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浙江大学学报(工学版)
浙江大学学报(工学版)  2019, Vol. 53 Issue (3): 470-481    DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2019.03.008
土木工程     
基于通风潜力及风特征量化分析的城市风道构建
王伟武1(),黎菲楠1,王頔1,汪琴2
1. 浙江大学 建筑工程学院，浙江 杭州 310058
2. 浙江大学 建筑设计研究院，浙江 杭州 310023
Urban ventilation corridor construction based on ventilation potential and quantitative analysis of wind characteristics
Wei-wu WANG1(),Fei-nan LI1,Di WANG1,Qin WANG2
1. College of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
2. Zhejiang University Urban-Rural Planning and Design Institute, Hangzhou 310023, China
 全文: PDF(1598 KB)   HTML
摘要：

以杭州市主城区为例，选取杭州典型季份的Landsat 8影像反演城市地表温度，以城市局地环流运行规律为理论基础，确定城市风道系统的作用空间和补偿空间. 通过构建杭州主城区表征城市风道地表粗糙度的5个影响因子（包括建筑密度、建筑高度、城市绿地、城市水体和城市路网）的空间数据集，建立城市风道通风潜力综合评价模型，并实现GIS空间叠加分析，确定通风潜力最大区域作为潜在通风廊道区域. 结合杭州主城区各气象站点的15个自动气象风玫瑰图，确定周边区域夏季和冬季主导风向的空间分布情况. 结合上述分析结果及杭州的城市建设与规划，实际确定出杭州主城区6条潜在一级风道和5条二级风道.
关键词： 通风潜力;  地表温度反演;  GIS空间分析;  风特征量化分析;  城市风道    
Abstract:

Firstly, taking Hangzhou’s main urban area as an example, Landsat 8 images of Hangzhou’s typical season were selected to extract land surface temperature, and the role of urban ventilation corridor system space and compensation space were determined based on the theory of urban atmospheric circulation operation rule. Secondly, the comprehensive evaluation model of urban ventilation potential was established by building five factors’spatial data sets of urban ventilation corridor surface roughness in Hangzhou, including building density and building height, the urban green space, the urban water and city road network. GIS spatial overlay analysis was implemented to determine the biggest ventilation potential area as a potential ventilated corridor area. Thirdly, fifteen automatic meteorological wind-rose diagrams from meteorological sites in the main urban area of Hangzhou were used to determine the spatial distribution of the dominant wind direction in summer and winter in the surrounding area. Finally, combining the above analysis results and the construction and planning condition of Hangzhou, six potential first-level wind tunnels and five secondary wind tunnels in Hangzhou’s main urban areas are determined.
Key words: ventilation potential    land surface temperature retrieval    GIS spatial analysis    quantitative analysis of wind characteristics    urban ventilation corridor
收稿日期: 2017-10-23 出版日期: 2019-03-04
CLC:  TU 984.2  
作者简介: 王伟武(1972—)，男，副教授，博士，从事遥感与GIS技术在城市规划和环境科学中的应用研究. orcid.org/0000-0002-5232-1194. E-mail： weiwuwang@zju.edu.cn
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王伟武
黎菲楠
王頔
汪琴

引用本文:

王伟武,黎菲楠,王頔,汪琴. 基于通风潜力及风特征量化分析的城市风道构建[J]. 浙江大学学报(工学版), 2019, 53(3): 470-481.

Wei-wu WANG,Fei-nan LI,Di WANG,Qin WANG. Urban ventilation corridor construction based on ventilation potential and quantitative analysis of wind characteristics. Journal of ZheJiang University (Engineering Science), 2019, 53(3): 470-481.

链接本文:

http://www.zjujournals.com/eng/CN/10.3785/j.issn.1008-973X.2019.03.008    或    http://www.zjujournals.com/eng/CN/Y2019/V53/I3/470

自动气象站点 夏季最多风向 G1/% 冬季最多风向 G2/%
乔司农场 E 17.17 NW 12.46
下沙 ENE 11.28 NNW 13.62
八堡 ? ? E 14.78
阮家村 NNE 17.68 NNE 19.03
半山 NNE 15.12 NE 13.43
都市水乡 NNE 11.67 E 14.37
拱宸桥 E 12.77 NW 10.84
三里亭 ENE 9.89 N 13.43
西溪湿地 ENE 8.74 SW 9.77
湖心亭 SW 9.92 NW 10.87
杭州站 SSW 15.48 NNW 14.87
龙井山园 NE 14.09 NNE 16.04
四桥南 NE 21.97 NE 16.26
浦沿 NNW 10.1 NNW 13.54
转塘 NE 13.81 SW 17.03
表 1  所选15个自动气象站点2014年的参数情况
图 4  杭州城市主导风向特征分析及城市风道构建示意图
图 1  城市风道构建技术路线
图 2  杭州主城区地表温度反演图及通风系统的作用空间和补偿空间示意图
图 3  城市粗糙度各影响因子及通风潜力综合影响评价图
影响因子 权重系数
城市水体（ω1） 面积（ω11） 0.101 5
宽度（ω12） 0.152 3
城市绿地（ω2） 面积（ω21） 0.084 6
宽度（ω22） 0.126 9
城市路网（ω3） ? 0.211 5
建筑高度（ω4） ? 0.176 3
建筑密度（ω5） ? 0.146 9
表 2  城市通风潜力影响因子的权重系数
影响因子 ω11/（104 m2） ω12/（m） ω21/（104 m2） ω22/（m） ω3/（m） ω4/层 ω5/%
评价标准 ＞500 ＞80 ＞80 ＞100 ＞50 ＞9 40~50
300~500 60~80 50~80 80~100 42~50 6~9 30~40
200~300 40~60 30~50 60~80 36~42 3~6 20~30
50~200 20~40 10~30 40~60 24~36 1~3 10~20
＜50 ＜20 ＜10 ＜40 ＜24 ＜1 ＜10
赋值 5 5 5 5 5 1 1
4 4 4 4 4 2 2
3 3 3 3 3 3 3
2 2 2 2 2 4 4
1 1 1 1 1 5 5
权重 0.101 5 0.152 3 0.084 6 0.126 9 0.211 5 0.176 3 0.146 9
总潜力值 0.507 5 0.761 5 0.423 0 0.634 5 1.057 5 0.176 3 0.146 9
0.406 0 0.609 2 0.338 4 0.507 6 0.846 0 0.352 6 0.293 8
0.304 5 0.456 9 0.253 8 0.380 7 0.634 5 0.528 9 0.440 7
0.203 0 0.304 6 0.169 2 0.253 8 0.423 0 0.705 2 0.587 6
0.101 5 0.152 3 0.084 6 0.126 9 0.211 5 0.881 5 0.734 5
表 3  城市通风潜力影响因子综合评价体系
潜在风道 风道规划方案 建设对策
Ⅰ1：钱塘江 沿钱塘江设置垂直的绿带或道路，引导钱塘江凉爽的风进入城市核心区，缓解城市热岛效应. 首先应保护好钱塘江本身的水环境质量，保障空气质量. 其次，加强沿江绿化景观带的建设，建议滨江两岸规划 100~500 m的平行带状的绿地，与之垂直的河流、街道两侧也增设带状绿地，强调整体性，形成网络化的绿带系统.
Ⅰ2：半山-皋亭山-黄鹤山风景区-上塘河(半段)-余杭塘河 借助于上塘河(半段)和余杭塘河自由流动的水体和两岸的绿地将城郊的冷空气和新鲜空气源源不断地输送进城市西北片区，有力地缓解了杭州城西和城北的热岛效应，尤其是杭州钢铁集团基地、沈半路西侧以及和城广场周边的老工业区等高温作用空间. 保护好半山-皋亭山-黄鹤山风景区作为冷气库所需的自然生态环境，并将周边的杭州钢铁基地等工业用地搬迁掉，保证城市风道口环境的生态性和清洁性. 其次，保障上塘河和余杭塘河两岸一定宽度的连续绿带，两侧的建筑高度控制在风道宽度的一半以内，保障风的流畅性和渗透性. 着重处理上塘河西北岸的用地，将沈半路与上塘河所夹的带状工业用地置换成公园绿地或者低建筑密度低层建筑，既改善滨河街区的环境又拓宽此条风道的宽度.
Ⅰ3：乔司农场-下沙河道中心公园-下沙沿江公园 通过沿河的下沙河道中心公园连接到南边的下沙沿江公园并延伸至钱塘江，形成南北贯穿下沙的无阻碍城市风道，能带走下沙工业片区大部分的城市热量. 严格控制乔司农场的生态保护红线，严禁大片农田耕地被城市建设用地所蚕食，保障冷气库的面积. 其次，将1号大街以东、12 号大街以南以及沪昆高速以西所夹三角地带的工业区置换成其他低污染低产热的用地性质，至少保证沿 1 号大街侧留有 200 m宽的公园绿带，与北侧的下沙河道中心公园相衔接，形成完整通畅且宽度有保证的风道.
Ⅰ4：京杭大运河 京杭大运河以宽阔的运河河道为依托，由沿河两岸条状的绿带、低开发强度的历史文化街区以及局部开阔的沿河公园构成，由北向南穿过运河新城、拱宸桥、大关、朝晖、闸弄口以及三堡等城市新老单元，最终汇入钱塘江. 严格控制京杭大运河穿城段滨水空间的土地利用性质，保证一定的土地兼容性，但尽量避免高污染高耗能高产热的工业用地. 其中，京杭大运河与钱塘江的交汇处是该条风道的重要的入风口，两侧的包装厂、塑料制品厂等工业用地性质应置换成公园绿地或者文化类用地，确保入风口的风环境. 其次，保护好建筑后退河道控制线，确保沿河道两岸有30~50 m的绿化用地，以绿色植被为主，形成完整连续的绿色走廊.
Ⅰ5：吴山景区-贴沙河及沿岸公园-华家池-艮山运河公园 通过贴沙河由南向北串接凤山公园、侯潮公园、横河公园、凯旋公园、华家池、城东公园等系列沿河公园绿地，最终与京杭大运河交汇于艮山运河公园，形成贯穿望江、潮鸣、凯旋、艮山等老城单元的重要通风廊道. 沿贴沙河及铁路沿线已形成宽度约为 50~100 m的连续且相对完善的绿带，作为老城区中天然的风道应严格控制两岸的建筑高度. 对于贴沙河南端东岸的工业厂房应避免高污染企业进入，对于部分老旧厂房可以进行工业用地置换.
Ⅰ6：午潮山国家森林公园&西湖风景名胜区-六公园、五公园等滨湖公园 在西南风向的作用下，以环绕西湖的五公园、六公园、湖滨公园等滨湖公园为风道口，借助垂直于西湖的主次干路，如保俶路、环城西路、庆春路、解放路以及西湖大道等，将新鲜冷空气源源不断地输送渗透进城市中心区，达到缓解城市热岛效应和雾霾污染的效果. 需严格控制西湖风景区四周环湖建筑的高度，西湖东侧的南山路、湖滨路以东至浣纱路地块以及风起路以南至惠民路段的建筑高度控制在 18~20 m，西湖西侧的植物园、吴山景区等的建筑高度控制在15 m以内，避免环湖核心区建筑对风的阻挡. 另一方面，增设引风口和引风通道.
Ⅱ1：浙窑公园-石祥西路(非高架段)-紫金港 以浙窑公园为风道口，借助于宽阔的石祥西路及两侧绿化带，将京杭大运河的流动风引入城西，并借助沈家塘、紫金港西区等补偿空间的点源补充作用，起到缓解热岛效应的作用. 利用京杭大运河天然风道，通过石祥路将风引入城区，在道路沿线汽配市场以及居住区配套小型绿地公园以作为补偿空间，同时，应保留西侧紫金港附近的众多支流，并且防止其受到工业、生活污染，有助于其将风渗透到各个区块.
Ⅱ2：笕桥地块-机场路-环城北路-天目山路-西溪湿地 再通过绿化良好的机场路、环城北路、天目山路及其北侧紧挨着的沿山河连接到西溪湿地，形成道路型城市风道. 依托天目山路、环城北路、机场路的的道路型风道，在依靠主城边缘块状绿地—西溪湿地的基础上，需要注意周边建筑高度、排列方式和朝向，在密集的城市中心应更注重点状绿地的布置，从而形成串珠状的绿地系统有助于城市热量的释放.
Ⅱ3：钱塘江-江东大道-德胜快速路(北侧防护林带)-近江工业区 利用江东大道、德胜快速路与绕城之间宽阔的防护绿带及其北侧的河道，将钱塘江的凉风输送至近江工业园区，缓解工业释放的热量. 通过钱塘江口的绿地和河道将风引入西侧的近江工业区，同时，北部的乔司农场是大面积冷气库通过北风将工业区释放的热量吹散. 因此，应保持德胜快速路及江东大道两侧的绿带面积，同时控制工业区的蔓延，避免高污染工业企业进入.
Ⅱ4：奔竞大道-江南大道-钱塘江 此条风道横向贯穿了整个滨江区，借助奔竞大道、江南大道及其隔离绿带或者沿河绿带(后半段南侧有河)，将东侧部队农场的冷空气引入滨江区. 作为横向穿越滨江区中心区的重要风道，应严格控制东北部的生态保护红线，避免由于快速城镇化房地产的大规模开发. 其次，奥体中心周边地区是未来重要的开发区域，应更加注重其生态性，保留连续且完整的带状、块状绿地对于整个城区的生态环境都具有重要作用.
Ⅱ5：钱塘江(滨江公园处)-江晖路-白马湖 以临江的滨江公园为风道口，将钱塘江的风通过宽敞的江晖路引入城市，并与白马湖相衔接，共同为周边地区的降温散热提供保障. 由滨江公园为风道口，通过宽阔的江晖路引入钱塘江的风，但是以硬质路面为主缺少大面积的绿地，建议在两侧布置一定宽度的绿带，缓解城区中心热岛效应.
表 4  城市风道规划方案及建设对策
1 张晓钰, 郝日明, 张明娟 城市通风道规划的基础性研究[J]. 环境科学与技术, 2014, S2: 257- 261
ZHANG Xiao-jue, HAO Rui-ming, ZHANG Ming-juan The planning and establishment of urban ventilation path[J]. Environmental Science and Technology, 2014, S2: 257- 261
2 KRESS R. Regionale Luftaustauschprozesse und ihre Bedeutung für die r?umliche planung [M]. Dortmund: Institut für Umwehschutz der Universit?t Dortmund, 1979: 154–168.
3 GEORGAKIS C, SANTAMOURIS M Experimental investigation of air flow and temperature distribution in deep urban canyons for natural ventilation purposes[J]. Energy and Buildings, 2006, 38 (4): 367- 376
doi: 10.1016/j.enbuild.2005.07.009
4 刘姝宇, 沈济黄 基于局地环流的城市通风道规划方法-以德国斯图加特市为例[J]. 浙江大学学报: 工学版, 2010, 44 (10): 1985- 1991
LIU Shu-yu, SHEN Ji-huang Urban ventilation channel planning method based on local circulation: a case study of Stuttgart, Germany[J]. Journal of Zhejiang University: Engineering Science, 2010, 44 (10): 1985- 1991
5 李磊, 吴迪, 张立杰 基于数值模拟的城市街区详细规划通风评估研究[J]. 环境科学学报, 2012, 32 (4): 946- 953
LI Lei, WU Di, ZHANG Li-jie Ventilation assessment on urban-block detailed planning based on numerical simulation[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2012, 32 (4): 946- 953
6 王卫国, 徐敏, 蒋维楣 建筑物附近气流特征及湍流扩散的模拟试验[J]. 空气动力学学报, 1999, 17 (1): 88- 92
WANG Wei-guo, XU Min, JIANG Wei-mei The simulation experiment on the flow feature and turbulence dispersion near building[J]. Acta Aerodynamica Sinica, 1999, 17 (1): 88- 92
7 李晓彬, 李峥嵘, 赵群, 等 上海市建筑群布置对自然通风的影响分析[J]. 建筑节能, 2013, (7): 12- 15
LI Xiao-bin, LI Zheng-rong, ZHAO Qun, et al Influence of architecture composition to natural ventilation in Shanghai[J]. Building Energy Efficiency, 2013, (7): 12- 15
doi: 10.3969/j.issn.1673-7237.2013.07.003
8 王珍吾, 高云飞, 孟庆林, 等 建筑群布局与自然通风关系的研究[J]. 建筑科学, 2007, 23 (6): 24- 27
WANG Zhen-wu, GAO Yun-fei, MENG Qin-lin, et al Study on relationship between building group distribution and natural ventilation[J]. Building Science, 2007, 23 (6): 24- 27
doi: 10.3969/j.issn.1002-8528.2007.06.007
9 陈少青, 廖毅, 林晨. 多维度管控视角下的城市通风廊道规划探索[C] // 2016中国城市规划年会. 沈阳: 中国城市规划学会, 2016: 59–70.
CHEN Shao-qing, LIAO Yi, LIN Chen. Exploration on urban ventilation corridor planning from the perspective of multi-dimensional control [C] // 2016 China Urban Planning Conference. Beijing: China Architecture and Building Press, 2016: 59–70.
10 SUDER A, SZYMANOWSKI M Determination of ventilation channels in urban area: a case study of Wroc?aw (Poland)[J]. Pure and Applied Geophysics, 2014, 171 (6): 965- 975
doi: 10.1007/s00024-013-0659-9
11 WICHT M, WICHT A, OSI?SKASKOTAK K. Urban ventilation corridors mapping using surface morphology data based GIS analysis [C] // EGU General Assembly Conference. Vienna: EGU, 2017: 1009.
12 林欣. 基于数值模拟的城市多尺度通风廊道识别研究-以深圳市为例[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2014.
LIN Xin. Research on identification of city wind environ ment simulation and city ventilation corridor : the case study of Shenzhen city [D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2014.
13 王金玲. 基于GIS的城市生态网络和通风廊道的研究[D]. 天津: 天津大学, 2016.
WANG Jin-lin. A study on urban ecological networks and ventilation corridors based on GIS [D]. Tianjin: Tianjin University, 2016.
14 李家燕. 基于CFD技术的城市通风廊道规划方法研究[D]. 合肥: 安徽建筑大学, 2016.
LI Jia-yan. Research on the method of urban ventilation corridors planning based on CFD technology: a case study of the central area of Anqing[D]. Hefei: Anhui Jianzhu University, 2016.
15 巴鲁克·基沃尼. 建筑设计和城市设计中的气候因素[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2010: 331.
16 G·Z·布朗, 马克·德凯. 太阳辐射·风·自然光[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2008: 110–116. : 110–116.
17 刘乐乐, 赵小峰, 赵颜创 基于城市环境气候图的宁波大气环境分析与调控对策[J]. 生态学报, 2017, 37 (2): 1- 13
LIU Le-le, ZHAO Xiao-feng, ZHAO Yan-chuang Ningbo atmospheric environment analysis and regulating countermeasure based on urban climatic map[J]. Acta Ecologica Sinica, 2017, 37 (2): 1- 13
doi: 10.3969/j.issn.1673-1182.2017.02.001
18 李鹍, 余庄 基于气候调节的城市通风道探析[J]. 自然资源学报, 2006, 21 (6): 992- 997
LI Kun, YU Zhuang Research on urban ventilation channel based on climate regulation[J]. Journal of Natural Resources, 2006, 21 (6): 992- 997
19 胡莎莎, 孙宜然. 城市风道规划研究: 以黄石市风道规划为例[C]// 2016年中国城市规划年会. 沈阳: 中国城市规划学会, 2016: 12–30.
HU Sha-sha, SUN Yi-ran. Study on urban ventilation planning: a case study of Huangshi [C] // 2016 China Urban Planning Conference. Shenyang: Urban Planning Society of China, 2016: 12–30.
20 丁凤, 徐涵秋 基于LandsatTM的3种地表温度反演算法比较分析[J]. 福建师范大学学报: 自然科学版, 2008, 24 (1): 91- 96
DING Feng, XU Han-qiu Comparison of three algorith ms for retrieving land surface temperature from Landsat TM thermal infrared band[J]. Journal of Fujian Normal University: Natural Science Edition, 2008, 24 (1): 91- 96
21 宋挺, 段峥, 刘军志, 等 Landsat 8数据地表温度反演算法对比[J]. 遥感学报, 2015, 19 (3): 451- 464
SONG Ting, DUAN Zheng, LIU Jun-zhi, et al Comparison of four algorithms to retrieve land surface temperature using Landsat 8 satellite[J]. Journal of Remote Sensing, 2015, 19 (3): 451- 464
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