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关中地区交通型海绵街谷形态探讨

  • 论文价格:150
  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
  • 作者:上海论文网
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  • 论文字数:58655
  • 论文编号:el2022011820202228387
  • 日期:2022-01-18
  • 来源:上海论文网
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建筑学论文哪里有?本文的相关实测与模拟研究都表明,海绵街谷在污染物与热舒适方面较普通街谷而言有一定的优越性,可以预见,在今后相当长一段时间内,海绵城市的建设会越来越普及。


第一章 绪论


1.2 国内外研究现状

1.2.1 城市街谷污染物研究

(1)国外相关研究

1999 年 P Kastner-Klein 等人以车辆排放为线源进行模拟,结果发现风向、建筑尺寸和屋顶形状对街谷内部的污染物扩散情况有重要影响[3]。

2001 年 Jiyang Xia 等人利用数值模拟研究了不同建筑物构型对街谷污染物扩散的影响,结果发现在建筑形态一定的情况下,城市不平度建筑高度的增加有利于污染物的扩散[4]。

2002 年Leung CW 等人利用 FLUENT 模拟了一个孤立街道峡谷内的流体流动和污染物扩散,发现街谷越宽、建筑越矮对街谷内部污染物的扩散越有利[5]。

(2)国内相关研究

2004 年王远成等人模拟了不同城市街谷结构形状内的流场和机动车排放污染物浓度场,也证明了街谷结构是会对街谷内部污染物的扩散产生影响,如果上游建筑物比下游建筑物高,会造成街谷内部污染物积聚,对污染物的扩散不利[6]。

2005 年赵宝芹等人对高宽比>1 的窄街谷和高宽比<1 宽街谷内部的污染物流动情况进行了数值模拟研究,结果表明街谷高宽比是影响污染物扩散的因素之一。当高宽比>1 时,背风面建筑物的污染物浓度要比迎风面建筑物的污染物浓度高,临街建筑越高街谷内部污染物越难扩散, 近地面处的污染物浓度越大[7]。

2007 年邱巧玲等人在前人研究的基础上,在确定污染源不变的条件下,研究了街谷结构、街谷两侧建筑、绿化等因素与街谷内部污染浓度变化的关系,并得出当街谷走向与风向相同时污染物扩散得快、实际工作中应将高宽比宜控制在 0.6 ~1.2 之间、避免下风建筑比上风建筑过高等街谷几何结构理论[8]。

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第三章 关中地区交通型海绵街谷热环境及污染物实测研究


3.1 关中地区自然状况

3.1.1 关中地区地理特征

关中地区位于陕西省中部,北接黄土高原,南抵秦岭,地势平坦,土质肥沃。如图 3.1 所示,整个关中区域包括西安、咸阳、宝鸡、渭南、铜川五个地级市和杨凌一带区域,以西安为中心,包括周围的岐山、扶风、乾县等 32 个县。东西宽约 360 km,总面积 55623 km²,水源丰富,灌溉条件较好[67]。

通过对西咸新区已建成海绵道路进行调研发现,交通型海绵道路和生活型海绵街谷在建设数量上是相当的,走向多为平直走向,道路宽度和高宽比之间存在较大差异。

在所调研的交通型海绵道路中,可以发现道路下垫面材料并无太大差异,机动车道均为普通沥青,人行道仅有秦皇大道采用青色透水面砖,其他街谷均为普通青砖,就下垫面反射率而言各街谷间并无太大差异。

从绿化调研结果上看,各交通型道路的绿化形式大致类似,分车绿化带多采用乔灌草搭配种植的形式,主要种类为悬铃木、海桐、黄杨、南天竹和狗尾草,且采用如图 3.4 所示的植草沟等低影响开发(LID)技术。人行道绿化带多为大树冠的悬铃木搭配黄杨、石楠等低矮灌木。

通过上述文献研究及对西咸新区海绵街谷的调研发现,各街谷差异主要集中在道路宽度、走向和高宽比三个方面,本文也将针对这三个方面对交通型海绵街谷 PM2.5及热环境的改善进行相应研究。


第四章 关中地区交通型海绵街谷污染物及热环境模拟研究


4.1 交通型海绵街谷形态研究

由上一章对关中地区交通型海绵街谷和普通街谷的实测分析能够看出,两种街谷内的热舒适情况和 PM2.5 浓度之间存在差异,针对新型海绵街谷形态设计不能照搬以往对普通街谷的相关研究结论。本章将通过软件模拟的方法,在对 ENVI-met 软件进行可靠性验证的基础之上,探究常见的影响普通街谷热环境的街谷走向、街谷高宽比和街道宽度三种形态要素对交通型海绵街谷的热舒适情况及PM2.5浓度是否同样有影响,并进一步分析各形态要素对交通型海绵街谷的影响程度和规律。

上述两章通过文献调研与实地调研与测试,发现海绵街谷与普通街谷在污染物与热环境方面是存在差异性的,对海绵街谷的研究不应照搬以往对普通街谷的研究结果。街谷走向、街谷高宽比等常见的形态因素对于海绵街谷污染物和热环境影响应开展专门研究。

通过对西咸新区已建成海绵道路进行调研发现,各街谷差异主要集中在道路宽度、走向和高宽比三个方面,本文也将针对这三个方面对利用模拟的方法对交通型海绵街谷 PM2.5 及热环境状况进行相应研究。因本文的研究对象为交通型海绵街谷,其主要功能是以交通运输为主,因此在对模拟结果进行评价时选择将污染物作为主要判据,热舒适性作为辅助判据。


4.2 模拟软件选取

对于室外污染物和热环境的模拟研究,利用软件模拟能够过建立数学模型对不同设计方案进行仿真模拟,能够实现对热环境与污染物的分析和预测功能,使模拟结果指导设计者优化街谷的规划设计,以改善室外环境状况。

针对室外热环境和污染物扩散方面的研究,目前国内外常用的模拟软件有 Fluent、ENVI-met、PHOENICS 等,部分模拟软件对比情况如表 4.1 所示:

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通过上表对比可以看出,PHOENICS 与 ENVI-met 均有较广的适用范围,但不同的是 PHOENICS 在网格处理上具有一定局限性,相比较而言,ENVI-met 具有以下优点:

(1)ENVI-met 能模拟中小尺度下范围内地面—建筑—植被—大气之间的相互作用,方便地进行热、湿、风、污和辐射环境模拟的耦合计算;(2)时间步长与网格划分更为精细,且能够对热、湿、风、污和辐射环境进行长时间连续模拟,模拟精确度较高;(3)只需提供正确的气象数据与模拟区域物理信息 ENVI-met 即可模拟出所需数据,且更新后的 V4 版本操作更加简洁方便。

基于以上优点,ENVI-met 越来越受到城市热环境、城市设计等相关研究领域的欢迎,本文也选择将 ENVI-met 作为模拟研究的工具。


第五章 结论与展望


5.1 研究结论

纵观整个研究过程,围绕关中地区交通型海绵街谷热环境及污染物状况,先后进行了广泛的文献调研和实地调研,并在此基础上选取交通型海绵街谷与普通街谷各一条在冬夏两季开展了实测研究,最后利用 ENVI-met 软件,在实测结果的基础上对不同走向、不同高宽比和不同道路宽度的街谷进行了污染物和热舒适模拟研究,主要得到以下结论:

(1)通过对关中地区海绵街谷进行调研可知,交通型海绵街谷规划多为平直走向,主要以东西走向和南北走向为主;机动车道以普通沥青为主,人行横道视土壤具体情况有透水面砖和普通面砖两种铺装,中央绿化带多采用乔草搭配,分车绿化带及人行道绿化带多为落叶乔木和灌木搭配并采用传输式植草沟、生态滞留池等低影响开发技术;

(2)通过对关中地区交通型海绵街谷与普通街谷进行实测分析可知,海绵街谷与普通街谷的热环境差异主要表现在夏季雨中和雨后,海绵街谷所采用的透水铺装以及低影响开发技术等在雨中和雨后能够通过蒸发、贮存等形式调节街谷内部温湿度,能更快地改善街谷内的热环境,提高行人舒适感,而晴朗天气下两种街谷的热环境差异并不显著;冬季晴朗天气下两种街谷在热舒适方面同样无明显差异,但从污染物来看海绵街谷的 PM2.5 浓度更低,污染物扩散情况要好于普通街谷。

(3)在实测的基础上利用软件模拟的方法,针对不同走向、不同高宽比、不同道路宽度的街谷在不同季节下其内 PM2.5 平均浓度及热舒适情况进行了模拟研究,结果发现,当其他环境均相同仅走向存在差异时,模拟时段内南北走向街谷在冬季 PM2.5的扩散要优于东西走向街谷,且无论冬季还是夏季,南北走向街谷的热舒适性均要优于东西走向街谷。在规划建设时,可以尽可能多的将交通型海绵街谷布置于南北走向。

参考文献(略)

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