東部人口密集地區(qū)農(nóng)村生活垃圾回收點(diǎn)布點(diǎn)方案與選址優(yōu)化
——以南京市后圩村為例

蔣瀟，劉天樂，陳浩文，秦齊，萬永平 （合肥工業(yè)大學(xué) 建筑與藝術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230001）

1 引言

作為目前農(nóng)村面源污染的主要來源[1]，農(nóng)村生活垃圾造成的污染嚴(yán)重影響著農(nóng)村環(huán)境衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)民的生活和身心健康。研究統(tǒng)計(jì)全國農(nóng)村地區(qū)每年有約1.2 億噸的垃圾幾乎直接露天堆放,約2500 萬噸的農(nóng)村生活污水全部直接排放入河流[2]。目前，針對(duì)東部人口密集地區(qū)農(nóng)村生活垃圾的配套收容設(shè)施和相關(guān)處理環(huán)節(jié)仍處于建設(shè)過程中，而對(duì)各個(gè)村落內(nèi)回收點(diǎn)具體位置的選址布點(diǎn)還欠缺一定的科學(xué)安排。本文從對(duì)村內(nèi)垃圾回收點(diǎn)選址和布點(diǎn)方案優(yōu)化的角度出發(fā)，結(jié)合中心地理論中相關(guān)假設(shè)，嘗試通過調(diào)整回收點(diǎn)位置，達(dá)到完善農(nóng)村生活垃圾資源化處理環(huán)節(jié)的目的，為尚且處于初級(jí)發(fā)展階段的鄉(xiāng)村生活垃圾治理提出改善建議。

2 東部地區(qū)農(nóng)村垃圾收集點(diǎn)布點(diǎn)現(xiàn)狀

在我國東部人口密集地區(qū)，農(nóng)村大多呈現(xiàn)出人口密度小，生產(chǎn)場(chǎng)所分散的特點(diǎn)，各建筑設(shè)施一般較遠(yuǎn)，這就導(dǎo)致雖然各村莊具備一定產(chǎn)量的生活垃圾，但產(chǎn)生源在空間上相對(duì)分散，使得回收點(diǎn)在村內(nèi)呈現(xiàn)出散點(diǎn)布置狀態(tài)，帶來垃圾收集和集中處理上的難題[3]。

另外，村莊人口居住分散，而村莊所處地理位置一般具有較為廣闊的地域空間，具備環(huán)境上相對(duì)較大的承載和消化能力，可以容納少部分垃圾在戶外空間直接就地處理。但是村莊的基礎(chǔ)建設(shè)滯后、環(huán)境管理體系欠缺以及村民自身的環(huán)保意識(shí)缺乏等因素，間接引起在回收點(diǎn)布置規(guī)劃時(shí)村莊收集設(shè)施數(shù)量不足、收集點(diǎn)覆蓋范圍和收容能力不足以滿足村落整體需求等問題，將過多的垃圾處理壓力施加給當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境而非垃圾收容設(shè)施，造成農(nóng)村環(huán)境污染，既影響村容村貌，又降低村莊居民的生活質(zhì)量，為東部農(nóng)村地區(qū)建設(shè)帶來不可逆的惡劣影響。

2.1 基于克里斯泰勒結(jié)構(gòu)的收集點(diǎn)服務(wù)半徑計(jì)算

2.1.1克里斯泰勒中心地理論

中心地理論[4]由德國城市地理學(xué)家克里斯塔勒和德國經(jīng)濟(jì)學(xué)家廖什分別提出，最早作用于某一中心向周圍提供商品或服務(wù)的輻射范圍計(jì)算，其建立在一個(gè)比較理想的環(huán)境中，假設(shè)的條件為研究區(qū)域自然條件和資源均質(zhì)分布且大致相同的平原，人口分布均勻。設(shè)在理想地表上均勻地分布著若干六邊形中心地，中心地的范圍就成了不會(huì)產(chǎn)生空白區(qū)域的六邊形結(jié)構(gòu)，同時(shí)也一定程度上保證了可達(dá)性。

2.1.2收集點(diǎn)服務(wù)半徑計(jì)算

由對(duì)中心地理論的參考，將垃圾回收點(diǎn)設(shè)為中心，則其可覆蓋范圍為一個(gè)六邊形，若能推算出單個(gè)六邊形的面積，即可根據(jù)Sc=3√3a2/2 得出六邊形邊長(zhǎng)a。根據(jù)所得尺寸制作等比例大小，邊長(zhǎng)為a 的六邊形網(wǎng)格，將地圖按正確尺寸放入網(wǎng)格中，即可確定垃圾收集點(diǎn)位置。

依據(jù)《環(huán)境衛(wèi)生設(shè)施設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ 27-2012）[5]，生活垃圾收集點(diǎn)的垃圾容器或垃圾容器間的容量需按生活垃圾分類的種類、生活垃圾日排出量及清運(yùn)周期進(jìn)行計(jì)算?？筛鶕?jù)以下整合公式計(jì)算出單個(gè)垃圾收集點(diǎn)最大服務(wù)人口（圖1）。

圖1 垃圾收集點(diǎn)服務(wù)人口計(jì)算

安徽、浙江、江蘇等我國東部地區(qū)農(nóng)村人口數(shù)據(jù)及農(nóng)村戶數(shù)數(shù)據(jù)，計(jì)算出平均每戶人數(shù)為3.9 人。本方案計(jì)算模型中，發(fā)現(xiàn)東部人口密集地區(qū)農(nóng)村地區(qū)居民住宅及其所占用地密度差異較小，通過對(duì)長(zhǎng)沖村、劉河社區(qū)、后圩村、茶崗村和山口凌村等村落居民住宅戶數(shù)數(shù)據(jù)及其所占用地面積數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出該密度值在一定范圍區(qū)間內(nèi)，平均值約為225m2／戶。對(duì)于我國東部人口密集地區(qū)農(nóng)村，經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，居民生活垃圾人均日產(chǎn)量按照0.8kg／人每天[6]。當(dāng)采用四個(gè)垃圾桶容量為240L的帶蓋垃圾桶，且每天清掃一次（A4=1）時(shí)，可以推算出該垃圾回收點(diǎn)可覆蓋的人口數(shù)量為Rmax=810，即該垃圾回收點(diǎn)最大可覆蓋戶數(shù)為T=208 戶。據(jù)此得出一個(gè)垃圾回收點(diǎn)可覆蓋范圍面積最大值為Sc=46800m2，即六邊形邊長(zhǎng)為a=135m 為宜。且由六邊形中心到角點(diǎn)的距離為135m，符合《農(nóng)村垃圾分類設(shè)施設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)》中提出的收集點(diǎn)服務(wù)半徑不大于200m的規(guī)范。

根據(jù)所得，可以創(chuàng)造單個(gè)邊長(zhǎng)為135m 的六邊形網(wǎng)格（圖2），將村落地圖按正確比例放入網(wǎng)格后，便可得到第一輪定點(diǎn)結(jié)果。

圖2 六邊形網(wǎng)格圖示

2.2 風(fēng)環(huán)境分析對(duì)定點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整

半徑計(jì)算得出垃圾收集點(diǎn)的第一輪定點(diǎn)后，還需考慮風(fēng)向及風(fēng)速等村落風(fēng)環(huán)境對(duì)垃圾收集點(diǎn)的影響，以避免垃圾收集點(diǎn)帶來的異味等不利因素，干擾到附近居民的日常生活，將不良影響降到最低。通過PHOENICS 對(duì)村落風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬，將一輪定點(diǎn)中受風(fēng)環(huán)境影響較大的點(diǎn)進(jìn)行偏移或換位，得出基于風(fēng)環(huán)境分析改善的第二輪定點(diǎn)結(jié)果。

2.3 步行便捷性及交通條件進(jìn)行最終調(diào)整

圖3 方案流程示意圖

在廣大農(nóng)村地區(qū)，人口老齡化較為嚴(yán)重。調(diào)研結(jié)果發(fā)現(xiàn)人們?cè)敢鉃槔斗懦鲂械囊庠笗r(shí)間集中在2min～3min，考慮到農(nóng)村地區(qū)特定的人口結(jié)構(gòu)，推算出對(duì)于垃圾投放而言，步行距離150m～200m 為宜。交通條件方面，需要確保垃圾收集點(diǎn)所在地轉(zhuǎn)運(yùn)車可順利到達(dá)，且不需要經(jīng)過太多的繞路。條件允許情況下，最好設(shè)置在穿越村莊的省道、鄉(xiāng)道旁或是村落內(nèi)道路條件較好的道路旁。

根據(jù)步行半徑及交通條件的需要，將第二輪定點(diǎn)結(jié)果的不合理處或可改進(jìn)處進(jìn)行調(diào)整，得到最終的垃圾收集點(diǎn)定點(diǎn)方案。

3 以南京后圩村為例的東部人口密集地區(qū)農(nóng)村垃圾收集點(diǎn)優(yōu)化

3.1 后圩村概況

后圩村（圖4）地處南京市星甸街道西北面，坐落于老山余脈九峰山山腳下，村落地勢(shì)平緩，無明顯的高差變化。全村共有19 個(gè)自然小組，667 戶，總?cè)丝?469 人，全村區(qū)域面積800hm2。根據(jù)測(cè)算，村落集中住宅占地面積約為120000m2。其作為涉農(nóng)社區(qū)，主要產(chǎn)業(yè)為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)。

圖4 后圩村衛(wèi)星圖

3.2 根據(jù)六邊形服務(wù)半徑確定一輪布點(diǎn)

克里斯泰勒的中心地理論提供了以六邊形為結(jié)構(gòu)的服務(wù)半徑覆蓋模式（圖5），可根據(jù)每個(gè)垃圾收集點(diǎn)容量及服務(wù)半徑計(jì)算，得出單個(gè)六邊形面積為46800m2，邊長(zhǎng)為135m 的六邊形網(wǎng)格。單個(gè)六邊形的中心視為一輪布點(diǎn)中垃圾收集點(diǎn)所在的位置。

圖5 克里斯·泰勒理論結(jié)構(gòu)

將后圩村地圖按相同比例放入到六邊形網(wǎng)格中，以最少的六邊形數(shù)量盡可能覆蓋住村落集中住宅占地的大部分區(qū)域，得出后圩村垃圾收集點(diǎn)的第一輪布點(diǎn)結(jié)果。以三個(gè)一字排開邊長(zhǎng)為135m的六邊形將村內(nèi)集中住宅占地的大部分區(qū)域覆蓋，則需要在村內(nèi)設(shè)置三個(gè)垃圾收集點(diǎn)，三個(gè)六邊形中心點(diǎn)便為后圩村垃圾收集點(diǎn)的初步布點(diǎn)（圖6）。

圖6 一輪布點(diǎn)結(jié)果

3.3 根據(jù)風(fēng)環(huán)境對(duì)布點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整

后圩村產(chǎn)生的主要垃圾為生活垃圾及落葉雜草等，同時(shí)，大部分的廚余垃圾能夠因村民自家的家禽飼養(yǎng)而當(dāng)作飼料消耗，只有少數(shù)剩余的廚余垃圾會(huì)被村民投放至垃圾桶，導(dǎo)致垃圾收集點(diǎn)的廚余垃圾桶利用率較低。主要垃圾種類單一導(dǎo)致垃圾的混合堆放，易發(fā)生生物化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生異味。位于風(fēng)速較大，且下風(fēng)向的垃圾桶所產(chǎn)生的異味，更容易經(jīng)過風(fēng)的擴(kuò)散，對(duì)居民生活產(chǎn)生負(fù)面影響。

將風(fēng)向圖與一輪布點(diǎn)圖進(jìn)行疊加之后，發(fā)現(xiàn)六邊形所在中心點(diǎn)所處位置風(fēng)速較大，容易導(dǎo)致回收點(diǎn)所產(chǎn)生的異味影響村民生活，并非垃圾桶布點(diǎn)的最佳位置。故對(duì)三個(gè)垃圾桶布點(diǎn)位置進(jìn)行了微調(diào)（圖7），將一號(hào)收集點(diǎn)從原本風(fēng)速2.12m/s～2.48m/s 的位置，向東南偏移至風(fēng)速在0.71m/s～1.06m/s 的區(qū)域；將二號(hào)收集點(diǎn)從原本風(fēng)速1.42m/s～1.77m/s 的位置，向西北偏移至風(fēng)速在0.35m/s～0.71m/s 的區(qū)域；將三號(hào)收集點(diǎn)從原本風(fēng)速1.42m/s～2.21m/s 的位置，向西北偏移至風(fēng)速在0.35m/s～0.71m/s 的區(qū)域（圖8）。盡量使垃圾桶位于風(fēng)速1m/s以下的區(qū)域，避免由于風(fēng)量大小與風(fēng)的流動(dòng)等因素對(duì)垃圾桶氣味產(chǎn)生擴(kuò)散，影響村民的日常生活，導(dǎo)致人居環(huán)境惡化[7]。

圖7 PHOENICS風(fēng)環(huán)境分析

圖8 二輪布點(diǎn)結(jié)果

3.4 依據(jù)步行距離與交通條件再次調(diào)整布點(diǎn)

在空間句法中，選擇度[8]指空間系統(tǒng)中的某一元素作為兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間最短拓?fù)潢P(guān)系的頻率，體現(xiàn)了人流穿行的可行性。后圩村作為典型的東部密集地區(qū)農(nóng)村，也有老齡化嚴(yán)重的特征。在老齡化嚴(yán)重的情況下，人群出行距離150m～200m 為宜。以出行最大距離150m為節(jié)點(diǎn)，對(duì)后圩村空間句法中選擇度進(jìn)行分析得到相應(yīng)結(jié)果（圖9）。在風(fēng)環(huán)境影響因素后，根據(jù)選擇度結(jié)果調(diào)整垃圾收集點(diǎn)位置，人流穿行可能性更高的位置地點(diǎn)更適合于垃圾收集點(diǎn)的選址[9]，即道路顏色所代表的選擇度越高越適宜垃圾收集點(diǎn)的布點(diǎn)。

圖9 選擇度分析（上）

在垃圾收集點(diǎn)布點(diǎn)中，可達(dá)性[10]作為垃圾收集點(diǎn)的布點(diǎn)重要影響因素。垃圾收集點(diǎn)宜布置在可達(dá)性高的位置，通過對(duì)后圩村可達(dá)性分析，用不同顏色反應(yīng)出空間中的可達(dá)性（圖10）。根據(jù)可達(dá)性優(yōu)化垃圾點(diǎn)布局，即道路顏色所代表的可達(dá)性越高越適宜于垃圾收集點(diǎn)的布點(diǎn)。

圖10 整合度分析（下）

受到村內(nèi)收集點(diǎn)在空間上布置分散、道路狀況不佳等原因影響，在清運(yùn)過程中的實(shí)際轉(zhuǎn)運(yùn)效率并不高，故而需結(jié)合交通條件調(diào)整布置點(diǎn)。從交通條件角度對(duì)后圩村的收集點(diǎn)布置進(jìn)行優(yōu)化，首先其選點(diǎn)位置應(yīng)定在穿村而過的省道、鄉(xiāng)道或主干道路兩側(cè)，方便回收人員將清運(yùn)車?？吭诼愤吅缶湍苓M(jìn)行回收作業(yè)；同時(shí)選點(diǎn)位置的大致范圍宜靠近村內(nèi)的幾個(gè)對(duì)外出口，便于清運(yùn)車在村口直接完成各點(diǎn)回收，減少在村內(nèi)的停留時(shí)間。

在后圩村的垃圾桶實(shí)際布點(diǎn)調(diào)整中，在風(fēng)環(huán)境分析對(duì)環(huán)境布點(diǎn)調(diào)整的基礎(chǔ)上，首先根據(jù)空間句法中選擇度的影響，將1 點(diǎn)朝北偏東方向移至穿村省道旁，將2 點(diǎn)朝東方向移到選擇度為14 的紅色路段上，將3 點(diǎn)朝東南方向移至選擇度為7.509 的橙色路段上拐點(diǎn)處。之后根據(jù)道路可達(dá)性的影響，將3 點(diǎn)向南移到接近整合度7.1895 的黃色道路的位置。最后結(jié)合道路交通條件對(duì)布點(diǎn)位置盡量靠近對(duì)外出口的要求，再將3 點(diǎn)移至更加靠近村口的道路交點(diǎn)處，至此垃圾回收點(diǎn)布點(diǎn)位置調(diào)整完畢（圖11）。

圖11 最終布點(diǎn)結(jié)果

4 結(jié)語

隨著農(nóng)民生活水平的提高，農(nóng)村所生產(chǎn)的生活垃圾數(shù)量也在不斷增加，同時(shí)在農(nóng)村地區(qū)開展垃圾分類，實(shí)現(xiàn)垃圾的資源化處理利用成為了近年來的大趨勢(shì)，勢(shì)在必行。原有的農(nóng)村垃圾收集方式已經(jīng)不符合發(fā)展的需求，對(duì)垃圾收集的合理化、規(guī)范化、科學(xué)化的要求變得十分緊迫。通過科學(xué)合理的農(nóng)村垃圾收集點(diǎn)布置，促進(jìn)農(nóng)村居民更加方便、快捷且自覺地進(jìn)行垃圾投放和分類，減少收集和轉(zhuǎn)運(yùn)成本成為農(nóng)村生活垃圾回收轉(zhuǎn)運(yùn)再利用過程中重點(diǎn)研究的環(huán)節(jié)。本文通過對(duì)克里斯泰勒結(jié)構(gòu)、PHOENICS 風(fēng)環(huán)境分析、空間句法等分析方法的運(yùn)用，以南京市后圩村為例，探討了一種東部人口密集地區(qū)農(nóng)村村內(nèi)垃圾收集點(diǎn)的數(shù)量及布點(diǎn)方法，對(duì)現(xiàn)有的布點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。在布點(diǎn)設(shè)計(jì)的過程中，充分將村落人口、面積、垃圾收集點(diǎn)服務(wù)半徑、風(fēng)環(huán)境、交通情況等因素考慮其中，設(shè)計(jì)了一套層層疊加遞進(jìn)的工作流，最后得出村內(nèi)垃圾收集點(diǎn)選址的最優(yōu)點(diǎn)。本方法可以為相關(guān)管理部門及環(huán)保企業(yè)對(duì)農(nóng)村內(nèi)部科學(xué)、合理設(shè)置垃圾收集點(diǎn)提供參考與幫助，且本方法適用于絕大多數(shù)東部人口密集地區(qū)農(nóng)村。