城市高架对街道峡谷内细颗粒物扩散的影响

发布时间：2020-03-28 04:41

【摘要】：随着人民生活水平的不断提高,机动车保有量日益增长,机动车尾气排放成为城市环境污染的主要原因之一。机动车尾气中的颗粒物,会对人体呼吸系统造成极大的危害。城市化进程的不断推进,对城市交通运输能力提出更高的要求。高架的修建能够拓展城市道路空间,提高交通运输效率,但是高架会影响峡谷内微环境,使峡谷内颗粒物大量积聚,不仅威胁行人身体健康,也会对高架沿线建筑室内空气质量造成不利影响。本文通过实地监测和数值模拟研究城市高架对街道峡谷内行人暴露及细颗粒物扩散的影响,研究结果可为评价城市道路规划和设计的环境效应提供参考。实地监测有高架覆盖和无高架覆盖的街道峡谷内人行道上离地1.5m高处颗粒物浓度及气象因素,探究行人暴露情况及颗粒物浓度与气象参数的相关性。研究发现无论是PM10、PM2.5还是PM1,有高架覆盖的人行道上行人呼吸高度的浓度均高于无高架覆盖的人行道。就行人暴露剂量而言,两种情况下PM10的呼吸沉积剂量相差比较大,高架覆盖对颗粒物在鼻腔区的沉积影响比较大。颗粒物质量浓度与风速和湿度呈正相关,与温度呈负相关,粒径越小,相关性越高,各气象因素之间也具有一定的协同性。由于实地监测情境的局限性,本文进一步运用Fluent结合离散相模型数值模拟高架设声屏障及不同地表空气温差对街道峡谷内的空气流场及街边建筑室内PM2.5浓度的影响。研究结果表明:有高架比无高架时人行道离地1.5m处颗粒物浓度高49%,与实测趋势一致。背风面建筑室内颗粒物浓度高于迎风面。在垂直方向上,中间楼层居住环境较好,十层、十一层稍差,一二层居住环境最差。有高架会阻碍颗粒物在街谷中的扩散,增大峡谷两侧建筑室内颗粒物浓度,迎风面影响较大,高架也会增大与其高度相当的楼层的颗粒物浓度。太阳辐射会影响地表温度,地表升温可以提高峡谷内的空气再循环。随着地气温差△T的增大,热浮力增大,无高架和仅有高架的峡谷两侧室内颗粒物浓度均减小。高架设声屏障时情况不同,△T=10K时室内颗粒物浓度相比△T=0K反而有所增加,此时声屏障不能起到改善由高架造成的颗粒物对室内环境的影响的作用。
【图文】：

郊环线上有道路立体交叉 9 座。高架的大量修建，虽然能更加有效地利用城市空间，缓解冲突点的交通拥堵问题，提高道路通行能力，高架桥两侧建声屏障能够减轻高架上行车噪声对附近居民的影响，但是由于高架的存在，机动车排放源增多，而且由于高架结构的特殊性，相当于在地面上方加了一块盖板形成一个共鸣箱，街道峡谷内的微环境受到影响导致机动车尾气在街谷内聚集不容易散开[6]。太阳辐射是影响地表温度日变化的直接原因，而地面温度日变化又是引起空气温度日变化的直接原因。上午太阳辐射增强，地面处于得热升温过程，而下午太阳辐射减弱，地面处于失热降温过程，空气温度也会随之变化。夜间地表温度略低于空气温度，白昼地表温度高于空气温度，随着太阳辐射强度不断增大，地表与空气温差（简称地气温差△T）也越来越大，在正午可达到 12 开尔文（K）及以上[7]，温度变化曲线如图 1.1 所示。地气温差扰动街谷内的空气流动，会影响街谷内污染物扩散。因此，，本文将通过 CFD数值模拟不同地气温差下高架及声屏障对街道峡谷内细颗粒物扩散的影响。

典型街道峡谷平面图、断面图和示意图
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X734.2;U491.92

【参考文献】

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本文编号：2603939