城市景观绿化设计布局对扬尘污染的弱化影响研究

张慧慧　尚晓倩

摘要：针对通过绿化设计布局来缓解城市扬尘污染，降低空气颗粒物增加影响了人体健康这一内容，为了更好的设置出最合适的城市景观绿化布局，分析城市景观绿化设计布局对扬尘污染的弱化影响。计算不同类型尺度的绿化指标，确定景观优势元素和绿化类型的多样性标准。依据空气污染历史数据，获得扬尘污染质量浓度水平。经过实例分析可知，根据多样性标准设计的城市景观绿化布局能够弱化扬尘污染，且弱化效果随时间推移不断增强，城市污染预警次数下降，还能改变风速与扬尘间的正相关关系，降低二次扬尘污染，稀释了30%以上的污染浓度。

关键词：城市景观绿化；绿化设计布局；扬尘污染；污染弱化；斑块离散度

中图分类号：X513 文献标志码：B

前言

大气污染物的形态是多种多样的，既有常见的悬浮颗粒物、扬尘等固体污染物，也有气态的化学物质，甚至是某些微生物，这些污染物具有极强的弥散性，而且以极快的速度蔓延，会对人体的呼吸系统造成损害，一旦进入体内，将难以消除。为此必须采取必要的手段对空气中降尘污染进行有效控制，而城市绿化是改善大气环境质量，减少扬尘等污染的重要手段，为此相关科研人员进行深入研究。

刘畅等以PM2.5为研究对象，采用野外观测和调查分析，研究不同植被对PM2.5浓度的弱化效应、PM2.5浓度随时间的变化规律以及PM2.5浓度与气温、空气相对湿度等因素的相关性。圣倩倩等利用空气质量检测器、氮氧化物分析仪对城市污染物现场监测，并对环境因素与污染物间的相关关系分析。为了进一步分析景观绿化设计对扬尘污染的弱化影响，所提方法首先计算景观绿化设计布局各项指标，明确斑块类型和聚集度，设置最符合城市的景观绿化设计布局；再计算城市扬尘污染指数，分析合理布局对污染的弱化效果；最后经过实验分析得出对应结论：景观布局能够弱化扬尘污染，且随着时间推移，弱化强度增加，并且还能改变风速与扬尘间正向关系，避免二次扬尘污染的发生。

1 城市景观绿化设计指标计算

城市景观绿化设计的主体是景观植物，考虑到植被设计过程中考虑因素较多，如植物种类、配置方式、植被生长情况、季节等，不同植物因子存在很大的差异，不利于景观设计和后续实验分析。因此根据绿化指标设计城市景观构成和空间分布，能够降低冗余因素对研究的影响，也使研究结果具有更好的普适性。

选择能够反映不同类型景观绿化尺度上的斑块面积百分比指数、蔓延度指数、聚合性指数、散布与并列指数、周长面积分维度指数、香农多样性指数等指标，设计城市景观绿化设计布局。具体的指数表示形式为：

（1）PLA指数是景观的各个斑块类型所占总面积的比重，能够获得景观中优势元素的分布表达式为式（1）：

式（1）中，aχγ表示斑块χγ的面积；A表示全部景观绿化面积。

（2）CON指数是指不同斑块景观的聚集度，表达式为式（2）：

式（2）中，gχk表示χ类型与k类型斑块邻接点个数；m表示景观绿化各种斑块总数。

（3）AI指数反映同一类型斑块间的聚集度，数值小，聚集度会低。

式（3）中，gχχ表示对应的景观绿化类型的类似相邻斑块个数。

（4）IJI指数反映整个景观绿化斑块离散度，随着数值变小，离散度也会降低。

式（4）中，eχk表示斑块类型从χ到k的总边界长度；E表示包含背景的总边界长度。

（5）PAF指数反映城市地形地貌复杂性，数值一般在1-2之间，数值较大，表明城市需要绿化位置的地形地貌复杂性较高：

式（5）中，Pχγ表示斑块周长，aχγ表示斑块个数。

（6）通过SHDI指数：描述城市景观绿地类型多样性，值越大表明该区域的土地利用方式较为丰富；反之，土地利用较为单一：

2 扬尘污染指数数据处理

通过查看《空气质量日报技术规定》，设置了空气污染指数的限制范围。空气污染指数法（Aquatic Pollution Index，API）是根据大气内弥漫的各种污染物浓度和相应的空气污染指数的比例作为前提条件，在各个分指数中，选择各污染物浓度最大数值作为评价的基础。利用空气污染指数法对扬尘污染指数进行数据处理，计算过程更加简单，且更准确。

（1）在扬尘污染物x的浓度Cx，j＜Cx≤Cx，j+1，算出扬尘污染分指数为：

式（7）中，Ix表示污染物x的污染分指数，Cx表示污染物质x的浓度监测值，Ixj、Ixj+1表示第j、i+l转折点的污染分项指数值，Cxj.、Cxj+1表示第j、i+1转折点污染的浓度限值。

（2）明确扬尘污染指标：用污染分指数中最大的一个来表示该城市的大气污染指数，扬尘是城市大气的重度污染物。

API=max（I1，I2，…，Ix，…，In） 式（8）

式（8）中，In表示n个扬尘污染的分级指标。主要包括扬尘，二氧化硫，二氧化氮，可吸入颗粒物。其中，以最大值的空气污染分项指数为重度污染物，若全部污染物的空气污染分项指数都在50以下，则不需上报。

使用API指标进行环境空气质量评估，具体步骤为：

使用环境空气指数等级水平。环境空气污染指数为50相对应的污染物浓度，为一级日均水平；环境空气污染指数为100对应的污染物浓度，为二级日均水平；环境空气污染指数为200对应的污染物浓度，为三级日均水平；在API较高的范围内，其等级与各类污染物对人类健康有不同影响时的浓度极限相对应，而API达到500则与各类污染物对人类造成严重伤害时的浓度相对应。

每个月份的扬尘污染综合评判指数表达式为式（9）：

式（9）中，AM表示扬尘污染月度综合评价指数，M表示对应的月份时间，扬尘污染月度综合评价指数越大，表明这个月的扬尘污染程度就越严重。i表示污染类型为扬尘；f（i）表示从小到大的扬尘污染月平均质量浓度增加数；g（i）表示扬尘污染月平均质量浓度水平。

利用单位时间、单位长度、单位面积污染物释放量，计算出城市内的扬尘污染物的释放量。按照式（10）对城市二次污染来源总量计算，表达式为式（10）：

p=SVgtCd 式（10）

式（10）中，S表示区域面积；Vg表示裸露地面沉降速率；t表示全年时间；Cd表示扬尘污染浓度数值。

假设将式（10）中的Vg的数值定为裸露地面沉降速度的中位数，Cd的数值定为扬尘污染每年浓度平均值。扬尘污染自然沉降速率表达为式（11）：

式（11）中，PiPM2.5表示监测点的扬尘含量，PjPM2.5为对照点的扬尘含量。

3 弱化影响实例分析

扬尘污染影响范围是巨大的，对生态环境和人类均有严重危害，为此选取某城市作为实验地，结合式（1）-式（6）斑块面积百分比指数PLA、蔓延度指数CON、聚合性指数AI、散布与并列指数IJI、周长面积分维度指数PAF、香农多样性指数等指标SHDI的计算结果，在实验地区进行布置，布局结果如图1所示。在布置中使用的植物有国槐、法桐、连翘、红瑞木、木绣球、冬青，草地。

3.1 时间维度下景观绿化布局对扬尘污染的弱化分析

为了明确城市景观绿化布局对扬尘污染弱化效果，进行实验。分析实施城市景观绿化布局前后的扬尘污染变化，见图2。

通过图2能够清晰观察到，在第1日布局当天的8时-18时，没有布局的扬尘浓度值在157μg/m3以上，绿化布局后平均扬尘浓度值在156μg/m3以上，弱化效果不明显。随着时间的变化，在景观绿化设计布局的第61日，没有局部和有布局的区域扬尘浓度值均有所下降，这是因为自然沉降原因，能够看出应用城市景观绿化布局的弱化效果更好。在121日时区域扬尘浓度值与前120日相比，出现大幅度降低，应用城市景观绿化布局的最低数值达到62μg/m3。证明所设计景观绿化布局确实有对扬尘污染的弱化效果，且随着时间推移，弱化效果越强。

3.2 扬尘浓度弱化效果分析

风速是影响大气中颗粒物运动状态的重要因素之一，因此，在分析城市景观绿化设计布局对扬尘污染的弱化时，必须考虑到风速与扬尘浓度之间的关系，并进一步探究城市景观绿化设计布局对二次扬尘污染的弱化作用。如果风速与扬尘浓度之间呈现出正相关关系，则会出现二次扬尘污染，对大气环境造成更大的破坏。如果风速与扬尘浓度之间呈现出负相关关系，则会使污染物随着风速的增加而增强转移和稀释，这种情况下污染不会在短时间内积累。因此需要分析在风力作用下的城市景观绿化设计布局对扬尘污染弱化效果。

如图3、图4所示，未经过绿化设计布局的扬尘浓度和风速是呈正相关的，出现污染物聚集现象；而经过景观绿化布局设计后区域，可以改变风速与扬尘浓度的关系，令二者呈现负相关，污染物在风速和布局合理的双重作用下，扬尘污染弱化效果明显。这是因为扬尘的扩散与传输需要空气的流动，景观绿化布局可以在不同空间尺度、不同区域上对扬尘颗粒物进行吸附、拦截，以起到降低扬尘浓度的作用，也改变了二者的正相关关系，并得出了城市景观绿化设计布局有利于扬尘扩散和吸附，约降低了30%的污染浓度的结论。

4 结束语

在城市景观绿化布局设计中，考虑植物的抗尘性和吸污性，才能更好地对扬尘污染进行弱化。因此，提出了城市景观绿化设计布局对扬尘污染的弱化影响研究。以城市扬尘污染指数为基础，进行环境空气质量评价，算出景观绿化布局全部指标，确定斑块的种类与聚集性，设计出符合研究区域的景观布局。经过实验分析，应用城市景观绿化布局后，区域内扬尘污染出现弱化现象，弱化程度可随着时间推移不断增加，并且还能改变风速与扬尘浓度的关系，令二者呈现负相关，进一步稀释扬尘污染物浓度。通过植物弱化作用，实现了城市绿化的科学合理布局，提高了区域的生态环境质量，令城市在可持续发展中获得了更大的竞争优势。

基金项目：省市级纵向项目（ZZJQ20011）