山地城市近地层风环境的数字化研究

发布时间：2017-06-13 15:04

  本文关键词：山地城市近地层风环境的数字化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着城市化进程加快,城市大面积扩张导致城市用地紧张,造成了人与自然之间的矛盾关系。纵观祖国大地,山地面积占了全国地域总面积的60%以上,因而山地成为我国城市的主要用地源,山地城市也成为城市发展的主要形式。对于山地城市,复杂的地形地貌给规划带来难度,不能单纯沿袭平原地区的规划方法。为了实现山地住区地尽其利、物尽其用,城市规划工作者长期致力于探索一种适宜山地城市的规划与建设方法。城市近地层是人类生存的主要区域,近地层环境优劣与人类居住的舒适性密切相关。随着近年来城市问题的日益突出,城市的风环境质量受到了民众的广泛关注,而近地层风环境已经成为衡量城市环境好坏的一个重要标准。城市规划中规划师需要对规划区整体风环境的宏观把握,目前城市规划的风环境基础资料均来源于当地气象局,然而山地城市往往被群山围绕、山水交错,风环境特征受地形影响较大,采用城市气象局提供的点状数据显得太过单一,具有极大的局限性。因此在山地城市的规划建设初期,建立科学的、有效的风环境研究体系获取规划区的面状风环境数据具有极其重要的实际意义。针对上述问题,本文开展了以下研究。(1)通过阅读大量文献,对城市通风方法、城市风环境的研究现状进行总结,发现针对大尺度的山地城市室外风环境的研究较少。由于地形复杂,数值模拟技术应用于山地城市风环境的研究时,主要的技术难点在于如何实现大区域的地形建模,目前应用于复杂地形的三维建模技术较少。同时,山地城市由于受地形影响,风环境特征及其复杂、目前缺乏针对山地风环境的可靠的、科学的、系统的研究体系。(2)总结了山地风场极其显著的局部环流特征,通过对实际测试数据进行分析,发现位于同一山体的山脚和山顶风速、风向差距较大,山地风速分布与海拔密切相关,地形对于山地风环境的影响巨大。而对于具体的山地住区,地形起伏对于城区内部风环境影响很小,建筑形态、城市布局往往是主要的影响因素。同时通过对已有的风环境评价理论进行总结,提出便于规划师宏观把握城市总体风环境特征的风速分区方法。(3)对数值模拟技术的基本理论与方法进行介绍,阐述数字高程模型的概念及获取方法,针对山地复杂的地形地貌提出了一种方便快捷的数字化建模方法,通过数据格式的转换实现各个数字技术之间的衔接,建立了科学的、可靠的、系统的适宜山地风环境的数字化研究体系。(4)利用数字化建模方法建立CFD模型,采用数值模拟技术以重庆綦江某规划区为例,模拟冬夏季背景风速下研究区域的风环境特征,便于规划师在规划初期获得整体风环境的基础资料。通过风速分区方法确定研究区域的各个风速段,对于处在各个风速段的地块的总体规划设计提出相关建议。(5)对通风廊道概念及其表现形式进行简述,采用Sketch up软件建立包括城市主干道、次干道、绿化带、河流、建筑地块在内的以城市空间为主体的模型,利用CFD数值模拟技术对城市住区通风廊道的风速分布情况进行分析,将模拟结果反馈到通风廊道的规划设计,提出广义通风廊道的建设方法。采用具体的规划案例,在总体风环境的指导下从区域规划、城市规划、街区规划的层面分析廊道构建情况。结合城市通风廊道的建设,提出了适宜山地住区风环境的设计策略。
【关键词】：近地层风环境 数字化研究体系 城市风廊 CFD技术
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU984;TU119
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 研究背景10-12
• 1.1.1 城市可持续发展目标10-11
• 1.1.2 人居风环境需求11-12
• 1.2 相关概念12-14
• 1.2.1 山地及山地城市12-13
• 1.2.2 城市风场概述13-14
• 1.3 研究现状14-18
• 1.3.1 城市通风方法14-17
• 1.3.2 山地风环境17-18
• 1.4 现存问题18
• 1.5 研究的内容和意义18-20
• 1.5.1 研究内容18-19
• 1.5.2 研究意义19-20
• 1.6 研究思路与框架20-22
• 1.6.1 研究思路20
• 1.6.2 研究框架20-22
• 2 山地城市风环境基础特性及实测分析22-44
• 2.1 我国城市规划的风向分区22-23
• 2.2 山地城市局地风环境23-26
• 2.2.1 河陆风24
• 2.2.2 山谷风24-25
• 2.2.3 山坡风25-26
• 2.3 山地风环境的测试概况26-30
• 2.3.1 研究区域26-27
• 2.3.2 测试内容27
• 2.3.3 测试仪器27-28
• 2.3.4 测试点布置28-30
• 2.4 测试结果分析30-37
• 2.4.1 翠屏山山顶测试结果分析30-32
• 2.4.2 城区各个测点测试结果分析32-35
• 2.4.3 不同海拔高度的测点对比分析35-37
• 2.5 风环境评价理论37-41
• 2.5.1 风环境评价标准37-40
• 2.5.2 本文采用的风速分区方法40-41
• 2.6 本章小结41-44
• 3 山地城市近地层风场数字化研究方法介绍44-56
• 3.1 数值模拟的基本理论与方法44-48
• 3.1.1 流体流动特征44-45
• 3.1.2 流体流动控制方程45
• 3.1.3 湍流模型的选择45-47
• 3.1.4 近壁面处理方法47-48
• 3.1.5 软件简介48
• 3.2 数字化研究山地城市风环境48-55
• 3.2.1 数字高程模型48-50
• 3.2.2 数字化研究方法50-51
• 3.2.3 地形建模技术51-55
• 3.3 本章小结55-56
• 4 山地城市风环境的模拟研究56-74
• 4.1 研究区域模型56-57
• 4.2 确定计算区域57-58
• 4.3 边界条件设置58-61
• 4.4 模拟结果分析61-66
• 4.4.1 模拟结果显示与验证61-62
• 4.4.2 夏季模拟结果分析62-64
• 4.4.3 冬季模拟结果分析64-66
• 4.5 城市风环境综合设计66-71
• 4.5.1 整体风环境设计66-69
• 4.5.2 新城风环境设计69-71
• 4.6 本章小结71-74
• 5 山地城市通风廊道74-92
• 5.1 城市风廊74-82
• 5.1.1 概述74-75
• 5.1.2 表现形式75-79
• 5.1.3 数值模拟分析79-82
• 5.2 广义通风廊道82-87
• 5.2.1 概念及规划方法82-84
• 5.2.2 案例分析84-87
• 5.3 山地住居风环境设计策略87-90
• 5.3.1 明确建设区的通风需求87-88
• 5.3.2 构建良好的通风廊道88-89
• 5.3.3 合理的规划布局89-90
• 5.4 本章小结90-92
• 6 结论与展望92-96
• 6.1 主要结论92-93
• 6.2 创新点93
• 6.3 展望93-96
• 致谢96-98
• 参考文献98-104
• 附录104
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文104

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本文编号：446811