影響街道峽谷內(nèi)交通污染物擴(kuò)散的研究綜述

智慧楠，王冠，師甜

（長安大學(xué) 汽車學(xué)院，陜西 西安 710000）

前言

較高的建筑沿著街道并排分布，由此形成的特殊的結(jié)構(gòu)稱為街道峽谷，這種分布廣泛的空間結(jié)構(gòu)容易使污染物發(fā)生聚集與附著。有研究表明高寬比嚴(yán)重影響街谷內(nèi)的渦流運(yùn)動(dòng)[1]，湍流擾動(dòng)致使顆粒物在街道峽谷內(nèi)的不均勻堆積，影響街道峽谷內(nèi)的污染物擴(kuò)散[2]。汪新等比較了十字型、T 型與斜交型街道峽谷背風(fēng)側(cè)污染物濃度的情況，表明十字型污染最為嚴(yán)重[3]。此外，不同位置車道的污染物可使兩側(cè)人行道暴露水平相差5 倍[4]，高架的存在也會(huì)對(duì)顆粒物的擴(kuò)散傳輸產(chǎn)生影響[5]。還有學(xué)者將峽谷兩側(cè)的樹冠抽象為多孔均勻介質(zhì)，利用數(shù)值模擬評(píng)估了道路綠化帶對(duì)尾氣擴(kuò)散的影響[6]。本文結(jié)合相關(guān)的研究將影響街道峽谷內(nèi)顆粒物擴(kuò)散研究的氣象條件、幾何結(jié)構(gòu)、道路類型、植被覆蓋及湍流等影響因素進(jìn)行了較為全面的論述。

1 城市街道峽谷內(nèi)污染物擴(kuò)散特征

基于論文數(shù)據(jù)庫搜索關(guān)鍵詞“街道峽谷顆粒物擴(kuò)散分布”得到了1990 年-2018 年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，約共11259 篇相關(guān)論文，分布如圖1 所示，從中看出對(duì)顆粒物的研究存在不均衡性，仍然需要更加全面的討論。

圖1 街道峽谷相關(guān)研究分布

1.1 峽谷關(guān)鍵特征和氣象條件

采用 CFD 軟件對(duì)街道峽谷不同高寬比（H/W）進(jìn)行模擬時(shí)發(fā)現(xiàn)，街道峽谷端部區(qū)域?qū)?huì)產(chǎn)生雙渦流情況，渦流的運(yùn)動(dòng)與建筑高度方向一致[7]，同時(shí)兩側(cè)建筑的對(duì)稱性也是街道峽谷特征的重要表征參數(shù)。

王樂等[8]發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定風(fēng)場(chǎng)計(jì)算得到的污染物濃度的峰值要高于動(dòng)態(tài)風(fēng)場(chǎng)下計(jì)算的結(jié)果。除風(fēng)流特性外，熱輻射也會(huì)對(duì)污染物擴(kuò)散產(chǎn)生影響，有研究發(fā)現(xiàn)污染物濃度會(huì)隨著壁面溫差的增加而有一定的下降趨勢(shì)[9][10]。

1.2 幾何結(jié)構(gòu)

幾何結(jié)構(gòu)在本文中主要指峽谷兩側(cè)建筑物頂部形狀的類型。建筑物頂部形狀大致可分為平頂型、圓頂型和三角型，三角型屋頂?shù)慕值缻{谷內(nèi)湍能最大，湍能高值區(qū)分布范圍也最廣，其污染物分布的范圍最小[11]。

1.3 道路類型

表1 不同道路類型下有關(guān)街道峽谷內(nèi)污染擴(kuò)散研究匯總表

本文匯總的道路類型包括孤立和非孤立型街道峽谷，十字形、T 型和斜角型采風(fēng)口街道峽谷，有無高架覆蓋的街道峽谷以及帶有人行走廊的街道峽谷四類，將國內(nèi)外學(xué)者的有關(guān)研究整理為表1，其中主要結(jié)論僅為論文中的部分結(jié)論。

1.4 綠化帶設(shè)置

有研究表明綠化帶能改變街道峽谷內(nèi)的空氣流場(chǎng)從而影響污染物的擴(kuò)散，并且不同植物類型（如高大喬木、低矮灌木）會(huì)對(duì)污染物濃度分布造成不同影響[16]。類似的風(fēng)洞試驗(yàn)研究顯示闊葉樹冠和位于街道峽谷中央的綠化帶位置有利于降低行人污染暴露風(fēng)險(xiǎn)[17]。

2 總結(jié)與結(jié)論

本文回顧了近年來對(duì)街道峽谷內(nèi)顆粒物污染狀況的研究，發(fā)現(xiàn)針對(duì)相關(guān)研究主要集中在環(huán)境科學(xué)、大氣科學(xué)與建筑學(xué)等領(lǐng)域，我們需要在街道布局、道路設(shè)置、建筑排布和綠化設(shè)計(jì)等方面綜合探究顆粒物擴(kuò)散與分布規(guī)律，使城市規(guī)劃更加合理，人民居住更加健康。有關(guān)高架下街道峽谷內(nèi)顆粒物分布的研究已經(jīng)在本文有所提及，但相關(guān)研究較少，因此關(guān)于高架對(duì)城市街道峽谷內(nèi)顆粒物的研究應(yīng)成為以后討論的熱點(diǎn)。