城市生态环境(文字版)课件.ppt
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1、C.1 环境工学基本知识环境工学基本知识1-1 1-1 生物圈与生态平衡生物圈与生态平衡一、生物圈一、生物圈1.1.定义:地球表面全部有机体及其相互作用的生存环境的总合称定义:地球表面全部有机体及其相互作用的生存环境的总合称 为生物圈。为生物圈。2.2.范围:海平面以上约范围:海平面以上约1515公里;公里;海平面以下约海平面以下约1111公里公里 物种:动物物种:动物216216万种;植物万种;植物3434万种;微生物万种;微生物4 4万种万种3.3.分类:分类:1)1)气圈:约气圈:约10km10km 暖层(非常稀薄,基本与人类无关)暖层(非常稀薄,基本与人类无关)大大 中层(非常稀薄,基
2、本与人类无关)中层(非常稀薄,基本与人类无关)气气 平流层(臭氧含量非常高)平流层(臭氧含量非常高)对流层(气流活动非常丰富)对流层(气流活动非常丰富)2)2)水圈水圈3)3)岩石圈岩石圈二、生态系统二、生态系统1.1.定义:在一定的空间内,生物之间、生物与环境之间,互相依定义:在一定的空间内,生物之间、生物与环境之间,互相依 赖制约并以某种方式进行物质与能量的交换。这种生物赖制约并以某种方式进行物质与能量的交换。这种生物 与环境的结合体称为生态系统与环境的结合体称为生态系统2.2.组成组成 生产者:自养者,绿色植物、菌类生产者:自养者,绿色植物、菌类 消费者:他养者,动物消费者:他养者,动物
3、 分解者:还原者,微生物分解者:还原者,微生物 非生命物质:各种无机物及自然因素非生命物质:各种无机物及自然因素 3.3.生态平衡生态平衡定义:生态系统各组分之间,在一段时间内,在一定的条件定义:生态系统各组分之间,在一段时间内,在一定的条件 下保持着自然的、暂时的、相对的动态平衡,称为生下保持着自然的、暂时的、相对的动态平衡,称为生 态平衡。态平衡。手段手段 正反馈:物种在无限制环境下连续以指数形式增长的本能。正反馈:物种在无限制环境下连续以指数形式增长的本能。负反馈:资源减少、疾病、天敌、环境恶化等限制物种发展。负反馈:资源减少、疾病、天敌、环境恶化等限制物种发展。正、负反馈的调节正、负反
4、馈的调节三、城市生态环境的特点三、城市生态环境的特点1.1.人类成为生态系统的主体人类成为生态系统的主体2.2.是一个不独立、不完全的开放系统是一个不独立、不完全的开放系统3.3.是一个极不稳定的环境系统是一个极不稳定的环境系统 1-2 1-2 环境及环境机能环境及环境机能一、环境一、环境1.1.定义:某一主体周围对该主体有影响的自然因素的总合。定义:某一主体周围对该主体有影响的自然因素的总合。2.2.分类分类 自然环境:客观生存基础自然环境:客观生存基础 人工环境:物质环境(房屋、桥梁、道路、城市等)人工环境:物质环境(房屋、桥梁、道路、城市等)社会文化环境(政治、法律、宗教、风俗等)社会文
5、化环境(政治、法律、宗教、风俗等)二、环境的机能二、环境的机能1.1.环境中的物质交换环境中的物质交换分子扩散;紊流扩散分子扩散;紊流扩散2.2.环境中的能量传递环境中的能量传递3.3.环境的自净能力环境的自净能力定义:借助一系列物理、化学、生物过程,被污染的环境一定定义:借助一系列物理、化学、生物过程,被污染的环境一定 程度上都有清除异物恢复原状的能力,称为环境的自净能力。程度上都有清除异物恢复原状的能力,称为环境的自净能力。大气自净方式大气自净方式 紊流扩散紊流扩散 重力吸附作用重力吸附作用 雨水冲刷雨水冲刷 生物、化学作用生物、化学作用 最大自净能力(环境负荷)最大自净能力(环境负荷)环
6、境对异物的最大可容纳量环境对异物的最大可容纳量 建筑实例建筑实例1-3 1-3 人类活动对环境和气候的影响人类活动对环境和气候的影响一、下垫面性质的改变对气候的影响一、下垫面性质的改变对气候的影响下垫面:天空大气面对的地表层,能对大气产生影响的表层。下垫面:天空大气面对的地表层,能对大气产生影响的表层。1.1.植林与伐林植林与伐林2.2.建造大型水库建造大型水库3.3.海洋石油污染海洋石油污染二、改变了大气成分二、改变了大气成分1.CO1.CO2 2 浓度升高形成温室效应浓度升高形成温室效应2.2.化工业废气破坏臭氧层化工业废气破坏臭氧层3.3.光化学污染严重光化学污染严重4.4.人为尘埃增加
7、人为尘埃增加三、人为释放热三、人为释放热 C.2C.2城市热环境城市热环境2-1 2-1 城市气候特点城市气候特点 1.1.空气污染严重、日照减弱空气污染严重、日照减弱 2.2.城市气温升高,形成城市气温升高,形成“热岛热岛”现象现象 3.3.市区风向不规则,风速减小,但时有强风市区风向不规则,风速减小,但时有强风 4.4.雾多、降水多,空气相对湿度小雾多、降水多,空气相对湿度小2-2 2-2 城市热岛现象城市热岛现象一、城市热岛一、城市热岛 城市城市“热岛热岛”效应是指城市内的气温比城市外高,且越接近效应是指城市内的气温比城市外高,且越接近市中心建筑稠密区温度越高,等温线图呈现岛性,称其为热
8、岛市中心建筑稠密区温度越高,等温线图呈现岛性,称其为热岛 热岛强度热岛强度T=T=市区气温市区气温-郊区气温郊区气温二、热岛的成因二、热岛的成因1.1.城市下垫面与郊区的巨大差异是形成热岛效应的重要原因城市下垫面与郊区的巨大差异是形成热岛效应的重要原因立体化下垫面曾大大增加了太阳辐射的接触次数立体化下垫面曾大大增加了太阳辐射的接触次数城市建筑密度大,通风不良,不利于热量散发城市建筑密度大,通风不良,不利于热量散发城市中不透水面积大,植被水体少城市中不透水面积大,植被水体少2.2.市区有大量的人为释放热市区有大量的人为释放热3.3.市区上空的大气污染严重市区上空的大气污染严重三、热岛的特征三、热
9、岛的特征1.1.城市规模越大,人口越多,热岛现象越强。城市规模越大,人口越多,热岛现象越强。T=2.0lgN-4.06()T=2.0lgN-4.06()欧洲欧洲 T=2.96lgN-6.41()T=2.96lgN-6.41()北美北美2.2.各地区各季节各时刻热岛强弱不同各地区各季节各时刻热岛强弱不同 冬季热岛效应较夏季强冬季热岛效应较夏季强 纬度越高的地区热岛效应越强纬度越高的地区热岛效应越强 夜间热岛效应较白天强夜间热岛效应较白天强3.3.存在存在“临界风速临界风速”2-3 2-3 热岛对环境的影响及对策热岛对环境的影响及对策一、热岛对环境的影响一、热岛对环境的影响1.1.在城乡之间形成热
10、岛环流,加重空气污染在城乡之间形成热岛环流,加重空气污染 混合高度混合高度 H Hmin=50min=50500m500m2.2.增加城市降水量,降低城市空气湿度,城市极端天气增多增加城市降水量,降低城市空气湿度,城市极端天气增多3.3.酷热天气增多,减少城市霜、雪酷热天气增多,减少城市霜、雪二、规划设计对策二、规划设计对策1.1.严格控制城市人口,控制城市规模:最佳城市规模严格控制城市人口,控制城市规模:最佳城市规模 2.2.以交通站点为中心,以交通站点为中心,城市均匀分布多个闹市中心,分散人流,减城市均匀分布多个闹市中心,分散人流,减轻热岛轻热岛 3.“3.“大区大间距,小区小间距大区大间
11、距,小区小间距”的规划原则的规划原则 减少太阳辐射吸收量;减少二氧化碳排放量减少太阳辐射吸收量;减少二氧化碳排放量4.4.加强绿化改善外部环境加强绿化改善外部环境分散式绿化:减弱整个城市的热岛强度分散式绿化:减弱整个城市的热岛强度绿化带型:将热岛分割成小块,有效降低混合高度(宽约绿化带型:将热岛分割成小块,有效降低混合高度(宽约150m150m)结合建筑立体绿化结合建筑立体绿化 乔、灌、草合理结合乔、灌、草合理结合 优先使用当地植物优先使用当地植物 绿化品种的选择与配置绿化品种的选择与配置3.3.合理的建筑布局合理的建筑布局 合理预留风道合理预留风道 提高风道利用效率提高风道利用效率4.4.加
12、强建筑节能,减少人为产热加强建筑节能,减少人为产热 市区保持充足的蒸发地面(湿地、绿地),严格控制人工铺装市区保持充足的蒸发地面(湿地、绿地),严格控制人工铺装地面,或使用新型建材地面,或使用新型建材 优化建筑单体优化建筑单体 C.3 C.3 城市风环境城市风环境定义:定义:“风环境风环境”,包括城市的风向,风速以及影响城市风向、,包括城市的风向,风速以及影响城市风向、风风 速的因素以及其对城市大气环境的影响。速的因素以及其对城市大气环境的影响。3-1 3-1 大气边界层大气边界层一、一、大气边界层大气边界层 1.1.大气边界层:从地球表面到大气边界层:从地球表面到5001000米高的这一层空
13、气米高的这一层空气 郊区:薄郊区:薄 平原:薄平原:薄 市区:厚市区:厚 山地:厚山地:厚 2.2.分层分层 接地层:自地面向上接地层:自地面向上50-10050-100米的空气层,也叫城市覆盖层。米的空气层,也叫城市覆盖层。是与人类关系最密切的一层,气温、风速、风向等的变化都是与人类关系最密切的一层,气温、风速、风向等的变化都发生在该层。发生在该层。自由大气:大气边界层的上部的大气。自由大气:大气边界层的上部的大气。二、边界层内风速的垂直分布二、边界层内风速的垂直分布 式中式中 Vh高度高度h h处的风速处的风速 Vg 当地地转向风速当地地转向风速 hg 当地边界层上界高度当地边界层上界高度
14、 指数,取决于当地粗燥度指数,取决于当地粗燥度 类别类别 草原草原 农耕地带农耕地带 城市郊区城市郊区 城市中心城市中心 0.280.12 0.130.16 0.200.23 0.250.40边界边界 100180 270350 390460 420600层厚度层厚度(m)式中:式中:hs 基准高度,取基准高度,取10米米规律:随高度的增加,农村风速迅速增大,而城市风速变化不大,规律:随高度的增加,农村风速迅速增大,而城市风速变化不大,同一高度处,农村风速远大于城市风速。同一高度处,农村风速远大于城市风速。gghhhVVsshhhVV三、边界层内气温的垂直分布与大气稳定度三、边界层内气温的垂直
15、分布与大气稳定度1.温度层结:大气中空气温度沿垂直方向的分布状况(用气温垂直温度层结:大气中空气温度沿垂直方向的分布状况(用气温垂直 递减率递减率表示)表示)正常分布:下高上低,正常分布:下高上低,0 气温随着高度增加而下降,每上升气温随着高度增加而下降,每上升100m平均下降平均下降0.65反常分布:反常分布:等温等温气温不随高度发生变化,气温不随高度发生变化,0 逆温逆温气温随高度的增加而升高,气温随高度的增加而升高,02.大气稳定度:反映城市中空气流动情况大气稳定度:反映城市中空气流动情况3.3.地面浓度分布地面浓度分布地面最大浓度与烟囱高度的平方成反比地面最大浓度与烟囱高度的平方成反比
16、地面最大浓度落点(烟囱下风侧地面最大浓度落点(烟囱下风侧XmaxXmax)建筑选址避开下风向建筑选址避开下风向10-1510-15倍烟囱有效高度为位置倍烟囱有效高度为位置附加高度正比于:烟囱直径、烟囱口排烟速度、排烟温度附加高度正比于:烟囱直径、烟囱口排烟速度、排烟温度在源强条件相同的情况下在源强条件相同的情况下,抬高源高可以有效地降低地面污物浓度抬高源高可以有效地降低地面污物浓度四、逆温及其对大气污染的影响四、逆温及其对大气污染的影响 1.逆温逆温:气温随高度的增加而升高的现象,称逆温现象气温随高度的增加而升高的现象,称逆温现象 2.逆温层:逆温所及的空气层叫逆温层:逆温所及的空气层叫“逆温
17、层逆温层”。上界称上界称“逆温顶逆温顶”,下界叫,下界叫“逆温底逆温底”。3.分类:分类:1 根据逆温层的位置分类根据逆温层的位置分类 a.接地逆湿:从地面即开始逆温接地逆湿:从地面即开始逆温 b.悬浮逆温:中间一段大气分布反常悬浮逆温:中间一段大气分布反常 2 根据逆温形成原因分类根据逆温形成原因分类平流逆温:大天气系统的暖气流经过冷的下垫面上空时形成平流逆温:大天气系统的暖气流经过冷的下垫面上空时形成辐射逆温:由于地面强烈辐射冷却而形成的逆温辐射逆温:由于地面强烈辐射冷却而形成的逆温地形逆温:由于局部地形原因而造成的逆温(谷地或盆地)地形逆温:由于局部地形原因而造成的逆温(谷地或盆地)3-
18、2风向分布与规划设计风向分布与规划设计一、大天气系统的风向类型与规划设计一、大天气系统的风向类型与规划设计1、基本概念、基本概念a风向频率:某地某方向的风向频率即指该方向一年中有风次数与风向频率:某地某方向的风向频率即指该方向一年中有风次数与 该地区全年各方向有风总次数的比率。该地区全年各方向有风总次数的比率。b最小风频风向:指某地风向频率最小的方向。最小风频风向:指某地风向频率最小的方向。b最小风频风向:指某地风向频率最小的方向。最小风频风向:指某地风向频率最小的方向。c风玫瑰图:在极坐标中标出各风向的风向频率。风玫瑰图:在极坐标中标出各风向的风向频率。d盛行风向:多年气象资料统计出某地一年
19、中风向频率较大的方盛行风向:多年气象资料统计出某地一年中风向频率较大的方 向,可以有一或二个,不超过三个。向,可以有一或二个,不超过三个。e主导风向:即单一盛行风向、即该地区只有一个风向频率较主导风向:即单一盛行风向、即该地区只有一个风向频率较 大的风向,风玫瑰图上单一尖角。大的风向,风玫瑰图上单一尖角。2、风向类型分区与规划布局、风向类型分区与规划布局A 季风区:冬偏北夏偏南,风向较稳定,风向变化在季风区:冬偏北夏偏南,风向较稳定,风向变化在135180 盛行风向频率一般在盛行风向频率一般在20%40%。东北至东南大部地区东北至东南大部地区(风玫瑰图上有两个尖角风玫瑰图上有两个尖角)规划原则
20、:将工业区布置在最小风频风向的上风侧;规划原则:将工业区布置在最小风频风向的上风侧;居民区布置在最小风频风向的下风侧。居民区布置在最小风频风向的下风侧。B B 主导风向区:具有风向频率在主导风向区:具有风向频率在50%50%的风向,西北西南大部分地区的风向,西北西南大部分地区 (风玫瑰图上一个长尖角)(风玫瑰图上一个长尖角)规划原则:工业区置于主导风向的下风侧规划原则:工业区置于主导风向的下风侧 居住区置于主导风向的上风侧居住区置于主导风向的上风侧C C 无主导风向区:全年风向多变,无盛行风,也无最小风频,陕北无主导风向区:全年风向多变,无盛行风,也无最小风频,陕北 甘肃宁夏。(风玫瑰图较均匀
21、)甘肃宁夏。(风玫瑰图较均匀)规划原则规划原则工业区置于年合成风速风向的下风侧工业区置于年合成风速风向的下风侧 居住区置于年合成风速风向的上风侧居住区置于年合成风速风向的上风侧(各向风速均较大各向风速均较大)工业区布置于危险风速的下风侧工业区布置于危险风速的下风侧 居住区置于居住区置于于危险风速于危险风速的上风侧的上风侧(有危险风速有危险风速)D D 准静风区:静风频率准静风区:静风频率(风速风速01.0m/s)在在50%50%以上以上,盆地、山谷,盆地、山谷规划原则规划原则 工业区集中布置;利用卫生防护带隔离其与生活区工业区集中布置;利用卫生防护带隔离其与生活区 计算出污染源浓度落点,生活区
22、置于该界限以外计算出污染源浓度落点,生活区置于该界限以外 山谷小:风弱山谷小:风弱 背阳:弱背阳:弱3)对环境的影响及对策)对环境的影响及对策 影响:谷底的污染物难以扩散稀释影响:谷底的污染物难以扩散稀释 对策:对策:尽量避免在山谷地带建污染浓度大的工厂尽量避免在山谷地带建污染浓度大的工厂 对重污染工厂,采用超高烟囱,冲出环流层对重污染工厂,采用超高烟囱,冲出环流层 2、海陆风、海陆风(水路风)(水路风)1)机理)机理 2)特点:)特点:日变型,风频基本相等;日变型,风频基本相等;影响范围大:影响范围大:风速较大,海风约为风速较大,海风约为56级,陆风级,陆风3级级热带地区海陆风较强,中高纬地
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