主导风向对不同高度建筑街谷交通污染物扩散的影响研究

李 顺 李晓莉 吴思洁 高 航 战乃岩＊

（1．吉林建筑大学市政环境与工程学院，吉林 长春130118；2．吉林建筑大学应急科学与工程学院，吉林 长春130118）

0 引言

在过去几十年中，随着我国城市现代化的步伐越来越快和机动车数量的急速增加，以及机动车污染物的排放使得我国城市街道环境污染日益严重，空气质量逐渐恶化。与交通有关的污染物也越来越受到人们的重视，空气质量问题已成为大多数大城市的关注重点。在城市的街道峡谷中车辆的废气排放对当地居民的健康有着直接的影响。 这些空气污染物主要有一氧化碳（CO）、可吸入颗粒物、氮氧化物（NOx）和其他挥发性有机化合物等。这些污染物已被证明与居民产生的各种疾病有关[1-3]。因此，了解街道峡谷交通污染物的分散情况对于城市居民的健康是必不可少的一个因素。

S.Rafailidis[4]研究发现导致城市街道峡谷的污染“高居榜首”的最主要原因是稳定的分层。这种变化是由于建筑物屋顶的不同形状。刘红娇[5]等人和王继武[6]等人研究发现不同风速和不同开窗率下街道峡谷中坡屋顶建筑内污染物的流动和扩散，结合杭州市中山路的形状，从三维角度分析和研究了杭州市中山路内部污染物的扩散和分布。

综上所述，汽车尾气污染物在城市街道峡谷中扩散和流场已成为当前研究的热点。但是关于不同高度的建筑布局街谷污染物扩散研究并不广泛。因此，对不同高度的建筑物街谷交通污染物扩散影响进行了研究。

1 物理街道峡谷模型

1．1 物理模型

将城市的建筑物高度划分为四种类型如表1所示，建筑高度分别为10~40 m，建筑长度为60 m。如图1所示，以上升型街道峡谷模型的俯视图为例，模型主要分为建筑物、污染源和计算域三大区域，从模型俯视图中可看出四座建筑物的间距均为H，计算域入口到建筑物A的距离为8H、建筑物D至计算域出口的距离为15H。模型中汽车尾气CO被视为污染源，污染源位于目标街谷正中间，其长宽高分别为60 m×10 m×0.6 m。域计算精度。经过网格独立性的检验，经过多次模拟调试后，上升型、下降型街谷网格总数约为367万；凹字型和凸字型的街谷网格总数分别约为263万和222万。

表1 不同类型街道峡谷参数

图1 上升型街道峡谷俯视图

1.2 边界条件

模型计算区域采用ICEM-CFD对二维模型进行网格划分生成边界层网格，这种划分能够精准地模拟街道峡谷内流场形和污染物的扩散，提高研究区

2 结果与讨论

图2为建筑中心剖面在四种不同街谷布局下的流速分布图。从上升街谷模拟图形中可看出来流风越过建筑物A在其后建筑街谷中形成3个气流漩涡。随着建筑高度不断增加，气流漩涡中心处也不断增加，在目标街谷所形成的气流漩涡也变得更加宽大。由下降街谷模拟图可看出当来流风越过最高建筑物A后风速逐渐降低，在其后的街道峡谷中形成大小异同的气流漩涡，且目标街谷所形成的漩涡与其他两个相比较大，聚集的气态污染物也较多。在凹字型街谷可以看到来流风越过建筑物A后在建筑物B上方有回流，且在第一个街道峡谷上方形成一个较小气流漩涡风速同时也在下降。凸字型街谷形成的气流模拟图可以看出当来流风越过A建筑物后在其后上方形成一条污染带且随着距离逐渐减弱。同事在各个街道峡谷也形成了3个大小相似的气流漩涡并且气流中心都靠近着建筑中上方。

图2 建筑剖面街道峡谷流速分布（m·s-1）

3 结语

采用k-ε湍流模型的数值模拟，选取的建筑类型模型中，结果表明：上升型街道峡谷对污染物扩散控制效果最差，凸字型街道峡谷对污染物扩散控制最好。下降型街谷和凹字型街谷不仅会在目标区域形成气流漩涡，而且在气流回旋的情况下会把污染物带回前方上游，对上游环境造成污染。