东部人口密集地区农村生活垃圾回收点布点方案与选址优化——以南京市后圩村为例

蒋潇，刘天乐，陈浩文，秦齐，万永平 （合肥工业大学 建筑与艺术学院，安徽 合肥 230001）

1 引言

作为目前农村面源污染的主要来源[1]，农村生活垃圾造成的污染严重影响着农村环境卫生、农业生产、农民的生活和身心健康。研究统计全国农村地区每年有约1.2 亿吨的垃圾几乎直接露天堆放,约2500 万吨的农村生活污水全部直接排放入河流[2]。目前，针对东部人口密集地区农村生活垃圾的配套收容设施和相关处理环节仍处于建设过程中，而对各个村落内回收点具体位置的选址布点还欠缺一定的科学安排。本文从对村内垃圾回收点选址和布点方案优化的角度出发，结合中心地理论中相关假设，尝试通过调整回收点位置，达到完善农村生活垃圾资源化处理环节的目的，为尚且处于初级发展阶段的乡村生活垃圾治理提出改善建议。

2 东部地区农村垃圾收集点布点现状

在我国东部人口密集地区，农村大多呈现出人口密度小，生产场所分散的特点，各建筑设施一般较远，这就导致虽然各村庄具备一定产量的生活垃圾，但产生源在空间上相对分散，使得回收点在村内呈现出散点布置状态，带来垃圾收集和集中处理上的难题[3]。

另外，村庄人口居住分散，而村庄所处地理位置一般具有较为广阔的地域空间，具备环境上相对较大的承载和消化能力，可以容纳少部分垃圾在户外空间直接就地处理。但是村庄的基础建设滞后、环境管理体系欠缺以及村民自身的环保意识缺乏等因素，间接引起在回收点布置规划时村庄收集设施数量不足、收集点覆盖范围和收容能力不足以满足村落整体需求等问题，将过多的垃圾处理压力施加给当地生态环境而非垃圾收容设施，造成农村环境污染，既影响村容村貌，又降低村庄居民的生活质量，为东部农村地区建设带来不可逆的恶劣影响。

2.1 基于克里斯泰勒结构的收集点服务半径计算

2.1.1克里斯泰勒中心地理论

中心地理论[4]由德国城市地理学家克里斯塔勒和德国经济学家廖什分别提出，最早作用于某一中心向周围提供商品或服务的辐射范围计算，其建立在一个比较理想的环境中，假设的条件为研究区域自然条件和资源均质分布且大致相同的平原，人口分布均匀。设在理想地表上均匀地分布着若干六边形中心地，中心地的范围就成了不会产生空白区域的六边形结构，同时也一定程度上保证了可达性。

2.1.2收集点服务半径计算

由对中心地理论的参考，将垃圾回收点设为中心，则其可覆盖范围为一个六边形，若能推算出单个六边形的面积，即可根据Sc=3√3a2/2 得出六边形边长a。根据所得尺寸制作等比例大小，边长为a 的六边形网格，将地图按正确尺寸放入网格中，即可确定垃圾收集点位置。

依据《环境卫生设施设置标准》（CJJ 27-2012）[5]，生活垃圾收集点的垃圾容器或垃圾容器间的容量需按生活垃圾分类的种类、生活垃圾日排出量及清运周期进行计算。可根据以下整合公式计算出单个垃圾收集点最大服务人口（图1）。

图1 垃圾收集点服务人口计算

安徽、浙江、江苏等我国东部地区农村人口数据及农村户数数据，计算出平均每户人数为3.9 人。本方案计算模型中，发现东部人口密集地区农村地区居民住宅及其所占用地密度差异较小，通过对长冲村、刘河社区、后圩村、茶岗村和山口凌村等村落居民住宅户数数据及其所占用地面积数据统计，计算出该密度值在一定范围区间内，平均值约为225m2／户。对于我国东部人口密集地区农村，经统计计算，居民生活垃圾人均日产量按照0.8kg／人每天[6]。当采用四个垃圾桶容量为240L的带盖垃圾桶，且每天清扫一次（A4=1）时，可以推算出该垃圾回收点可覆盖的人口数量为Rmax=810，即该垃圾回收点最大可覆盖户数为T=208 户。据此得出一个垃圾回收点可覆盖范围面积最大值为Sc=46800m2，即六边形边长为a=135m 为宜。且由六边形中心到角点的距离为135m，符合《农村垃圾分类设施设置标准》中提出的收集点服务半径不大于200m的规范。

根据所得，可以创造单个边长为135m 的六边形网格（图2），将村落地图按正确比例放入网格后，便可得到第一轮定点结果。

图2 六边形网格图示

2.2 风环境分析对定点进行调整

半径计算得出垃圾收集点的第一轮定点后，还需考虑风向及风速等村落风环境对垃圾收集点的影响，以避免垃圾收集点带来的异味等不利因素，干扰到附近居民的日常生活，将不良影响降到最低。通过PHOENICS 对村落风环境进行模拟，将一轮定点中受风环境影响较大的点进行偏移或换位，得出基于风环境分析改善的第二轮定点结果。

2.3 步行便捷性及交通条件进行最终调整

图3 方案流程示意图

在广大农村地区，人口老龄化较为严重。调研结果发现人们愿意为垃圾投放出行的意愿时间集中在2min～3min，考虑到农村地区特定的人口结构，推算出对于垃圾投放而言，步行距离150m～200m 为宜。交通条件方面，需要确保垃圾收集点所在地转运车可顺利到达，且不需要经过太多的绕路。条件允许情况下，最好设置在穿越村庄的省道、乡道旁或是村落内道路条件较好的道路旁。

根据步行半径及交通条件的需要，将第二轮定点结果的不合理处或可改进处进行调整，得到最终的垃圾收集点定点方案。

3 以南京后圩村为例的东部人口密集地区农村垃圾收集点优化

3.1 后圩村概况

后圩村（图4）地处南京市星甸街道西北面，坐落于老山余脉九峰山山脚下，村落地势平缓，无明显的高差变化。全村共有19 个自然小组，667 户，总人口2469 人，全村区域面积800hm2。根据测算，村落集中住宅占地面积约为120000m2。其作为涉农社区，主要产业为水产养殖业。

图4 后圩村卫星图

3.2 根据六边形服务半径确定一轮布点

克里斯泰勒的中心地理论提供了以六边形为结构的服务半径覆盖模式（图5），可根据每个垃圾收集点容量及服务半径计算，得出单个六边形面积为46800m2，边长为135m 的六边形网格。单个六边形的中心视为一轮布点中垃圾收集点所在的位置。

图5 克里斯·泰勒理论结构

将后圩村地图按相同比例放入到六边形网格中，以最少的六边形数量尽可能覆盖住村落集中住宅占地的大部分区域，得出后圩村垃圾收集点的第一轮布点结果。以三个一字排开边长为135m的六边形将村内集中住宅占地的大部分区域覆盖，则需要在村内设置三个垃圾收集点，三个六边形中心点便为后圩村垃圾收集点的初步布点（图6）。

图6 一轮布点结果

3.3 根据风环境对布点进行调整

后圩村产生的主要垃圾为生活垃圾及落叶杂草等，同时，大部分的厨余垃圾能够因村民自家的家禽饲养而当作饲料消耗，只有少数剩余的厨余垃圾会被村民投放至垃圾桶，导致垃圾收集点的厨余垃圾桶利用率较低。主要垃圾种类单一导致垃圾的混合堆放，易发生生物化学反应，产生异味。位于风速较大，且下风向的垃圾桶所产生的异味，更容易经过风的扩散，对居民生活产生负面影响。

将风向图与一轮布点图进行叠加之后，发现六边形所在中心点所处位置风速较大，容易导致回收点所产生的异味影响村民生活，并非垃圾桶布点的最佳位置。故对三个垃圾桶布点位置进行了微调（图7），将一号收集点从原本风速2.12m/s～2.48m/s 的位置，向东南偏移至风速在0.71m/s～1.06m/s 的区域；将二号收集点从原本风速1.42m/s～1.77m/s 的位置，向西北偏移至风速在0.35m/s～0.71m/s 的区域；将三号收集点从原本风速1.42m/s～2.21m/s 的位置，向西北偏移至风速在0.35m/s～0.71m/s 的区域（图8）。尽量使垃圾桶位于风速1m/s以下的区域，避免由于风量大小与风的流动等因素对垃圾桶气味产生扩散，影响村民的日常生活，导致人居环境恶化[7]。

图7 PHOENICS风环境分析

图8 二轮布点结果

3.4 依据步行距离与交通条件再次调整布点

在空间句法中，选择度[8]指空间系统中的某一元素作为两个节点之间最短拓扑关系的频率，体现了人流穿行的可行性。后圩村作为典型的东部密集地区农村，也有老龄化严重的特征。在老龄化严重的情况下，人群出行距离150m～200m 为宜。以出行最大距离150m为节点，对后圩村空间句法中选择度进行分析得到相应结果（图9）。在风环境影响因素后，根据选择度结果调整垃圾收集点位置，人流穿行可能性更高的位置地点更适合于垃圾收集点的选址[9]，即道路颜色所代表的选择度越高越适宜垃圾收集点的布点。

图9 选择度分析（上）

在垃圾收集点布点中，可达性[10]作为垃圾收集点的布点重要影响因素。垃圾收集点宜布置在可达性高的位置，通过对后圩村可达性分析，用不同颜色反应出空间中的可达性（图10）。根据可达性优化垃圾点布局，即道路颜色所代表的可达性越高越适宜于垃圾收集点的布点。

图10 整合度分析（下）

受到村内收集点在空间上布置分散、道路状况不佳等原因影响，在清运过程中的实际转运效率并不高，故而需结合交通条件调整布置点。从交通条件角度对后圩村的收集点布置进行优化，首先其选点位置应定在穿村而过的省道、乡道或主干道路两侧，方便回收人员将清运车停靠在路边后就能进行回收作业；同时选点位置的大致范围宜靠近村内的几个对外出口，便于清运车在村口直接完成各点回收，减少在村内的停留时间。

在后圩村的垃圾桶实际布点调整中，在风环境分析对环境布点调整的基础上，首先根据空间句法中选择度的影响，将1 点朝北偏东方向移至穿村省道旁，将2 点朝东方向移到选择度为14 的红色路段上，将3 点朝东南方向移至选择度为7.509 的橙色路段上拐点处。之后根据道路可达性的影响，将3 点向南移到接近整合度7.1895 的黄色道路的位置。最后结合道路交通条件对布点位置尽量靠近对外出口的要求，再将3 点移至更加靠近村口的道路交点处，至此垃圾回收点布点位置调整完毕（图11）。

图11 最终布点结果

4 结语

随着农民生活水平的提高，农村所生产的生活垃圾数量也在不断增加，同时在农村地区开展垃圾分类，实现垃圾的资源化处理利用成为了近年来的大趋势，势在必行。原有的农村垃圾收集方式已经不符合发展的需求，对垃圾收集的合理化、规范化、科学化的要求变得十分紧迫。通过科学合理的农村垃圾收集点布置，促进农村居民更加方便、快捷且自觉地进行垃圾投放和分类，减少收集和转运成本成为农村生活垃圾回收转运再利用过程中重点研究的环节。本文通过对克里斯泰勒结构、PHOENICS 风环境分析、空间句法等分析方法的运用，以南京市后圩村为例，探讨了一种东部人口密集地区农村村内垃圾收集点的数量及布点方法，对现有的布点结构进行优化。在布点设计的过程中，充分将村落人口、面积、垃圾收集点服务半径、风环境、交通情况等因素考虑其中，设计了一套层层叠加递进的工作流，最后得出村内垃圾收集点选址的最优点。本方法可以为相关管理部门及环保企业对农村内部科学、合理设置垃圾收集点提供参考与帮助，且本方法适用于绝大多数东部人口密集地区农村。