Влияние городской застройки г.Перми на «розу ветров» и проветриваемость улиц

Автор: Каркина Наталья Сергеевна

Организация: МАОУ «Город дорог» г. Перми

Населенный пункт: г.Пермь

Ветер является одним из ключевых климатических факторов, определяющих комфортность городской среды, условия рассеивания загрязняющих веществ и энергоэффективность зданий. В условиях современной урбанизации, сопровождающейся уплотнением застройки и увеличением этажности, проблема трансформации естественных ветровых потоков приобретает особую остроту. Для г. Перми, характеризующегося специфической розой ветров и вытянутой вдоль реки Камы планировочной структурой, данная проблематика имеет ярко выраженную актуальность.

В отличие от зарубежной практики, где влияние зданий на ветровые потоки регулируется нормативными документами, в России при проектировании новых жилых комплексов этот фактор часто не учитывается. Между тем, многоэтажные здания с большой площадью фасадов могут существенно искажать ветровой режим прилегающих территорий, создавая зоны застоя воздуха или, напротив, усиливая дискомфортные ветровые нагрузки.

Особенности розы ветров г. Перми

Город Пермь имеет уникальное географическое положение, определяющее специфику его ветрового режима. Расположенный по обоим берегам Камы, город вытянут с северо-востока на юго-запад более чем на 50 км. Эта особенность создает предпосылки для формирования определенных закономерностей в распределении загрязнителей в зависимости от направления ветра.

Согласно исследованиям Т.В. Костаревой, направление ветра является одним из наиболее значимых метеорологических факторов, влияющих на уровень загрязнения приземного слоя атмосферы в городах Пермского края. Для Перми характерна четкая сезонная дифференциация в распределении загрязняющих веществ в зависимости от розы ветров.

В летний период наибольший уровень загрязнения атмосферного воздуха в Перми наблюдается при юго-западном направлении ветра. Это связано с расположением основного промышленного узла в юго-западной части города, где сосредоточены крупнейшие предприятия нефтепереработки – ООО «Лукойл-Пермнефтеоргсинтез», ООО «Пермнефтегазпереработка», ЗАО «Сибур-Химпром», ОАО «Минеральные удобрения», ТЭЦ-9. Данный промышленный комплекс дает до 80% всех выбросов в городе, и при юго-западном ветре загрязненный воздушный поток направляется в сторону жилых районов, расположенных северо-восточнее.

В зимний период картина меняется: максимум загрязнения отмечается при северо-восточном ветре, что, вероятно, связано с эффектом наложения выбросов от различных источников. Пониженное загрязнение, напротив, фиксируется при северном направлении ветра. Таким образом, роза ветров Перми напрямую определяет пространственное распределение антропогенной нагрузки и должна учитываться при планировке новых жилых массивов.

Следует отметить, что Пермь является самым западным из городов-миллионников Урала и Сибири, что обуславливает отепляющее влияние Атлантики. Однако, как показывают исследования биоклиматических индексов, высокие скорости ветра в Перми в холодный период года существенно снижают комфортность погодных условий по сравнению с менее ветреными городами.

Механизмы влияния застройки на аэрационный режим

Современная городская застройка представляет собой сложную систему препятствий для естественных воздушных потоков. Влияние зданий на ветровой режим проявляется по нескольким направлениям: изменение скорости ветра, изменение его направления, формирование зон турбулентности и застойных зон.

Согласно исследованиям В.В. Балакина, застройка оказывает существенное влияние на формирование режима аэрации улиц. Трансформация скорости ветра в городской среде описывается через систему частных коэффициентов, учитывающих воздействие рельефа, застройки в целом (макрошероховатость), а также отдельных элементов застройки и благоустройства (микрошероховатость). Основными объемно-планировочными параметрами застройки, влияющими на ветровой режим, являются плотность застройки, этажность, конфигурация зданий и их взаимное расположение.

При поперечном обтекании зданий формируются сложные аэродинамические структуры. В условиях плотной периметральной застройки, когда здания образуют сплошные фасады вдоль улиц, создается эффект «уличного каньона». В таких условиях при определенных соотношениях высоты зданий H к ширине улицы B формируется устойчивый вихрь с обратной циркуляцией воздуха, что препятствует естественному проветриванию и способствует накоплению загрязняющих веществ.

Особую проблему представляют современные многоэтажные жилые комплексы, обладающие значительными габаритами как в ширину, так и в длину. Как отмечают исследователи Пермского Политеха, такие здания характеризуются плохой обтекаемостью и могут создавать значительные аэродинамические тени. В одном месте происходит застой воздуха, а в другом ветровые потоки необоснованно усиливаются. В летнее время усиленные порывы ветра способствуют переносу мелкодисперсной пыли, представляющей опасность для здоровья человека.

Практические аспекты для Перми

Для Перми, где роза ветров создает устойчивые направления переноса загрязнителей от промышленных зон к жилым районам, проблема учета аэрационного фактора в градостроительстве стоит особенно остро.

При проектировании новых жилых комплексов, таких как «Порт Пермь» в районе Решетниковского спуска или многофункциональный комплекс «Колизей» на пересечении улиц Кирова и Куйбышева, Градостроительный совет при Главе Перми рекомендовал разработчикам предусматривать защиту дворовых пространств и детских площадок от ветров. Однако, как показывает практика, комплексная оценка ветрового режима на этапе проектирования в большинстве случаев не проводится.

Основные проблемы, связанные с влиянием застройки на ветровой режим в Перми, можно сгруппировать следующим образом:

1. Проблема «уличных каньонов». В центральной части города, где исторически сложилась периметральная застройка с отношением высоты зданий к ширине улиц, превышающим 1, наблюдается ухудшение естественной вентиляции. Это способствует накоплению выхлопных газов автотранспорта – основного источника загрязнения в жилых районах, удаленных от промышленных зон.
2. Эффект аэродинамической тени. Высотные жилые комплексы, строящиеся в различных районах города, создают зоны застоя воздуха с подветренной стороны, что препятствует рассеиванию загрязнителей на прилегающих территориях.
3. Усиление ветровых нагрузок. В разрывах между зданиями и на углах высотных сооружений возникают зоны ускоренного ветра, создающие дискомфорт для пешеходов и способствующие выносу пыли с неблагоустроенных территорий.

Важно отметить, что исследования, проведенные для других городов, показывают, что плотная застройка может уменьшать скорость ветра на 25-30% по сравнению с незастроенными территориями, а в условиях сплошной застройки – до 70%. Хотя прямых количественных данных для Перми недостаточно, сходные закономерности, безусловно, проявляются и в условиях пермской городской среды.

Современные подходы к моделированию и оценке

В Пермском Политехе ведется активная работа по созданию методики прогнозирования аэрационного режима при проектировании зданий. Ученые предлагают использовать для этих целей доступные облачные сервисы, такие как SimScale, вместо дорогостоящих программных комплексов типа Ansys Fluent или Comsol.

Разрабатываемая методика позволяет на этапе проектирования оценить, как форма и ориентация здания повлияют на аэрацию территории. Сравнение результатов моделирования в облачном сервисе с расчетами в Comsol показало высокую сходимость, что делает метод пригодным для решения задач градостроительного планирования.

Компьютерное моделирование ветрового режима позволяет визуализировать поле скоростей ветра на уровне пешехода, выявить зоны дискомфортных скоростей, а также оценить эффективность проветривания улиц. Как показывает опыт московских исследований, уменьшение плотности застройки и этажности не всегда приводит к снижению скорости ветра в целом, но может увеличить зону действия сильных ветров. При увеличении плотности и этажности поле скоростей становится более контрастным, с четко выраженными зонами ускорения и застоя.

Рекомендации и перспективы

На основе проведенного анализа можно сформулировать следующие рекомендации для градостроительной практики в Перми:

1. Учет розы ветров на этапе планировки. Размещение новых жилых массивов должно выполняться с учетом господствующих направлений ветра, особенно в части их расположения относительно промышленных зон. При юго-западном направлении ветра в летний период жилые районы, расположенные северо-восточнее промышленного узла, оказываются в зоне максимальной нагрузки.
2. Оптимизация параметров застройки. Для обеспечения естественного проветривания необходимо соблюдать определенные соотношения высоты зданий и ширины улиц. Оптимальная аэрация достигается при значениях H/B, не превышающих 1, а также при наличии разрывов в периметральной застройке для обеспечения сквозного проветривания.
3. Использование аэродинамического моделирования. Внедрение в практику проектирования обязательного этапа оценки ветрового режима с использованием доступных инструментов моделирования позволит предотвратить ошибки в планировке и заранее предусмотреть меры по защите территорий от неблагоприятных ветровых воздействий.
4. Зонирование территории по ветровой комфортности. Разделение городского пространства на зоны с различными требованиями к ветровому режиму – для жилых дворов, детских площадок, пешеходных зон и транспортных магистралей. Для зон отдыха следует обеспечивать защиту от сильных ветров, в то время как для транспортных артерий важна эффективная аэрация для рассеивания выбросов.

Заключение

Городская застройка оказывает значительное влияние на ветровой режим Перми, трансформируя естественную розу ветров и ухудшая проветриваемость улиц. Специфика пермской розы ветров, с ее сезонной изменчивостью и переносом загрязнителей от промышленных зон к жилым районам, требует особого внимания к аэрационному фактору в градостроительном проектировании.

Современные методы компьютерного моделирования, разрабатываемые в Пермском Политехе, позволяют прогнозировать влияние новых зданий на ветровые потоки и принимать обоснованные проектные решения. Внедрение этих методов в практику градостроительного проектирования является необходимым условием для создания комфортной, безопасной и экологически устойчивой городской среды в Перми.

 

Список литературы

1. Официальный сайт муниципального образования город Пермь. Градостроительный совет при Главе Перми рассмотрел проект планировки Порта Пермь и концепцию комплекса «Колизей» [Электронный ресурс]. – URL: https://gorodperm.ru/actions/building-up/news/2009/07/6195-id/
2. Ученые Пермского Политеха спрогнозируют влияние формы зданий на воздухообмен в городе [Электронный ресурс] // Год науки. – URL: https://xn--80afdrjqf7b.xn--p1ai/news/12155/
3. Бадмаева С.Э., Максимов Е.А. Актуальные проблемы использования городских земель на примере г. Красноярска // Строительные материалы и изделия. – 2019. – Том 2. – №6. – С. 38–43.
4. Костарева Т.В. Учет влияния метеорологических факторов при разработке схем прогноза загрязнения воздуха в городах Пермского края [Электронный ресурс] // КиберЛенинка. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/uchet-vliyaniya-meteorologicheskih-faktorov-pri-razrabotke-shem-prognoza-zagryazneniya-vozduha-v-gorodah-permskogo-kraya
5. Балакин В.В. Влияние периметральной плотности застройки городских улиц на аэрационный режим и качество атмосферного воздуха [Электронный ресурс] // КиберЛенинка. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-perimetralnoy-plotnosti-zastroyki-gorodskih-ulits-na-aeratsionnyy-rezhim-i-kachestvo-atmosfernogo-vozduha
6. Ученые Пермского Политеха спрогнозируют, как форма зданий влияет на воздухообмен в городе [Электронный ресурс] // sci-ru.org. – 2023. – URL: https://xn--www-5cdag2a6c5bk9d.sci-ru.org/articles/ucenye-permskogo-politeha-sprognoziruut-kak-forma-zdanij-vliaet-na-vozduhoobmen-v-gorode
7. Цвелиховская П.В. Влияние объемно–планировочных параметров современной застройки на ветровую комфортность городской среды для пешеходов (на примере Москвы) [Электронный ресурс] // Высшая школа экономики. – 2025. – URL: https://www.hse.ru/edu/vkr/1050077838
8. Калинин Н.А., Ветров А.Л. Особенности изменений индексов комфортности климата в Перми и городах-миллионниках Сибири в холодный и теплый периоды года [Электронный ресурс] // КиберЛенинка. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/osobennosti-izmeneniy-indeksov-komfortnosti-klimata-v-permi-i-gorodah-millionnikah-sibiri-v-holodnyy-i-teplyy-periody-goda10
9. Балакин В.В. Формирование аэрационного режима городских улиц приемами планировки жилой застройки // Жилищное строительство. – 2015. – №10. – С. 42–46.
10. Пермские ученые нашли экономичный способ оценить влияние застройки на воздухообмен в городах [Электронный ресурс] // НОЦ мирового уровня. – 2022. – URL: https://www.xn--m1acy.xn--p1ai/news/permskie-uchenie-nashli-akonomichnii-sposob-ocenit-vliyanie-zastroiki-na-vozduhoobmen-v-gorodah1642713181