城市道路綠化帶微峽谷效應研究

鄭敬剛

摘要：通過實地測量，研究了許昌市道路綠化帶不同間隔寬度、不同高度、不同走向的微峽谷效應變化規律。結果表明：綠化帶間隔寬度在0.7～4.7 m之間時，均表現出不同程度的微峽谷效應，當綠化帶寬度為1.8 m時，微峽谷效應最顯著；綠化帶高度介于0.55～0.80 m之間時，均表現出微峽谷效應，當綠化帶高度為0.75 m時，微峽谷效應最顯著；東西走向的風速變化率為58%，南北走向的風速變化率為106%，南北走向的風速變化率大于東西走向。

關鍵詞：綠化帶；微峽谷效應；間隔寬度；風速

中圖分類號：X511

文獻標識碼：A 文章編號：16749944（2017）09000503

1 引言

目前，機動車排放的污染物被公認為是城市道路空氣污染的主要污染源，由于機動車排放高度較低，在行人、自行車與汽車混行的交通方式中，這些排放到空氣中的廢氣直接危害的人數眾多。已有研究表明，受道路污染影響最為嚴重的空間是交通主干道及兩側50 m以內，1.7 m以下的低空范圍的空氣[1]，而該范圍正是行人呼吸的主要區域，極易對非機動車道和臨街建筑物內的人群的身心健康造成危害。

城市道路綠化是城市道路的重要組成部分，不僅具有對各類交通起到分隔引導的安全功能，綠色植物還能改善城市整體環境質量。相關研究表明，植物對大氣中的SO2、顆粒物、NOx、Cl2、F、重金屬等均有一定的凈化作用[2～4]。

已有研究表明，當高大建筑物分布在狹長街道兩側時，污染物易困在其中，難以擴散，形成所謂的街道峽谷效應。而城市道路中機動車道與非機動車道之間的綠化帶也可能會形成類似街道峽谷效應的綠帶峽谷效應，密度過高的綠化帶將不利于機動車道中污染物的擴散。

李萍等[5]采用遮陰網模擬了10 m、20 m、30 m三種間隔寬度下道路綠化帶的微峽谷效應，研究結果表明，在風速小于2 m/s時，10 m和20 m間隔的道路綠化帶會產生微峽谷效應，使綠化帶間隔內風速增加。徐偉嘉等[6]利用風洞試驗模擬研究了道路綠化帶對街道峽谷內機動車尾氣的擴散特征。然而，對于城市道路綠化帶的微峽谷效應進行實地測量的研究并不多見。

本研究以許昌市不同間隔寬度、不同高度、不同走向的道路綠化帶為研究對象，通過實地測量，研究許昌市道路綠化帶的微峽谷效應變化規律，以期為許昌市及周邊城市的道路綠化生態防護提供科學依據。

2 研究區概況

許昌市位于河南省中部，轄2個區、2個縣級市、2個縣，是中原城市群、中原經濟區核心城市之一。平均海拔72.8 m，屬暖溫帶季風型氣候，南水北調、西氣東輸管道經過境內。許昌東臨周口，西交平頂山，南接漯河，北依省會鄭州，距離省會僅80 km，京廣鐵路、京珠高速公路、107國道縱貫南北，311國道、地方鐵路橫貫東西，新鄭國際機場在其北50 km處，許昌市區建成區面積1090 km2，市區人口119萬人。

3 研究方法

選擇許昌市魏都區綠化效果較好的八一東路、魏武大道、建安大道、學院路4條交通主干道，觀測不同綠化帶間隔寬度、不同綠化帶高度下綠化帶兩側及間隔中心處的風速，計算風速變化率，研究許昌市道路綠化帶微峽谷效應。4條道路兩側綠化帶中主要植物類型有石楠（Photinia serruluta）、小葉黃楊（Buxus microphylla）、大葉黃楊（Buxus megistophylla）、海桐（Pittosporum tobira）和龍柏（Sabina chinensis）。

選擇晴朗、無風的天氣，在風速小于2 m/s的天氣條件下進行風速的觀測。風向采用三杯輕便風向風速表，風速采用美國產手持氣象站Kestrel 3500。

風向風速觀測方法：通過對晝間車流量情況的調查，選取車流量在晝間基本穩定的時間段進行試驗，一日分5個時段，即7：00～8：00、9：00～10：00、11：00～12：00、13：00～14：00和15：00～16：00。每20 min觀測1次，每次為2 min平均風速。每次試驗觀測4次，取4次平均值。

不同綠化帶間隔寬度下風速變化百分率計算公式：

Pv=（VA-Vc）/（VA-VB）×100%

式中，Pv是不同間隔綠化帶風速變化百分率，VA是綠化帶間隔中心風速，VB是機動車道靠近綠化帶一側的風速，Vc是人行道靠近綠化帶一側的風速。

4 結果與分析

4.1 綠化帶間隔寬度對微峽谷效應的影響

以綠化帶間隔寬度為橫坐標，以風速變化百分率為縱坐標，繪制不同綠化帶間隔寬度下的風速變化率曲線（圖1）。由圖1可以看出，當綠化帶間隔寬度為0.5 m時，風速變化率僅為67 %；隨著綠化帶間隔寬度的增加，風速變化率逐漸增加，當綠化帶間隔寬度為1.8 m時，風速變化率增加到最大值233%；此后，隨著綠化帶間隔寬度的增加，風速變化率呈下降趨勢，當綠化帶間隔寬度增加到4.8 m時，風速變化率僅為75%。

4.2 綠化帶高度對微峽谷效應的影響

以綠化帶高度為橫坐標，以風速變化率為縱坐標，繪制不同綠化帶高度下的風速變化率曲線（圖2）。由圖2可以看出，在綠化帶高度較小的情況下，風速變化率較小，當綠化帶高度分別為0.4 m和0.5 m時，相應的風速變化率分別為67%和75%；隨著綠化帶高度的增加，風速變化率有所增加，當綠化帶高度增加到0.6 m和0.75 m時，風速變化率分別增加到133%和150%；此后，隨著綠化帶高度進一步增加，風速變化率呈下降趨勢，當綠化帶高度分別為0.85 m和0.95 m時，相應的風速變化率分別為67%和50%。

4.3 道路走向對綠化帶微峽谷效應的影響

為了研究道路走向對綠化帶微峽谷效應的影響，計算并繪制了東西走向和南北走向兩種情況下平均風速變化率曲線（圖3）。由圖3可以看出，東西走向道路的風速變化率明顯小于南北走向，東西走向的風速變化率平均值為58%，而南北走向的風速變化率高達106%，是東西走向的風速變化率的1.8倍。

5 結論與討論

上述研究表明，間隔寬度會影響道路綠化帶微峽谷效應，當間隔寬度在0.7～4.7 m之間時，均表現出不同程度的微峽谷效應，尤其是當綠化帶寬度增加到1.8 m左右時，綠化帶微峽谷效應表現的最為顯著。因此，為了減少城市交通主干道大氣污染物對非機動車道行人的危害，綠化帶間隔寬度建議設置為0.7 m以下或大于4.7 m，即使由于各種原因無法滿足，至少應該避開綠化帶微峽谷效應作用強盛的1.5～2.5 m區域。

綠化帶高度對微峽谷效應也有一定的影響，當綠化帶高度介于0.55～0.80 m之間時，開始出現微峽谷效應，尤其是當綠化帶高度增加到0.75 m左右時，微峽谷效應最強盛。因此，為了減少城市交通主干道大氣污染物對非機動車道行人的危害，綠化帶高度建議設置為0.5 m以下或大于0.8 m，即使無法滿足，至少應該避開綠化帶微峽谷效應作用強盛的0.60～0.77 m區域。

城市局地氣候與城市主導風向密切相關，許昌市的氣候屬溫帶季風氣候，冬季多西北風，夏季多東南風。實際觀測中發現，盡管許昌市東西走向道路綠化帶的平均風速高于南北走向，但是南北走向的風速變化率卻高于東西走向，也就是說，較小的風速天氣有利于微峽谷效應的形成。因此，為了盡量減少城市汽車尾氣對非機動車道行人的危害，在進行城市道路綠化規劃設計時，綠化重點應當適當向南北走向的交通道路傾斜。

參考文獻：

[1]Kaur S，Nieuwenhuijsen M J，Colvile R N.Pedestrian exposure to air pollution along major road in Central London，UK[J].Atmospheric Environment，2005，39（38）：7307～7320.

[2]胡 偉，鐘 秦.壁面加熱作用對接到峽谷內污染物擴散的影響[J].中國環境科學，2009，29（9）：908～913.

[3]王愛霞，張 敏，黃利斌，等.南京市14種綠化樹種對空氣中重金屬的累積能力[J].植物研究，2009，29（3）：368～374.

[4]殷 杉，蔡靜萍，陳麗萍，等.交通綠化帶植物配置對空氣顆粒物的凈化效益[J].生態學報，2007，27（11）：4590～4595.

[5]李 萍，王 松，王亞英，等.城市道路綠化帶“微峽谷效應”及其對非機動車道污染物濃度的影響[J].生態學報，2011，31（10）：2888～2896.

[6]徐偉嘉，幸 鴻，余 志.道路綠化帶對接到峽谷內污染物擴散的影響研究[J].環境科學，2012，33（2）：532～538.