面向生態環境的城市道路交通規劃理論及應用

自50年代美國洛杉磯發生光化學煙霧污染事件以來，汽車排放及其相關產物污染已發展為世界性城市的“災難”。汽車排放污染物主要指一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、氮氧化物(NOx)以及光化學產物(O3、PAN)等。這些污染物危害行人及居民身體健康，腐蝕建筑物，破壞生態環境。隨著國內城市交通與國際“接軌”，國內城市汽車交通量急劇增長，汽車排放污染造成的環境問題日益嚴重。據某大城市調查，騎長距離自行車上班后，不同程度地出現惡心、疲勞、工作效率下降等癥狀；上海市交叉口曾發生值勤民警中毒事件；在杭州市的調查表明，兒童頭發含鉛量是正常值的4倍，這將嚴重影響智力發育。如此下去后果不堪設想。
為了治理汽車排放污染，國外以美國加州為代表，從60年代開始制訂了越來越嚴格的汽車污染物排放法規，至80年代末已使小汽車主要有害物的排放量降低了90％。但由于汽車交通量增長過快，排放污染仍很嚴重。
對國內汽車排放污染嚴重的一些大城市，曾進行過有關研究，如“七五”期間的廣州市以及后來為迎接亞運會的北京市，得出了一些結論，并提出了治理汽車排放污染的一些建議。然而，由于這些工作沒落實到交通上來，收效甚微。汽車排放污染并沒根本解決。
城市道路近旁大氣污染物主要來自汽車交通，根治汽車排放污染必須從交通出發。然而，現有城市交通規劃是面向交通、面向服務的，即以最佳的服務水平最大限度滿足交通需求。交通量的增長產生新的交通需求，必須建設更多的道路交通設施。這樣勢必進一步刺激城市汽車交通量增長，從而導致汽車排放污染總量急劇增長。因此，現行的城市交通發展模式將帶來汽車排放污染的惡性循環。城市道路汽車排放污染嚴重的原因有兩方面：一方面在復雜的城市建筑物(或道路構筑物，如高架路、立交橋)和特殊的大氣邊界層中，污染物進人大氣后擴散速度緩慢，長時間積累便發生了污染危害。道路兩側建筑物是影響廢氣擴散過程的主要因素；如市中心道路狹窄，兩側高樓林立，形成所謂的“街道峽谷”，產生氣流死區，擴散條件極其不利。另一方面汽車交通量巨大，汽車運行工況惡劣，機動車污染物排放量大。如在過飽和車流的交叉口，車輛經常處于怠速駐車、起步加速和減速停車等狀態下運行，污染排放量增大。可見以上這些都與城市交通規劃有關。面向生態環境的交通規劃不僅要滿足交通需求，提高服務水平，而且把改善城市道路大氣環境質量作為一項重要內容，具體包括：
1．改善城市規劃(如建筑物布局)，提高道路交通廢氣的擴散能力。
2．改變傳統的城市交通觀念，由面向交通、面向服務的城市交通變為“面向生態環境”的城市交通。
3．改變現有道路交通設施的規劃設計規范，以符合環境評估要求。
面向生態環境的城市交通的重要內容之一是改變傳統城市規劃觀念。英國科學家的研究發現，改變現有城市的發展模式可能在未來20年中將車輛產生的污染物排放量減少16％。聯合國經濟合作組織的專家認為，過去幾十年中城市一直以增加交通量及增加二氧化碳的方式逐步擴充，交通運輸產生的二氧化碳占排人大氣中總量的30％，其中在1973～1989年間，二氧化碳增加l／3以上。
目前，隨著國內經濟蓬勃發展，城市規劃建設方興未艾，一張白紙可描繪最新最美的圖畫。雖然我們建設晚，但我們應站得高看得遠。“保護環境是一項基本國策”、“環境與發展同步”這一舉世矚目的主題必將在我們的城市建設中得到體現。下一個世紀是“生態世紀”，在本世紀的最后幾年里，我們為后代制定一個合理的城市發展模式，為未來城市建設打下“潔凈”的基礎，將是一個偉大的貢獻。特別是對于發展初期的城市，從城市規劃及交通規劃的階段開始實施面向生態環境的策略，而不是盲目地與“國際接軌”。綜合治理汽車排放污染造成的生態環境問題，可以避免走國外“先污后治理的老路，一定會取得良好的經濟效益、環境效益和社會效益。
70年代末期，美國斯坦福研究所(SRI)在加利福尼亞的圣何塞(San Jose)城進行了汽車排放污染的短期觀測，認為城市建筑物的幾何結構與布局對道路汽車排放污染物的濃度有較大影響；隨后，由于城市的不斷發展，新型交通設施的不斷出現，如立交橋、高架路及隧道等，地面道路交通廢氣擴散不出去，污染十分嚴重。一些著名的研究機構，包括德國的TUEV、荷蘭的TNO、英國運輸部的道路交通實驗室(TRRL)、美國環保局的三角科技園(Research Triangle Park)，對復雜地形條件下汽車排放污染的擴散過程進行了研究。研究方法包括現場觀測、環境風洞模擬試驗及計算機數值模擬。
現場觀測來自真實的物理原形，所測數據較有意義，研究結論針對具體研究對象比較可靠。但正因如此，這種方法不能預測規劃中的道路構筑物的廢氣擴散與污染情況。環境風洞模擬試驗是在嚴格遵守相似準則(包括平均風速廓線相似、湍流廓線相似、熱力相似及幾何相似)的前提下，在縮小的幾何模型上再現實際物理過程的研究方法。所得結論比較可靠，是一種較好的研究方法。但是，與計算機數值模擬相比費用較大，幾何模型制作周期較長，因此不可能各種方案都作試驗。數值模擬是根據實際物理模型提煉的數學模型，按照一定的算法在計算機上再現物理過程的研究方法，其結論的可靠性依賴于數學模型的精度。我們在城市道路汽車排放擴散規律的研究中，采用數值模擬和風洞模擬試驗相結合的研究方法，建立了復雜地形條件下地面源污染擴散模型，提高了數學模型的精度，實行了數學模擬與物理過程的統一。由于擴散過程十分復雜，沒得出統一的污染模式。
80年代初期，美國聯邦政府把道路交通環境作為評審聯邦支助城市開發項目的一個重要方面；在德國，道路規劃的重點已由新項目規劃轉為現有主要道路的重新規劃或改進規劃。大量的道路建設項目都因環境問題而放棄。為了迎接日益嚴峻的環境惡化的挑戰，世界銀行從1989年10月起，對貸款申請的審查制度做了重大調整，環境評估(Enviornmental assessment)已成為一項強制性政策，并把市鎮道路建設列為首要的A類評估范圍。