪，張立杰，等.基于數(shù)值模擬的城市街區(qū)詳細(xì)規(guī)劃通風(fēng)評(píng)估研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2012：04.

[4]劉姝宇，沈濟(jì)黃.基于局地環(huán)流的城市通風(fēng)廊道規(guī)劃方法——以斯圖加特市為例[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（工程版），2010：10.