城市复杂建筑布局对街区交通污染物扩散的影响研究

李 顺 李晓莉 吴思洁 高 航 战乃岩

(1.吉林吉林建筑大学应急科学与工程学院，吉林 长春130118；2.吉林建筑大学市政环境与工程学院，吉林 长春130118）

0 引言

随着改革开放的到来，我国经济发展迅速，人们生活水平的不断提高对交通的要求也在不断提升。随着汽车的数量的逐年增加，机动车产生的尾气成为城市空气污染的罪魁祸首之一，严重影响了人们的身体健康，因此，解决城市机动车的污染问题是我们的头等大事。

郭琼琼[1]采用RNG k-ε湍流模型、Mixture模型和离散相模型，将汽车尾气排放的细颗粒物作为污染源，研究表明：风向在污染物扩散规律中起着主要作用。葛晓燕[2]对不同街道形态进行模拟，其污染源为NO2气体，且对不同建筑布局的街谷中的污染物扩散情况进行了讨论。Yassin M F[3]等对城市街道峡谷中的街道交叉口处的车辆流量和尾气污染物的影响进行了数值模拟研究。研究表明，在街道峡谷下部中心附近，来流风速度非常小，T形和倾斜交叉口的污染物浓度小于规则街道交叉口上风侧的污染物浓度。Chan T.L.[4]等研究发现：街道的宽度与临街建筑的高度对街道峡谷中污染物浓度有着非常大的影响。

综上所述，对复杂城市建筑布局的研究并不广泛，有必要对其进行深入研究。

1 研究方法

1.1 物理模型

图1为复杂城市建筑布局的二维模型示意图，街区大小尺寸为860 m×480 m，X轴的正方向为北，Y轴的正方向为西。该复杂城市建筑布局的街区共有四条街道（定义为：街道A、街道B、街道C、街道D），街道A（主干道）路的宽度为45 m，街道B、街道C、街道D路（支路）的宽度均为40 m。将汽车尾气视为污染线源，其宽度、高度分别为20 m×0.4 m，来流风沿X轴正方向向外流出。

图1 二维街区模型示意图

1.2 边界条件

采用ICEM CFD软件进行网格划分，利用四面体非结构化网格对街道和建筑群表面等局部网格进行细划分，从而提高计算精度。在FLUENT计算中，检验了网格独立性，经过数次模拟与调试，最终网格总数为990万个，网格节点约为160万个。将该街区的交通污染源定为CO，其强度定为0.0 003 kg/（m3·s）。

2 结果与讨论

图2为距街区距离地面1.5 m高度处的污染物浓度分布图，由图2可得出：距地面1.5 m高度处污染物聚集较多，浓度较高，每条街区内的污染物浓度呈连续线状分布，污染面积大。街道A邻近建筑的下风侧污染物浓度相对较高，上风侧的污染物浓度相对较低，在该街区中有5个高浓度聚集区域（见图2①～⑤处）；街道C、D在临近街道峡谷的入口附近形成两个小规模的高浓度聚集区域（见图2⑥～⑦处），其中，街道C的十字路口中的污染物会沿着气流扩散到下游路段，最终流出街区；在街道C的下游区域的污染物浓度扩散与在街道B中的污染物浓度扩散相似，其将对远离建筑群的大气环境产生一定的影响；街道D中的污染物的扩散因受到交叉口处建筑物的阻隔，向下游扩散有一定难度，因此聚集了大量的污染物，在街道A的上风侧积聚，对街道A的污染物扩散影响巨大，且加重了街道A的污染。

图2 距地面1.5 m处污染物浓度分布图

另外，与来流风方向平行的街道B、C、D虽向下游扩散，但其同样会导致污染物向下游迁移和积累，从而使下游街道污染物扩散受到阻碍，对过往行人的健康有一定影响。总体而言，在距地面1.6m高度处的开敞空间较少、建筑群较密、可以充分接触到污染源，从而使来流风无法充分稀释掉污染物，造成污染物积聚严重。

3 结语

采用CFD数值模拟软件，建立了三维城市复杂建筑模型，对城市建筑布局在距地面1.5 m时，交通污染物扩在该街区的扩散情况进行了研究。研究发现：距地面1.5 m高度处是污染物高浓度积聚区域，且每个街区内的污染物浓度呈连续线状分布，对行人的健康构成了威胁。