ارزیابی تأثیر گشودگی فضایی کریدور شهری بر پراکنش آلاینده مونوکسید کربن با کمک CFD

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترای شهرسازی، دانشکده هنر، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 استاد، عضو هیأت علمی گروه شهرسازی، دانشکده هنر، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 استاد محقق، دانشکده مکانیک، دانشگاه سوگانگ کره جنوبی، سئول، کره

چکیده

کلانشهرها به دلیل حضور گسترده خودرو با مشکل آلودگی هوا به طور فزاینده‌ای مواجه هستند که به طور جدی روی سلامتی افراد تأثیر می‌گذارد. آلودگی هوا در سطح خیابان با تعداد زیادی از متغیرها چون فرم شهری سرکار دارد. فرم شهری می‌تواند منجر به تشدید پدیده آلودگی یا تسهیل تهویه شود. تاکنون تأثیر برخی از شاخص‌های فرم شهری بر نحوه‌ی پخشایش آلاینده‌ها مورد بررسی قرار گرفته است اما شاخص معدنی شدن و شاخص گشودگی فضایی تاکنون مورد بررسی واقع نشده است که در این مطالعه قرار است روابط علت و معلولی بین آن‌ها و نحوه‌ی پراکنش آلاینده مونوکسید کربن (CO) شناخته و بیان شود. فرضیه پژوهش این است که تغییر شاخص گشودگی فضایی و معدنی شدن بر پراکنش CO تأثیرگذار است و عکس یکدیگر رفتار می‌کنند. در این تحقیق از روش کمی و تکنیک مدل‌سازی با کمک دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) استفاده شده و اعتبارسنجی مدل از طریق تونل باد صورت گرفته است. در فرم‌های مورد مطالعه که به صورت انتزاعی در بستر شهر تهران انتخاب شده‌اند، جهت باد عمود بر معبر است. نتایج نشان می‌دهد که هر دو شاخص اثرات آشکاری در پخشایش آلاینده‌های هوا در نزدیک به سطح زمین دارد. در نمونه‌ها تهویه غالباً از طریق سقف کریدور شهری صورت می‌گیرد و با افزایش شاخص گشودگی فضایی و کاهش شاخص مدنی شدن در فرم‌ها، از میزان تهویه عمودی کاسته و بر میزان تهویه در راستای افقی و از طریق دهانه‌های جانبی افزوده می‌شود. از سویی دیگر بین میزان شاخص گشودگی فضایی و میزان کسر حجمی آلاینده در ارتفاع عابر پیاده (ارتفاع 2 متر) همبستگی منفی وجود دارد و با افزایش اولی، میزان آلاینده کاهش می‌یابد. در نهایت می‌توان گفت فرم سه مناسب‌ترین و فرم یک نامناسب‌ترین فرم به لحاظ شاخص‌های مورد مطالعه است و توصیه می‌شود برای توسعه‌های آتی در مناطق مسکونی شهر تهران مدنظر قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


اداره هواشناسی فرودگاهی مهرآباد، (1398).گزارش هواشناسی سال 1398.
بنی طالبی، ا.؛ حسنی، ا.؛ استقامت، ف.؛ ریحانیان، م.؛ اتحادیان، م.ح.؛ حسینی، و. (1393). ضرایب انتشار آلایندگی اگزوز در حالت گرم برای خودروهای بنزین سوز داخل با استاندارد آلایندگی یرو 2، گزارش فنی، هسته پژوهشی سوخت، احتراق و آلایندگی، دانشگاه صنعتی شریف.
حبیب، ف.؛ شکوهى، ع. (1391). شناخت و تحلیل مسائل شهرى با استفاده از سیستم هاى فازى، هویت شهر، شماره 10، سال 6، 17-26.
حسنوند، م. ص. و ندافی، ک. (1395). آلودگی هوا و سلامت: مروری بر مطالعات و تحقیقات جهانی درباره اثرات آلودگی هوا. تهران: موسسه نشر شهر.
شهبازی، حسین؛ بابایی، مهدی؛ افشین، حسین (1394). سیاهه انتشار آلایندگی شهر تهران برای سال مبنای 1392-جلد دوم: منابع متحرک. شرکت کنترل هوا شهرداری تهران.
مشفقی، و. یوسفیان، س. (1398). ارزیابی نقش تغییرات الگوهای ساختار کالبدی شهر بر تغییرات مکانی آلاینده‌های هوای شهری (مطالعه موردی: شهر تهران)" نشریه علمی پژوهشی علوم و تکنولوژی محیط‌زیست (پذیرش شده).
Blocken, B. (2015). Computational fluid dynamics for urban physics: importance, scales, possibilities, limitations and ten tips and tricks towards accurate and reliable simulations. building and environment, 91, 219–245.
Borrego, C., Martins, H., tchepel, O., Salmim, L., Monteiro, A. & Miranda, A. I. (2006). How urban structure can affect city sustainability from an air quality perspective, environmental modelling & software: 21, 461–467.
Cionco, R. M. & Ellefsen, R. (1998). High resolution urban morphology data for urban wind flow modeling. Atmospheric environment, 32, 7–17.
CODASC, www.codasc.de
David Cooper, C. & Alley, F. C. (2002). Air pollution control: a design approach, Waveland press.
Di Sabatino, S., Buccolieri, R., Pulvirenti, B. & Britter, R.E. (2008) “Flow And Pollutant Dispersion in Street Canyons Using Fluent and Adms-Urban”. Environ Model Assess, 13, 369-381.
Edussuriya, P., Chan, A. & Malvin, A. (2014). Urban morphology and air quality in dense residential environments: correlations between morphological parameters and air pollution at street level. Journal of engineering science and technology, 9(1), 64 – 80.
Eeftens, M., Beekhuizen, J., Beelen, R., Wang, M., Vermeulen, R., Brunekreef, B., Huss, A. & Hoek, G. (2013). Quantifying urban street configuration for improvements in air pollution models. Atmospheric environment, 72, 1-9.
Gao, Z., Bresson, R., Qu, Y., Milliez, M., Munck, C. & Carissimo, B. (2018). High resolution unsteady rans simulation of wind, thermal effects and pollution dispersion for studying urban renewal scenarios in a neighborhood of toulouse, urban climate, 23, 114-130.
Hadavi, M., Pasdarshahri, H. (2019). Quantifying impacts of wind speed and urban neighborhood layout on the infiltration rate of residential buildings, Sustainable Cities And Society. https://doi.org/10.1016/j.scs.2019.101887
Hang, J., Sandberg, M. & Li, Y. (2009). Effect of urban morphology on wind condition in idealized city models. Atmospheric environment, 43, 869-876.
Hang, J., Li, Y., Sandberg, M., Buccolieri, R. & Di Sabatino, S. (2012). The Influence of Building Height Variability on Pollutant Dispersion and Pedestrian Ventilation in Idealized High-Rise Urban Areas”, Building and Environment, 56, 346-360.
Hassan, A. M., El Mokadem, A. A. F., Megahed, N.A., Abo Eleinen, O. M., (2020). Improving outdoor air quality based on building morphology: Numerical investigation. Frontiers of Architectural Research. https://doi.org/10.1016/j.foar.2020.01.001
Huang, Y. D., Hou, R. W., Liu, Z. Y., Song, Y., Ui, P. Y. & Kim, C. N. (2019). Effects of wind direction on the airflow and pollutant dispersion inside a long street canyon. Aerosol and Air Quality Research, 19, 1152-1171.
Jackson, P. (1978). The evaluation of windy environments. Journal of building and environment 13, 251- 260.
Karra, S., Malki-Epshtein, L. & Neophytou, M.K. A. (2017). Air flow and pollution in a real, heterogeneousurban street canyon: a field and laboratory study. Atmospheric Environment, 165, 370–384.
Lin, M., Hang, J., Li, Y., Luo, Z. & Sandberg, M. (2014). Quantitative ventilation assessments of idealized urban canopy layers with various urban layouts and the same building packing density. building and environment, 79, 152-167.
Liu, Y., H. Arp, H. P., Song, X. & Song, Y. (2016). Research on the relationship between urban form and urban smog in china. environment and planning b: planning and design, 44 (2), 328-342.
Martins, H. (2012) urban compaction or dispersion? An air quality modelling study. Atmospheric Environment, 54, 60-72.
Marulanda Tobón, A., Moncho-Esteve, I. J., Martínez-Corral, J. & Palau-Salvador, G. (2020). Dispersion of co using computational fluid dynamics in a real urban canyon in the city center of valencia (spain). Atmosphere, 11(7), 693.
Mccarty, J. & Kaza, N. (2015). Urban form and air quality in the United States. Landscape and urban planning, 139, 168-179.
Moonen, P., Dorer, V. & Carmeliet, J. (2011). Evaluation of the Ventilation Potential of Courtyards and Urban Street Canyons Using RANS and LES. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 99 (4), 414-423.
Nosek, S., Fuka, V., Kukačkaa, L,. Kluková, Z., Jaňoura, Z. (2018). Street-canyon pollution with respect to urban-array complexity: the role of lateral and mean pollution fluxes. building and environment, 138, 221-234.
Oke, T.R. (1988). Street Design And Urban Canopy Layer Climate. Energy And Buildings, 11(1–3), 103–113.
Salim, S.M., Buccolieri, R., Chan, A., Di Sabatino, S. (2011). Numerical simulation of atmospheric pollutant dispersion in an urban street canyon: comparison between rans and les. journal of wind engineering and industrial aerodynamics, 99, 103-113.
Setaihe, K., Hamza, N., Mohammed, N. A., Dudek, S., Townshend, T. (2014). CFD modeling as a tool for assessing outdoor thermal comfort conditions in urban settings in hot arid climates. journal of information technology in construction, 19, 248-269.
She, Q., Peng, X., Xu, Q., Long, L., Wei, N., Liu, M., Jia, W., Zhou, T., Han, J. & Xiang, W. (2017). Air quality and its response to satellite-derived urban form in the yangtze river delta, china. Ecological indicators, 297–306.
Shen, J., Gao, Z., Ding, W., Yu, Y. (2017). An investigation on the effect of street morphology to ambient air quality using six real. Atmospheric environment, 164, 85-101.
Tan, W., Li, C., Wang, K., Zhu, G., & Liu, L. (2019). Geometric effect of buildings on the dispersion of carbon dioxide cloud in idealized urban street canyons. Process Safety and Environmental Protection, 122, 271–280.
Tominaga, Y. & Stathopoulos, T. (2013). CFD simulation of near-field pollutant dispersion in the urban environment: a review of current modeling techniques. Atmospheric environment, 79, 716-730.
Wang, Q., Sandberg, M., Lin, Y., Yin, S., Hang, J. (2017). Impacts of urban layouts and open space on urban ventilation evaluated by concentration decay method. Atmosphere, 8, 169, 1-25.
Wen, H. & Malki-Epshtein, L. (2018). A parametric study of the effect of roof height and morphology on air pollution dispersion in street canyons. journal of wind engineering and industrial aerodynamics, 175 , 328-341.
Yang, J., Shi, B., Zheng, Y., Shi, Y., Xia, G. (2020). Urban Form and Air Pollution Disperse: Key Indexes and Mitigation Strategies. Sustainable Cities and Society, 57, 101955.