城市道路绿化带微峡谷效应研究

郑敬刚

摘要：通过实地测量，研究了许昌市道路绿化带不同间隔宽度、不同高度、不同走向的微峡谷效应变化规律。结果表明：绿化带间隔宽度在0.7～4.7 m之间时，均表现出不同程度的微峡谷效应，当绿化带宽度为1.8 m时，微峡谷效应最显著；绿化带高度介于0.55～0.80 m之间时，均表现出微峡谷效应，当绿化带高度为0.75 m时，微峡谷效应最显著；东西走向的风速变化率为58%，南北走向的风速变化率为106%，南北走向的风速变化率大于东西走向。

关键词：绿化带；微峡谷效应；间隔宽度；风速

中图分类号：X511

文献标识码：A 文章编号：16749944（2017）09000503

1 引言

目前，机动车排放的污染物被公认为是城市道路空气污染的主要污染源，由于机动车排放高度较低，在行人、自行车与汽车混行的交通方式中，这些排放到空气中的废气直接危害的人数众多。已有研究表明，受道路污染影响最为严重的空间是交通主干道及两侧50 m以内，1.7 m以下的低空范围的空气[1]，而该范围正是行人呼吸的主要区域，极易对非机动车道和临街建筑物内的人群的身心健康造成危害。

城市道路绿化是城市道路的重要组成部分，不仅具有对各类交通起到分隔引导的安全功能，绿色植物还能改善城市整体环境质量。相关研究表明，植物对大气中的SO2、颗粒物、NOx、Cl2、F、重金属等均有一定的净化作用[2～4]。

已有研究表明，当高大建筑物分布在狭长街道两侧时，污染物易困在其中，难以扩散，形成所谓的街道峡谷效应。而城市道路中机动车道与非机动车道之间的绿化带也可能会形成类似街道峡谷效应的绿带峡谷效应，密度过高的绿化带将不利于机动车道中污染物的扩散。

李萍等[5]采用遮阴网模拟了10 m、20 m、30 m三种间隔宽度下道路绿化带的微峡谷效应，研究结果表明，在风速小于2 m/s时，10 m和20 m间隔的道路绿化带会产生微峡谷效应，使绿化带间隔内风速增加。徐伟嘉等[6]利用风洞试验模拟研究了道路绿化带对街道峡谷内机动车尾气的扩散特征。然而，对于城市道路绿化带的微峡谷效应进行实地测量的研究并不多见。

本研究以许昌市不同间隔宽度、不同高度、不同走向的道路绿化带为研究对象，通过实地测量，研究许昌市道路绿化带的微峡谷效应变化规律，以期为许昌市及周边城市的道路绿化生态防护提供科学依据。

2 研究区概况

许昌市位于河南省中部，辖2个区、2个县级市、2个县，是中原城市群、中原经济区核心城市之一。平均海拔72.8 m，属暖温带季风型气候，南水北调、西气东输管道经过境内。许昌东临周口，西交平顶山，南接漯河，北依省会郑州，距离省会仅80 km，京广铁路、京珠高速公路、107国道纵贯南北，311国道、地方铁路横贯东西，新郑国际机场在其北50 km处，许昌市区建成区面积1090 km2，市区人口119万人。

3 研究方法

选择许昌市魏都区绿化效果较好的八一东路、魏武大道、建安大道、学院路4条交通主干道，观测不同绿化带间隔宽度、不同绿化带高度下绿化带两侧及间隔中心处的风速，计算风速变化率，研究许昌市道路绿化带微峡谷效应。4条道路两侧绿化带中主要植物类型有石楠（Photinia serruluta）、小叶黄杨（Buxus microphylla）、大叶黄杨（Buxus megistophylla）、海桐（Pittosporum tobira）和龙柏（Sabina chinensis）。

选择晴朗、无风的天气，在风速小于2 m/s的天气条件下进行风速的观测。风向采用三杯轻便风向风速表，风速采用美国产手持气象站Kestrel 3500。

风向风速观测方法：通过对昼间车流量情况的调查，选取车流量在昼间基本稳定的时间段进行试验，一日分5个时段，即7：00～8：00、9：00～10：00、11：00～12：00、13：00～14：00和15：00～16：00。每20 min观测1次，每次为2 min平均风速。每次试验观测4次，取4次平均值。

不同绿化带间隔宽度下风速变化百分率计算公式：

Pv=（VA-Vc）/（VA-VB）×100%

式中，Pv是不同间隔绿化带风速变化百分率，VA是绿化带间隔中心风速，VB是机动车道靠近绿化带一侧的风速，Vc是人行道靠近绿化带一侧的风速。

4 结果与分析

4.1 绿化带间隔宽度对微峡谷效应的影响

以绿化带间隔宽度为横坐标，以风速变化百分率为纵坐标，绘制不同绿化带间隔宽度下的风速变化率曲线（图1）。由图1可以看出，当绿化带间隔宽度为0.5 m时，风速变化率仅为67 %；随着绿化带间隔宽度的增加，风速变化率逐渐增加，当绿化带间隔宽度为1.8 m时，风速变化率增加到最大值233%；此后，随着绿化带间隔宽度的增加，风速变化率呈下降趋势，当绿化带间隔宽度增加到4.8 m时，风速变化率仅为75%。

4.2 绿化带高度对微峡谷效应的影响

以绿化带高度为横坐标，以风速变化率为纵坐标，绘制不同绿化带高度下的风速变化率曲线（图2）。由图2可以看出，在綠化带高度较小的情况下，风速变化率较小，当绿化带高度分别为0.4 m和0.5 m时，相应的风速变化率分别为67%和75%；随着绿化带高度的增加，风速变化率有所增加，当绿化带高度增加到0.6 m和0.75 m时，风速变化率分别增加到133%和150%；此后，随着绿化带高度进一步增加，风速变化率呈下降趋势，当绿化带高度分别为0.85 m和0.95 m时，相应的风速变化率分别为67%和50%。

4.3 道路走向对绿化带微峡谷效应的影响

为了研究道路走向对绿化带微峡谷效应的影响，计算并绘制了东西走向和南北走向两种情况下平均风速变化率曲线（图3）。由图3可以看出，东西走向道路的风速变化率明显小于南北走向，东西走向的风速变化率平均值为58%，而南北走向的风速变化率高达106%，是东西走向的风速变化率的1.8倍。

5 结论与讨论

上述研究表明，間隔宽度会影响道路绿化带微峡谷效应，当间隔宽度在0.7～4.7 m之间时，均表现出不同程度的微峡谷效应，尤其是当绿化带宽度增加到1.8 m左右时，绿化带微峡谷效应表现的最为显著。因此，为了减少城市交通主干道大气污染物对非机动车道行人的危害，绿化带间隔宽度建议设置为0.7 m以下或大于4.7 m，即使由于各种原因无法满足，至少应该避开绿化带微峡谷效应作用强盛的1.5～2.5 m区域。

绿化带高度对微峡谷效应也有一定的影响，当绿化带高度介于0.55～0.80 m之间时，开始出现微峡谷效应，尤其是当绿化带高度增加到0.75 m左右时，微峡谷效应最强盛。因此，为了减少城市交通主干道大气污染物对非机动车道行人的危害，绿化带高度建议设置为0.5 m以下或大于0.8 m，即使无法满足，至少应该避开绿化带微峡谷效应作用强盛的0.60～0.77 m区域。

城市局地气候与城市主导风向密切相关，许昌市的气候属温带季风气候，冬季多西北风，夏季多东南风。实际观测中发现，尽管许昌市东西走向道路绿化带的平均风速高于南北走向，但是南北走向的风速变化率却高于东西走向，也就是说，较小的风速天气有利于微峡谷效应的形成。因此，为了尽量减少城市汽车尾气对非机动车道行人的危害，在进行城市道路绿化规划设计时，绿化重点应当适当向南北走向的交通道路倾斜。

参考文献：

[1]Kaur S，Nieuwenhuijsen M J，Colvile R N.Pedestrian exposure to air pollution along major road in Central London，UK[J].Atmospheric Environment，2005，39（38）：7307～7320.

[2]胡 伟，钟 秦.壁面加热作用对接到峡谷内污染物扩散的影响[J].中国环境科学，2009，29（9）：908～913.

[3]王爱霞，张 敏，黄利斌，等.南京市14种绿化树种对空气中重金属的累积能力[J].植物研究，2009，29（3）：368～374.

[4]殷 杉，蔡静萍，陈丽萍，等.交通绿化带植物配置对空气颗粒物的净化效益[J].生态学报，2007，27（11）：4590～4595.

[5]李 萍，王 松，王亚英，等.城市道路绿化带“微峡谷效应”及其对非机动车道污染物浓度的影响[J].生态学报，2011，31（10）：2888～2896.

[6]徐伟嘉，幸 鸿，余 志.道路绿化带对接到峡谷内污染物扩散的影响研究[J].环境科学，2012，33（2）：532～538.