城市景觀綠化設(shè)計(jì)布局對揚(yáng)塵污染的弱化影響研究

張慧慧　尚曉倩

摘要：針對通過綠化設(shè)計(jì)布局來緩解城市揚(yáng)塵污染，降低空氣顆粒物增加影響了人體健康這一內(nèi)容，為了更好的設(shè)置出最合適的城市景觀綠化布局，分析城市景觀綠化設(shè)計(jì)布局對揚(yáng)塵污染的弱化影響。計(jì)算不同類型尺度的綠化指標(biāo)，確定景觀優(yōu)勢元素和綠化類型的多樣性標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)空氣污染歷史數(shù)據(jù)，獲得揚(yáng)塵污染質(zhì)量濃度水平。經(jīng)過實(shí)例分析可知，根據(jù)多樣性標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的城市景觀綠化布局能夠弱化揚(yáng)塵污染，且弱化效果隨時(shí)間推移不斷增強(qiáng)，城市污染預(yù)警次數(shù)下降，還能改變風(fēng)速與揚(yáng)塵間的正相關(guān)關(guān)系，降低二次揚(yáng)塵污染，稀釋了30%以上的污染濃度。

關(guān)鍵詞：城市景觀綠化；綠化設(shè)計(jì)布局；揚(yáng)塵污染；污染弱化；斑塊離散度

中圖分類號(hào)：X513 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

大氣污染物的形態(tài)是多種多樣的，既有常見的懸浮顆粒物、揚(yáng)塵等固體污染物，也有氣態(tài)的化學(xué)物質(zhì)，甚至是某些微生物，這些污染物具有極強(qiáng)的彌散性，而且以極快的速度蔓延，會(huì)對人體的呼吸系統(tǒng)造成損害，一旦進(jìn)入體內(nèi)，將難以消除。為此必須采取必要的手段對空氣中降塵污染進(jìn)行有效控制，而城市綠化是改善大氣環(huán)境質(zhì)量，減少揚(yáng)塵等污染的重要手段，為此相關(guān)科研人員進(jìn)行深入研究。

劉暢等以PM2.5為研究對象，采用野外觀測和調(diào)查分析，研究不同植被對PM2.5濃度的弱化效應(yīng)、PM2.5濃度隨時(shí)間的變化規(guī)律以及PM2.5濃度與氣溫、空氣相對濕度等因素的相關(guān)性。圣倩倩等利用空氣質(zhì)量檢測器、氮氧化物分析儀對城市污染物現(xiàn)場監(jiān)測，并對環(huán)境因素與污染物間的相關(guān)關(guān)系分析。為了進(jìn)一步分析景觀綠化設(shè)計(jì)對揚(yáng)塵污染的弱化影響，所提方法首先計(jì)算景觀綠化設(shè)計(jì)布局各項(xiàng)指標(biāo)，明確斑塊類型和聚集度，設(shè)置最符合城市的景觀綠化設(shè)計(jì)布局；再計(jì)算城市揚(yáng)塵污染指數(shù)，分析合理布局對污染的弱化效果；最后經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析得出對應(yīng)結(jié)論：景觀布局能夠弱化揚(yáng)塵污染，且隨著時(shí)間推移，弱化強(qiáng)度增加，并且還能改變風(fēng)速與揚(yáng)塵間正向關(guān)系，避免二次揚(yáng)塵污染的發(fā)生。

1 城市景觀綠化設(shè)計(jì)指標(biāo)計(jì)算

城市景觀綠化設(shè)計(jì)的主體是景觀植物，考慮到植被設(shè)計(jì)過程中考慮因素較多，如植物種類、配置方式、植被生長情況、季節(jié)等，不同植物因子存在很大的差異，不利于景觀設(shè)計(jì)和后續(xù)實(shí)驗(yàn)分析。因此根據(jù)綠化指標(biāo)設(shè)計(jì)城市景觀構(gòu)成和空間分布，能夠降低冗余因素對研究的影響，也使研究結(jié)果具有更好的普適性。

選擇能夠反映不同類型景觀綠化尺度上的斑塊面積百分比指數(shù)、蔓延度指數(shù)、聚合性指數(shù)、散布與并列指數(shù)、周長面積分維度指數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù)等指標(biāo)，設(shè)計(jì)城市景觀綠化設(shè)計(jì)布局。具體的指數(shù)表示形式為：

（1）PLA指數(shù)是景觀的各個(gè)斑塊類型所占總面積的比重，能夠獲得景觀中優(yōu)勢元素的分布表達(dá)式為式（1）：

式（1）中，aχγ表示斑塊χγ的面積；A表示全部景觀綠化面積。

（2）CON指數(shù)是指不同斑塊景觀的聚集度，表達(dá)式為式（2）：

式（2）中，gχk表示χ類型與k類型斑塊鄰接點(diǎn)個(gè)數(shù)；m表示景觀綠化各種斑塊總數(shù)。

（3）AI指數(shù)反映同一類型斑塊間的聚集度，數(shù)值小，聚集度會(huì)低。

式（3）中，gχχ表示對應(yīng)的景觀綠化類型的類似相鄰斑塊個(gè)數(shù)。

（4）IJI指數(shù)反映整個(gè)景觀綠化斑塊離散度，隨著數(shù)值變小，離散度也會(huì)降低。

式（4）中，eχk表示斑塊類型從χ到k的總邊界長度；E表示包含背景的總邊界長度。

（5）PAF指數(shù)反映城市地形地貌復(fù)雜性，數(shù)值一般在1-2之間，數(shù)值較大，表明城市需要綠化位置的地形地貌復(fù)雜性較高：

式（5）中，Pχγ表示斑塊周長，aχγ表示斑塊個(gè)數(shù)。

（6）通過SHDI指數(shù)：描述城市景觀綠地類型多樣性，值越大表明該區(qū)域的土地利用方式較為豐富；反之，土地利用較為單一：

2 揚(yáng)塵污染指數(shù)數(shù)據(jù)處理

通過查看《空氣質(zhì)量日報(bào)技術(shù)規(guī)定》，設(shè)置了空氣污染指數(shù)的限制范圍?？諝馕廴局笖?shù)法（Aquatic Pollution Index，API）是根據(jù)大氣內(nèi)彌漫的各種污染物濃度和相應(yīng)的空氣污染指數(shù)的比例作為前提條件，在各個(gè)分指數(shù)中，選擇各污染物濃度最大數(shù)值作為評價(jià)的基礎(chǔ)。利用空氣污染指數(shù)法對揚(yáng)塵污染指數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算過程更加簡單，且更準(zhǔn)確。

（1）在揚(yáng)塵污染物x的濃度Cx，j＜Cx≤Cx，j+1，算出揚(yáng)塵污染分指數(shù)為：

式（7）中，Ix表示污染物x的污染分指數(shù)，Cx表示污染物質(zhì)x的濃度監(jiān)測值，Ixj、Ixj+1表示第j、i+l轉(zhuǎn)折點(diǎn)的污染分項(xiàng)指數(shù)值，Cxj.、Cxj+1表示第j、i+1轉(zhuǎn)折點(diǎn)污染的濃度限值。

（2）明確揚(yáng)塵污染指標(biāo)：用污染分指數(shù)中最大的一個(gè)來表示該城市的大氣污染指數(shù)，揚(yáng)塵是城市大氣的重度污染物。

API=max（I1，I2，…，Ix，…，In） 式（8）

式（8）中，In表示n個(gè)揚(yáng)塵污染的分級指標(biāo)。主要包括揚(yáng)塵，二氧化硫，二氧化氮，可吸入顆粒物。其中，以最大值的空氣污染分項(xiàng)指數(shù)為重度污染物，若全部污染物的空氣污染分項(xiàng)指數(shù)都在50以下，則不需上報(bào)。

使用API指標(biāo)進(jìn)行環(huán)境空氣質(zhì)量評估，具體步驟為：

使用環(huán)境空氣指數(shù)等級水平。環(huán)境空氣污染指數(shù)為50相對應(yīng)的污染物濃度，為一級日均水平；環(huán)境空氣污染指數(shù)為100對應(yīng)的污染物濃度，為二級日均水平；環(huán)境空氣污染指數(shù)為200對應(yīng)的污染物濃度，為三級日均水平；在API較高的范圍內(nèi)，其等級與各類污染物對人類健康有不同影響時(shí)的濃度極限相對應(yīng)，而API達(dá)到500則與各類污染物對人類造成嚴(yán)重傷害時(shí)的濃度相對應(yīng)。

每個(gè)月份的揚(yáng)塵污染綜合評判指數(shù)表達(dá)式為式（9）：

式（9）中，AM表示揚(yáng)塵污染月度綜合評價(jià)指數(shù)，M表示對應(yīng)的月份時(shí)間，揚(yáng)塵污染月度綜合評價(jià)指數(shù)越大，表明這個(gè)月的揚(yáng)塵污染程度就越嚴(yán)重。i表示污染類型為揚(yáng)塵；f（i）表示從小到大的揚(yáng)塵污染月平均質(zhì)量濃度增加數(shù)；g（i）表示揚(yáng)塵污染月平均質(zhì)量濃度水平。

利用單位時(shí)間、單位長度、單位面積污染物釋放量，計(jì)算出城市內(nèi)的揚(yáng)塵污染物的釋放量。按照式（10）對城市二次污染來源總量計(jì)算，表達(dá)式為式（10）：

p=SVgtCd 式（10）

式（10）中，S表示區(qū)域面積；Vg表示裸露地面沉降速率；t表示全年時(shí)間；Cd表示揚(yáng)塵污染濃度數(shù)值。

假設(shè)將式（10）中的Vg的數(shù)值定為裸露地面沉降速度的中位數(shù)，Cd的數(shù)值定為揚(yáng)塵污染每年濃度平均值。揚(yáng)塵污染自然沉降速率表達(dá)為式（11）：

式（11）中，PiPM2.5表示監(jiān)測點(diǎn)的揚(yáng)塵含量，PjPM2.5為對照點(diǎn)的揚(yáng)塵含量。

3 弱化影響實(shí)例分析

揚(yáng)塵污染影響范圍是巨大的，對生態(tài)環(huán)境和人類均有嚴(yán)重危害，為此選取某城市作為實(shí)驗(yàn)地，結(jié)合式（1）-式（6）斑塊面積百分比指數(shù)PLA、蔓延度指數(shù)CON、聚合性指數(shù)AI、散布與并列指數(shù)IJI、周長面積分維度指數(shù)PAF、香農(nóng)多樣性指數(shù)等指標(biāo)SHDI的計(jì)算結(jié)果，在實(shí)驗(yàn)地區(qū)進(jìn)行布置，布局結(jié)果如圖1所示。在布置中使用的植物有國槐、法桐、連翹、紅瑞木、木繡球、冬青，草地。

3.1 時(shí)間維度下景觀綠化布局對揚(yáng)塵污染的弱化分析

為了明確城市景觀綠化布局對揚(yáng)塵污染弱化效果，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。分析實(shí)施城市景觀綠化布局前后的揚(yáng)塵污染變化，見圖2。

通過圖2能夠清晰觀察到，在第1日布局當(dāng)天的8時(shí)-18時(shí)，沒有布局的揚(yáng)塵濃度值在157μg/m3以上，綠化布局后平均揚(yáng)塵濃度值在156μg/m3以上，弱化效果不明顯。隨著時(shí)間的變化，在景觀綠化設(shè)計(jì)布局的第61日，沒有局部和有布局的區(qū)域揚(yáng)塵濃度值均有所下降，這是因?yàn)樽匀怀两翟颍軌蚩闯鰬?yīng)用城市景觀綠化布局的弱化效果更好。在121日時(shí)區(qū)域揚(yáng)塵濃度值與前120日相比，出現(xiàn)大幅度降低，應(yīng)用城市景觀綠化布局的最低數(shù)值達(dá)到62μg/m3。證明所設(shè)計(jì)景觀綠化布局確實(shí)有對揚(yáng)塵污染的弱化效果，且隨著時(shí)間推移，弱化效果越強(qiáng)。

3.2 揚(yáng)塵濃度弱化效果分析

風(fēng)速是影響大氣中顆粒物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的重要因素之一，因此，在分析城市景觀綠化設(shè)計(jì)布局對揚(yáng)塵污染的弱化時(shí)，必須考慮到風(fēng)速與揚(yáng)塵濃度之間的關(guān)系，并進(jìn)一步探究城市景觀綠化設(shè)計(jì)布局對二次揚(yáng)塵污染的弱化作用。如果風(fēng)速與揚(yáng)塵濃度之間呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系，則會(huì)出現(xiàn)二次揚(yáng)塵污染，對大氣環(huán)境造成更大的破壞。如果風(fēng)速與揚(yáng)塵濃度之間呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系，則會(huì)使污染物隨著風(fēng)速的增加而增強(qiáng)轉(zhuǎn)移和稀釋，這種情況下污染不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)積累。因此需要分析在風(fēng)力作用下的城市景觀綠化設(shè)計(jì)布局對揚(yáng)塵污染弱化效果。

如圖3、圖4所示，未經(jīng)過綠化設(shè)計(jì)布局的揚(yáng)塵濃度和風(fēng)速是呈正相關(guān)的，出現(xiàn)污染物聚集現(xiàn)象；而經(jīng)過景觀綠化布局設(shè)計(jì)后區(qū)域，可以改變風(fēng)速與揚(yáng)塵濃度的關(guān)系，令二者呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，污染物在風(fēng)速和布局合理的雙重作用下，揚(yáng)塵污染弱化效果明顯。這是因?yàn)閾P(yáng)塵的擴(kuò)散與傳輸需要空氣的流動(dòng)，景觀綠化布局可以在不同空間尺度、不同區(qū)域上對揚(yáng)塵顆粒物進(jìn)行吸附、攔截，以起到降低揚(yáng)塵濃度的作用，也改變了二者的正相關(guān)關(guān)系，并得出了城市景觀綠化設(shè)計(jì)布局有利于揚(yáng)塵擴(kuò)散和吸附，約降低了30%的污染濃度的結(jié)論。

4 結(jié)束語

在城市景觀綠化布局設(shè)計(jì)中，考慮植物的抗塵性和吸污性，才能更好地對揚(yáng)塵污染進(jìn)行弱化。因此，提出了城市景觀綠化設(shè)計(jì)布局對揚(yáng)塵污染的弱化影響研究。以城市揚(yáng)塵污染指數(shù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行環(huán)境空氣質(zhì)量評價(jià)，算出景觀綠化布局全部指標(biāo)，確定斑塊的種類與聚集性，設(shè)計(jì)出符合研究區(qū)域的景觀布局。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析，應(yīng)用城市景觀綠化布局后，區(qū)域內(nèi)揚(yáng)塵污染出現(xiàn)弱化現(xiàn)象，弱化程度可隨著時(shí)間推移不斷增加，并且還能改變風(fēng)速與揚(yáng)塵濃度的關(guān)系，令二者呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，進(jìn)一步稀釋揚(yáng)塵污染物濃度。通過植物弱化作用，實(shí)現(xiàn)了城市綠化的科學(xué)合理布局，提高了區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，令城市在可持續(xù)發(fā)展中獲得了更大的競爭優(yōu)勢。

基金項(xiàng)目：省市級縱向項(xiàng)目（ZZJQ20011）