基于風玫瑰圖的諸暨城西工業區評價

王 云,周 楠,趙學均,金詩卉,斯駱軍

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

0 引言

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

1 風玫瑰圖及應用

風玫瑰圖是風向玫瑰圖與風速玫瑰圖的通稱，是以玫瑰花的形式表示各方向上氣流狀況重復率的統計圖形,是氣象學科中用于定量分析風要素的專業統計圖表。其中風向玫瑰圖較為常用，其計算公式為：

式中gn：n方向出現的風向頻率，fn：選取時段內n方向出現風的次數，c：靜風出現的次數。

城市規劃是城市建設和管理的一個重要環節,合理、科學的城市規劃對城市的綜合效益提升具有很大的促進作用。城市規劃要考慮的要素眾多，而一個城市風的狀況是城市規劃(工業布局)中必需考慮的要素。本世紀初，江蘇泰興化工開發區接待第一家外商考察，外商提出的首個問題是看當地的風玫瑰圖，風玫瑰圖在工業布局中的重要性可見一斑。A.Schaus(1914年)提出了將工業區布置在常年主導風向的下風向，居住區在其上風向的原則被世界各地廣泛采用。上世紀80年代初，程華昭等提出了把污染工業布置在最小頻率風向的上風向，解決了兩個主導風向情形下無法確定工業區布局的問題，被現行的規范標準所采納。王新生于上世紀90年代列出了各種盛行風向下的工業區布置模式，被收錄于風向玫瑰圖“百度百科”。目前，風玫瑰圖已應用到城市規劃、建筑平面設計、消防、電力電網、海洋工程等多個領域。

2 諸暨城市總體規劃工業區的布局

2.1 諸暨市及城區地形特點

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，似一條由南偏西向北偏東延伸的走廊。諸暨城區位于諸暨市中部，人口48萬，面積526 km2。當地習慣將原浙贛線(城區段已于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 諸暨風玫瑰圖特征

圖1為諸暨氣象觀測站1988—2017年常規風向玫瑰圖，其具有以下特征：

圖1 諸暨1988—2017年常規風向玫瑰圖Fig.1 Routine Wind Direction Rose Map of Zhuji from 1988 to 2017

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

②諸暨氣象觀測站風記錄時間分布表明,自10月—次年3月主要以盛行北向風為主,4—9月則以盛行南向風為主。全年NNE風頻率最高，N風次之，考慮到N風緊鄰NNE風，同屬北向風，同出現在冬半年，將NNE風設為主導風向(代表北向風)；南向風為另一個風向頻率較高區域,出現在夏半年，以SSW風頻率最高，SSW風為主導風向(代表南向風)。這樣，諸暨風玫瑰圖上得出兩個方向相反的主導風向，分別為NNE風與SSW風，且NNE風較SSW風更為明顯。

2.3 以風玫瑰圖布局諸暨工業區

根據諸暨風玫瑰圖，NNE風與SSW風為兩個方向相反的主導風向，顯然NNE風的下風向城南與SSW風的下風向城北均不宜建工業區，也就是說，以主導風向下風向來布局工業區對諸暨來說是不適用的。采用以最小頻率風向作為依據來布局工業區則能彌補上述缺陷。諸暨風玫瑰圖上最小頻率風向分布于WSW～NW風的夾角區域，理論上工業區設在這一區域最為合適(即最小頻率風向的上風向)。此外，E～SE風的頻率也較小，但考慮到當時城東已形成大片居住區、商貿區以及眾多行政機構的事實，故排除城東的工業布局。

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

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

2.4 工業區布局在城西的其他有利因素

①地理優勢。從諸暨城區地形看，原浙贛線與浦陽江流域將諸暨城區分成城東、城中及城西3個區域，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，城西建工業區具有地理上的必然性；②成本優勢。上世紀80年代，城西多以農田、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，城西從開發成本角度講是較為低廉的；③基礎優勢。上世紀80年代中后期，就有包括浙江華海、黑貓神、鏈條設備、菲達環保、潔麗雅、凱達機械等具有一定規模的工業企業落戶城西，且數量漸年增加，城西具有建工業區的基礎優勢；④物流優勢。鐵路諸暨貨運站離城西較近，也為城西工業企業提供便捷的物流交通條件。

3 城西工業區現狀的評價

諸暨系全國百強縣(市)，城西工業區作為省級重點開發區，已注冊各類工業企業800余家，現已發展成以服裝、機械、塑膠、電子、包裝、醫藥、食品、化工等門類齊全、特色鮮明的產業群體。特別是工業區重點項目建設，為推動地方經濟發展起到重要引擎作用，但城西工業區的用地現狀及環境問題也是需要引起重視的。

3.1 城西工業區的“通風走廊”效應

山地對區域風環境具有較大的影響。從城西工業區地理位置看(圖3)，東面為陶朱山脈，西面為市郊,主要以山地為主，有當地小有名氣的雙鴨山脈，南、北兩面地勢相對平坦，向外延伸是市郊農田。從風的分布看，城西工業區近似一條SSW～NNE向的“通風走廊”，這與風玫瑰圖上兩個主導風向的分布也是吻合的?！巴L走廊”有利于大氣污染物的稀釋與擴散。

圖3 諸暨城西工業區規劃現狀示意簡圖Fig.3 A sketch map of the planning status of Zhuji West Industrial Zone

3.2 諸暨污染風與污染系數

3.2.1 污染風 規劃設計部門通常將污染風的標準劃定為風速3級及以下的風(包括靜風)，3級以上劃定為非污染風。從諸暨氣象觀測站近30 a日平均風速分布看(表1)，全年各風向上的日平均風速均不大，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,諸暨常年吹污染風的比例是相當高的。

表1 諸暨1988—2017年日平均風速各級別出現的日數及占總日數百分率Tab.1 Days of Daily Average Wind Speed at Various Levels in Zhuji from 1988 to 2017

3.2.2 污染系數 污染系數考慮了風向和風速的綜合效應，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，F為風向頻率(%)，U為平均風速(m/s)。通過對諸暨1988—2017年各風向P值的計算，得知最大為NNE風(P值5.90)，其次為N風(P值5.22)，WNW風最小(P值0.17)，次小值為W風(P值0.31)。不難發現，污染系數與各方位的風向頻率分布基本一致，這是由于諸暨常年各風向上的平均風速差異并不顯著所致。

3.3 風與城西工業區主要大氣污染物濃度的關系

3.3.1 風速 大氣污染物的擴散稀釋速度可以用風速來衡量,通常情況下風速愈大污染物的稀釋能力愈強，風速減小污染物擴散能力降低，易造成污染物積累。在《環境空氣質量標準》(GB3095-2012)納入常規監測的6種基本污染物中，PM10、SO2及NO2為3種主要大氣(工業廢氣)污染物。表2為城西工業區2017年7月—2018年6月不同風速條件下PM10、SO2及NO23種主要污染物質量濃度(工業區監測點資料)。可以看出，PM10濃度在風速5 m/s以下時與風速呈負相關，但當風速達到5 m/s及以上時，其濃度反而有一定增加，原因可能是隨著風速增大到一定程度，工業區地面有沙塵吹起，導致PM10濃度有所增加；SO2、NO2濃度與風速呈顯著負相關,均隨風速的增大而減小。

3.3.2 風向 通過對城西工業區2017年7月—2018年6月不同風向對應的PM10、SO2及NO23種大氣污染物濃度平均值統計，發現PM10濃度在風向NNW時偏高明顯，為91.6 ug/m3，其余風向時差異不大，原因可能在NNW風上風向有工業污染源或與外來污染物輸入并積累有關[10],SO2、NO2濃度在不同風向上的整體差異并不顯著。

表2 城西工業區不同風速條件下3種主要大氣污染物質量濃度Tab.2 Mass Concentration of Three Major Air Pollutants under Different Wind Speed in Chengxi Industrial Zone

3.4 城西工業區“惡臭污染物”探析

3.4.1 “惡臭污染物”投訴與風速關系 “惡臭污染物”具有以人的嗅覺感知為判斷標準的特殊性，其不同于其他污染物的許多特性[11]。“惡臭污染物”屬于感覺公害，因此對其的監測、評價和治理都比較困難[12]。由于風速不同“惡臭污染物”發生的次數也不相同，因此判斷其與風速之間的關系是很有必要的。表3給出了2017年7月—2018年6月城西工業區“惡臭污染物”投訴次數(比例)與風速的關系，發現“惡臭污染物”投訴發生最多的是日平均風速0.3～1.5 m/s(1級風)時,占60.8%，當風速超過5.4 m/s(3級風)時，無投訴發生。

表3 城西工業區“惡臭污染物”投訴次數(比例)與風速關系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“達標擾民”現象 在《諸暨在線》網站“百姓論壇”上，時不時見到有城西工業區居住網友抱怨嗅到“臭味、刺鼻味”等難聞氣味的帖子。環保部門曾于2018年9月20日對此給出回復(http://bbs.zhuji.net/forum.php?mod=viewthread&tid=viewthread&tid=314592)，認為目前對“惡臭污染物”的監測既無法使用專業設備，也無法24 h在線監測，其測定標準還是原國家環保局1993年頒布的GB/T14675-93“三點比較式臭袋法”，即由專業技術人員通過人工采樣和人工嗅測來確認是否超標。環保部門表示，城西工業區發生的“惡臭污染物”存在“達標擾民”現象。

3.5 城西工業區居民受工業廢氣污染物影響不可避免

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

3.6 諸暨人民醫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院易地搬遷至城西(圖3)。城西的定位是工業區，當然在工業區內建若干小型衛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院選在城西工業區，其合理性是值得商榷的。

4 小結

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

②根據風玫瑰圖及綜合各方面因素,諸暨城市總體規劃將工業區布局在城西是科學的，也是合理的。

③城西工業區PM10濃度在風速<5 m/s時與風速成負相關，當風速≥5 m/s時其濃度有一定增加，SO2、NO2濃度與風速呈負相關；3種污染物濃度除PM10在NNW風向時有較明顯偏高外，在不同風向上的整體差異并不顯著。

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

⑤城西工業區的環境現狀不容樂觀，工業區居民受工業廢氣污染物影響不可避免，工業區內建人口較為集中的民生工程需慎之又慎。

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