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城市生态与可持续发展

  • 简介:(毕业论文 字数:11289页数:13)第一章 城市与城市生态学 城市发展与城市化 城市(city)—以非农业人口为居民主体, 以空间与环境利用为基础, 以聚集经济效益为特点, 以人类社会进步为目的的一个集约人口、经济、科学技术和文化的空间地域综合体...
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(毕业论文 字数:11289页数:13)第一章 城市与城市生态学
城市发展与城市化
城市(city)—以非农业人口为居民主体, 以空间与环境利用为基础, 以聚集经济效益为特点, 以人类社会进步为目的的一个集约人口、经济、科学技术和文化的空间地域综合体
—人类社会与地域空间的高度结合。
城市化(urbanization)—通常是指农业人口转化为城市人口的过程。其表现为:
空间上城市规模的扩大, 数量上农业人口转变为城镇非农业人口, 质量上城市居民生活方式的现代化
城市快速发展时期的“城市病”:城市中住房短缺,市政基础设施和公共服务设施严重匮乏,导致传染病流行(19世纪三十年代蔓延于英国和欧洲大陆的霍乱)
如何解决城市问题? ——城市生态观念的引入
经典的生态学研究生物与其生活环境之间的相互关系。其研究对象主要是:
生物个体 (个体生态学 autecology)
生物种群 (种群生态学 population ecology)
生物群体 (群落生态学 synecology)
生态系统 (生态系统学 ecosystem ecology)
将某一环境及其中的生物群体结合起来加以研究,目的是阐明生态系统的机制。现代生态学强调的这种机制,主要指生态系统中物质和能量的流动
城市生态学 (urban ecology) — 生态学的一个分支,是以城市空间范围内生命系统和环境系统之间联系为研究对象的学科。由于人是城市中生命成分的主体,因此也可以说,城市生态学是研究城市居民与城市环境之间相互关系的科学。其研究内容主要包括:
城市居民变动及其空间分布特征(城市人口的生物特征、行为特征、社会特征研究)
城市物质代谢功能及其与城市环境质量之间关系(城市物流、能流及经济特征研究)
城市自然生态变化与城市环境的互动影响(城市生物及非生物环境的演变过程研究)
城市生态管理与调控(城市交通、供水、生活废物处理及其中的物质、能量利用,社会、自然和谐,系统动态调控方法研究)
城市自然生态特征的指标体系及城市合理容量
城市生态学研究现阶段研究方向
分城市职能类别开展城市生态的深入研究(以政治文化、工业企业、风景旅游、交通枢纽、商贸金融、港口运输等各类城市进行研究)
城市生态的单项基础性研究(要构建城市总体模型,首先应有单项基础研究,如有关城市植被、植物区系、动物区系、水文、气候、土壤等以及有关城市交通、人口居住、环境美化方面的研究)
城市生态环境管理及规划研究

生态平衡(ecological equilibrium)—指生态系统的一种相对稳定状态。当处于这一状态时, 生态系统内生物之间和生物与环境之间相互高度适应, 种群结构和数量比例长久保持相对稳定, 生产与消费和分解之间相互协调, 系统能量和物质的输入与输出之间接近平衡。生态系统平衡是一种动态平衡, 因为能量流动和物质循环仍在不间断地进行, 生物个体也在不断地进行更新.
生态系统的平衡靠负反馈机制维持。生态系统中的反馈现象十分复杂, 既表现在生物组分与环境之间, 也表现于生物各组分之间及结构与功能之间, 其中起主要作用的是能够使系统达到和保持平衡或稳态的负反馈机制。负反馈是指系统或其中某成分因一输入而在输出上产生一响应变化趋势, 该响应变化又反过来作用于导致产生该响应变化的系统输入, 使该输入受到抑制从而衰减之。
生态平衡失调与生态危机
现实中生态系统常受到外界的干扰, 但干扰造成的损坏一般都可通过负反馈机制的自我调节作用使系统得到修复, 维持其稳定与平衡。不过生态系统的调节能力是有一定限度的。当外界干扰压力很大, 使系统的变化超出其自我调节能力限度即生态阈限(ecological threshold)时, 系统的自我调节能力随之丧失。此时, 系统结构遭到破坏, 功能受阻, 整个系统受到严重伤害乃至崩溃, 此即生态平衡失调.
严重的生态平衡失调, 从而威胁到人类的生存时,称为生态危机(ecological crisis)—由于人类盲目的生产和生活活动而导致的局部甚至整个生物圈结构和功能的失调
生态学的一般规律
1) 相互依存与相互制约规律
在城市建设和城市居民生活中, 特别是在需要排放污染、倾倒废物、喷洒药品、采伐、开山、筑路、修建大型给水工程及其它建设项目时, 务必注意调查研究, 摸清自然界诸事物之间的相互关系, 对与某生产活动有关的其它事物也加以通盘考虑, 包括考虑此种活动可能产生的(短期的和长期的、明显的和潜在的)影响, 从而做到统筹兼顾, 全面安排
2)物质循环(再生)与能量单向流动规律
当能量经食物链转移时, 每经过一个营养级, 就有大部分能量转化为热散失掉, 无法加以回收利用,即10%法则-能量金字塔。因此, 为了充分利用能量, 必须设计出能量利用率高的系统。
3)物质输入输出的动态平衡规律
一个稳定的生态系统, 其物质的输入与输出总是相平衡的。当输入不足时, 会产生生态匮乏, 例如一个城市物资供应不足, 必然造成生产生活紧张, 效率下降; 反之, 当城市物资供应足够但输出不足, 又会导致生态滞留, 使环境恶化, 生产生活同样受阻
4)环境资源的有效极限规律
采伐森林、捕鱼狩猎等不应超过资源利用的最大可持续产量; 保育某一物种时, 必须保有足够它生存和繁殖的空间; 城市排污时, 必须使排污量不超过环境的自净能力等

第二章 城市气候与城市规划建设
城市气候及其影响因素
城市除了受当地纬度、大气环流、海陆位置、地形等区域气候因素的作用外, 还受人类(生产与生活)活动中放出热量及水汽的影响, 因而形成有别于近郊区和乡村的局地气候。通常我们称之为城市气候
城市气候所涉及的范围主要包括三个部分: 即城市覆盖层、城市边界层和市尾烟气层
城市特殊区域:由于城市居民的生活和生产活动, 如家庭炉灶、取暖、工厂生产、公共交通、人、畜的新陈代谢和其他各种能源燃烧所排放的热量, 使城市比郊区增加了许多额外的热量收入
城市特殊区域:城市供水、排水的方式和农村不同, 在燃烧和某些工业生产过程中还产生一定量的“人为水汽”进入大气, 致使城市中的水分平衡与农村有明显差异
城市的辐射与日照
城市太阳总辐射较乡村少
污染物浓度大®直接辐射少®散射辐射多®总辐射少
 城市日照总时数和日照百分率小于乡村
1 大气污染物多,云雾多, 透明度小;
2 热岛效应所引起的对流云经常出现
 城市内部日照地区差异明显
建筑物遮阴所致, 主要取决于街道走向, 及建筑群高度与街道宽度之比: H/D
城市热量平衡:热收入远高于乡村
城市热岛(urban heat island)—城市内部气温比周围郊区高的现象,是城市气候最典型的特征之一。无论是在中高纬度或低纬度地区,这一现象均普遍存在。
• 城市热岛效应可以从两个方面来分析:
同一时间城市和郊区气温的对比
同一城市历史发展过程中气温的前后对比
• DTu-r—热岛强度=同时间同高度(离地1.5m)热岛中心与近郊的气温差值
• “城市热岛”矗立在农村较凉的“海洋”之上
国内外均如此:
冬季傍晚上海市区比郊外要高2~5°C;
巴黎城中心年均温比郊区高1.7°C

城市热岛强度的变化
• 周期性
日变化: 夜晚强,白昼午间弱
年变化: 冬秋两季比夏春两季表现更明显,可能归因于冬季城市取暖耗能较多,释放大量人为热量
周变化: 受工休日周期影响,周末弱,周内强
非周期性
1)云量:强热岛大多出现在无云的天气状态下
2)临界风速:风速大则热岛效应小,超过临界风速时则消失
• 城市热岛强度与城市的布局形状、城市地形等有密切关系。团块状紧凑布局,城中心增温效应强。条形分散结构,城中心增温效应弱。 盆地或凹地,由于风速小,热岛效应特别强,这里不仅抵消了冷空气的下沉作用,反而成为最暖的热岛中心
• 城市规模(面积、人口及其密度等)对热岛强度亦有影响
• 城市附近自然景观以及城市内部下垫面性质亦对城市热岛强度起一定作用。无绿化的宽阔街道和广场,气温日振幅最大。林荫道和有绿化的广场白昼较凉爽,气温的日振幅较小
第四节 城市的风及局部环流
城市热岛环流——在天气睛朗无云,大范围内气压梯度极小的形势下,由于城市热岛的存在,城市中形成一个低压中心,并出现上升气流。从热岛垂直结构看,在一定高度范围内,整个城市低空比郊区同高度的空气为暖,因此随着市区热空气的不断上升,郊区近地面的空气必然从四面八方流入城市,风向向热岛中心辐合
郊区因近地面层空气流失需要补充,于是热岛中心上升的空气又在一定高度上流回到郊区,在郊区下沉,形成一个缓慢的热岛环流(local heat island circulation),又称城市风系。在近地面部分风由郊区向城市辐合,称为乡村风(country breeze)
城市发展对盛行风的影响
随着城市的发展,人口增多,建筑物的密度和高度增加,下垫面的粗糙度加大,因而有使城市年平均风速减小的趋势
 城市与郊区风速的差值因时、因风速而异:
 一般是白天差值大,晚上小;夏季大,冬季小
城市覆盖层内部风的局地差异
造成城市覆盖层内部风速差异的主要原因是由于街道的走向、宽度、两侧建筑物的高度、形式和朝向不同,当风吹过城市中鳞次栉比、参差不齐的建筑物时,因阻障效应产生不同的升降气流、涡动和绕流等, 使风的局地变化复杂化
 狭管效应, 风速会加大
 如果以街道中心的风速算作100%的话, 那么在迎风面的人行道风速为90%, 背风面的人行道风速只有45%。人行道旁如果种植行道树, 树叶茂盛时风速将再减低20%~30%; 在公园的浓荫中, 风速更会削弱50%上下
城市的湿度、降水及水分平衡
城区年均绝对湿度和相对湿度比郊区低
城区比郊区雾多,能见度低
城市水分平衡特征
城市中的降水量一般比郊区多5%~15%。
形成城市降水较多的原因有三:
第一, 城市热岛效应。
第二, 城市阻滞效应。城市因有高高低低的建筑物, 其粗糙度比附近郊区平原大
第三, 城市凝结核效应。
第六节 城市大气污染与城市气候
城市大气污染与气象条件
对大气污染物的稀释和扩散作用
风和湍流的影响:风对排入大气中的污染物有显著的输送、冲淡、稀释和扩散作用
城市中严重的大气污染现象都出现在风速小的时候, 一般在风速£2m/s或<3 m/s时
1 风和湍流的影响:风速与污染浓度的关系是比较复杂的, 如其它条件相同, 一般呈反比关系。但如果风速剧增, 在烟囱的下风方向近地面层反而会出现较高的污染浓度。这是因为烟囱下风方向近地面空气污染浓度不仅与风速有关, 也与烟囱的有效高度有关
烟囱的有效高度:烟囱的实体高度与烟气高度之和,也就是烟流中心线完全变成水平时的高度
2大气稳定度的影响
表示空气是否安于原在的层次,是否易于发生垂直运动,即是否易于发生对流的量度
大气是否稳定,通常用周围空气的“温度直减率(g)”与上升空气微团的“干绝热直减率(gd)”之对比来判断
对大气污染物的冲洗、凝聚和化学反应影响
降水的淋洗作用: 雨滴在下降过程中捕获颗粒污染物, 从而“清冼大气”
雾的凝聚作用: 水汽与凝结核结合形成雾滴. 高浓度的SO2污染常与浓雾相伴出现
光化学反应作用: 高温与强光照下易发生, 光化学烟雾呈浅蓝色, 其化学反应复杂
城市大气污染实况
城市大气污染的地区差异
城市大气污染的类型及其日变化和年变化
城市大气污染的影响
对城市气候的影响
对城市居民健康的危害
对各种物品的腐蚀
酸雨及其危害

第七节 城市气候与城市规划和城市建设
合理布局减轻居住区的大气污染
在地形复杂的山地、海滨或盆地地区, 情况较为特殊:
在一山地的迎风区, 居民区与工厂区的安排按前述原则是适宜的(下页图左边位置); 但在背风区(下页图右边位置), 虽然居民区位于上风方向, 然而因涡流作用, 不但山下工厂的烟尘扩散困难, 并且还会反卷至山坡, 对居民区产生严重的污染, 这样的布局显然不妥当
沿海城市(如日本神户、大阪、横滨,中国的天津等)为了海运方便,往往将工业区设在海滨,生活区放在内地
然而由于海滨地区有海陆风的影响,白天工业区的污染物会顺着海风吹向内地生活区,从而造成污染。世界许多沿海城市均有过这样的“经历”,一时成为空气污染防治的难题
因而沿海地区城市功能分区应与海岸平行布局
在山岭环抱的盆地城市, 气流不通畅, 静风日数多, 又因热力作用形成山谷风局地环流, 在夜晚山风作用下, 极易发生“地形逆温”。这些气象条件对污染物的扩散十分不利, 在这种城市中不宜建立可能会严重污染环境的工业区
城市总体规划与日照
城市居住区的自然通风

目录

一章 城市与城市生态学
二章 城市气候与城市规划建设
三章 城市土壤与生物群落
四章 城市生态系统
五章 城市环境问题
六章 城市园林绿地及绿化
七章 城市生态环境规划与可持续发展

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