基于風(fēng)玫瑰圖的諸暨城西工業(yè)區(qū)評價

王 云,周 楠,趙學(xué)均,金詩卉,斯駱軍

(1.浙江省諸暨市氣象局，浙江 諸暨 311800；2.浙江省諸暨市環(huán)保局，浙江 諸暨 311800；3.浙江省諸暨市建筑設(shè)計院，浙江 諸暨 311800)

0 引言

工業(yè)區(qū)(園區(qū))作為產(chǎn)業(yè)集聚地，“十二五”期間為國家貢獻了近50%的GDP。工業(yè)區(qū)聚集了各種生產(chǎn)要素，集約化程度高，同時也具有“排污”這一共同特征。工業(yè)區(qū)廢氣排放對周圍環(huán)境的影響，與風(fēng)的條件密切相關(guān)，大氣污染物主要通過風(fēng)來完成輸送擴散。風(fēng)的分布狀況通常是用風(fēng)玫瑰圖來直觀反映的。本文運用諸暨氣象觀測站1988—2017年常規(guī)風(fēng)向玫瑰圖，以最大限度減少污染廢氣對下游影響為原則，對諸暨城市總體規(guī)劃工業(yè)區(qū)的合理布局作較為詳細的論述。同時，就風(fēng)與城西工業(yè)區(qū)主要大氣污染物濃度的關(guān)系以及市民高度關(guān)注的特殊大氣污染形態(tài)—“惡臭污染物”投訴與風(fēng)的關(guān)系進行探討分析，并對工業(yè)區(qū)現(xiàn)狀作出評價，以便為政府及相關(guān)部門做好工業(yè)區(qū)環(huán)境的有效管控提供依據(jù)和參考。

1 風(fēng)玫瑰圖及應(yīng)用

風(fēng)玫瑰圖是風(fēng)向玫瑰圖與風(fēng)速玫瑰圖的通稱，是以玫瑰花的形式表示各方向上氣流狀況重復(fù)率的統(tǒng)計圖形,是氣象學(xué)科中用于定量分析風(fēng)要素的專業(yè)統(tǒng)計圖表。其中風(fēng)向玫瑰圖較為常用，其計算公式為：

式中g(shù)n：n方向出現(xiàn)的風(fēng)向頻率，fn：選取時段內(nèi)n方向出現(xiàn)風(fēng)的次數(shù)，c：靜風(fēng)出現(xiàn)的次數(shù)。

城市規(guī)劃是城市建設(shè)和管理的一個重要環(huán)節(jié),合理、科學(xué)的城市規(guī)劃對城市的綜合效益提升具有很大的促進作用。城市規(guī)劃要考慮的要素眾多，而一個城市風(fēng)的狀況是城市規(guī)劃(工業(yè)布局)中必需考慮的要素。本世紀(jì)初，江蘇泰興化工開發(fā)區(qū)接待第一家外商考察，外商提出的首個問題是看當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)玫瑰圖，風(fēng)玫瑰圖在工業(yè)布局中的重要性可見一斑。A.Schaus(1914年)提出了將工業(yè)區(qū)布置在常年主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向，居住區(qū)在其上風(fēng)向的原則被世界各地廣泛采用。上世紀(jì)80年代初，程華昭等提出了把污染工業(yè)布置在最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)向，解決了兩個主導(dǎo)風(fēng)向情形下無法確定工業(yè)區(qū)布局的問題，被現(xiàn)行的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)所采納。王新生于上世紀(jì)90年代列出了各種盛行風(fēng)向下的工業(yè)區(qū)布置模式，被收錄于風(fēng)向玫瑰圖“百度百科”。目前，風(fēng)玫瑰圖已應(yīng)用到城市規(guī)劃、建筑平面設(shè)計、消防、電力電網(wǎng)、海洋工程等多個領(lǐng)域。

2 諸暨城市總體規(guī)劃工業(yè)區(qū)的布局

2.1 諸暨市及城區(qū)地形特點

諸暨市位于浙江省中北部，人口112萬,面積2 311 km2，處于會稽山脈與龍門山脈之間，東南側(cè)為會稽山脈，主峰東白山太白峰海拔1 194.6 m，西部為龍門山脈，主峰三界尖海拔1 015.2 m，北部與蕭紹平原相接，南部是丘陵和山地，中部浙贛線與浦陽江中游河段及其支流貫穿境內(nèi)，似一條由南偏西向北偏東延伸的走廊。諸暨城區(qū)位于諸暨市中部，人口48萬，面積526 km2。當(dāng)?shù)亓?xí)慣將原浙贛線(城區(qū)段已于2006年改道)以西稱為城西，浦陽江流域以東稱為城東，兩者之間稱為城中。

2.2 諸暨風(fēng)玫瑰圖特征

圖1為諸暨氣象觀測站1988—2017年常規(guī)風(fēng)向玫瑰圖，其具有以下特征：

圖1 諸暨1988—2017年常規(guī)風(fēng)向玫瑰圖Fig.1 Routine Wind Direction Rose Map of Zhuji from 1988 to 2017

①全年以N～NE風(fēng)為主要盛行風(fēng)向，其中NNE風(fēng)頻率最高，為17.7%，N、NE風(fēng)頻率分別為14.1%和7.5%,N、NNE、NE風(fēng)的頻率之和達39.3%；次盛行風(fēng)向為S～SW風(fēng)，其中SSW風(fēng)頻率最高，為12.1%，S、SW風(fēng)分別為8.1%、6.8%，S、SSW、SW風(fēng)的頻率之和也達到27.0%；全年WNW風(fēng)頻率最小，僅為0.3%，W、NW、WSW風(fēng)頻率分別為0.5%、0.8%、1.4%，說明在WSW～NW方向吹的風(fēng)相當(dāng)少；SE、ESE、E風(fēng)頻率也很小，分別為1.2%、1.2%、2.4%，說明在E～SE方向吹的風(fēng)也很少。

②諸暨氣象觀測站風(fēng)記錄時間分布表明,自10月—次年3月主要以盛行北向風(fēng)為主,4—9月則以盛行南向風(fēng)為主。全年NNE風(fēng)頻率最高，N風(fēng)次之，考慮到N風(fēng)緊鄰NNE風(fēng)，同屬北向風(fēng)，同出現(xiàn)在冬半年，將NNE風(fēng)設(shè)為主導(dǎo)風(fēng)向(代表北向風(fēng))；南向風(fēng)為另一個風(fēng)向頻率較高區(qū)域,出現(xiàn)在夏半年，以SSW風(fēng)頻率最高，SSW風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向(代表南向風(fēng))。這樣，諸暨風(fēng)玫瑰圖上得出兩個方向相反的主導(dǎo)風(fēng)向，分別為NNE風(fēng)與SSW風(fēng)，且NNE風(fēng)較SSW風(fēng)更為明顯。

2.3 以風(fēng)玫瑰圖布局諸暨工業(yè)區(qū)

根據(jù)諸暨風(fēng)玫瑰圖，NNE風(fēng)與SSW風(fēng)為兩個方向相反的主導(dǎo)風(fēng)向，顯然NNE風(fēng)的下風(fēng)向城南與SSW風(fēng)的下風(fēng)向城北均不宜建工業(yè)區(qū)，也就是說，以主導(dǎo)風(fēng)向下風(fēng)向來布局工業(yè)區(qū)對諸暨來說是不適用的。采用以最小頻率風(fēng)向作為依據(jù)來布局工業(yè)區(qū)則能彌補上述缺陷。諸暨風(fēng)玫瑰圖上最小頻率風(fēng)向分布于WSW～NW風(fēng)的夾角區(qū)域，理論上工業(yè)區(qū)設(shè)在這一區(qū)域最為合適(即最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)向)。此外，E～SE風(fēng)的頻率也較小，但考慮到當(dāng)時城東已形成大片居住區(qū)、商貿(mào)區(qū)以及眾多行政機構(gòu)的事實，故排除城東的工業(yè)布局。

綜上，從風(fēng)玫瑰圖分析，諸暨工業(yè)區(qū)的最佳布局是在風(fēng)玫瑰圖上WSW～NW風(fēng)夾角區(qū)域，這樣可最大限度避免因冬、夏半年所吹不同方向的風(fēng)給下游所帶來的污染廢氣影響。從諸暨城市總體規(guī)劃示意簡圖看(圖2)，根據(jù)實際工業(yè)用地需要，工業(yè)區(qū)范圍向上述區(qū)域(WSW～NW風(fēng)夾角)兩側(cè)有所擴展,從規(guī)劃設(shè)計方案評價看，也是可行的。當(dāng)然，風(fēng)玫瑰圖并不是將工業(yè)區(qū)布局在城西的唯一因素，還有其他有利因素。

圖2 諸暨城市總體規(guī)劃示意簡圖Fig.2 Schematic sketch of Zhuji City Master Plan

2.4 工業(yè)區(qū)布局在城西的其他有利因素

①地理優(yōu)勢。從諸暨城區(qū)地形看，原浙贛線與浦陽江流域?qū)⒅T暨城區(qū)分成城東、城中及城西3個區(qū)域，城中與城西之間有沿鐵路的陶朱山脈，使城中、城東因地形屏障作用與城西得到了隔離，城西建工業(yè)區(qū)具有地理上的必然性；②成本優(yōu)勢。上世紀(jì)80年代，城西多以農(nóng)田、菜地為主，其中也有一些零星村莊分布，但基本上沒有集中居住區(qū)，城西從開發(fā)成本角度講是較為低廉的；③基礎(chǔ)優(yōu)勢。上世紀(jì)80年代中后期，就有包括浙江華海、黑貓神、鏈條設(shè)備、菲達環(huán)保、潔麗雅、凱達機械等具有一定規(guī)模的工業(yè)企業(yè)落戶城西，且數(shù)量漸年增加，城西具有建工業(yè)區(qū)的基礎(chǔ)優(yōu)勢；④物流優(yōu)勢。鐵路諸暨貨運站離城西較近，也為城西工業(yè)企業(yè)提供便捷的物流交通條件。

3 城西工業(yè)區(qū)現(xiàn)狀的評價

諸暨系全國百強縣(市)，城西工業(yè)區(qū)作為省級重點開發(fā)區(qū)，已注冊各類工業(yè)企業(yè)800余家，現(xiàn)已發(fā)展成以服裝、機械、塑膠、電子、包裝、醫(yī)藥、食品、化工等門類齊全、特色鮮明的產(chǎn)業(yè)群體。特別是工業(yè)區(qū)重點項目建設(shè)，為推動地方經(jīng)濟發(fā)展起到重要引擎作用，但城西工業(yè)區(qū)的用地現(xiàn)狀及環(huán)境問題也是需要引起重視的。

3.1 城西工業(yè)區(qū)的“通風(fēng)走廊”效應(yīng)

山地對區(qū)域風(fēng)環(huán)境具有較大的影響。從城西工業(yè)區(qū)地理位置看(圖3)，東面為陶朱山脈，西面為市郊,主要以山地為主，有當(dāng)?shù)匦∮忻麣獾碾p鴨山脈，南、北兩面地勢相對平坦，向外延伸是市郊農(nóng)田。從風(fēng)的分布看，城西工業(yè)區(qū)近似一條SSW～NNE向的“通風(fēng)走廊”，這與風(fēng)玫瑰圖上兩個主導(dǎo)風(fēng)向的分布也是吻合的。“通風(fēng)走廊”有利于大氣污染物的稀釋與擴散。

圖3 諸暨城西工業(yè)區(qū)規(guī)劃現(xiàn)狀示意簡圖Fig.3 A sketch map of the planning status of Zhuji West Industrial Zone

3.2 諸暨污染風(fēng)與污染系數(shù)

3.2.1 污染風(fēng) 規(guī)劃設(shè)計部門通常將污染風(fēng)的標(biāo)準(zhǔn)劃定為風(fēng)速3級及以下的風(fēng)(包括靜風(fēng))，3級以上劃定為非污染風(fēng)。從諸暨氣象觀測站近30 a日平均風(fēng)速分布看(表1)，全年各風(fēng)向上的日平均風(fēng)速均不大，3級及以下占了99.16 %，其中1～2級占88.07%，3級以上僅占0.84%。也就是說,諸暨常年吹污染風(fēng)的比例是相當(dāng)高的。

表1 諸暨1988—2017年日平均風(fēng)速各級別出現(xiàn)的日數(shù)及占總?cè)諗?shù)百分率Tab.1 Days of Daily Average Wind Speed at Various Levels in Zhuji from 1988 to 2017

3.2.2 污染系數(shù) 污染系數(shù)考慮了風(fēng)向和風(fēng)速的綜合效應(yīng)，反映了受污染的程度，其表達式為P=F/U，式中P為污染系數(shù)，F(xiàn)為風(fēng)向頻率(%)，U為平均風(fēng)速(m/s)。通過對諸暨1988—2017年各風(fēng)向P值的計算，得知最大為NNE風(fēng)(P值5.90)，其次為N風(fēng)(P值5.22)，WNW風(fēng)最小(P值0.17)，次小值為W風(fēng)(P值0.31)。不難發(fā)現(xiàn)，污染系數(shù)與各方位的風(fēng)向頻率分布基本一致，這是由于諸暨常年各風(fēng)向上的平均風(fēng)速差異并不顯著所致。

3.3 風(fēng)與城西工業(yè)區(qū)主要大氣污染物濃度的關(guān)系

3.3.1 風(fēng)速 大氣污染物的擴散稀釋速度可以用風(fēng)速來衡量,通常情況下風(fēng)速愈大污染物的稀釋能力愈強，風(fēng)速減小污染物擴散能力降低，易造成污染物積累。在《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)納入常規(guī)監(jiān)測的6種基本污染物中，PM10、SO2及NO2為3種主要大氣(工業(yè)廢氣)污染物。表2為城西工業(yè)區(qū)2017年7月—2018年6月不同風(fēng)速條件下PM10、SO2及NO23種主要污染物質(zhì)量濃度(工業(yè)區(qū)監(jiān)測點資料)?？梢钥闯觯琍M10濃度在風(fēng)速5 m/s以下時與風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)，但當(dāng)風(fēng)速達到5 m/s及以上時，其濃度反而有一定增加，原因可能是隨著風(fēng)速增大到一定程度，工業(yè)區(qū)地面有沙塵吹起，導(dǎo)致PM10濃度有所增加；SO2、NO2濃度與風(fēng)速呈顯著負(fù)相關(guān),均隨風(fēng)速的增大而減小。

3.3.2 風(fēng)向 通過對城西工業(yè)區(qū)2017年7月—2018年6月不同風(fēng)向?qū)?yīng)的PM10、SO2及NO23種大氣污染物濃度平均值統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)PM10濃度在風(fēng)向NNW時偏高明顯，為91.6 ug/m3，其余風(fēng)向時差異不大，原因可能在NNW風(fēng)上風(fēng)向有工業(yè)污染源或與外來污染物輸入并積累有關(guān)[10],SO2、NO2濃度在不同風(fēng)向上的整體差異并不顯著。

表2 城西工業(yè)區(qū)不同風(fēng)速條件下3種主要大氣污染物質(zhì)量濃度Tab.2 Mass Concentration of Three Major Air Pollutants under Different Wind Speed in Chengxi Industrial Zone

3.4 城西工業(yè)區(qū)“惡臭污染物”探析

3.4.1 “惡臭污染物”投訴與風(fēng)速關(guān)系 “惡臭污染物”具有以人的嗅覺感知為判斷標(biāo)準(zhǔn)的特殊性，其不同于其他污染物的許多特性[11]?！皭撼粑廴疚铩睂儆诟杏X公害，因此對其的監(jiān)測、評價和治理都比較困難[12]。由于風(fēng)速不同“惡臭污染物”發(fā)生的次數(shù)也不相同，因此判斷其與風(fēng)速之間的關(guān)系是很有必要的。表3給出了2017年7月—2018年6月城西工業(yè)區(qū)“惡臭污染物”投訴次數(shù)(比例)與風(fēng)速的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)“惡臭污染物”投訴發(fā)生最多的是日平均風(fēng)速0.3～1.5 m/s(1級風(fēng))時,占60.8%，當(dāng)風(fēng)速超過5.4 m/s(3級風(fēng))時，無投訴發(fā)生。

表3 城西工業(yè)區(qū)“惡臭污染物”投訴次數(shù)(比例)與風(fēng)速關(guān)系Tab.3 The relationship between the frequency (proportion) of complaints of "odorous pollutants" and wind speed in West Chengdu Industrial Zone

3.4.2 “惡臭污染物”存在“達標(biāo)擾民”現(xiàn)象 在《諸暨在線》網(wǎng)站“百姓論壇”上，時不時見到有城西工業(yè)區(qū)居住網(wǎng)友抱怨嗅到“臭味、刺鼻味”等難聞氣味的帖子。環(huán)保部門曾于2018年9月20日對此給出回復(fù)(http://bbs.zhuji.net/forum.php?mod=viewthread&tid=viewthread&tid=314592)，認(rèn)為目前對“惡臭污染物”的監(jiān)測既無法使用專業(yè)設(shè)備，也無法24 h在線監(jiān)測，其測定標(biāo)準(zhǔn)還是原國家環(huán)保局1993年頒布的GB/T14675-93“三點比較式臭袋法”，即由專業(yè)技術(shù)人員通過人工采樣和人工嗅測來確認(rèn)是否超標(biāo)。環(huán)保部門表示，城西工業(yè)區(qū)發(fā)生的“惡臭污染物”存在“達標(biāo)擾民”現(xiàn)象。

3.5 城西工業(yè)區(qū)居民受工業(yè)廢氣污染物影響不可避免

通過查閱最新諸暨房產(chǎn)樓盤地圖，發(fā)現(xiàn)在城西工業(yè)區(qū)的中北區(qū)及南區(qū)已相繼建起一批住宅小區(qū)(圖3)，個別小區(qū)規(guī)模還比較大，中北區(qū)有西城景苑、凱萊花苑、御江山、丹桂華庭等，南區(qū)有宏景莊園、星雨華府、龍山豪庭、錦繡唐城、鴻瑞公寓等，且有成片趨勢，這些小區(qū)的南北向幾乎均布有工業(yè)(污染)企業(yè)，中北區(qū)住宅冬半年處于主導(dǎo)風(fēng)向NNE風(fēng)的下風(fēng)向，夏半年又處于另一個主導(dǎo)風(fēng)向SSW風(fēng)的下風(fēng)向，南區(qū)住宅冬半年則處于主導(dǎo)風(fēng)向NNE風(fēng)(近整個工業(yè)區(qū))的下風(fēng)向。由此看來，工業(yè)區(qū)居民受工業(yè)廢氣污染物影響是不可避免的。

3.6 諸暨人民醫(yī)院選在城西的合理性值得商榷

2010年，諸暨將一個占地20余萬平方米的市人民醫(yī)院易地搬遷至城西(圖3)。城西的定位是工業(yè)區(qū)，當(dāng)然在工業(yè)區(qū)內(nèi)建若干小型衛(wèi)生院或診所不是不可以，但將一家諸暨最大的涉及百萬人口健康安全的綜合性醫(yī)院選在城西工業(yè)區(qū)，其合理性是值得商榷的。

4 小結(jié)

①方向相反的NNE風(fēng)、SSW風(fēng)為諸暨全年兩個主導(dǎo)風(fēng)向，同時兩者也分別代表諸暨冬、夏半年盛行風(fēng)向。

②根據(jù)風(fēng)玫瑰圖及綜合各方面因素,諸暨城市總體規(guī)劃將工業(yè)區(qū)布局在城西是科學(xué)的，也是合理的。

③城西工業(yè)區(qū)PM10濃度在風(fēng)速<5 m/s時與風(fēng)速成負(fù)相關(guān)，當(dāng)風(fēng)速≥5 m/s時其濃度有一定增加，SO2、NO2濃度與風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)；3種污染物濃度除PM10在NNW風(fēng)向時有較明顯偏高外，在不同風(fēng)向上的整體差異并不顯著。

④城西工業(yè)區(qū)居民高度關(guān)注的特殊大氣污染形態(tài)—“惡臭污染物”具有不同于其他污染物的共同特性。分析表明，日平均風(fēng)速0.3～1.5 m/s(1級風(fēng))時投訴占比最高,日平均風(fēng)速>5.4 m/s(3級風(fēng))時無投訴發(fā)生。

⑤城西工業(yè)區(qū)的環(huán)境現(xiàn)狀不容樂觀，工業(yè)區(qū)居民受工業(yè)廢氣污染物影響不可避免，工業(yè)區(qū)內(nèi)建人口較為集中的民生工程需慎之又慎。

風(fēng)玫瑰圖反映了氣象要素風(fēng)的重要信息，雖然其不能作為評價工業(yè)區(qū)選址是否合理的唯一依據(jù)，但風(fēng)玫瑰圖在分析城市用地現(xiàn)狀的合理與否，最大限度降低大氣污染物的影響，其作用是不容置疑的。工業(yè)區(qū)規(guī)劃是否得當(dāng)對居民的健康影響至關(guān)重要[13]。呼吁還是要從根本上抓好規(guī)劃這個源頭，健全規(guī)劃法律法規(guī)體系，嚴(yán)格執(zhí)行《諸暨市中心城區(qū)土地利用總體規(guī)劃(2006—2020)》，強化對規(guī)劃的剛性約束，建立長效機制，做到工業(yè)區(qū)的定位不走樣不變形。