基于大氣污染物擴散分析的生態(tài)園林綠化布局設(shè)計研究

摘要：針對大氣環(huán)境中污染源難判定、生態(tài)環(huán)境較差的問題，提出基于大氣污染擴散分析的生態(tài)園林綠化布局設(shè)計。結(jié)合GIS技術(shù)獲取目標(biāo)區(qū)域的數(shù)字高程數(shù)據(jù)，構(gòu)建大氣污染擴散模型，計算大氣污染物擴散面積、濃度與地面和高空間高程差、排放率、地面溫度、高空溫度的變化關(guān)系，將關(guān)系值轉(zhuǎn)換為閾值，作為綠化布局的參照條件。設(shè)定考慮大氣污染擴散的布局初始序列，以污染物擴散時間為自變量，求解序列更新下污染擴散指標(biāo)與綠化布局指標(biāo)間的對應(yīng)關(guān)系，調(diào)節(jié)相對誤差完成布局。實驗結(jié)果表明，對生態(tài)園林實現(xiàn)綠化布局后，大氣污染情況得到了明顯的改善。

關(guān)鍵詞：大氣污染物擴散；生態(tài)園林綠化布局；GIS技術(shù)；擴散指標(biāo)；相對誤差

中圖分類號：X171 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

大氣污染不同于土壤污染存在極強的擴散性，污染物質(zhì)或細(xì)小顆粒在空氣中漂浮，隨著風(fēng)向的變動還會擴散到不同區(qū)域，導(dǎo)致污染面積不斷擴大、污染程度不斷上升。而綠色植被具有凈化特質(zhì)，可通過莖葉表面分泌的樹脂、粘液來凈化空氣中的污染物，將其利用在城建規(guī)劃中，不僅可以提高城市的美觀性、還能提升生態(tài)性，降低環(huán)境污染。因此，提出基于大氣污染物擴散分析的生態(tài)園林綠化布局設(shè)計，通過園林布局優(yōu)化來進(jìn)一步提升污染物凈化效果。

文獻(xiàn)[1]提出基于環(huán)境保護(hù)理念的景觀園林布局設(shè)計。通過深度剖析現(xiàn)代空間藝術(shù)布局的特點，并采集環(huán)境大氣污染數(shù)據(jù)求得污染物的分布規(guī)律，將與園林空間藝術(shù)布局原則相融合，得到一個考慮大氣污染的新園林空間布局。可該布局設(shè)計方法忽略了城市不同區(qū)域大氣污染含量和擴散情況不同的問題，針對多個地區(qū)均采用一種布局特征分析，導(dǎo)致布局設(shè)置的誤差較大不能很好地實現(xiàn)污染物去除；文獻(xiàn)[2]將園林布局設(shè)計與草地分布相結(jié)合，盡可能增加園林綠化中草地的占比，由于草地中含有多種無機物對大氣污染也有一定的幫助。但目前多數(shù)城市的草地覆蓋面積在逐年減少，對園林布局來說是一大難點。

綜上，文章提出基于大氣污染物擴散分析的生態(tài)園林綠化布局設(shè)計。

1生態(tài)園林綠化布局設(shè)計條件

在進(jìn)行基于大氣污染物擴散分析的生態(tài)園林綠化布局設(shè)計前，根據(jù)近年來綠化相關(guān)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，給出布局設(shè)計需要滿足的條件。

（1）增加種植種類。不同的植被類型可達(dá)到的凈化程度都不同，若只采用單一的植被種類會嚴(yán)重削弱凈化效果，需要根據(jù)每個區(qū)域不同的地形和土質(zhì)來選擇合適的植被種類。

（2）道路周邊綠化。考慮到目前車尾氣排放已經(jīng)成為大氣污染的重點來源，針對車流量的道路周邊植被覆蓋率需要高于其他區(qū)域。

（3）將園林規(guī)劃與城市發(fā)展新理念相結(jié)合。在保證最大化的大氣污染治理效果的同時，還要確保園林規(guī)劃的美觀性和合理性。

（4）植被覆蓋范圍。根據(jù)中國目前大氣環(huán)境的質(zhì)量情況，普遍性的污染物質(zhì)有：酸雨、二氧化碳、粉塵以及燃煤排放等，這些物質(zhì)一般都具有附著性質(zhì)，需要含氧量較高的植被進(jìn)行凈化，并且凈化時效較長需要選擇一些壽命較長的植被。

（5）植被的種植區(qū)域。針對植被的種植區(qū)域不僅要考慮對周圍大氣污染的治理能力，還要考慮土質(zhì)對植物生長和發(fā)育的促進(jìn)能力，保證植物在污染環(huán)境中也能夠健康穩(wěn)定地生長。避免因大氣污染導(dǎo)致植被出現(xiàn)的生理性變化如枯萎、死亡。

2大氣污染擴散分析模型

根據(jù)目前地形特質(zhì)對大氣污染擴散性進(jìn)行詳細(xì)分析，計算與大氣污染擴散存在定向關(guān)聯(lián)的因素，將其與園林規(guī)劃設(shè)計相結(jié)合大大提升布局應(yīng)用的有效性。

大氣污染擴散的分析模型在實際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)將研究區(qū)域與污染物視為同一水平面上，這樣才能盡可能的模擬出污染物濃度分布情況，保證分析精準(zhǔn)度。但由于地勢形態(tài)存在差異，如山地、丘陵以及起伏較大的區(qū)域，如將這種地貌視為同一平面上，會導(dǎo)致模擬結(jié)果失準(zhǔn)，存在一定誤差。在該情況下需要將大氣污染數(shù)據(jù)與GIS（Geographic Information System地理信息系統(tǒng)）模型相結(jié)合，通過GIS中的空間分析功能來還原目標(biāo)區(qū)域的數(shù)字高程數(shù)據(jù)，并以三維形式進(jìn)行展現(xiàn)，真實性和精準(zhǔn)性較高。給出原始擴散數(shù)學(xué)模型為式（1）：

4性能測試

4.1測試環(huán)境

為驗證文中提出基于大氣污染物擴散分析的生態(tài)園林綠化布局設(shè)計應(yīng)用的有效性，以某城市的一處邊緣區(qū)域為例，該區(qū)域位于城市的東部邊緣，轄區(qū)內(nèi)山地起伏、空氣中霧霾含量較高，氣候多為濕潤多霧，大氣污染較為嚴(yán)重。園林?jǐn)?shù)據(jù)采集來源由遙感影像獲取，為保證數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)性，矢量數(shù)據(jù)由人工遙感影響進(jìn)行矢量化獲得。評價系統(tǒng)運行所需數(shù)據(jù)來源于互聯(lián)網(wǎng)，以中國科學(xué)院科學(xué)數(shù)據(jù)庫為評級標(biāo)準(zhǔn)，保證精準(zhǔn)性。實驗所用植被有：玉蘭、杜鵑、桂花、樟樹、南洋杉、雪松、合歡、馬尾松以及羅漢松。詳細(xì)數(shù)據(jù)見表1。

4.2生態(tài)園林綠化布局設(shè)計結(jié)果分析

為進(jìn)一步驗證所提園林布局設(shè)計方法對大氣污染改善的有效性，通過遙感影響采集得到城市大氣污染模擬圖如圖1（a）所示，為提高規(guī)劃前后的對比效果，規(guī)劃前后時間差為4個月。受區(qū)域內(nèi)地質(zhì)特征和建筑覆蓋率的影響，圖中不同區(qū)域的污染程度均有所差距。通過3D模擬軟件給出文章生態(tài)園林布局設(shè)計示意圖如圖1（b）所示，圖1（c）為經(jīng)過園林布局后大氣污染的模擬圖。

從圖1（a）中可以看出，未進(jìn)行生態(tài)園林綠化布局設(shè)計前，整個區(qū)域受大氣污染影響較為嚴(yán)重，空氣中霧霾濃度顯著偏高，主要是由于污染物質(zhì)與微小顆粒隨著風(fēng)向的流動，在特定區(qū)域內(nèi)逐漸累積，加劇了這些地區(qū)的污染狀況。尤為突出的是區(qū)域A、B、C，這些區(qū)域緊鄰加工廠密集帶，工廠排放的廢氣、未經(jīng)妥善處理的廢水以及危險固體廢棄物等，大量釋放至大氣環(huán)境之中，極大地增加了空氣中的有害物質(zhì)含量，導(dǎo)致空氣質(zhì)量急劇惡化，成為污染的重災(zāi)區(qū)。

由圖1（b）可知，文章的設(shè)計方案中植被的覆蓋面積較大，在區(qū)域中的占比范圍較廣。為了在最大程度上改善大氣污染，植被種類需要選擇多種再進(jìn)行合理搭配。

從圖1（c）中可以看出，經(jīng)過所提生態(tài)園林布局設(shè)計后區(qū)域內(nèi)的大氣污染得到了明顯的改善，與圖1（a）的未治理前模擬圖進(jìn)行對比，對其中污染最為嚴(yán)重的區(qū)域都實現(xiàn)了高效治理，大氣污染物含量有大幅度下降。說明，經(jīng)過文章生態(tài)園林綠化的布局設(shè)計后，使得植被能在最大程度上發(fā)揮凈化作用，按照植被覆蓋密度進(jìn)行排列，并與污染物排放量的降序順序一一對應(yīng)，做到綠植的全面覆蓋。

4.3基于污染物變化特征的園林規(guī)劃設(shè)計結(jié)果分析

大氣污染物存在一定的擴散性，在不同時間段內(nèi)某一區(qū)域的污染物含量可能存在差異，針對該特性以大氣中污染物在不同時間段內(nèi)的變化特征為指標(biāo)，進(jìn)一步測試園林布局優(yōu)化前后的污染物濃度抑制性能。測試了大氣污染物中的二氧化硫、氮氧化合物、可吸入顆粒物（PM₁₀），實驗結(jié)果見圖2。

從圖2中可以看出，鑒于不同污染物質(zhì)在大氣環(huán)境中展現(xiàn)出的迥異擴散性與揮發(fā)性特性，園林規(guī)劃治理后的成效自然呈現(xiàn)出多樣性。然而，綜合評估后，所提出的方法卻展現(xiàn)出了對多種污染物的卓越治理能力，實現(xiàn)了全面的環(huán)境改善。觀察污染物濃度隨時間推移的變化趨勢發(fā)現(xiàn)，在園林規(guī)劃初步實施的階段，污染物的濃度雖有下降，但幅度并不顯著。這一現(xiàn)象可歸因于園林植被凈化作用的漸進(jìn)性——植物通過呼吸作用及根系、葉片等組織對污染物的吸收與轉(zhuǎn)化，需要時間的積累方能顯現(xiàn)其強大凈化效能。隨著時間的推移，植被的凈化效果逐漸累積，對污染物的吸收與降解能力顯著增強，從而在中后期展現(xiàn)出更為顯著的環(huán)境改善成效。這一過程深刻體現(xiàn)了園林規(guī)劃在環(huán)境保護(hù)中的長遠(yuǎn)價值與持續(xù)影響力。

5結(jié)束語

文章提出了一種將生態(tài)園林綠化布局與大氣污染治理相結(jié)合的方法。通過利用綠色植被的天然降污、凈化能力，實現(xiàn)污染治理的生活化、自然化。在規(guī)劃過程中，需充分考慮地質(zhì)、地形等自然因素以及大氣污染擴散的特性，以提升園林布局的合理性和實用性。文章建立的大氣污染擴散模擬模型，有助于分析污染釋放率與各種環(huán)境參數(shù)之間的關(guān)系，為生態(tài)園林綠化布局提供重要參考。此外，通過引入時間參數(shù)和相對誤差模型，迭代尋找最優(yōu)布局方案，實現(xiàn)高效的大氣污染治理。經(jīng)過合理布局，城市環(huán)境的大氣污染狀況將得到顯著改善，同時提升城市的美觀度。此方法為城市的生態(tài)化建設(shè)提供了有力支持，為今后的規(guī)劃實踐提供了重要指導(dǎo)。