氣象要素對荊門市防疫設(shè)施儲備中心選址布局的分析探索

王 培，張玉翠，賀 嘉

(1.湖北省荊門市氣象局，湖北 荊門 448000；2.湖北省襄陽市氣象局，湖北 荊門 441100)

防疫設(shè)施儲備中心，是以防疫物資的儲備、運(yùn)輸為主，兼具醫(yī)護(hù)、治療、隔離等功能的防疫中心，與方艙醫(yī)院類似。2020年2月和2021年7月，荊門市前后經(jīng)歷了兩場“抗疫”。回望整個抗疫過程，大災(zāi)大難對城市應(yīng)急管理系統(tǒng)和防災(zāi)救災(zāi)體系的沖擊巨大，急需增強(qiáng)城市韌性。黨的十九大報告首次提出要增強(qiáng)城市韌性的要求。武漢在新冠疫情爆發(fā)的關(guān)鍵時刻，建立了“火神山”“雷神山”等防疫中心。而中小城市不具有建立類似重大設(shè)施場所的經(jīng)驗(yàn)。面對新冠疫情的全球肆虐和病毒變異的巨大壓力，中小城市迫切需要建立防疫設(shè)施儲備中心，以應(yīng)對隨時可能出現(xiàn)的輸入型病例帶來的城市安防災(zāi)難。

防疫設(shè)施儲備中心作為“疫情時代”的產(chǎn)物對選址有較高要求，但目前國內(nèi)研究缺少其選址的系統(tǒng)性和全面性。陶澤瓊等[1]利用改進(jìn)目標(biāo)規(guī)劃方法的應(yīng)急系統(tǒng)優(yōu)化選址模型；方磊等[2-3]綜合AHP和目標(biāo)規(guī)劃方法，建立了人口密集程度、方艙醫(yī)院容量、地勢高低、最大通行距離等作為方艙醫(yī)院的選址評價指標(biāo)，但這些研究缺乏針對氣象要素的影響分析。徐集云等[4]模擬典型天氣條件的風(fēng)場和氣溫的空間分布特征，給出化工園區(qū)選取位置的評估意見，但對防疫設(shè)施儲備中心選址的實(shí)際借鑒意義有限。

防疫設(shè)施儲備中心選址、功能區(qū)布局，甚至建筑設(shè)計(jì)、建筑形式均與氣象要素息息相關(guān)，但在選址決策中往往忽略了這一要素。現(xiàn)以荊門市防疫設(shè)施儲備中心為例，分析探索氣象要素對其選址布局的影響。

1 資料與方法

對2011—2020年荊門市國家地面氣象觀測站風(fēng)向、風(fēng)速、降水、日照觀測資料數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。荊門市國家地面氣象觀測站位于湖北省荊門市十里牌林場王坡分場，112°12′44′E、30°59′34′N，測站海拔高度191.9 m。依據(jù)荊門市所處地理位置，結(jié)合湖北省氣候特點(diǎn)分析荊門市的氣象特征，以期為荊門市科學(xué)合理的防疫設(shè)施儲備中心選址布局。

2 從格局定方位—風(fēng)向影響分析

防疫設(shè)施儲備中心，兼具人員密集度高和物資流通性強(qiáng)等特征，切斷或降低病毒可能存在的傳染途徑，是首要解決的問題。因此，其宏觀層面的選址應(yīng)優(yōu)先考慮城市靜風(fēng)風(fēng)向區(qū)域，避免對下風(fēng)向的城鎮(zhèn)以及周邊區(qū)域帶來不利影響。

荊門城區(qū)位于荊門市域西部，荊門山山腳下，屬秦嶺南支的荊山余脈；受西寶山和東寶山“兩山相擁”影響，呈“南北開敞、中部狹長”態(tài)勢[5]。荊門市2011—2020年平均風(fēng)向頻率玫瑰圖如圖1所示，可知該市以北東北風(fēng)向?yàn)橹鳎既觑L(fēng)向頻率的18.5%；其次是北風(fēng)，占全年風(fēng)向頻率的16.7%；較為不常見的風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)和東南偏東風(fēng)；其余風(fēng)向分布相對比較均勻。

圖1 2011—2020年荊門市年平均風(fēng)向頻率玫瑰圖(%)

受地形地勢影響，荊門市常年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)，靜風(fēng)向?yàn)闁|西向。依托風(fēng)向，城區(qū)整體格局呈南北向綿延、東西向布局態(tài)勢，中心城區(qū)總體格局如圖2所示。可知，其中西側(cè)為荊門市飲用水水源地漳河水庫，最終呈現(xiàn)“西城東園”格局。荊門市的靜風(fēng)向主要為東風(fēng)與西風(fēng)，即城市東西兩側(cè)。結(jié)合“西城東園”的總體格局，為減少對居住區(qū)的影響，防疫設(shè)施儲備中心應(yīng)首先在城市東部選址。

圖2 荊門市中心城區(qū)總體格局圖(西城東園)

3 從方位定區(qū)位—風(fēng)速影響分析

防疫設(shè)施儲備中心中觀層面的選址，以切斷病毒傳染途徑和降低周邊影響為主要考慮因素，因此優(yōu)先考慮風(fēng)速較小或周邊有一定阻隔的區(qū)域。由于2020年全國疫情和2021年荊門市疫情的發(fā)生時段主要集中在春夏季，因此風(fēng)速影響應(yīng)綜合考慮年平均風(fēng)速和月平均風(fēng)速兩方面，并適度考慮大風(fēng)日可能存在的風(fēng)險隱患。

年平均風(fēng)速方面，荊門市近10年平均風(fēng)速為3.6 m/s，湖北省常年平均風(fēng)速為1.6 m/s[6]。荊門市位于漢江中游河谷的南北向通道，冷空氣自南陽盆地進(jìn)入湖北省襄陽市、宜城市，隨后通過荊門，由于地形狹管效應(yīng)而加速，使得荊門市成為湖北省年平均風(fēng)速最大的區(qū)域。2011—2021年荊門市年平均風(fēng)速的年際變化如圖3所示，可知近10年荊門市年平均風(fēng)速較大，變幅不大。年平均風(fēng)速較大提高了防疫設(shè)施儲備中心選址難度，需要在選址區(qū)域北側(cè)加強(qiáng)“遮擋”，降低北風(fēng)影響；而年平均風(fēng)速變幅不大，有利于選址區(qū)域的確定。

圖3 2011—2020年荊門市年平均風(fēng)速的年際變化

2011—2020年荊門市月平均風(fēng)速變化曲線圖如圖4所示，可知該市月風(fēng)速波動較大，夏季風(fēng)速較小，秋冬季風(fēng)速較大。11月平均風(fēng)速最大，為3.9 m/s；6月平均風(fēng)速最小，為3.1 m/s；6—7月隨著西太平洋副熱帶高壓西伸北進(jìn)，南風(fēng)逐漸增多，風(fēng)速明顯減?。?月底到8月副高脊線進(jìn)一步北抬越過30°N，受副高控制，荊門市多3到4級偏南風(fēng)，風(fēng)力明顯增強(qiáng)。秋季北方冷空氣勢力逐漸增強(qiáng)，偏南風(fēng)轉(zhuǎn)成北風(fēng)，風(fēng)力增強(qiáng)。冬季和春季由于冷空氣頻繁南下，造成大風(fēng)現(xiàn)象頻發(fā)。

圖4 2011—2020年荊門市月平均風(fēng)速月變化

大風(fēng)日方面，瞬時風(fēng)速達(dá)到或超過17 m/s被定義為大風(fēng)。荊門市近10年平均大風(fēng)日數(shù)為27.7 d，極大風(fēng)速最大值為27.5 m/s，出現(xiàn)在2011年3月14日，其次為27 m/s，出現(xiàn)在2019年4月9日。2011—2020年荊門市大風(fēng)日逐月分布圖如圖5所示，可知大風(fēng)日多出現(xiàn)在4月，共39天；6月和7月出現(xiàn)日數(shù)最少，均為12 d。

圖5 2011—2020年荊門市大風(fēng)日數(shù)月變化圖

由以上分析可知，荊門市年平均風(fēng)速變化不大；春季、秋季和冬季的月平均風(fēng)速較大，夏季的月平均風(fēng)速較??；春季的大風(fēng)天數(shù)最多，以北風(fēng)為主。主要原因在于春季、秋季和冬季的主導(dǎo)風(fēng)為北風(fēng)，變化不大；而夏季南風(fēng)風(fēng)力增強(qiáng)，一定程度減弱了北風(fēng)影響。因此，防疫設(shè)施儲備中心的選址，春季應(yīng)以加強(qiáng)北部遮擋、關(guān)注大風(fēng)影響為主；夏季，南風(fēng)風(fēng)力增強(qiáng)雖然緩解了北部的遮擋壓力，但同時也加大了南部的遮擋需求[7]。結(jié)合荊門市實(shí)際情況，建議防疫設(shè)施儲備中心選址在北部采空區(qū)和南部靜脈產(chǎn)業(yè)園區(qū)之間，具體如圖6所示。

圖6 選址區(qū)域在荊門市中心城區(qū)區(qū)位

4 從區(qū)位定范圍—降雨影響分析

防疫設(shè)施儲備中心微觀層面的選址，應(yīng)以項(xiàng)目的實(shí)際建設(shè)需求為主，更多關(guān)注內(nèi)部建設(shè)條件，例如降雨與排水。荊門市為季風(fēng)氣候特征，冬季降水最少，夏季受夏季風(fēng)環(huán)流影響，降水最多；年降水量空間分布上由北向南、由西向東遞增。荊門市近10年平均降水量為961.7 mm，2011—2020年荊門市年降水量的年際變化如圖7所示，可知降水年際變化較大，每年季風(fēng)進(jìn)退遲早、雨帶停留時間長短不同，均會導(dǎo)致年降水量的差異。近10年荊門市降水量有增多趨勢，上升速率為46 mm/年。

圖7 2011—2020年荊門市年降水量的年際變化

2011—2020年荊門市降水量月分布如圖8所示，可知荊門市1—7月降水量逐漸增多，8—12月逐漸減少，主要集中在6月和7月。6月副熱帶高壓脊線越過20°N，6月中旬至7月上旬荊門市進(jìn)入梅雨期，是降水集中期，8月副熱帶高壓繼續(xù)北抬，降水量減少。

圖8 2011—2020年荊門市降水量月變化

荊門市近10年的年均暴雨日數(shù)為2.8 d，4月0.1 d、5月0.4 d、6月0.9 d、7月0.7 d、8月0.6 d、9月0.1 d。雨季多出現(xiàn)在5—8月，結(jié)合丘陵城市的特點(diǎn)，增大了局部內(nèi)澇的可能性。而5—8月也是人員流通量高、物資儲存量大的時期。因此，選址區(qū)域應(yīng)盡量避免地勢低洼的地點(diǎn)，選擇市政排水管網(wǎng)完善、周邊有河流流經(jīng)的區(qū)域，便于雨水快速外排；同時考慮交通運(yùn)輸因素，選擇交通性干道、周邊有便捷對外交通的區(qū)域，便于人員和物資的分流與抵達(dá)[8]。結(jié)合實(shí)際，建議選址區(qū)域位于交通干道迎賓大道北側(cè)，距東南部的高速出入口2 km，交通便利；東側(cè)有楊樹港河流經(jīng)，便于雨水外排[9]，如圖9所示。

圖9 荊門市防疫設(shè)施儲備中心項(xiàng)目范圍示意圖

5 從范圍定布局—日照影響分析

防疫設(shè)施儲備中心的布局，除了利用現(xiàn)有的建設(shè)條件之外，必須以日照分析作為基礎(chǔ)。平面布局主要驗(yàn)核日照時長和日照間距兩項(xiàng)指標(biāo)。荊門市日照時長的空間分布由西向東遞增，近10年平均日照時數(shù)為1 679 h，2011—2020年荊門市日照時數(shù)的年際變化曲線如圖10所示，可知荊門市日照有增多趨勢，上升速率為9 h/年。

圖10 2011—2020年荊門市日照時數(shù)的年際變化

2011—2020年荊門市四季日照時數(shù)如圖11所示，可知夏季日照時數(shù)最多，冬季最少。夏季日照時數(shù)為569 h，占全年的33.9%；荊門春季日照時數(shù)為444.3 h，占全年的26.5%；秋季日照時數(shù)為375.7 h，占全年的22.4%；冬季日照時數(shù)為289.9 h，占全年的17.3%。荊門近10年春季、夏季和秋季的日照時數(shù)均有增長趨勢，冬季日照時數(shù)有下降趨勢，主要原因是近10年荊門市的冬季能見度有所下降[10]。

圖11 2011—2020年荊門市四季日照時數(shù)

日照間距方面，依據(jù)《城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50180-2018)中住宅建筑日照標(biāo)準(zhǔn)，荊門市城區(qū)常住人口大于50萬人，屬于Ⅲ氣候區(qū)，日照標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按大寒日2 h計(jì)算，有效日照時間帶為8 h～16 h。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，荊門市需重點(diǎn)考慮冬季，尤其是大寒日的日照時長。大寒是24節(jié)氣中的最后一個節(jié)氣，為每年的陽歷1月20日或1月21日，荊門市近10年大寒日平均日照為3.8 h。因此防疫設(shè)施儲備中心的建筑布局，應(yīng)重點(diǎn)考慮日照需求，保證充足的日照間距和非陰影區(qū)域內(nèi)的日照時長，預(yù)留日照活動場地[11]，總平面布局意向圖如圖12所示。

圖12 荊門防疫設(shè)施儲備中心總平面布局意向圖

6 結(jié)論

荊門市防疫設(shè)施儲備中心的選址布局，建立在科學(xué)合理的氣象分析、區(qū)域分析、交通分析基礎(chǔ)上。氣象往往是最先考慮，卻又最容易被忽視的重要因素。試通過氣象要素，從方位、區(qū)位、范圍，甚至是功能布局、總平面布局等多維度分析其對防疫設(shè)施儲備中心選址和布局的影響。以期對其他中小城市在防疫設(shè)施儲備中心的選址和布局方面提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

(1)從風(fēng)向分析，荊門市常年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)，靜風(fēng)向主要為東風(fēng)與西風(fēng)，即城市東西兩側(cè)，結(jié)合荊門“西城東園”的總體格局，減少對居住區(qū)影響，防疫設(shè)施儲備中心應(yīng)首先在城市東部選址。

(2)從風(fēng)速分析，荊門市是湖北省年平均風(fēng)速最大的區(qū)域，近10年平均風(fēng)速為3.6 m/s，大風(fēng)日最多出現(xiàn)在春季，以北風(fēng)為主；夏季北風(fēng)減弱南風(fēng)增強(qiáng)。防疫設(shè)施儲備中心選址應(yīng)選在北部采空區(qū)和南部靜脈產(chǎn)業(yè)園之間，以阻隔北風(fēng)和南風(fēng)的影響。

(3)從降水分析，荊門近10年平均降水量961.7 mm，有增多趨勢，上升速率為46 mm/年，年均暴雨日數(shù)為2.8 d，6月和7月是降水集中期，結(jié)合丘陵城市的特點(diǎn)，局部內(nèi)澇可能性增大。選址區(qū)域應(yīng)選擇市政排水管網(wǎng)完善、周邊有河流流經(jīng)的區(qū)域，同時選擇交通性干道、對外交通便捷的區(qū)域。

(4)從日照分析，荊門年平均日照時數(shù)為1 679 h，日照時數(shù)有增多趨勢，但冬季日照有減少趨勢，近10年大寒日平均日照僅為3.8 h。防疫設(shè)施儲備中心的建筑布局，應(yīng)重點(diǎn)考慮日照間距，同時保證非陰影區(qū)域內(nèi)的日照時長，預(yù)留日照活動場地。

(5)綜合考慮風(fēng)向、風(fēng)速、降雨、日照因素，防疫設(shè)施儲備中心的建筑應(yīng)以平行或垂直主要交通干線的方式進(jìn)行布局，保證不受北風(fēng)影響，便于外部交通的銜接以及內(nèi)部交通的組織；同時，應(yīng)按照不同的“行列式”與“縱列式”分組團(tuán)進(jìn)行建筑布局，避免北風(fēng)過大而形成“穿堂風(fēng)”；排水方面，“行列式”與“縱列式”均能形成有效且經(jīng)濟(jì)的“魚骨狀”雨水管網(wǎng)，便于雨水收集，經(jīng)過初期處理后，主流進(jìn)入東部的楊樹港河；略寬的建筑間距、南北向的建筑布局，能夠最大程度的獲得日照，并保證室外的日照活動場地。最終，在嚴(yán)格的功能分區(qū)、綠化隔離下，形成科學(xué)合理的總平面布局。