城市景觀綠化設計布局對揚塵污染的弱化影響研究

張慧慧　尚曉倩

摘要：針對通過綠化設計布局來緩解城市揚塵污染，降低空氣顆粒物增加影響了人體健康這一內容，為了更好的設置出最合適的城市景觀綠化布局，分析城市景觀綠化設計布局對揚塵污染的弱化影響。計算不同類型尺度的綠化指標，確定景觀優勢元素和綠化類型的多樣性標準。依據空氣污染歷史數據，獲得揚塵污染質量濃度水平。經過實例分析可知，根據多樣性標準設計的城市景觀綠化布局能夠弱化揚塵污染，且弱化效果隨時間推移不斷增強，城市污染預警次數下降，還能改變風速與揚塵間的正相關關系，降低二次揚塵污染，稀釋了30%以上的污染濃度。

關鍵詞：城市景觀綠化；綠化設計布局；揚塵污染；污染弱化；斑塊離散度

中圖分類號：X513 文獻標志碼：B

前言

大氣污染物的形態是多種多樣的，既有常見的懸浮顆粒物、揚塵等固體污染物，也有氣態的化學物質，甚至是某些微生物，這些污染物具有極強的彌散性，而且以極快的速度蔓延，會對人體的呼吸系統造成損害，一旦進入體內，將難以消除。為此必須采取必要的手段對空氣中降塵污染進行有效控制，而城市綠化是改善大氣環境質量，減少揚塵等污染的重要手段，為此相關科研人員進行深入研究。

劉暢等以PM2.5為研究對象，采用野外觀測和調查分析，研究不同植被對PM2.5濃度的弱化效應、PM2.5濃度隨時間的變化規律以及PM2.5濃度與氣溫、空氣相對濕度等因素的相關性。圣倩倩等利用空氣質量檢測器、氮氧化物分析儀對城市污染物現場監測，并對環境因素與污染物間的相關關系分析。為了進一步分析景觀綠化設計對揚塵污染的弱化影響，所提方法首先計算景觀綠化設計布局各項指標，明確斑塊類型和聚集度，設置最符合城市的景觀綠化設計布局；再計算城市揚塵污染指數，分析合理布局對污染的弱化效果；最后經過實驗分析得出對應結論：景觀布局能夠弱化揚塵污染，且隨著時間推移，弱化強度增加，并且還能改變風速與揚塵間正向關系，避免二次揚塵污染的發生。

1 城市景觀綠化設計指標計算

城市景觀綠化設計的主體是景觀植物，考慮到植被設計過程中考慮因素較多，如植物種類、配置方式、植被生長情況、季節等，不同植物因子存在很大的差異，不利于景觀設計和后續實驗分析。因此根據綠化指標設計城市景觀構成和空間分布，能夠降低冗余因素對研究的影響，也使研究結果具有更好的普適性。

選擇能夠反映不同類型景觀綠化尺度上的斑塊面積百分比指數、蔓延度指數、聚合性指數、散布與并列指數、周長面積分維度指數、香農多樣性指數等指標，設計城市景觀綠化設計布局。具體的指數表示形式為：

（1）PLA指數是景觀的各個斑塊類型所占總面積的比重，能夠獲得景觀中優勢元素的分布表達式為式（1）：

式（1）中，aχγ表示斑塊χγ的面積；A表示全部景觀綠化面積。

（2）CON指數是指不同斑塊景觀的聚集度，表達式為式（2）：

式（2）中，gχk表示χ類型與k類型斑塊鄰接點個數；m表示景觀綠化各種斑塊總數。

（3）AI指數反映同一類型斑塊間的聚集度，數值小，聚集度會低。

式（3）中，gχχ表示對應的景觀綠化類型的類似相鄰斑塊個數。

（4）IJI指數反映整個景觀綠化斑塊離散度，隨著數值變小，離散度也會降低。

式（4）中，eχk表示斑塊類型從χ到k的總邊界長度；E表示包含背景的總邊界長度。

（5）PAF指數反映城市地形地貌復雜性，數值一般在1-2之間，數值較大，表明城市需要綠化位置的地形地貌復雜性較高：

式（5）中，Pχγ表示斑塊周長，aχγ表示斑塊個數。

（6）通過SHDI指數：描述城市景觀綠地類型多樣性，值越大表明該區域的土地利用方式較為豐富；反之，土地利用較為單一：

2 揚塵污染指數數據處理

通過查看《空氣質量日報技術規定》，設置了空氣污染指數的限制范圍。空氣污染指數法（Aquatic Pollution Index，API）是根據大氣內彌漫的各種污染物濃度和相應的空氣污染指數的比例作為前提條件，在各個分指數中，選擇各污染物濃度最大數值作為評價的基礎。利用空氣污染指數法對揚塵污染指數進行數據處理，計算過程更加簡單，且更準確。

（1）在揚塵污染物x的濃度Cx，j＜Cx≤Cx，j+1，算出揚塵污染分指數為：

式（7）中，Ix表示污染物x的污染分指數，Cx表示污染物質x的濃度監測值，Ixj、Ixj+1表示第j、i+l轉折點的污染分項指數值，Cxj.、Cxj+1表示第j、i+1轉折點污染的濃度限值。

（2）明確揚塵污染指標：用污染分指數中最大的一個來表示該城市的大氣污染指數，揚塵是城市大氣的重度污染物。

API=max（I1，I2，…，Ix，…，In） 式（8）

式（8）中，In表示n個揚塵污染的分級指標。主要包括揚塵，二氧化硫，二氧化氮，可吸入顆粒物。其中，以最大值的空氣污染分項指數為重度污染物，若全部污染物的空氣污染分項指數都在50以下，則不需上報。

使用API指標進行環境空氣質量評估，具體步驟為：

使用環境空氣指數等級水平。環境空氣污染指數為50相對應的污染物濃度，為一級日均水平；環境空氣污染指數為100對應的污染物濃度，為二級日均水平；環境空氣污染指數為200對應的污染物濃度，為三級日均水平；在API較高的范圍內，其等級與各類污染物對人類健康有不同影響時的濃度極限相對應，而API達到500則與各類污染物對人類造成嚴重傷害時的濃度相對應。

每個月份的揚塵污染綜合評判指數表達式為式（9）：

式（9）中，AM表示揚塵污染月度綜合評價指數，M表示對應的月份時間，揚塵污染月度綜合評價指數越大，表明這個月的揚塵污染程度就越嚴重。i表示污染類型為揚塵；f（i）表示從小到大的揚塵污染月平均質量濃度增加數；g（i）表示揚塵污染月平均質量濃度水平。

利用單位時間、單位長度、單位面積污染物釋放量，計算出城市內的揚塵污染物的釋放量。按照式（10）對城市二次污染來源總量計算，表達式為式（10）：

p=SVgtCd 式（10）

式（10）中，S表示區域面積；Vg表示裸露地面沉降速率；t表示全年時間；Cd表示揚塵污染濃度數值。

假設將式（10）中的Vg的數值定為裸露地面沉降速度的中位數，Cd的數值定為揚塵污染每年濃度平均值。揚塵污染自然沉降速率表達為式（11）：

式（11）中，PiPM2.5表示監測點的揚塵含量，PjPM2.5為對照點的揚塵含量。

3 弱化影響實例分析

揚塵污染影響范圍是巨大的，對生態環境和人類均有嚴重危害，為此選取某城市作為實驗地，結合式（1）-式（6）斑塊面積百分比指數PLA、蔓延度指數CON、聚合性指數AI、散布與并列指數IJI、周長面積分維度指數PAF、香農多樣性指數等指標SHDI的計算結果，在實驗地區進行布置，布局結果如圖1所示。在布置中使用的植物有國槐、法桐、連翹、紅瑞木、木繡球、冬青，草地。

3.1 時間維度下景觀綠化布局對揚塵污染的弱化分析

為了明確城市景觀綠化布局對揚塵污染弱化效果，進行實驗。分析實施城市景觀綠化布局前后的揚塵污染變化，見圖2。

通過圖2能夠清晰觀察到，在第1日布局當天的8時-18時，沒有布局的揚塵濃度值在157μg/m3以上，綠化布局后平均揚塵濃度值在156μg/m3以上，弱化效果不明顯。隨著時間的變化，在景觀綠化設計布局的第61日，沒有局部和有布局的區域揚塵濃度值均有所下降，這是因為自然沉降原因，能夠看出應用城市景觀綠化布局的弱化效果更好。在121日時區域揚塵濃度值與前120日相比，出現大幅度降低，應用城市景觀綠化布局的最低數值達到62μg/m3。證明所設計景觀綠化布局確實有對揚塵污染的弱化效果，且隨著時間推移，弱化效果越強。

3.2 揚塵濃度弱化效果分析

風速是影響大氣中顆粒物運動狀態的重要因素之一，因此，在分析城市景觀綠化設計布局對揚塵污染的弱化時，必須考慮到風速與揚塵濃度之間的關系，并進一步探究城市景觀綠化設計布局對二次揚塵污染的弱化作用。如果風速與揚塵濃度之間呈現出正相關關系，則會出現二次揚塵污染，對大氣環境造成更大的破壞。如果風速與揚塵濃度之間呈現出負相關關系，則會使污染物隨著風速的增加而增強轉移和稀釋，這種情況下污染不會在短時間內積累。因此需要分析在風力作用下的城市景觀綠化設計布局對揚塵污染弱化效果。

如圖3、圖4所示，未經過綠化設計布局的揚塵濃度和風速是呈正相關的，出現污染物聚集現象；而經過景觀綠化布局設計后區域，可以改變風速與揚塵濃度的關系，令二者呈現負相關，污染物在風速和布局合理的雙重作用下，揚塵污染弱化效果明顯。這是因為揚塵的擴散與傳輸需要空氣的流動，景觀綠化布局可以在不同空間尺度、不同區域上對揚塵顆粒物進行吸附、攔截，以起到降低揚塵濃度的作用，也改變了二者的正相關關系，并得出了城市景觀綠化設計布局有利于揚塵擴散和吸附，約降低了30%的污染濃度的結論。

4 結束語

在城市景觀綠化布局設計中，考慮植物的抗塵性和吸污性，才能更好地對揚塵污染進行弱化。因此，提出了城市景觀綠化設計布局對揚塵污染的弱化影響研究。以城市揚塵污染指數為基礎，進行環境空氣質量評價，算出景觀綠化布局全部指標，確定斑塊的種類與聚集性，設計出符合研究區域的景觀布局。經過實驗分析，應用城市景觀綠化布局后，區域內揚塵污染出現弱化現象，弱化程度可隨著時間推移不斷增加，并且還能改變風速與揚塵濃度的關系，令二者呈現負相關，進一步稀釋揚塵污染物濃度。通過植物弱化作用，實現了城市綠化的科學合理布局，提高了區域的生態環境質量，令城市在可持續發展中獲得了更大的競爭優勢。

基金項目：省市級縱向項目（ZZJQ20011）