广州市主城区城市地形类型与风环境评价(2)

2.2 城市地形的概括标准

在分辨率为50 m综合的DEM的基础上,重新设定等高距。通过近邻分析用150 m对建筑物再进行聚合,形成进一步概括的DEM。根据绝对绝对高度H、相对高度(H外-H内)以及平面形状(扁度)三个指标,确定面向城市尺度城市风环境评价的简要标准。其中绝对高度对应自然地形分类中的海拔高度,相对高度表示地形单元的起伏程度,平面形状反映地形的空间结构,三个指标均为自然地形分类的主要指标。

城市地形命名参考了自然地形的命名方式,三个指标设定考虑了主城区建筑物与丘陵高度发育的特点。居住是城市的首要功能[37],本研究区域住宅区在空间连片发育,多层建筑(5—8层)占比较高,建筑高度都在24 m以下。若将林木视为一种特殊的建筑类型,其高度一般不超过15 m(5层),主城区分布的林木占研究区域的31.19%,加上1—8层建筑基底面积16.08%,两者共占区域面积的47.27%。如果单从建筑基底面积的角度来考虑,2017年1—8层占总建筑基底面积74%(图2)。因此, 离地面24 m的高度形成了主城区由建筑和林木组成的基本高度面。另外,白云山山麓的绝对高度基本处于55 m,在此海拔以下,2017年主城区建筑物基底面积占总基底的99%以上。而超过55 m的高层建筑,虽然建筑基底面积占总基底不到5%,体积却达到了建筑总体积的20%(图2),对城市地形及其风场能够产生重要影响。基于以上分析,以绝对高度H作为基本指标,划分H<24 m连续平坦的区域为低地,24—55 m为台地,H>55 m的为高地,再通过对相对高差(H外-H内)的正负,识别是否为洼地,由此确定一级地形分类中的四类地形：洼地、低地、台地、高地。通过编程计算平面形状的扁度,经判别,扁度标准设定在0.7能较好的区分洼地中的盆地与谷地：

图2 2017建筑基地面积与建筑物体积随高度的变化Fig.2 Variation of Building Base Area and Building Volume with Height in 2017

式中,B为扁度,L为最小外接矩形的长度,W为最小外接矩形宽度。盆地的类型可由相对高差(H外-H内)标准进一步细化,H外为边界外缓冲100 m内的平均高度,若以广州市的盆地最低海拔在0 m为基准,盆地内外部高差达到55 m以上,则跨越了三个高度面,属于深盆地,否则该盆地属于浅盆地；若盆地未闭合的边达到盆地周长的1/4,则为半盆地。谷地的类型则根据平面形态细化划出峡谷；台地根据能否连续又可细将分为台地与网络型台地；高地中高于55 m的区域分自然与人工两类地形,其中自然地形丘陵以北部白云山为代表,人工建筑地形通过150 m近邻聚合形成的面为峰林,无法聚合的为孤峰。由此,广州城市地形可简要概括划分4个一级地形、11个二级地形类型(表1)。

表1 广州主城区城市地形类型划分简要标准Table 1 Urban Terrain Classification and Its Characteristics一级地形First-grade terrain二级地形Second-grade terrain指标Index依据Basis典型类型Typical type面积 Area/km2/% 洼地Low-lying land浅盆地055 m冼村、珠江公园1.50.3半盆地S0.7峡谷类型边缘需手动闭合狭长白云山西侧、荔湾区与海珠区之间的珠江后航谷地沿着道路、河流等低地蜿蜒东圃-黄村-岑村/沙面,珠江41.39低地Lowland低地H<24 m平坦连续的低层建筑主城区西北、西南、东南三个方向外围165.237台地Platform台地H 24-55 m连续白云山南侧大片区域108.224网络状台地H外/H内>1网络状越秀、荔湾的老城区、林和西17.14丘陵H >55 m自然地形白云山、火炉山42.910高地Highland峰林H >55 m150 m距离聚合连片珠江新城一带11.23孤峰H>55 m150 m距离内不能聚合零散分布,广州塔为代表4.21

城市建筑组成的地形与自然地形相比,在相同的空间尺度内,缺乏过渡性,变化突然,类型众多。建筑高度受成本的制约,多层建筑占比高,形成了城市建筑的基地,因而台地、低地占比较高(61%),而与高层建筑相关的地形峰林和孤峰占比较低(4%)。负地形洼地的谷地、峡谷、深盆地、浅盆地与自然地形相比,边界清晰,几何组合特征明显。网络状台地可能属于城市建筑特有的地形。本文对综合DEM的简化概括,更适合于城市尺度立体模型的构建。

2.3 城市地形类型及其风环境特征

Bornstein等认为当风速超过4 m/s时,可以有效缓解城市内部的热岛效应[38]。因此,在城市边界层,风速是影响气象环境质量的重要因素。而城市建筑高度的差异抬升极大地丰富了人工地形的类型。主城区11种二级地形类型将在同样的来流下,将对应不同的风场类型,从而使城市风环境趋于多样复杂。主城区地形类型中,面积比例最大的分别是低地(37%)与台地(24%),反映了城市建筑地形中间高周边低阶梯型下降的特点。低地位于主城区外围,主城区内部的相对较高的台地、丘陵、网络状台地、峰林与孤峰占比42%,与主城区外围的宽广的低地相比,对应的风环境质量相对较差(图3)。台地之间所包围的谷地与峡谷占总面积的12%,主要包括珠江及其周边、车陂涌沿岸以及増埗河至三元里大道两侧随河流或道路形成的谷地,上述谷底将成为主城区内部建筑密集区城市尺度的潜在通风走廊。另外在白云山西侧也形成长度为5 km和3 km的两条峡谷,可成为潜在的地方尺度风道。位于主城区内部的城中村和其他多层建筑,外围被高层住宅或商业大厦包围,形成深浅不同的盆地。盆地总面积为44.8 km2,占主城区的(10.5%),典型的有石牌村、珠江公园、广州东站广场等,潜在通风环境差。北部200—300 m的白云山及火炉山等丘陵构成主城区外围的风屏障区域,并通过风影区影响来流下方的通风环境。同样,以珠江新城为中心的广州中心商务区密集的超高层建筑形成了11.2 km2连续的峰林,成为广州城市高度的屋脊,也将随着不同的风向产生人工地形下的风影区域。最后,越秀、荔湾一带新建的高层与原有的低矮楼房交错,形成在城市地形中独特的网络状的台地(4%)以及零散分布的孤峰,将产生特殊的风环境形式。

文章来源：《广州化工》 网址: http://www.gzhgzz.cn/qikandaodu/2021/0616/1562.html