污染气体扩散效应的城市土地规划布局优化方法研究

关键词：污染气体扩散；土地规划布局；景观生态风险；空气污染浓度；加权处理

中图分类号：X511 文献标志码：B

前言

城市空气污染对人们的健康有害，污染气体的扩散和积聚可能导致呼吸系统疾病、心血管疾病等。在此背景下，人们更加关注的是如何保护生态环境，以及科学合理的利用土地。空气污染在不同地区之间的传播过程十分复杂，其传播过程与边界层环境密切相关。下垫面条件对边界层的影响是一个重要的方面，其改变将会引起地表环境的能量平衡变化，从而引起大气中的流场与湍流特征的改变，导致污染物在该地区的扩散、转移和聚集。

杨雪荻等以形态空间格局为切入点，建立了MSPA-GMOP-PLUS耦合模型，以生态安全为核心的城市群用地功能与空间结构优化，完成土地规划布局。毕庆生等建立村庄土地资源生产、生活、生态三大功能分级指标体系，采用MCR模型，分析村庄土地资源利用现状和功能适合度的矛盾，实现土地规划布局优化。但上述方法的土地布局规划存在不合理的现象，导致污染气体没有得到很好的治理。

为了保护居民健康、保护生态环境、提高城市环境质量以及减少污染源对建筑物和基础设施的影响，提出了考虑污染气体扩散效应的城市土地规划布局优化方法。通过地形地貌等因素获得城市污染气体扩散模式，计算该地区的土地规划布局风险指数，实施城市土地规划布局优化。

1大气污染地面轴扩散分析

污染的扩散状况是影响城市空气质量的一个重要因素。空气中的污染物质在不同的稳定状态下，会发生不同的扩散过程。在不稳定的环境下，污染气体更易向外扩散，使环境污染得到缓解；在稳定的环境下，污染气体不易扩散，空气质量在某一区域继续恶化。地形地貌等因素对空气污染的扩散状况也有重要影响，如盆地、丘陵等城市容易遭遇地形旋涡、谷风等，或形成逆温层，造成污染物长期滞留。高能耗、高建筑密度的城市，将在城市中产生空气中的局地漩涡，导致污染的倒流与聚集。空气污染的形式有很多种，高斯空气污染的扩散模式是目前使用最多的一种，在点污染源的条件下，风向三维空间（x，y，z）上的空气污染浓度表达式为式（1）：

4土地规划布局优化实验与分析

为了验证考虑污染气体扩散效应的土地规划布局优化的有效性，选取能够影响当地空气环境与居民生产生活的4个典型区域（整个区域、城区、郊区和林地规划为城镇用地），这4个典型区域都呈现两种不同下垫面状况下的污染物浓度空间分布，且涵盖了不同类型的土地和污染源，能够全面反映土地规划布局优化的效果。经过连续一年时间的监测，获取优化前后布局见图1。

如图1所示，四个有代表性的区域土壤类型和污染源的变化情况各不相同，见表1。

在表1中，1的用地类型未发生变化，轻微污染源；2的用地类型发生变化，存在污染源；3的用地类型发生变化，存在污染源；4的用地类型发生变化，存在污染源。二氧化硫和硫酸根离子浓度是大气环境质量监测中的主要指标，二氧化硫主要来源包括工业生产、机动车尾气排放、燃煤等；硫酸根离子是大气中硫氧化物的代表，也是酸雨形成的关键因素之一。为此，将二氧化硫和硫酸根离子浓度作为主要的研究指标，分析土地规划布局优化前后区域二氧化硫浓度变化见图2。

通过图2清晰的看出，四个区域的冬季二氧化硫浓度比夏季要高，冬季污染比夏季严重。尤其是城区和郊区由于居住人口和工业企业的增加，导致污染较重，在没有规划布局优化前，污染较为严重，气体扩散效果不佳，导致二氧化硫的浓度含量高。经过对城市土地规划布局优化后可以明显观察到，城区和郊区均出现二氧化硫浓度下降。在林地规划为城镇用地前，可以得知气体含量高，这是由于植物较多且较密集，致使污染气体扩散速度降低；将一部分林地规划为城镇用地后，二氧化硫浓度含量有所下降，气体扩散速度提高。说明此土地规划布局优化方法可以较好的将污染气体扩散，改善空气环境质量，保证地表能量平衡。土地规划布局优化前后区域硫酸根离子浓度变化见图3。

通过图3可以明显观察到，四个区域在规划布局优化前的硫酸根离子浓度均较高，最高达到0.48ug/m³，土地规划布局优化后城区的硫酸根离子浓度较大，但郊区、林地规划为城镇用地后的硫酸根离子浓度也有所下降，由此说明，土地规划布局优化后的效果显著，污染扩散能力加强，大气污染指数下降，提高城市的空气环境质量。

5结束语

城市土地生态规划布局是影响城市可持续发展的重要因素，对于维护整个城市的生态系统平衡、提高城市的生态环境质量具有十分重要的意义。城市土地生态规划布局不应仅仅是为了满足市民的休闲娱乐需求，更是为了满足空气净化和减少污染的需要，使功能结构更加合理。因此，提出了考虑污染气体扩散效应的城市土地规划布局优化方法。以地形地貌等要素为基础，获取城市污染气体的扩散规律，并对该区域的土地规划布局风险指数计算，对景观破碎度、优势度和分离度定义，采用点状空间布局方式，增加大小不一的点状土地绿地，从而达到优化城市土地规划优化布局。通过实验结果可知，设计的土地规划布局优化方法可以改善空气质量并减少大气污染。