污染氣體擴散效應的城市土地規劃布局優化方法研究

關鍵詞：污染氣體擴散；土地規劃布局；景觀生態風險；空氣污染濃度；加權處理

中圖分類號：X511 文獻標志碼：B

前言

城市空氣污染對人們的健康有害，污染氣體的擴散和積聚可能導致呼吸系統疾病、心血管疾病等。在此背景下，人們更加關注的是如何保護生態環境，以及科學合理的利用土地。空氣污染在不同地區之間的傳播過程十分復雜，其傳播過程與邊界層環境密切相關。下墊面條件對邊界層的影響是一個重要的方面，其改變將會引起地表環境的能量平衡變化，從而引起大氣中的流場與湍流特征的改變，導致污染物在該地區的擴散、轉移和聚集。

楊雪荻等以形態空間格局為切入點，建立了MSPA-GMOP-PLUS耦合模型，以生態安全為核心的城市群用地功能與空間結構優化，完成土地規劃布局。畢慶生等建立村莊土地資源生產、生活、生態三大功能分級指標體系，采用MCR模型，分析村莊土地資源利用現狀和功能適合度的矛盾，實現土地規劃布局優化。但上述方法的土地布局規劃存在不合理的現象，導致污染氣體沒有得到很好的治理。

為了保護居民健康、保護生態環境、提高城市環境質量以及減少污染源對建筑物和基礎設施的影響，提出了考慮污染氣體擴散效應的城市土地規劃布局優化方法。通過地形地貌等因素獲得城市污染氣體擴散模式，計算該地區的土地規劃布局風險指數，實施城市土地規劃布局優化。

1大氣污染地面軸擴散分析

污染的擴散狀況是影響城市空氣質量的一個重要因素。空氣中的污染物質在不同的穩定狀態下，會發生不同的擴散過程。在不穩定的環境下，污染氣體更易向外擴散，使環境污染得到緩解；在穩定的環境下，污染氣體不易擴散，空氣質量在某一區域繼續惡化。地形地貌等因素對空氣污染的擴散狀況也有重要影響，如盆地、丘陵等城市容易遭遇地形旋渦、谷風等，或形成逆溫層，造成污染物長期滯留。高能耗、高建筑密度的城市，將在城市中產生空氣中的局地漩渦，導致污染的倒流與聚集。空氣污染的形式有很多種，高斯空氣污染的擴散模式是目前使用最多的一種，在點污染源的條件下，風向三維空間（x，y，z）上的空氣污染濃度表達式為式（1）：

4土地規劃布局優化實驗與分析

為了驗證考慮污染氣體擴散效應的土地規劃布局優化的有效性，選取能夠影響當地空氣環境與居民生產生活的4個典型區域（整個區域、城區、郊區和林地規劃為城鎮用地），這4個典型區域都呈現兩種不同下墊面狀況下的污染物濃度空間分布，且涵蓋了不同類型的土地和污染源，能夠全面反映土地規劃布局優化的效果。經過連續一年時間的監測，獲取優化前后布局見圖1。

如圖1所示，四個有代表性的區域土壤類型和污染源的變化情況各不相同，見表1。

在表1中，1的用地類型未發生變化，輕微污染源；2的用地類型發生變化，存在污染源；3的用地類型發生變化，存在污染源；4的用地類型發生變化，存在污染源。二氧化硫和硫酸根離子濃度是大氣環境質量監測中的主要指標，二氧化硫主要來源包括工業生產、機動車尾氣排放、燃煤等；硫酸根離子是大氣中硫氧化物的代表，也是酸雨形成的關鍵因素之一。為此，將二氧化硫和硫酸根離子濃度作為主要的研究指標，分析土地規劃布局優化前后區域二氧化硫濃度變化見圖2。

通過圖2清晰的看出，四個區域的冬季二氧化硫濃度比夏季要高，冬季污染比夏季嚴重。尤其是城區和郊區由于居住人口和工業企業的增加，導致污染較重，在沒有規劃布局優化前，污染較為嚴重，氣體擴散效果不佳，導致二氧化硫的濃度含量高。經過對城市土地規劃布局優化后可以明顯觀察到，城區和郊區均出現二氧化硫濃度下降。在林地規劃為城鎮用地前，可以得知氣體含量高，這是由于植物較多且較密集，致使污染氣體擴散速度降低；將一部分林地規劃為城鎮用地后，二氧化硫濃度含量有所下降，氣體擴散速度提高。說明此土地規劃布局優化方法可以較好的將污染氣體擴散，改善空氣環境質量，保證地表能量平衡。土地規劃布局優化前后區域硫酸根離子濃度變化見圖3。

通過圖3可以明顯觀察到，四個區域在規劃布局優化前的硫酸根離子濃度均較高，最高達到0.48ug/m³，土地規劃布局優化后城區的硫酸根離子濃度較大，但郊區、林地規劃為城鎮用地后的硫酸根離子濃度也有所下降，由此說明，土地規劃布局優化后的效果顯著，污染擴散能力加強，大氣污染指數下降，提高城市的空氣環境質量。

5結束語

城市土地生態規劃布局是影響城市可持續發展的重要因素，對于維護整個城市的生態系統平衡、提高城市的生態環境質量具有十分重要的意義。城市土地生態規劃布局不應僅僅是為了滿足市民的休閑娛樂需求，更是為了滿足空氣凈化和減少污染的需要，使功能結構更加合理。因此，提出了考慮污染氣體擴散效應的城市土地規劃布局優化方法。以地形地貌等要素為基礎，獲取城市污染氣體的擴散規律，并對該區域的土地規劃布局風險指數計算，對景觀破碎度、優勢度和分離度定義，采用點狀空間布局方式，增加大小不一的點狀土地綠地，從而達到優化城市土地規劃優化布局。通過實驗結果可知，設計的土地規劃布局優化方法可以改善空氣質量并減少大氣污染。