盆地城市通风廊道营建方法研究_以西安市为例_赵红斌

32规划设计理论盆地城市通风廊道营建方法研究——以西安市为例ResearchontheMethodsofBuildingVentilationCorridorsamongBasinCities—TakingtheCityofXi'anastheExample摘要：日趋严重的雾霾、热岛效应等气候现象逐渐成为困扰社会发展、威胁人们身心健康的重要原因，其中盆地城市首当其冲。在社会上下大力治污减霾举措中，通过调整城市生态及结构布局，打通城市通风廊道，改善城市微气候环境成为减霾、降温的可行方法之一。根据对盆地城市通风廊道营建方法的总结，结合国外盆地城市先进的通风廊道设计营建经验，探讨了通风廊道的布置原理和宽度的计算方法，并以西安市为例，提出了营建盆地城市通风廊道的规划与设计思路。关键词：风景园林；雾霾；热岛效应；景观生态；城市通风廊道文章编号：1000-6664(2014)11-0032-04中图分类号：TU986文献标志码：A收稿日期：2014-08-01；修回日期：2014-09-22项目基金：国家自然科学基金重点项目“城市宜居环境风景园林小气候适应性设计理论和方法研究”(编号51338007)和陕西省自然科学基础研究计划项目(编号2014JM7254)共同资助Abstract:Theincreasinglyserioushazeandheatislandhavegraduallybeenanimportantfactordisturbingsocialdevelopmentandthreateningpeople'sphysicalandpsychologicalhealth.Basincitiesbearthebruntofthisaffection.Duringtheanti-pollutionandreductionofhazeamongthewholesociety,principlesoflandscapeecology,asoneofthepracticalmethods,havebeenemployedtoadjustcities'ecologicallayouts,connectventilationcorridorsamongcitiesandimprovecities'microclimateenvironment.Byconcludingmethodsofbuildingventilationcorridorsinbasincitiesandcombiningadvancedexperienceofdesigningandbuildingventilationcorridorsabroad,thepaperresearchedthefreshairchannellayoutprincipleandwidthcalculationmethods.ThepaperproposessomeplanningideasregardingtheconstructionofventilationcorridorsinthecityofXi'an,whichislocatedintheGuanzhongBasin.Keywords:landscapearchitecture;haze;heatislandeffect;landscapeecology;urbanventilationcorridor随着城市建设的迅速发展，雾霾、热岛效应等气候现象逐渐成为困扰社会发展、威胁人们身心健康的重要原因，盆地城市显得尤为突出。盆地城市地形相对封闭，大气逆温层和由气溶胶形成的污染物容易浮在城市大气表面，好比在城市上空盖了个“锅盖”，不利于污染物扩散，也不利于地面空气的流通散热(图1)。就目前科技水平而言，在无法立即改变工业结构，迅速降低污染物排放的情况下，建设城市生态通风廊道，将外部的风引入城市内部，利用自然风吹走污染物，抑制雾霾天气和热岛效应发生，成为改善城市生态环境的一种探索。目前德国斯图加特、日本旭川以及国内上海、南京、武汉、杭州等城市陆续开展了城市通风廊道的研究与建设工作。1盆地城市通风廊道的营建思路应根据城市气候特点，结合城市生态规划，通过城市自然山水要素整合，利用生态绿地、江河湖泊水系等具有通风排热功能的绿地系统营造城市通风廊道[2]。对于静风频发的盆地城市来说，完全依靠外来盛行风调节城市气候是明显不够的。根据国内外营造经验，目前针对盆地城市营建通赵红斌/ZHAOHong-bin刘晖/LIUHui风廊道的思路主要有2个。一是打开城郊边缘地带通风口，利用良好的城乡边缘结构将自然风引入城市；二是营建能产生冷空气的生成区，利用空气引导通道，打通城市内部微循环，改善城市局部小环境。即使在静风频发的条件下，也能促进空气局地环流，有效改善城市空气质量。2盆地城市通风廊道营建的几种方法2.1城郊边缘地带通风口的营建方法城郊边缘地带是城市和郊区气候过渡带，也是新鲜空气进入城市的导入口[3]。对于盆地城市来说，充分利用城乡边缘的楔状绿地系统将新鲜空气导入城市是改善城市通风的重要措施之一。2001年王绍增等建议将风玫瑰平均瓣长放大为城市半径的2倍与城市平面图进行叠加，从而得出城郊边缘绿地系统的大致形状[4]。2014年杨立新发表了改进意见，指出仅仅依据风玫瑰图中的“风向玫瑰图”进行绿地系统布局，而不考虑风速是不够的。仅依据风频容易造成布局结构方向性的失误。当城市风玫瑰图的主导风向与城市软微风玫瑰图的主导风向不一致时，绿地系统规划结构和布局会截然不同。软微风玫瑰图是在极坐标底图上点绘出的某一地区在某一33TheoryofPlanningandDesign时段内各风向出现静风和空气质量差的微风频率统计图。利用软微风玫瑰图进行城郊绿地系统规划才能够有效提高微风状态下的城市风速，降低城市污染浓度，改善空气质量[5]。2.2促发局地环流的城市冷空气生成区的营建方法对于盆地城市静风频发状况，局地冷空气流动是引发空气流通的重要手段。利用地表热导与热容较小的冷空气生成区在不同时段产生局部低温和局部高温的气压差，引发热力对流与气体交换，形成城市局地小气候环流(图2)。城市近郊冷空气生成区主要包括与市区紧密相连的风景游览绿地和生产防护绿地、草地、水面、上坡林地等。近郊林地提倡混合种植阔叶树与针叶树。上坡林地是盆地城市最好的冷空气集结区，地形越陡峭，气流流速越快。城市内部冷空气生成区是一些具备气候调节功能的市区绿地。绿地规模越大，生成凉爽空气的范围就越大。研究表明面积15hm2左右的绿地降温效率最高[6]。冷空气生成区布局时应通过空气引导通道相互连接形成网络，以加大市内绿地气候调节的有效半径，促进城内的空气流动。营建时植被应松散种植，以增强通透性，有利于夜间冷空气的生成与流动。2.3城市空气引导通道的营建方法2.3.1空气引导通道的规划方法利用通往城市内部的绿色河流廊道、绿色道路廊道、绿带廊道等绿道网络作为风道的载体，利用风向，往城市内部输送冷空气，其中绿色河流廊道引入的空气质量最佳。空气引导通道不仅应将市内的线状空间(主要有江河、绿化带等)连接起来，还应串联起市内局部冷空气生成区。分散的冷空气生成空间在空气引导通道的联系下，生态效益要比相同面积的集中绿地还要大，更能发挥良好的整体通风降温效果[7]。2.3.2空气引导通道的营建宽度空气引导通道的宽度是城市通风效率的重要因素。城市设计的通风量，应保证一天内的氧平衡。因此，设城市边长为L(km)，风速为V(km/h)，城市每天的换气次数为T，进气通道的总宽度W占城市边长的比例是T的倒数。即W/L=1/T,W=L/T；其中，T=24V/L、W=(L1×L2)/24V。通过上述公式初步计算出城市空气引导通道的营建宽度，再根据每条通风道的宽度，可计算出通道的个数[4]。2.3.3空气引导通道的营建要点空气引导通道设计应达到如下要求。1)通道主导方向上的长度至少应达到500m，以1000m以上为宜。2)主干道带宽取值理想宽度为400~500m，最小宽度为200m；通道边缘平滑均匀，无大型建筑或植被等突出物。3)支引导通道宽度不应小于30m，最好达到50m。4)通道宽度至少为边缘树林或建筑的1.5倍，最好达到2~4倍。5)障碍物垂直于气流流动方向的宽度应尽量小(≤通道总宽度×10%)，障碍物高度不超过10m，相邻2个障碍物高度与水平间距的比值不应超过0.1(建筑物)与0.2(树木)[8]。3盆地型城市通风廊道营建的实例研究斯图加特是德国一个内陆山谷盆地型工业城市，该市常年风速微弱，一年中约有2/3的时间存在“逆温层”现象，大气中的有害气体和污染物浓度经常达到污染临界值。为了改善这一现状，当地相关部门研究后认为城市西南部丘陵地区对大气循环有重大影响，利用常年微弱季风带动丘陵区干净的空气进入市区是更替市区空气的唯一方法。因此在丘陵外部边缘布局了放射状的城市森林系统，面积达4949hm2。并建设了一条长达8km，面积为200hm2的风道，把斯图加特市的皇宫广场、皇宫公园、玫瑰石公园、和平花园、高地公园都联系到整个绿色网络中，由于生态通风廊道规划选线合理，把原本环境恶劣的城市变为全世界污染防治的模范城市[9](图3)。日本旭川市位于北海道中部的上川盆地。该市被山峦环绕，全年的风力较弱，空气质量恶化成了阻碍城市发展的主要问题。针对以上情况，旭川市相关部门实施了风道计划。首先利用绿化带分割热岛，将市区内的远郊远郊远郊远郊近郊近郊近郊近郊城市区城市区对流云发展城市覆盖层城市边界层城市尾羽层乡村边界层1图1城市大气分层示意图[1]图2局地环流的冷空气运行过程图城市污染盖多层逆温现象逆温层对流、湍流区市区的热空气被污染的冷空气被污染的冷空气盆地城市由于逆温层作用，流入市中心的空气是经过多次循环污染的空气市区的热空气绿地的冷空气绿地的冷空气理想城市绿地净化和冷却的空气从绿地流入高温城市中2-22-134规划设计理论神乐冈、常磐公园作为较大的冷空气生成区，整合市内较小的城市街头绿地、花园等作为冷空气的有效补充区。但仅靠集中绿地的调节并不能有效缓解热岛效应。旭川市实施了街区内河流和周围绿化的连接工程。拆除阻挡通风廊道的大型障碍物，保证风道的畅通无阻[10](图4)。盆地城市斯图加特和旭川市“风道计划”采用打开城市风口以及将冷空气生成区有效连接的方法，对我国盆地城市通风廊道建设具有良好的借鉴意义。4西安市通风廊道营建设想西安地处关中盆地腹地，南依秦岭，北靠渭北黄土台塬，常年盛行风向主要是东北风和西南风。常年平均风速为2m/s，秋季及冬季常年平均风速仅为1.34m/s。属于典型的平原型盆地气候。冬季西安在离地1.5~2km处，容易形成“逆温层”，阻止地面空气向上流动，容易形成雾霾天气，加重空气污染并难以驱散。因此对于静风频发的西安来说，如何科学营建城市通风廊道，打通城市微循环，改善城市空气质量，成为当务之急。4.1依据西安软微风玫瑰图营建城郊边缘地带楔状绿地通风系统通过研究西安市1960—2012年雾霾天气过程与日平均风速情况发现，西安市发生雾霾天气的日平均风速主要在2.0m/s以下。所占比例高达73.8%，随着风速的增大，雾霾现象发生概率迅速减小。通过绘制西安市雾霾天气过程风向频率分布图(软微风玫瑰图，图5)可以看出，西安市出现雾霾天气时，近地面主导风向为东北风，ENE到NNE3个风向所占比例为31.2%；西南风次之，SSW到WSW3个风向所占比例为21.2%，这与西安市常年主导风向一致。在所有雾霾天气过程中，静风所占比例高达17.7%[11]。因此根据软微风玫瑰图，西安外缘楔状绿地可布置于城市盛行风向和频率较高的风向上，成为城市鲜风的主要源头。从而初步得到城郊边缘地带楔状绿地系统。1)西安西南方向的楔状绿地通风系统。秦岭西安段山脉发源的灞河、浐河、沣河、涝河、潏河、滈河等河流，顺着地势近乎平行注入渭河干流。形成了台原与沟壑并行的地貌特征。秦岭大面积的森林植被覆盖使之成为天然的鲜风生成区。西安夏季主导风向——西南风与源于秦岭北麓的河流水