城市河流对局地热湿气候影响的数值模拟和现场实测研究

论文摘要

随着我国经济的发展,城市化的加剧,城市热岛效应已经受到大家越来越广泛的关注。迫于城市人口的压力,自然下垫面如河流、绿地等已经越来越多的被如沙石、混凝土等人工下垫面取代,这些人工构筑物具有低热容性、高粗糙度等特性,在相同太阳辐射量下升温较快,使得城市近地面温度比郊区高出2-10℃。城市河流是城市发展和生存的基本物质条件,是净化城市环境、创造城市景观不可或缺的因素。与一般河流相比,城市河流除了其特有的人文景观内涵外,还具有净化环境、维持生态系统平衡等生态环境功能。由于河流具有热容性较大、温度较低且水面上方有较为宽阔的空间易于气流扩散等优势,因此城市河流对城市热气候的影响不可忽略。但是基于我国的社会发展现状,过多的强调经济发展,忽略生态环境的保护以及快速城市化使得城市河流面临着面积迅速减少、人工化、渠道化、水质污染严重等问题。针对上述问题,本文采用数值模拟和现场实测的方法对城市河流周边局地热气候进行研究。数值模拟以某实际商务城规划项目为物理建模基础,选用当地气象参数为计算条件进行了包含河流及周边复杂建筑群落在内的CFD三维计算模拟。该模拟中导入了河流与大气之间热湿交换的简易计算方法并考虑了太阳辐射影响。通过CFD模拟对城市河流周边速度场、湿度场和温度场分布进行了分析评价,初步获得了不同河流区域大小、下垫面温度以及主导风向对周边建筑街区热气候的影响。另一方面,在总结前期现场实测结果的基础上,对固定点位置和移动测量的测试点及测试路线进行调整,以流经哈尔滨市的松花江段为现场实测研究对象,研究城市河流的热气候调节作用。分析不同类型下垫面温度波动规律,得出松花江两侧沿岸不同下垫面构成情况下的温度分布,考察实际状况下河流在夏季对城市热气候及室外热舒适的影响。研究表明影响河流周边热气候及热舒适的主要因素是太阳辐射,河流作为城市冷源对周边建筑区温度分布略有影响,周边建筑区内空气温度随着离河岸距离增加而呈递增趋势,其影响程度与河流形态、主导风向及建筑区密集程度相关。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 课题来源及研究目的
• 1.3 城市热气候概论
• 1.3.1 空间尺度及相关热气候
• 1.3.2 城市热气候主要影响因素
• 1.4 国内外研究现状
• 1.4.1 城市热气候的国内外研究现状
• 1.4.2 河流对城市局地热湿气候影响的国内外研究现状
• 1.5 研究内容
• 第2章 城市河流对局地热湿气候影响的数值模型
• 2.1 基于CFD 的数值模型建立
• 2.1.1 城市热气候的数值方法基础方程
• 2.1.2 计算流程
• 2.2 河流与大气热湿交换模型的选择和建立
• 2.2.1 河流表面-大气热平衡控制方程
• 2.2.2 河流表面单位水分蒸发量UDF 编制
• 2.3 太阳辐射模型的建立
• 2.4 本章小结
• 第3章 城市河流对局地热湿气候影响因素模拟分析
• 3.1 物理模型建立
• 3.2 计算条件
• 3.2.1 流入流出边界条件
• 3.2.2 水蒸气扩散设定条件
• 3.2.3 太阳辐射计算条件的设定
• 3.2.4 壁面边界的设定
• 3.3 计算结果分析
• 3.3.1 人工下垫面对周边局地热湿气候的影响
• 3.3.2 河流对周边局地热湿气候的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 城市河流对局地热湿气候影响的现场实测
• 4.1 实测方案
• 4.1.1 实测固定点和移动测量路线
• 4.1.2 实测内容及实测仪器的选择
• 4.1.3 实测时间安排
• 4.2 实测理论
• 4.2.1 河流表面热平衡
• 4.2.2 室外热舒适性计算
• 4.2.3 移动测量之温度修正
• 4.3 数据处理及分析
• 4.3.1 固定测点的典型日分析
• 4.3.2 实测期间的固定测点数据统计分析
• 4.3.3 移动测点的实测结果
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及其他成果
• 致谢