基于风玫瑰图的诸暨城西工业区评价

王 云,周 楠,赵学均,金诗卉,斯骆军

(1.浙江省诸暨市气象局，浙江 诸暨 311800；2.浙江省诸暨市环保局，浙江 诸暨 311800；3.浙江省诸暨市建筑设计院，浙江 诸暨 311800)

0 引言

工业区(园区)作为产业集聚地，“十二五”期间为国家贡献了近50%的GDP。工业区聚集了各种生产要素，集约化程度高，同时也具有“排污”这一共同特征。工业区废气排放对周围环境的影响，与风的条件密切相关，大气污染物主要通过风来完成输送扩散。风的分布状况通常是用风玫瑰图来直观反映的。本文运用诸暨气象观测站1988—2017年常规风向玫瑰图，以最大限度减少污染废气对下游影响为原则，对诸暨城市总体规划工业区的合理布局作较为详细的论述。同时，就风与城西工业区主要大气污染物浓度的关系以及市民高度关注的特殊大气污染形态—“恶臭污染物”投诉与风的关系进行探讨分析，并对工业区现状作出评价，以便为政府及相关部门做好工业区环境的有效管控提供依据和参考。

1 风玫瑰图及应用

风玫瑰图是风向玫瑰图与风速玫瑰图的通称，是以玫瑰花的形式表示各方向上气流状况重复率的统计图形,是气象学科中用于定量分析风要素的专业统计图表。其中风向玫瑰图较为常用，其计算公式为：

式中gn：n方向出现的风向频率，fn：选取时段内n方向出现风的次数，c：静风出现的次数。

城市规划是城市建设和管理的一个重要环节,合理、科学的城市规划对城市的综合效益提升具有很大的促进作用。城市规划要考虑的要素众多，而一个城市风的状况是城市规划(工业布局)中必需考虑的要素。本世纪初，江苏泰兴化工开发区接待第一家外商考察，外商提出的首个问题是看当地的风玫瑰图，风玫瑰图在工业布局中的重要性可见一斑。A.Schaus(1914年)提出了将工业区布置在常年主导风向的下风向，居住区在其上风向的原则被世界各地广泛采用。上世纪80年代初，程华昭等提出了把污染工业布置在最小频率风向的上风向，解决了两个主导风向情形下无法确定工业区布局的问题，被现行的规范标准所采纳。王新生于上世纪90年代列出了各种盛行风向下的工业区布置模式，被收录于风向玫瑰图“百度百科”。目前，风玫瑰图已应用到城市规划、建筑平面设计、消防、电力电网、海洋工程等多个领域。

2 诸暨城市总体规划工业区的布局

2.1 诸暨市及城区地形特点

诸暨市位于浙江省中北部，人口112万,面积2 311 km2，处于会稽山脉与龙门山脉之间，东南侧为会稽山脉，主峰东白山太白峰海拔1 194.6 m，西部为龙门山脉，主峰三界尖海拔1 015.2 m，北部与萧绍平原相接，南部是丘陵和山地，中部浙赣线与浦阳江中游河段及其支流贯穿境内，似一条由南偏西向北偏东延伸的走廊。诸暨城区位于诸暨市中部，人口48万，面积526 km2。当地习惯将原浙赣线(城区段已于2006年改道)以西称为城西，浦阳江流域以东称为城东，两者之间称为城中。

2.2 诸暨风玫瑰图特征

图1为诸暨气象观测站1988—2017年常规风向玫瑰图，其具有以下特征：

图1 诸暨1988—2017年常规风向玫瑰图Fig.1 Routine Wind Direction Rose Map of Zhuji from 1988 to 2017

①全年以N～NE风为主要盛行风向，其中NNE风频率最高，为17.7%，N、NE风频率分别为14.1%和7.5%,N、NNE、NE风的频率之和达39.3%；次盛行风向为S～SW风，其中SSW风频率最高，为12.1%，S、SW风分别为8.1%、6.8%，S、SSW、SW风的频率之和也达到27.0%；全年WNW风频率最小，仅为0.3%，W、NW、WSW风频率分别为0.5%、0.8%、1.4%，说明在WSW～NW方向吹的风相当少；SE、ESE、E风频率也很小，分别为1.2%、1.2%、2.4%，说明在E～SE方向吹的风也很少。

②诸暨气象观测站风记录时间分布表明,自10月—次年3月主要以盛行北向风为主,4—9月则以盛行南向风为主。全年NNE风频率最高，N风次之，考虑到N风紧邻NNE风，同属北向风，同出现在冬半年，将NNE风设为主导风向(代表北向风)；南向风为另一个风向频率较高区域,出现在夏半年，以SSW风频率最高，SSW风为主导风向(代表南向风)。这样，诸暨风玫瑰图上得出两个方向相反的主导风向，分别为NNE风与SSW风，且NNE风较SSW风更为明显。

2.3 以风玫瑰图布局诸暨工业区

根据诸暨风玫瑰图，NNE风与SSW风为两个方向相反的主导风向，显然NNE风的下风向城南与SSW风的下风向城北均不宜建工业区，也就是说，以主导风向下风向来布局工业区对诸暨来说是不适用的。采用以最小频率风向作为依据来布局工业区则能弥补上述缺陷。诸暨风玫瑰图上最小频率风向分布于WSW～NW风的夹角区域，理论上工业区设在这一区域最为合适(即最小频率风向的上风向)。此外，E～SE风的频率也较小，但考虑到当时城东已形成大片居住区、商贸区以及众多行政机构的事实，故排除城东的工业布局。

综上，从风玫瑰图分析，诸暨工业区的最佳布局是在风玫瑰图上WSW～NW风夹角区域，这样可最大限度避免因冬、夏半年所吹不同方向的风给下游所带来的污染废气影响。从诸暨城市总体规划示意简图看(图2)，根据实际工业用地需要，工业区范围向上述区域(WSW～NW风夹角)两侧有所扩展,从规划设计方案评价看，也是可行的。当然，风玫瑰图并不是将工业区布局在城西的唯一因素，还有其他有利因素。

图2 诸暨城市总体规划示意简图Fig.2 Schematic sketch of Zhuji City Master Plan

2.4 工业区布局在城西的其他有利因素

①地理优势。从诸暨城区地形看，原浙赣线与浦阳江流域将诸暨城区分成城东、城中及城西3个区域，城中与城西之间有沿铁路的陶朱山脉，使城中、城东因地形屏障作用与城西得到了隔离，城西建工业区具有地理上的必然性；②成本优势。上世纪80年代，城西多以农田、菜地为主，其中也有一些零星村庄分布，但基本上没有集中居住区，城西从开发成本角度讲是较为低廉的；③基础优势。上世纪80年代中后期，就有包括浙江华海、黑猫神、链条设备、菲达环保、洁丽雅、凯达机械等具有一定规模的工业企业落户城西，且数量渐年增加，城西具有建工业区的基础优势；④物流优势。铁路诸暨货运站离城西较近，也为城西工业企业提供便捷的物流交通条件。

3 城西工业区现状的评价

诸暨系全国百强县(市)，城西工业区作为省级重点开发区，已注册各类工业企业800余家，现已发展成以服装、机械、塑胶、电子、包装、医药、食品、化工等门类齐全、特色鲜明的产业群体。特别是工业区重点项目建设，为推动地方经济发展起到重要引擎作用，但城西工业区的用地现状及环境问题也是需要引起重视的。

3.1 城西工业区的“通风走廊”效应

山地对区域风环境具有较大的影响。从城西工业区地理位置看(图3)，东面为陶朱山脉，西面为市郊,主要以山地为主，有当地小有名气的双鸭山脉，南、北两面地势相对平坦，向外延伸是市郊农田。从风的分布看，城西工业区近似一条SSW～NNE向的“通风走廊”，这与风玫瑰图上两个主导风向的分布也是吻合的。“通风走廊”有利于大气污染物的稀释与扩散。

图3 诸暨城西工业区规划现状示意简图Fig.3 A sketch map of the planning status of Zhuji West Industrial Zone

3.2 诸暨污染风与污染系数

3.2.1 污染风 规划设计部门通常将污染风的标准划定为风速3级及以下的风(包括静风)，3级以上划定为非污染风。从诸暨气象观测站近30 a日平均风速分布看(表1)，全年各风向上的日平均风速均不大，3级及以下占了99.16 %，其中1～2级占88.07%，3级以上仅占0.84%。也就是说,诸暨常年吹污染风的比例是相当高的。

表1 诸暨1988—2017年日平均风速各级别出现的日数及占总日数百分率Tab.1 Days of Daily Average Wind Speed at Various Levels in Zhuji from 1988 to 2017

3.2.2 污染系数 污染系数考虑了风向和风速的综合效应，反映了受污染的程度，其表达式为P=F/U，式中P为污染系数，F为风向频率(%)，U为平均风速(m/s)。通过对诸暨1988—2017年各风向P值的计算，得知最大为NNE风(P值5.90)，其次为N风(P值5.22)，WNW风最小(P值0.17)，次小值为W风(P值0.31)。不难发现，污染系数与各方位的风向频率分布基本一致，这是由于诸暨常年各风向上的平均风速差异并不显著所致。

3.3 风与城西工业区主要大气污染物浓度的关系

3.3.1 风速 大气污染物的扩散稀释速度可以用风速来衡量,通常情况下风速愈大污染物的稀释能力愈强，风速减小污染物扩散能力降低，易造成污染物积累。在《环境空气质量标准》(GB3095-2012)纳入常规监测的6种基本污染物中，PM10、SO2及NO2为3种主要大气(工业废气)污染物。表2为城西工业区2017年7月—2018年6月不同风速条件下PM10、SO2及NO23种主要污染物质量浓度(工业区监测点资料)。可以看出，PM10浓度在风速5 m/s以下时与风速呈负相关，但当风速达到5 m/s及以上时，其浓度反而有一定增加，原因可能是随着风速增大到一定程度，工业区地面有沙尘吹起，导致PM10浓度有所增加；SO2、NO2浓度与风速呈显著负相关,均随风速的增大而减小。

3.3.2 风向 通过对城西工业区2017年7月—2018年6月不同风向对应的PM10、SO2及NO23种大气污染物浓度平均值统计，发现PM10浓度在风向NNW时偏高明显，为91.6 ug/m3，其余风向时差异不大，原因可能在NNW风上风向有工业污染源或与外来污染物输入并积累有关[10],SO2、NO2浓度在不同风向上的整体差异并不显著。

表2 城西工业区不同风速条件下3种主要大气污染物质量浓度Tab.2 Mass Concentration of Three Major Air Pollutants under Different Wind Speed in Chengxi Industrial Zone

3.4 城西工业区“恶臭污染物”探析

3.4.1 “恶臭污染物”投诉与风速关系 “恶臭污染物”具有以人的嗅觉感知为判断标准的特殊性，其不同于其他污染物的许多特性[11]。“恶臭污染物”属于感觉公害，因此对其的监测、评价和治理都比较困难[12]。由于风速不同“恶臭污染物”发生的次数也不相同，因此判断其与风速之间的关系是很有必要的。表3给出了2017年7月—2018年6月城西工业区“恶臭污染物”投诉次数(比例)与风速的关系，发现“恶臭污染物”投诉发生最多的是日平均风速0.3～1.5 m/s(1级风)时,占60.8%，当风速超过5.4 m/s(3级风)时，无投诉发生。

表3 城西工业区“恶臭污染物”投诉次数(比例)与风速关系Tab.3 The relationship between the frequency (proportion) of complaints of "odorous pollutants" and wind speed in West Chengdu Industrial Zone

3.4.2 “恶臭污染物”存在“达标扰民”现象 在《诸暨在线》网站“百姓论坛”上，时不时见到有城西工业区居住网友抱怨嗅到“臭味、刺鼻味”等难闻气味的帖子。环保部门曾于2018年9月20日对此给出回复(http://bbs.zhuji.net/forum.php?mod=viewthread&tid=viewthread&tid=314592)，认为目前对“恶臭污染物”的监测既无法使用专业设备，也无法24 h在线监测，其测定标准还是原国家环保局1993年颁布的GB/T14675-93“三点比较式臭袋法”，即由专业技术人员通过人工采样和人工嗅测来确认是否超标。环保部门表示，城西工业区发生的“恶臭污染物”存在“达标扰民”现象。

3.5 城西工业区居民受工业废气污染物影响不可避免

通过查阅最新诸暨房产楼盘地图，发现在城西工业区的中北区及南区已相继建起一批住宅小区(图3)，个别小区规模还比较大，中北区有西城景苑、凯莱花苑、御江山、丹桂华庭等，南区有宏景庄园、星雨华府、龙山豪庭、锦绣唐城、鸿瑞公寓等，且有成片趋势，这些小区的南北向几乎均布有工业(污染)企业，中北区住宅冬半年处于主导风向NNE风的下风向，夏半年又处于另一个主导风向SSW风的下风向，南区住宅冬半年则处于主导风向NNE风(近整个工业区)的下风向。由此看来，工业区居民受工业废气污染物影响是不可避免的。

3.6 诸暨人民医院选在城西的合理性值得商榷

2010年，诸暨将一个占地20余万平方米的市人民医院易地搬迁至城西(图3)。城西的定位是工业区，当然在工业区内建若干小型卫生院或诊所不是不可以，但将一家诸暨最大的涉及百万人口健康安全的综合性医院选在城西工业区，其合理性是值得商榷的。

4 小结

①方向相反的NNE风、SSW风为诸暨全年两个主导风向，同时两者也分别代表诸暨冬、夏半年盛行风向。

②根据风玫瑰图及综合各方面因素,诸暨城市总体规划将工业区布局在城西是科学的，也是合理的。

③城西工业区PM10浓度在风速<5 m/s时与风速成负相关，当风速≥5 m/s时其浓度有一定增加，SO2、NO2浓度与风速呈负相关；3种污染物浓度除PM10在NNW风向时有较明显偏高外，在不同风向上的整体差异并不显著。

④城西工业区居民高度关注的特殊大气污染形态—“恶臭污染物”具有不同于其他污染物的共同特性。分析表明，日平均风速0.3～1.5 m/s(1级风)时投诉占比最高,日平均风速>5.4 m/s(3级风)时无投诉发生。

⑤城西工业区的环境现状不容乐观，工业区居民受工业废气污染物影响不可避免，工业区内建人口较为集中的民生工程需慎之又慎。

风玫瑰图反映了气象要素风的重要信息，虽然其不能作为评价工业区选址是否合理的唯一依据，但风玫瑰图在分析城市用地现状的合理与否，最大限度降低大气污染物的影响，其作用是不容置疑的。工业区规划是否得当对居民的健康影响至关重要[13]。呼吁还是要从根本上抓好规划这个源头，健全规划法律法规体系，严格执行《诸暨市中心城区土地利用总体规划(2006—2020)》，强化对规划的刚性约束，建立长效机制，做到工业区的定位不走样不变形。