城市復(fù)雜建筑布局對(duì)街區(qū)交通污染物擴(kuò)散的影響研究

李 順 李曉莉 吳思潔 高 航 戰(zhàn)乃巖

(1.吉林吉林建筑大學(xué)應(yīng)急科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春130118；2.吉林建筑大學(xué)市政環(huán)境與工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春130118）

0 引言

隨著改革開(kāi)放的到來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，人們生活水平的不斷提高對(duì)交通的要求也在不斷提升。隨著汽車(chē)的數(shù)量的逐年增加，機(jī)動(dòng)車(chē)產(chǎn)生的尾氣成為城市空氣污染的罪魁禍?zhǔn)字?，?yán)重影響了人們的身體健康，因此，解決城市機(jī)動(dòng)車(chē)的污染問(wèn)題是我們的頭等大事。

郭瓊瓊[1]采用RNG k-ε湍流模型、Mixture模型和離散相模型，將汽車(chē)尾氣排放的細(xì)顆粒物作為污染源，研究表明：風(fēng)向在污染物擴(kuò)散規(guī)律中起著主要作用。葛曉燕[2]對(duì)不同街道形態(tài)進(jìn)行模擬，其污染源為NO2氣體，且對(duì)不同建筑布局的街谷中的污染物擴(kuò)散情況進(jìn)行了討論。Yassin M F[3]等對(duì)城市街道峽谷中的街道交叉口處的車(chē)輛流量和尾氣污染物的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。研究表明，在街道峽谷下部中心附近，來(lái)流風(fēng)速度非常小，T形和傾斜交叉口的污染物濃度小于規(guī)則街道交叉口上風(fēng)側(cè)的污染物濃度。Chan T.L.[4]等研究發(fā)現(xiàn)：街道的寬度與臨街建筑的高度對(duì)街道峽谷中污染物濃度有著非常大的影響。

綜上所述，對(duì)復(fù)雜城市建筑布局的研究并不廣泛，有必要對(duì)其進(jìn)行深入研究。

1 研究方法

1.1 物理模型

圖1為復(fù)雜城市建筑布局的二維模型示意圖，街區(qū)大小尺寸為860 m×480 m，X軸的正方向?yàn)楸?，Y軸的正方向?yàn)槲鳌Ｔ搹?fù)雜城市建筑布局的街區(qū)共有四條街道（定義為：街道A、街道B、街道C、街道D），街道A（主干道）路的寬度為45 m，街道B、街道C、街道D路（支路）的寬度均為40 m。將汽車(chē)尾氣視為污染線(xiàn)源，其寬度、高度分別為20 m×0.4 m，來(lái)流風(fēng)沿X軸正方向向外流出。

圖1 二維街區(qū)模型示意圖

1.2 邊界條件

采用ICEM CFD軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，利用四面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對(duì)街道和建筑群表面等局部網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)劃分，從而提高計(jì)算精度。在FLUENT計(jì)算中，檢驗(yàn)了網(wǎng)格獨(dú)立性，經(jīng)過(guò)數(shù)次模擬與調(diào)試，最終網(wǎng)格總數(shù)為990萬(wàn)個(gè)，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)約為160萬(wàn)個(gè)。將該街區(qū)的交通污染源定為CO，其強(qiáng)度定為0.0 003 kg/（m3·s）。

2 結(jié)果與討論

圖2為距街區(qū)距離地面1.5 m高度處的污染物濃度分布圖，由圖2可得出：距地面1.5 m高度處污染物聚集較多，濃度較高，每條街區(qū)內(nèi)的污染物濃度呈連續(xù)線(xiàn)狀分布，污染面積大。街道A鄰近建筑的下風(fēng)側(cè)污染物濃度相對(duì)較高，上風(fēng)側(cè)的污染物濃度相對(duì)較低，在該街區(qū)中有5個(gè)高濃度聚集區(qū)域（見(jiàn)圖2①～⑤處）；街道C、D在臨近街道峽谷的入口附近形成兩個(gè)小規(guī)模的高濃度聚集區(qū)域（見(jiàn)圖2⑥～⑦處），其中，街道C的十字路口中的污染物會(huì)沿著氣流擴(kuò)散到下游路段，最終流出街區(qū)；在街道C的下游區(qū)域的污染物濃度擴(kuò)散與在街道B中的污染物濃度擴(kuò)散相似，其將對(duì)遠(yuǎn)離建筑群的大氣環(huán)境產(chǎn)生一定的影響；街道D中的污染物的擴(kuò)散因受到交叉口處建筑物的阻隔，向下游擴(kuò)散有一定難度，因此聚集了大量的污染物，在街道A的上風(fēng)側(cè)積聚，對(duì)街道A的污染物擴(kuò)散影響巨大，且加重了街道A的污染。

圖2 距地面1.5 m處污染物濃度分布圖

另外，與來(lái)流風(fēng)方向平行的街道B、C、D雖向下游擴(kuò)散，但其同樣會(huì)導(dǎo)致污染物向下游遷移和積累，從而使下游街道污染物擴(kuò)散受到阻礙，對(duì)過(guò)往行人的健康有一定影響。總體而言，在距地面1.6m高度處的開(kāi)敞空間較少、建筑群較密、可以充分接觸到污染源，從而使來(lái)流風(fēng)無(wú)法充分稀釋掉污染物，造成污染物積聚嚴(yán)重。

3 結(jié)語(yǔ)

采用CFD數(shù)值模擬軟件，建立了三維城市復(fù)雜建筑模型，對(duì)城市建筑布局在距地面1.5 m時(shí)，交通污染物擴(kuò)在該街區(qū)的擴(kuò)散情況進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)：距地面1.5 m高度處是污染物高濃度積聚區(qū)域，且每個(gè)街區(qū)內(nèi)的污染物濃度呈連續(xù)線(xiàn)狀分布，對(duì)行人的健康構(gòu)成了威脅。