چکیده

فراهم آوردن شرایط آسایش انسان از یک محیط علاوه بر ایجاد احساس رضایتمندی و افزایش کارایی کاربران؛ در تعدیل میزان انرژی مصرفی بی تاثیر نمی باشد شهر به عنوان بستری با ترکیبی از عوامل مختلف که در آن جمعیت ساکن متمرکز شده اند، بیان می شود بنابراین تحلیل و سنجش کیفیت محیطی فضاهای شهری، به طیف گسترده ای از معیارها و شاخص ها نیاز دارد میزان دخالت عوامل محیطی در تعیین طرح بندی فیزیکی و تراکم ساختمانی بافت شهری، سطح کیفیت محیطی و آسایش ساکنین سکونتگاه ها همواره از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده است در غالب مطالعات انجام شده مرتبط با مقوله آسایش حرارتی و کیفیت هوا در محیط های شهری، پارامترهای طبیعی، فیزیکی و اقلیمی به صورت جداگانه مورد بررسی قرار گرفته اند و در موارد اندکی این سه پارامتر به عنوان متغیرهای مستقل در کنار هم عنوان شده اند بدین جهت در پژوهش حاضر سعی شده ضمن بررسی همزمان این سه متغیر، جنبه جدیدی از مطالعات در زمینه کاهش آلودگی هوا، بهبود آسایش حرارتی و کیفیت محیط زیست شهری به ویژه در شهرهای با ژئومورفولوژی و مورفولوژی متفاوت مورد بررسی قرار گیرد روش اصلی پژوهش مورد نظر براساس هدف آن به صورت بنیادی – کاربردی و با هدف کشف ماهیت پدیده‌ها و روابط بین متغیرهای اصلی و فرعی می باشد ابتدا جهت شناخت مفاهیم پایه معماری، شهرسازی، هواشناسی و مکانیکی در راستای بررسی شاخص های تاثیرگذار و پارامترهای مهم تحقیق، مطالعات کتابخانه ای انجام شده است سپس با استفاده از نرم افزارهای اقلیم شناسی و شهرسازی RayMan و ClimateSkyModel به محاسبه فاکتور رؤیت آسمان (SVF) و دیاگرام های مسیر خورشیدی برای تنگه های شهری موجود در مدل های پژوهش پرداخته شده است جهت بررسی روابط بین متغیرهای پژوهش و ارائه الگوهای بهینه مورفولوژی شهری در شرایط توپوگرافیک مختلف از نرم افزار گرافیکی Gambit 246 استفاده شده است همچنین شبیه سازی های کامپیوتری به وسیله نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی Ansys Fluent 150 به دلیل توانایی بالا در انجام محاسبات و امکان بررسی پارامترهای مختلف آیرودینامیکی، ترمودینامیکی و صورت گرفته است نتایج پژوهش حاضر نشان می دهد که وجود ساختارهای متراکم در مناطق شهری با افزایش عمق لایه مرزی، شدت جزایر گرمایی در این لایه را افزایش می دهند از سوی دیگر مناطق متراکم کمترین تاثیر را بر روی لایه سطحی (نزدیک سطح زمین) دارند بر این اساس طراحی ساختارهای متراکم و بلند مرتیه در نواحی مرزی ورودی جریان باد غالب در هیچ نوع توپوگرافی، به ویژه ژئومورفولوژی دره توصیه نمی شود زیرا این امر موجب کاهش سرعت جریان هوا در مناطق وسیع پایین دست و افزایش عمق لایه مرزی در این نواحی می شود ژئومورفولوژی های دره ای به دلیل تولید جزایر گرمایی در فصول گرم و وارونگی دمایی در فصول سرد، عمدتا باید دارای مورفولوژی منظم و یکنواخت باشند همچنین مطالعات آسایش حرارتی برای توپوگرافی های مختلف نشان می دهد که ژئومورفولوژی های نوع پیچیده دره ای در مقایسه با ژئومورفولوژی های هموار از شرایط نامناسب تری در این زمینه برخوردار هستند، که علت اصلی آن توپوگرافی های پیچیده ناحیه بادپناه می باشدلغات کلیدی: توده های متراکم شهری، لایه مرزی، ژئومورفولوژی، پراکنش آلودگی، آسایش حرارتی، ضریب


 

فصل اول (مقدمه و اهداف)
۱-۱- مقدمه ۲
۱-۲- تعرف و بیان مساله ۲
۱-۳- اهمیت و ضرورت انجام پژوهش ۳
۱-۴- اهداف پژوهش ۴
۱-۵- فرضیه و سولات پژوهش ۴
۱-۶- جنبه جدید بودن و نوآوری در پژوهش ۵
۱-۷- کاربرد نتایج در رفع تنگناها و مشکلات جامعه ۶

فصل دوم (مبانی و کلیات پژوهش)
۲-۱- مقدمه ۸
۲-۲- بررسی متون، نظریه ها و تاریخچه ۹
۲-۲-۱- لایه مرزی شهری ۹
۲-۲-۲- دره شهری ۱۲
۲-۲-۳- آلودگی هوا ۱۳
۲-۲-۴- جزیره حرارتی شهری ۱۵
۲-۲-۵- عوامل تشکیل دهنده جزیره حرارتی شهری ۱۹
۲-۲-۵-۱- افزایش جمعیت و توسعه شهری ۲۰
۲-۲-۵-۲- کاهش فضاهای سبز و پوشش گیاهی ۲۱
۲-۲-۵-۳- خواص مواد و متریال سطوح ۲۱
۲-۲-۵-۴- طرح بندی فیزیکی و هندسه شهری ۲۱
۲-۲-۵-۵- انتشار حرارت انسانی ۲۳
۲-۲-۵-۶- موقعیت جغرافیایی ۲۳
۲-۲-۵-۷- عوامل اقلیمی ۲۶
۲-۲-۶- نتایج و عوارض جزیره حرارتی شهری ۳۲
۲-۲-۷- استراتژی های کاهش دهنده جزیره حرارتی شهری ۳۴
۲-۳- مروری بر پژوهش های انجام شده ۳۶
۲-۴- بررسی خلاء های مطالعاتی ۳۹
۲-۵- تعریف مفاهیم و متغیرهای پژوهش ۴۰

فصل سوم (روش انجام پژوهش)
۳-۱- مقدمه ۴۳
۳-۲- نوع پژوهش ۴۳
۳-۳- ابزار و روش پژوهش ۴۴
۳-۴- مکان و زمان انجام پژوهش ۴۵
۳-۴-۱- ویژگی های اقلیمی منطقه مورد مطالعه ۴۸
۳-۴-۲-۱- درجه حرارت ۴۹
۳-۴-۲-۲- بارندگی ۵۰
۳-۴-۲-۳- رطوبت نسبی ۵۰
۳-۴-۲-۴- جریان باد ۵۱
۳-۴-۲-۵- آلودگی ۵۲
۳-۴-۲- ویژگی های کالبدی منطقه مورد مطالعه ۵۳
۳-۴-۲-۱- سازمان فضایی مراکز کار و فعالیت در شهر تهران ۵۳
۳-۴-۴-۲- سازمان فضایی مرکز اداری-تجاری ۵۴
۳-۴-۴-۳- نظام فضاهای پر و خالی ۵۴
۳-۴-۴-۳- فضاهای باز عمومی ۵۵
۳-۴-۴-۴- گونه شناسی بافت شهری ۵۶
۳-۴-۴-۵- بافت ریزدانه ۵۹
۳-۴-۴-۶- وضعیت کاربری های عمده و اصلی ۵۹
۳-۵- ابزار و روش گردآوری داده ها ۶۳
۳-۵-۱- پیکربندی فیزیکی مدل های پژوهش ۶۴
۳-۵-۲- شرایط مرزی مسئله ۶۷
۳-۵-۳- مدل ها و توابع ریاضی ۷۱
۳-۶- روش تحلیل داده ها ۷۵
۳-۷- اعتبارسنجی نتایج پژوهش ۷۶

فصل چهارم (نتایج، بحث و پیشنهادها)
۴-۱- مقدمه ۷۹
۴-۲- تحلیل یافته های پژوهش و بحث و تفسیر نتایج ۷۹
۴-۲-۱- مطالعه نقشه هایی دمایی و جزایر حرارتی شهر تهران ۷۹
۴-۲-۲- مطالعه ضریب رویت آسمان دره های شهری ۸۳
۴-۲-۳- مطالعه پارامترهای آیرودینامیکی و حرارتی لایه های شهری ۸۵
۴-۲-۳-۱- مطالعه لایه مرزی و انرژی جنبشی توربولانسی ۸۶
۴-۲-۳-۱-۱- مطالعه لایه مرزی در فصول گرم سال ۸۶
۴-۲-۳-۱-۲- مطالعه لایه مرزی در فصول سرد سال ۹۴
۴-۲-۳-۲- مطالعه پارامترهای آیرودینامیکی و حرارتی در شرایط آدیاباتیک ۹۷
۴-۲-۳-۲-۱- مطالعه پارامترهای آیرودینامیکی و حرارتی در شرایط آدیاباتیک برای ژئومورفولوژی نوع ۱ ۹۸
۴-۲-۳-۲-۱-۱- مطالعه الگوی جریان هوا در لایه تاج پوش ۹۸
۴-۲-۳-۲-۱-۲- مطالعه سرعت جریان هوا در لایه تاج پوش ۱۰۰
۴-۲-۳-۲-۱-۳- مطالعه پراکنش آلاینده ها در لایه تاج پوش ۱۰۱
۴-۲-۳-۲-۲- مطالعه پارامترهای آیرودینامیکی و حرارتی در شرایط آدیاباتیک برای ژئومورفولوژی نوع ۲ ۱۰۳
۴-۲-۳-۲-۳- مطالعه پارامترهای آیرودینامیکی و حرارتی در شرایط آدیاباتیک برای ژئومورفولوژی نوع ۳ ۱۰۵
۴-۲-۳-۲-۳-۱- مطالعه الگوی جریان هوا در لایه تاج پوش ۱۰۵
۴-۲-۳-۲-۳-۲- مطالعه سرعت جریان هوا در لایه تاج پوش ۱۰۶
۴-۲-۳-۲-۳-۳- مطالعه پراکنش آلاینده ها در لایه تاج پوش ۱۰۸
۴-۲-۳-۲-۴- مطالعه پارامترهای آیرودینامیکی و حرارتی در شرایط آدیاباتیک برای ژئومورفولوژی نوع ۴ ۱۰۹
۴-۲-۳-۲-۴-۱- مطالعه الگوی جریان هوا در لایه تاج پوش ۱۱۰
۴-۲-۳-۲-۴-۲- مطالعه سرعت جریان هوا در لایه تاج پوش ۱۱۱
۴-۲-۳-۲-۴-۳- مطالعه پراکنش آلاینده ها در لایه تاج پوش ۱۱۳
۴-۲-۳-۳- مطالعه پارامترهای آیرودینامیکی و حرارتی در شرایط غیرهم دما (فصل تابستان) ۱۱۵
۴-۲-۳-۲-۱- مطالعه پارامترهای آیرودینامیکی و حرارتی در فصل تابستان برای ژئومورفولوژی نوع ۱ ۱۱۶
۴-۲-۳-۳-۱-۱- مطالعه الگوی جریان هوا در لایه تاج پوش ۱۱۶
۴-۲-۳-۳-۱-۲- مطالعه سرعت جریان هوا در لایه تاج پوش ۱۱۸
۴-۲-۳-۳-۱-۳- مطالعه پراکنش آلاینده ها در لایه تاج پوش ۱۲۰
۴-۲-۳-۲-۲- مطالعه پارامترهای آیرودینامیکی و حرارتی در فصل تابستان برای ژئومورفولوژی نوع ۲ ۱۲۲
۴-۲-۳-۳-۲-۱- مطالعه الگوی جریان هوا در لایه تاج پوش ۱۲۲
۴-۲-۳-۳-۲-۲- مطالعه سرعت جریان هوا و پراکنش آلاینده ها در لایه تاج پوش ۱۲۴
۴-۲-۳-۳-۳- مطالعه پارامترهای آیرودینامیکی و حرارتی در فصل تابستان برای ژئومورفولوژی نوع ۳ ۱۲۵
۴-۲-۳-۳-۳-۱- مطالعه الگوی و پراکنش آلاینده ها در لایه تاج پوش ۱۲۵
۴-۲-۳-۳-۴- مطالعه پارامترهای آیرودینامیکی و حرارتی در فصل تابستان برای ژئومورفولوژی نوع ۴ ۱۲۷
۴-۲-۳-۳-۴-۱- مطالعه الگوی و سرعت جریان هوا در لایه تاج پوش ۱۲۸
۴-۲-۳-۳-۴-۲- مطالعه پراکنش آلاینده ها در لایه تاج پوش ۱۳۰
۴-۲-۳-۴- مطالعه الگوهای دمایی و آسایش حرارتی ۱۳۲
۴-۳- ارائه پیشنهاد در ارتباط با نتایج حاصل از پژوهش ۱۳۵
۴-۴- ارائه پیشنهاد برای پژوهش های بعدی ۱۳۶

فصل پنجم (نتیجه گیری)
۵-۱- نتیجه گیری ۱۳۹


فصل اول

مقدمه و اهداف پژوهش

1-1- مقدمه

شهر کانون و بستر رشد و تکامل انسانی است و فضایی را در بر می گیرد که سکونتگاه های انسانی و زیستی را در خود جای داده است .«شهر از دیدگاه سازمان ملل متحد؛ کالبدی است برای فعالیت های اجتماعی سازمان یافته که سه اصل مهم کالبد، فعالیت اجتماعی و سازمان یافتگی و روابط بین این سه را بیان می کند» )United Nations, 2010(. فرم )کالبد( و ماهیت )عملکرد( به عنوان دو جزء اصلی فضاهای شهری معرفی می شوند که حاصل نگرش توأم به هر دو بعد می باشند. شهرها مجموعه ای در هم تنیده و پیچیده هستند که همواره از زوایای مختلف علمی مانند؛ جامعه شناسی شهری، جغرافیای شهری، مهندسی شهرسازی، برنامه ریزی شهری ،علوم مکانیکی و غیره مورد بررسی و مطالعه قرار می گیرند. به این ترتیب که هر کدام از شاخه های علمی مختلف یکی از مسائل شهری را مورد تجزیه و تحلیل قرار می دهد. از سوی دیگر فضاهای باز شهری همواره سهم بسزایی را در رفاه و کیفیت زندگی انسان ها دارا هستند و آسایش انسانی در این گونه فضاها یک مسئله پیچیدۀ متشکل از جنبه های مختلف فیزیکی و اقلیمی نظیر؛ جمعیت و توسعه شهری، طرح بندی فیزیکی، منابع آنتروپوژنیک، شرایط آب و هوایی، موقعیت جغرافیایی و … می باشد )EPA, 2008(. بنابراین خیابان ها و معابر شهری به عنوان یک عنصر اصلی نه تنها محیط زیست خارجی بلکه فضاهای داخل را نیز تحت تاثیر قرار می دهند، و در این راستا درک ارتباط متقابل میان عوامل طبیعی و فیزیکی حاکم بر فضاهای شهری در تکوین پایداری آن ها، به عنوان پیچیده ترین تجمع انسانی ماندگاری بیشتری دارد .

همانطور که در ابتدا ذکر شد؛ تحلیل و سنجش کیفیت محیطی فضاهای شهری، به طیف گسترده ای از معیارها و شاخص ها نیاز دارد. میزان دخالت عوامل محیطی در تعیین طرح بندی فیزیکی و تراکم ساختمانی بافت شهری، سطح کیفیت محیطی و آسایش ساکنین سکونتگاه ها همواره از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده است. بنابراین استقرار و پیدایش یک شهر بیش از هر چیز تابع شرایط محیطی و موقعیت جغرافیایی است، زیرا عوارض و پدیده های طبیعی در مکان گزینی، پراکندگی، حوزه نفوذ، توسعه فیزیکی، مورفولوژی شهری و امثال آن اثر قاطعی دارند )نگارش ،1382(. به گونه ای که دینامیسم طبیعی یک محیط شهری نظیر؛ شرایط ژئومورفولوژیکی، هیدرولوژیکی، آب و هوایی و … گاه به عنوان یک عامل مثبت و زمانی نیز به عنوان یک عامل منفی و بازدارنده عمل می کنند .

یکی از پدیده های طبیعی تعیین کننده در این زمینه، به ساختارهای ژئومورفولوژی سطح زمین و تاثیر آن بر مورفولوژی شهری بر می گردد. ویژگی های ژئومورفیک و توپوگرافیک یکی از عوامل موثر در شکل و سیمای فیزیکی و ساختارهای فضایی شهرها به شمار می آیند و برنامه ریزی های زیربنایی شهرها به دور از تاثیرات و شرایط توپوگرافی نمی باشد )احمدی و همکاران ،1332(. مطالعات شهرسازی در مناطق مختلف نشان می دهد که جغرافیای طبیعی نواحی شهری، به طور مستقیم بافت و مورفولوژی آن را به شدت تحت تأثیر اوضاع طبیعی خود قرار می دهد، از طرفی نیز به طور غیرمستقیم سبب تغییرات محسوس در پارامترهای محیطی از قبیل؛ الگو و سرعت جریان هوا، ساختار دما، کیفیت هوا و … خواهد شد. بنابراین تطابق پارامترهای فیزیکی و پارامترهای محیطی در لایه سطحی شهری با هدف دستیابی به الگوهای مناسب هندسی و بهبود شرایط آسایش حرارتی و کیفیت هوا در این مناطق یکی از راه های ساده و کارآمد در راستای بهبود محیط زیست شهری محسوب می شود که باید مورد توجه مهندسان، برنامه ریزان و شهرسازان قرار گیرد. در این راستا طراحی هندسه و بافت متناسب با عوامل محیطی در فضاهای شهری، به ویژه در مایکروکلایمت های شهری، و دستیابی به درک بهتری از غنای هماهنگ سازی پارامترهای فیزیکی و محیطی در بهبود کیفیت محیط زندگی بسیار موثر خواهد بود.

1-2-تعریف و بیان مسأله

شهر به عنوان بستری با ترکیبی از عوامل مختلف که در آن جمعیت ساکن متمرکز شده اند، بیان می شود. در این میان انسان همواره یکی از مهم ترین عواملی است که سبب تغییرات محیطی در شهرها می شود. تحقیقات بسیاری نشان می دهد که شهرها حدود 2% از کل سطح زمین را اشغال می کنند، با این حال مصرف کننده بیش از 71% کل منابع انرژی هستند و میزان اشغال سطح در مورد شهرها به سرعت در حال رشد می باشد )O’Meara, 1999; Madlener & Sunak, 2011(. رشد سریع شهرنشینی در قرن 13 و بعد از انقلاب صنعتی صورت گرفت و از این زمان به بعد بر وسعت شهرها افزوده شد. بنابراین افزایش تراکم ساختمانی به عنوان راه حلی برای اسکان جمعیت رو به افزایش و همچنین جلوگیری از گسترش و توسعه افقی شهر واقعیتی اجتناب پذیر بوده و هست. سابقه و پیشینه مسئله تراکم شهری به شهرهای دوران باستان برمی گردد. در دوره های مختلف تاریخی، شهرهایی که با محدودیت های توسعه، از قبیل محدودیت زمین، محصوریت شهر، سیستم های دفاعی غیرقابل انعطاف و غیره، روبرو بوده اند، به صورت عمودی متراکم می شده اند. در دهه های اخیر نیز، رشد سریع و گسترش افقی کلان شهرهای اغلب کشورهای جهان، اعم از توسعه یافته و در حال توسعه را با مشکلات جدی مواجه ساخته است )عزیزی و معینی ،1332(.

گسترش شهرها و توسعه ساختارهای عظیم شهری، افزایش بهره برداری از سطوح طبیعی، تغییر ساختار و توپوگرافی اولیه عوامل مهمی در ایجاد تغییرات آب و هوایی مناطق شهری محسوب می شود. طبق مطالعات انجام شده توسط Oke )1388(، نتیجه افزایش توسعه شهری تغییر تعادل گرما و انرژی در این مناطق است )Oke, 988(. البته شدت این عدم تعادل بسته به ویژگی های طبیعی و جغرافیایی هر منطقه متفاوت است. این عدم تعادل با ایجاد اختلاف دما بین مناطق شهری و حومه تحت عنوان جزیره حرارتی شهری1، در ترازهای مختلف )سطح و جو(؛ کاهش کیفیت محیط زندگی، افزایش مصرف انرژی )Konopacki & Akbari, 2002( ، افزایش مه دود و آلاینده های هوا )Rosenfeld et al., 1998( و در نهایت حتی افزایش خطر مرگ و میر )Changnon et al., 1996( را به همراه دارند. بنابراین امروزه مطالعه مناطق متراکم شهری در ژئومورفولوژی های مختلف و ارائه موقعیت های مناسب به منظور کاهش اثرات منفی جزایر حرارتی بر روی عوامل جوی، مصرف انرژی، کیفیت هوا و در نهایت فراهم آوردن شرایط آسایش انسانی در لایه های مختلف شهری از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

در این میان، شهر تهران به عنوان بزرگترین شهر ایران با جمعیتی معادل 8 میلیون نفر یکی از کلان شهرهای دنیا است. عوامل طبیعی، فرم ساختار شهری، حمل و نقل و … این شهر را به یکی از آلوده ترین شهرهای جهان تبدیل کرده است که در این پژوهش به بررسی جوانب مختلف آن پرداخته می شود.

1-3-اهمیت و ضرورت انجام پژوهش

فراهم آوردن شرایط آسایش انسان از یک محیط علاوه بر ایجاد احساس رضایتمندی و افزایش کارایی کاربران؛ در تعدیل میزان انرژی مصرفی بی تاثیر نمی باشد. از گذشته تا به امروز رشد جمعیت و توسعه شهرنشینی، افزایش میزان تقاضای انرژی و مصرف آن را در پی داشته است و جای تردیدی نیست که یکی از مهمترین چالش ها و موضوعات اصلی جوامع امروزین، مسئله انرژی و هدر رفت آن در بخش ساختمان است .

در این راستا روش های گوناگونی برای بهینه سازی این وضعیت ارائه شده است؛ در حالی که مطالعه مصرف انرژی در بعد شهری موضوعی است که به فراموشی سپرده شده است و نیازمند مطالعه بیشتر در زمینه فراهم آوردن شرایط آسایش و بهینه سازی انرژی می باشد .

از سوی دیگر برای میلیون ها نفر از مردم که در مناطق شهری زندگی می کنند، افزایش درجه حرارت هوا و وجود توده های حرارتی به دام افتاده در معابر شهری یک واقعیت و نگرانی رو به رشد است )Akbari et al., 2001(. تحقیقات متعددی حاکی از آن است که علت اصلی ایجاد جزایر حرارتی شهری تغییرات اساسی در ماهیت سطح و به تبع آن در اتمسفر توسط ساکنان آن شهرها می باشد )Fernando, 201( و این تغییرات با مصرف مقدار بسیار زیادی از منابع انرژی، بیش از 72% انتشار کربن جهانی را به شهرها اختصاص می دهد )Sanaieian et al., 2014(. گسترش مناطق متراکم شهری و افزایش بهره برداری از سطوح زمین در توپوگرافی و ژئومورفولوژی های گوناگون با تغییرات آیرودینامیکی، تابشی، حرارتی و … در لایه سطحی شهری، ساختار لایه های جوی را نیز تحت تاثیر خود قرار می دهد. به گونه ای که بخشی از جو در تعامل مستقیم با سطح زمین و در پاسخ به واداشت های سطحی تغییر کرده و به صورت یک لایه مرزی2 شکل می گیرد )Stull, 1988(. یکی از عوامل تعیین کننده در عدم آسایش حرارتی و افت کیفیت هوا در شهرها ،شرایط حاکم بر لایه مرزی شهری می باشد.

علاوه بر عوامل غیرطبیعی )آنتروپوژنیک( نظیر؛ ترافیک و انبوه اتومبیل ها، جریان هوای راکد در فضاهای شهری به دلیل وجود شرایط اثرگذار اقلیمی اعم از تابش خورشیدی، ویژگی بادهای محلی، توپوگرافی، عدم وجود پوشش گیاهی و آب، و شرایط فیزیکی از قبیل طراحی شهری، مورفولوژی ساختمان ها و ویژگی سطوح، افزایش درجه حرارت هوا در مناطق شهری را به همراه دارد )Zambrano et al., 2006(. این مسئله در نهایت همراه با افزایش دمای جو، باعث تشدید افزایش مصرف انرژی، غلظت آلودگی و تغییرات آب و هوایی می شود. همچنین بافت طبیعی و فرم فیزیکی در توپوگرافی ها و ژئومورفولوژی های مختلف )مناطق هموار، دره ها، تپه ها و …( از این نظر رفتارهای متفاوتی را نشان می دهند. لذا بررسی توده های متراکم شهری در آلترناتیوها و موقعیت های مختلف ژئومورفولوژی دره ای )ناحیه رو به باد، ناحیه پشت به باد، انتها و وسط دره(، جهت حداکثر استفاده از جریان باد، کاهش گرمای به دام افتاده، افزایش پراکندگی آلاینده ها و در نهایت کاهش مصرف انرژی در این مناطق دارای اهمیت قابل توجهی است. بدست آوردن بهینه ترین موقعیت قرارگیری مناطق انبوه در شهرهای با فرم های دره ای شکل، که به صورت مداوم وارونگی هوا و جزیره حرارتی را تجربه می کنند، در فراهم آوردن آسایش انسانی )حرارتی و کیفیت هوا( و کاهش مصرف انرژی در بعد ساختمان)فضاهای بسته( و شهری )فضاهای باز( نقطه قوتی به حساب می آید.

همچنین تطابق پارامترهای فیزیکی و پارامترهای محیطی در لایه سطحی شهری با هدف دستیابی به الگوهایمناسب هندسی و بهبود شرایط آسایش حرارتی و کیفیت هوا در این مناطق یکی از راه های ساده و کارآمد در راستای بهبود محیط زیست شهری محسوب می شود که باید مورد توجه مهندسان، برنامه ریزان و شهرسازان قرار گیرد. بنابراین یک رویکرد صرفا فیزیولوژیک یا صرفا کلیماتولوژیک در توصیف مباحث مربوط به کیفیت هوا در محیط های باز شهری ناکافی بوده و درک درست نیازمند مطالعه همزمان این دو متغیر در شرایط و موقعیت های مختلف است. در غالب مطالعات انجام شده مرتبط با مقوله آسایش حرارتی و کیفیت هوا در محیط های شهری، پارامترهای طبیعی، فیزیکی و اقلیمی به صورت جداگانه مورد بررسی قرار گرفته اند و در موارد اندکی این سه پارامتر به عنوان متغیرهای مستقل در کنار هم عنوان شده اند. بدین جهت در پژوهش حاضر سعی شده ضمن بررسی همزمان این سه متغیر، جنبه جدیدی از مطالعات در زمینه کاهش آلودگی هوا و بهبود آسایش حرارتی و کیفیت محیط زیست شهری به ویژه در شهرهای با ژئومورفولوژی و مورفولوژی متفاوت مورد بررسی قرار گیرد.

1-4-اهداف پژوهش

آسایش انسانی در یک محیط باز یا بسته که به شدت وابسته به ویژگی های اقلیمی و محیطی است، نقش مهمی در تعیین الگوهای کالبدی و فضایی سکونتگاه ها و بطور کلی شکل و بافت فضای شهری بر عهده دارد .

پژوهش حاضر از نظر هدف تحقیق مبتنی بر شناخت مکانیزم ها و مولفه های موثر بر شکل گیری کیفیت محیط شهری در جهت اتخاذ راهبردهای مناسب برای شکل گیری بافت شهری متناسب با موقعیت جغرافیایی است .ساختار طبیعی یک منطقه شهری با تحلیلی جغرافیایی از فرم ها و فرایندهای ژئومورفولوژیکی در سطح زمین، از نظر مفهوم و جایگاه نقش موثری را در تکوین ارتباط متقابل پارامترهای محلی و فیزیکی و راهکارهای موثر در برنامه ریزی و مدیریت پایدار شهری بر عهده دارد. از سوی دیگر مطالعه تاثیرپذیری فیزیک یک شهر از شاخص های محیطی، که خود نیز به نحوی بر اقلیم خود و پیرامون اثر می گذارد، در این تحقیق بسیار حائز اهمیت است. هدف اصلی این پژوهش تاثیر پارامترهای اقلیمی، جغرافیایی و فیزیکی یک منطقه شهری بر فعل و انفعالات ترمودینامیکی و حرارتی به وجود آمده در لایه مرزی است.

اهداف اصلی پژوهش حاضر شامل موارد زیر می باشد:

  1. بررسی تاثیر توپوگرافی و توده های متراکم شهری در شکل گیری و شدت جزایر حرارتی و غلظت آلاینده های هوا.
  2. بررسی و مدل سازی تراکم شهری در موقعیت های گوناگون ژئومورفولوژی دره ای، با هدف مطالعه لایه مرزی و پراکندگی آلاینده ها و توده های گرما.
  3. ارائه موقعیت بهینه توده های متراکم شهری در ژئومورفولوژی دره ای جهت تامین همزمان تهویه طبیعی ،پراکندگی آلودگی و کاهش شدت جزایر حرارتی.

1-5-فرضیه و سوالات پژوهش

بهبود شرایط آسایش حرارتی و کیفیت هوا در مناطق شهری به پارامترهای دیگری از قبیل؛ شاخص های اقلیمی، فیزیکی و جغرافیایی وابسته است که خود دارای یک رابطه مستقیم با شاخص های کیفیت مکانی هستند .

در این مطالعه فرضیه اساسی بر پایه تطابق و سازگاری پارامترهای محیطی نظیر؛ اقلیم، جغرافیا و کالبد با هدف بهبود شرایط آسایش انسانی در لایه مرزی شهری می باشد.

طبق فرضیه اصلی این پژوهش ویژگی های ژئومورفیک شهر و موفولوژیکال مناطق متراکم در آن )به عنوان متغیرهای مستقل(، اثر قابل توجهی بر روی الگوی جریان باد، شدت جزایر حرارتی، پراکندگی آلایندها و مصرف انرژی )به عنوان متغیرهای وابسته( خواهند داشت. لذا موقعیت یابی مناسب برای ساختارها و توده های متراکم در شهرهای با ژئومورفولوژی ناهموار )دره(، با بکارگیری مناسب پارامترهای طبیعی از قبیل جریان باد و توپوگرافی، کاهش گرمای به دام افتاده و غلظت آلودگی را به همراه دارد .بنابراین جهت نیل به فرضیه های ارائه شده سوالات زیر به وجود خواهند آمد:

  1. آیا در ژئومورفولوژی دره ای، تاثیر تراکم توده های شهری بر گسترش عمق لایه مرزی و انرژی جنبشی تلاطمی در موقعیت های گوناگون ،قابل توجه می باشد؟
  2. بهترین موقعیت قرارگیری ساختارهای متراکم شهری در ژئوموفولوژی دره ای، جهت تامین همزمان تهویه طبیعی، پراکندگی آلودگی و کاهش شدت جزیره حرارتی کدام است؟
  3. با افزایش و کاهش عمق شهرهای با ژئومورفولوژی دره ای، شدت جزایر حرارتی، غلظت آلودگی و ارتفاع لایه مرزی در نواحی مختلف چگونه تغییر می کند؟

1-6-جنبه جدید بودن و نوآوری در پژوهش

شهرسازی علاوه بر ملاحظات فیزیکی و زیباشناسی، نیازمند مطالعه و بررسی بیشتر در زمینه فراهم آوردن آسایش حرارتی و بهبود کیفیت هوا با استفاده بهینه از پارامترهای طبیعی، جغرافیایی و اقلیمی است .

با نظر به اینکه شدت و غلظت توده های حرارتی و آلاینده های به دام افتاده در شهرهای توسعه یافته، تحت تاثیر عوامل قابل کنترل و غیرقابل کنترل، رو به رشد می باشند و همچنین به طور قابل توجهی آسایش انسانی و مصرف انرژی را تحت شعاع قرار می دهند؛ در این راستا تاثیر ژئوموفولوژی شهری بر کیفیت هوا و آسایش حرارتی در سطوح مختلف فضاهای باز )در مقیاس بزرگ( امری غیرقابل انکار است. با این حال در این زمینه مطالعات محدودی در داخل و خارج کشور صورت گرفته است و عمده ی تحقیقات انجام شده در مقیاس های کوچک و محلی، و تعداد بسیار محدودی در توپوگرافی های تپه مانند و سطوح هموار می باشند .

در این پژوهش سعی شده تا با بررسی شهرهایی که به طور طبیعی توسط کوه ها احاطه شده اند و عموما از نظر فراهم آوردن شرایط آسایش با مشکلات بسیاری رو به رو هستند، بهترین موقعیت را جهت متمرکز کردن ساختارهای متراکم شهری نشان داد. در نهایت می توان با ترکیب علوم مختلف نظیر؛ شهرسازی، مکانیک و هواشناسی راهکارها و موقعیت های مناسبی برای توده های متراکم شهری با هدف بهبود کیفیت هوا، آسایش حرارتی و کاهش مصرف انرژی در مناطق باز و بسته ارائه داد و به یک رابطه علمی بین متغیرهای فیزیکی و محیطی رسید.

1-7-کاربرد نتایج در رفع تنگناها و مشکلات جامعه

برنامه ریزی و در پی آن طراحی مشخصه های محیط انسان ساخت، می تواند بر نحوه زندگی در شهرها و سلامت عمومی شهروندان موثر باشد. شاخص های محیطی در فضاهای شهری با شدت غلظت آلاینده های هوا دارای همبستگی هستند )زبردست و ریاضی ،1334(؛ به گونه ای که به عنوان یکی از مهمترین چالش های محیط زیستی پیش روی کلان شهرها معرفی می شود.

با افزایش توسعه شهرنشینی انتظار می رود که 72% انرژی مصرفی در سال 2212 مربوط به مناطق شهری باشد .تقاضای انرژی یک ساختمان در یک منطقه شهری علاوه بر ویژگی های ساختمان به اثرات جزایر گرمایی در مقیاس محلی نیز بستگی دارد )Rasheed, 2009(. افزایش درجه حرارت محیط های شهری در فصول گرم سال باعث افزایش شدت پدیده جزیره حرارتی شهری، افزایش مصرف انرژی سرمایشی و سرعت بخشیدن به تشکیل مه دودهای شهری می شود )Taha et al., 1994(. آلودگی هوا و وجود مه دودها در مناطق شهری سالانه باعث مرگ و میر زودرس بیش از یک میلیون نفر در جهان می شود )WHO, 2011(. این در حالیست که این مناطق با مصرف مقدار بسیار زیادی از منابع انرژی که علت اصلی آن افزایش درجه حرارت هوا می باشد، بیش از 72% انتشار کربن جهانی را شامل می شوند )Sanaieian et al., 2014(. افزایش درجه حرارت ناشی از به دام افتادن توده های گرما در مناطق شهری، افزایش تقاضای مصرف انرژی را در پی دارد که باعث انتشار آلاینده ها و گازهای گلخانه ای می شود .

یکی از عوامل توسعه جزایر حرارتی در فضاهای باز هندسه و فیزیک نامناسب شهر می باشد، هندسه پیچیده شهر با تغییرات محسوس در پارامترهای آب و هوایی )تغییرات در الگوهای جریان باد و بودجه تابش خورشیدی( دمای مناطق شهری را تحت تاثیر قرار می دهد )Shahmohamadi et al., 2011(. بنابراین سازگاری ویژگی های جغرافیایی و فیزیکی شهر یکی از راهکارهای قابل توجه در کاهش این معضل بغرنج است که شهروندان کلان شهرهای نقاط مختلف دنیا با آن دست و پنجه نرم می کنند. لذا با اتکا بر نتایج پژوهش حاضر می توان نتیجه گرفت که طراحی مورفولوژی متناسب با ویژگی های توپوگرافیک یک شهر، علاوه بر دستیابی به یک بافت منظم، با استفاده بهینه از شاخص های اقلیمی بهبود شرایط آسایش حرارتی و کیفیت هوا در این مناطق را به دنبال خواهد داشت.


فصل دوم مبانی و کلیات پژوهش

مبانی و کلیات پژوهش

0-5- مقدمه

لایه مرزی جو، که همچنین با عنوان لایه مرزی سیاره ای شناخته شده است، پایین ترین بخش تروپسفر می باشد .Stull لایه مرزی را «بخشی از جو که در تعامل مستقیم با سطح زمین و پاسخی به مکانیزم های اجباری در مقیاس زمانی تقریبی یک ساعت و کمتر می باشد» تعریف می کند )Stull, 1988(. لایه مرزی حد فاصل بین لایه آزاد جو و لایه های نزدیک به سطوح شهری است که تغییرات محسوس آب و هوایی در این لایه ایجاد می شود. یکی از مهمترین عوامل تعیین کننده در تغییرات پارامترهای اقلیمی، شرایط حاکم بر لایه مرزی جو و نتیجه فعل و انفعالات پیچیده بین سطح زمین و جو می باشد، که عوامل بسیاری به صورت مستقیم و غیرمستقیم در شدت آن موثر می باشد )Stone, 2005(.

انسان همواره یکی از مهم ترین عواملی که سبب تغییر محیطی که در آن زندگی می کند، می باشد. در حال حاضر بیش از 12 درصد جمعیت جهان در مناطق توسعه یافته شهری زندگی می کنند و این نسبت همچنان رو به رشد می باشد )PRB, 2009(. شهرها حدود 2% از کل سطح زمین را اشغال می کنند، با این حال مصرف کننده بیش از 71% کل منابع انرژی هستند و میزان اشغال سطح در مورد شهرها به سرعت در حال رشد می باشد )O’Meara, 1999; Madlener & Sunak, 2011(. رشد سریع شهرنشینی، در قرن نوزدهم و بعد از انقلاب صنعتی صورت گرفت و از آن زمان به بعد بر وسعت شهرها افزوده می شود .طبق آمار منتشر شده از سوی سازمان ملل متحد که در شکل) 1( ارائه شده است ،گسترش شهرنشینی، افزایش بهره برداری از سطوح طبیعی و توسعه ساختارهای عظیم شهری روندی رو به رشد دارد )United Nations, 2010(.


شکل) 1(: روند گسترش شهرنشینی در بین سال های 2212-131 )0102 ,Uni ted Nati ons(

افزایش جمعیت و به تبع آن توسعه شهرنشینی، باعث از بین رفتن سطوح طبیعی )خاک و پوشش های گیاهی( و افزایش تمرکز ساختمان ها و سطوح خشک در مناطق شهری می شود )Rosenfeld et al., 1998(.

افزایش سطوح خشک شهری )بیش از 71%( همگام با تغییر در چشم انداز طبیعی رخ می دهد؛ افزایش ساختمان ها، جاده ها و دیگر زیرساخت های جایگزین سطوح طبیعی و پوشش گیاهی باعث کاهش نفوذپذیری )کمتر از 12%( در فضاهای شهری می شود؛ که نتیجه آن تشکیل توده های به دام افتاده گرما و آلاینده ها در این مناطق خواهد بود )EPA, 2008(. برای میلیون ها نفر از مردم که در مناطق شهری زندگی می کنند، افزایش درجه حرارت هوا و وجود توده های حرارتی به دام افتاده در لایه مرزی شهری یک واقعیت و نگرانی رو به رشد می باشد؛ به گونه ای که امروزه وجود توده های حرارتی گسترده و گرمای شدید در سطوح مختلف شهری به یکی از مخاطرات طبیعی در قرن 21 تبدیل شده است و به سرعت در حال رشد می باشد )Akbari et al., 2001(.

همچنین گسترش شهرها و توسعه ساختارهای عظیم شهری همراه با افزایش بهره برداری از سطوح طبیعی عامل مهمی در ایجاد تغییرات اقلیمی در مناطق شهری و نیز در بعد جهانی محسوب می شوند )Palmer et al., 2009(. طبق مطالعات انجام شده توسط Oke در سال 1388 که شماتیکی از آن در شکل) 2( آمده، نتیجه توسعه مناطق شهری تغییر تعادل گرما و انرژی در این مناطق است؛ که البته شدت این امر بسته به ویژگی های طبیعی و جغرافیایی هر منطقه متفاوت است )Oke, 1988(. این عدم تعادل با ایجاد اختلاف دما بین مناطق شهری و حومه، علاوه بر تغییرات اقلیمی؛ کاهش کیفیت محیط زندگی ،افزایش مصرف انرژی) Konopacki & Akbari, 2002( ، افزایش مه دود و آلاینده های هوا) Rosenfeld et al., 1998( و در نهایت حتی افزایش خطر مرگ و میر) Changnon et al., 1996( را به همراه دارند.



 

شکل) 2(: عدم توازن گرما و انرژی در فضاهای شهری )8891 ,Oke(

اصطلاح جزیره حرارتی بر اساس اختلاف دمای به وجود آمده بین مناطق شهری و حومه تعریف شده؛ که اساسا به تغییرات آیرودینامیکی، تابشی، حرارتی و رطوبتی در مناطق شهری نسبت به محیط های طبیعی گفته می شود، به گونه ای که الگوهای ایزوترم درجه حرارت سطوح و جو برای مناطق متراکم شهری شبیه به خطوط یک جزیره می باشد. شدت توده های گرما و آلودگی عمدتا به وسیله تعادل حرارتی منطقه و در نتیجه تغییرات روزانه و شرایط آب و هوایی کوتاه مدت تعیین می شود )Santamouris, 2001(. همچنین تاثیر عوامل مستقیم و غیرمستقیم در مناطق مختلف شهری، بسته به ویژگی های جغرافیایی، اقلیمی، مورفولوژی شهری ،الگوهای استفاده از پوشش زمین و مواد و مصالح استفاده شده در ساختارهای شهری، متفاوت است )Landsberg, 1981(. لذا به توجه با اهمیت این موضوع، در بخش های بعدی این پژوهش سعی شده به بررسی مبانی نظری، عوامل تشکیل دهنده، استراتژی های مقابله و نتایج و عوارض این پدیده در مناطق شهری به طور مفصل پراخته شود.

————————————————————————————————————————————–

شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

پایان نامه های موجود در سایت فقط در صورت دریافت پکیج طلایی انسیس قابل دریافت است.
برای دریافت این پایان نامه و تمامی پایان نامه های سایت، پکیج طلایی انسیس را خریداری بفرمایید. پس از خریداری پکیج طلایی لینک دانلود پایان نامه ها فعال خواهد شد.
شماره های تماس :
05142241253
09120821418

دریافت پکیج طلایی

————————————————————————————————————————————–