（农业水土工程专业论文）人体舒适度在干旱区城市生态环境需水量研究中的应用.pdf

摘要 本文研究了人体舒适度在干旱区城市生态环境需水量中的应用。城市绿地具有良好的调 节气温和增加空气湿度的效应。在探讨人体舒适度与城市绿化面积关系的基础上，试图从人 体舒适度的角度来确定城市合理的绿地面积，通过城市绿地对温度、湿度及风速影响的试验 观测，得出其影响的程度与范围，经分析后最终推算出银川市根据人体舒适度所确定的绿化 面积。根据合理的城市绿化面积计算出城市生态环境需水量，从而达到水资源的合理配置和 利用。结果表明： ( 1 ) 城市草坪的增湿效果好，但其影响范围很小明显不如树林。根据试验结果得出绿林 面积与影响范围的关系为：y = 5 2 6 l n ( x ) 一3 1 3 8 ( 2 ) 在人体舒适度的基础上，绿林面积和城市面积是成正比例关系的，即随着城市面积 增大，要达到人体舒适程度时，绿林的面积应相应的增人。当绿林面积达到一定数值时，面 积增大对舒适度值影响基本不变，即影响的范围基本不再改变。所以，我们在增大绿地面积 的同时，首先要增加绿林的面积，并且要调整绿林的布局和结构。 ( 3 ) 以现有银川市平均气温、湿度、风速，进一步推导出达到舒适程度时城市面积与绿 林面积的关系式：y = 5 。3 6 x + 6 8 5 7 4 ( 4 ) 银川市的城市生态环境需水量中河流和湖泊需水量接近绿地需水量的9 倍，在建设 生态城市方面应以发展城市绿地面积为主，限制水面面积；银川市现有条件下，城市生态环 境需水量在流域水资源分配中还没有得到合理配置。 本文对定量研究人体舒适度在城市绿地和生态需水量具有重要意义，同时对城市的规划 设计、城市环境的有效改善具有一定的指导意义。 关键词：人体舒适度，城市绿地，小气候，城市生态环境需水量，银川市 a b s t r a c t t h i sp a p e rs t u d i e st h ea p p l i c a t i o no ft h eh u m a nc o m f o r ti nt h ec i t y se c o l o g i c a le n v i r o n m e n t w a t e rd e m a n d u r b a ng r e e ns p a c eh a v eg o o de f f e c to fc o n d i t i o n i n gt e m p e r a t u r ea n di n c r e a s i n ga i r h u m i d i t y o nt h eb a s i so fd i s c u s s i n gt h ec o m f o r to ft h eh u m a nb o d ya n du r b a ng r e e na r e a s ，t r y i n g t od e t e r m i n er e a s o n a b l eg r e e na r e ao fc i t i e s t h r o u g ht e s to b s e r v a t i o no fu r b a ng r e e ns p a c e i m p a c t so nt h et e m p e r a t u r e ，h n m i d i t ya n dw i n ds p e e d ，g e t t i n gi t si n f l u e n c ee x t e n ta n ds c o p e a f t e r a n a l y s i s p r o j e c t i n gt h eg r e e na 代组o fy i n c h u a ni na c c o r d a n c e 、砘也h u m a nc o m f o r t t h e n c a c u l a t i n gw a t e rd e m a n do f u r b a ne c o l o g i c a le n v i r o n m e n ta c c o r d i n gt oar e a s o n a b l eg r e e na r e ao f u r b a n s oa st oa c h i e v et h er a t i o n a la l l o c a t i o na n du t i l i z a t i o no fw a t e rr e s o u r c e s t h er e s u l t ss h o w t h a t ： ( 1 ) c i t yt u r fh a v eg o o dh u m i d i f i c a t i o ne f f e c t ，b u ti t sa f f e c t e da r e a sa r eo b v i o u s l ys m a l l e r t h a nf l e e s l o c a t e di na r i dr e g i o n so ft h ey i n c h u a nc i t yh a sd r yc l i m a t e ，s t r o n gs u r f a c e e v a p o r a t i o n ，t h es c a r c i t yo fw a t e rr e s o u r c e s ，t h ec o n s t r u c t i o no fe c o l o g i c a lc i t ys h o u l db em a i n l y d e v e l o pu r b a ng r e e na r e aa n dr e s t r i c t e r e a s o n a b l ep r o t e c t i n ga n du t i l i z i n ge x i s t i n gw a t e r a r e a ，a n dv i g o r o u s l yd e v e l o pt r e e sa r e a b a s e do nt h et e s tr e s u l t so b t a i n e dt h er e l a t i o n s h i pb c t w c 宅n t r e e sa r e aa n di t sa f f e c t e da r e a ：y = 5 2 6 l n ( x ) 3 1 3 8 ( 2 ) o nt h eb a s i so fh u m a nc o m f o r t , t r e e sa r e aa n du r b a na r e ai sd i r e c t l yp r o p o r t i o n a l r e l a t i o n s h i p ，t h a ti s ，谢t ht h ei n c r e a s i n gu r b a na r e a ，i no r d e rt oa c h i e v eh u m a nc o m f o r t ，t r e e sa r e a a c c o r d i n g l ys h o u l db ei n e a s e d w h e nt r e e sa r e ar e a c h e sac e r t a i nv a l u e ，i n c r e a s i n gt h es i z eo f t r e e sa f e a ，t h eh u m a nc o m f o r ti m p a c tw i l lr e m a i nb a s i c a l l yu n c h a n g e d ，t h a tt h ei m p a c ts c o p ei s f u n d a m e n t a ln ol o n g e rc h a n g e d t h e r e f o r e ，w ei n c r e a s et h eg r e e na r e a ，a tt h es a n l et i m ew es h o u l d i n c r e a s et h ef o r e s ta r e af i r s t ，a n da d j u s tt h el a y o u ta n ds t r u c t u r eo ff o r e s t ( 3 ) u n d e rt h ep r e c e n ta v e r a g et e m p e r a t u r e ，h u m i d i t y , w i n ds p e e do fy m c h u a n , a n df u r t h e r d e r i v e dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nu r b a na r e aa n dt h eg r e e na r e aw h e nr e a c h e dac o m f o r t a b l el e v e l ：y = 5 3 6 x + 6 8 5 7 4 ( 4 ) i nt h ee x i s t i n gc o n d i t i o n so f y m c h u a n ，t h e c i se c o l o g i c a le n v i r o n m e n tw a t e rd e m a n dh a s n o tb e e nr a t i o n a ld i s t r i b u t e di nw a t e rr e s o u r o 略a l l o c a t i o n ，t h e r e f o r e , i nt h ed e t e r m i n a t i o no ft h e u r b a ne c o l o g i c a le n v i r o n m e n tw a t e rq u o t ao fw a t e rr e s o u r c e s ，e s p e c i a l l yi nt h ef u t u r et h es t u d y w i l lf o c u so nr a i s i n gt h et h eu t i l i z a t i o nr a t eo fc i t y se c o l o g i c a le n v i r o n m e n tw a t e r a st h e e c o l o g i c a le n v i r o n m e n to fu r b a nw a t c , fd e m a n dh a ss i g n i f i c a n t l yp o s i t i v ec o r r e l a t i o nw i t hu r b a n p o p u l a t i o n ，b u i l ta r e aa n dg r o s sd o m e s t i cp r o d u c t e c o l o g i c mw a t e rd e m a n da c c o r d i n g l yi n c r e a s e sw i t ht h ee x p a n s i o no ft h es i z eo ft h ec i t i e s a n dt h eg r o w t ho f p o p u l a t i o n , a r e aa n de c o n o m y i n t h i sp a p e r , q u a n t i t a t i v es t u d yo fh u m a nc o m f o r ti so fg r e a ts i g n i f i c a n c ei nt h eu r b a n g r e e n i n ga n de c o l o g i c a lw a t e rd e m a n d , w h i l ef o rt h ep l a n n i n ga n dd e s i g no f u r b a n a n de f f e c t i v e l y i m p r o v i n gt h eu r b a ne n v i r o n m e n th a v eac e r t a i ns i g n i f i c a n c e k e yw o r d s ：h u m a nc o m f o r t , u r b a ng r e e ns p a c e ，m i c r o e l i m a t e ，u r b a nw a t e r d e m a n do fe c o l o g i c a le n v i r o n m e n t , y i n e h u a n i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得宁夏大学或其它教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究一：多膨 帆年月日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解宁夏大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。同意宁夏大学可以用不同方式在不同媒体上发 表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名： 导师签名： 时间：湖睁歹月多日 时间：川年z 月6 日 ；_ 士缸 r=一0 舌一藿一 一撵图 宁夏人学硕l ：学f 节论文第一章概述 1 1 研究的背景和意义 1 1 1 课题研究的背景 第一章概述 人体舒适度是以人类机体与近地大气之间的热交换原理为基础，从气象角度评价人类在不同 气候条件下舒适感的一项生物气象指标。人体舒适度在城市生态环境气象服务中具有重要的基础 性地位。 随着城市化发展，世界人口超过半数居住在城市，并且比例在不断增高。城市数量和规模的 增加使城市生态环境对世界人口的相对重要性也随之增加。尤其是我国西北干旱地区的城市，水 资源短缺、人口密集、人工建筑物不断增加、绿地匮乏、城市内河水系不断萎缩、污染严重、水 环境质量恶化。人居环境品位不断下降。导致人类生存条件恶化。随着人们对城市生态环境重要 性特别是居住环境的认识不断加深，城市人居环境问题也成为不容忽视的问题之一。 城市绿化水平与气候舒适度密切相关，绿化覆盖率从0 增加到5 0 时，日最高气温降低l 2 c ；绿化覆盖率从5 0 增加到1 0 0 时，日最高气温降低2 - - - 3 ，则人体舒适度增大。 1 1 2 研究原理 从绿地生态效用的角度来讲，其考虑的最终主体是人，是以其对人的影响程度为依据的。人 体的结构是长期与外部环境相互适应而形成的，对人体影响最大的气象要素酋推气温。人喜爱恒 温，能将所吸收的营养转变为动能并释放所生成的热量的一种“热机”。气温在一定范围的条件 下，人体会根据冷热产生适应与调节。为了用最少的能量消耗，把体温保持在3 6 5 左右，需要 使身体周围的温度保持在3 1 7 上下。夏季高温可致中暑、体温调节障碍、水盐代谢紊乱，此外 对心血管、神经系统、泌尿系统均有影响。高温能抑制胃的运动机能。气温在9 1 5 、相对湿 度为7 2 7 8 时，胃收缩每分钟约2 0 次，并且有固定的收缩波形。当气温为3 2 3 4 、相对 湿度为3 2 4 0 时，胃收缩减为每分钟1 次，收缩波形减小，收缩的曲线不规则。高温还能抑制 胃腺的分泌，故高温可降低人的消化功能，因而夏季人们的食欲减退。在气温为1 5 5 - - 2 6 5 时，湿度改变对皮肤的影响不大。一般皮肤温度虽随湿度高低而变化，但变化幅度很小。高温 情况下，高湿对人体舒适的影响是不利的。高温时，人体主要依靠蒸发散热来维持热平衡，如相 对湿度过高，就会妨碍汗液的挥发，使汗液大滴落下，结果人体的热平衡受到破坏。据研究，高 温环境下如相对湿度自4 5 增至8 5 ，机体耐热时间缩短l 2 l 3 。在高温条件下，随着空气 中相对湿度的增高，脉膊也加快。 夏季气温2 4 时，是人体感觉最舒适的温度，气温升高，人体逐渐感觉不舒适。空气湿度大 时，不利于汗液排出与蒸发，妨碍人体的散热过程，当相对湿度为7 0 时人体感觉最舒适。静风 宁夏人学顾 j 学位论文第帝概述 曼笪曼曼皇曼曼皇皇_ i m m l m l l 皇曼曼曼鼍曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼皇曼舅曼舅曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼蔓! 曼曼皇曼蔓罾曼皇皇曼曼曼曼曼璺曼皇皇曼曼曼曼皇曼曼曼曼 或风速过小，人体热量和汗液难以向大气输送，影响皮肤温度降低；风速过大，又影响人们的正 常生活，甚至带来灾害性天气。一般认为，风速为2 m s 是人体感觉最适宜的风速。 绿地降温效应与风有关，与云量关系不人。在多云无风天气中，树木降温效应最明显，公匿 片林平均降温2 9 l ，最高气温降低3 3 ；晴天微风降温效应中等，晴天有风降温效应较差。 风能将树木蒸腾吸热降温由集中效应变为分散效应。无论在什么样天气条件下，封闭式行道树( 蹈 两边行道树冠不相连接) 降温效廊均大于开放式( 路两边行道树冠相接) 。 绿地的生态效应会影响到周围空间，在绿地周围存在一个区域。受绿地的影响，这个区域内 的环境不同于更远的大气空间，与绿地内也会有所不同。我们把这个区域称为绿地的综合生态场。 随着经济的发展和人们生活水平的提高，城市化的进程在逐步加快，城市的数量越来越多， 规模越来越大。特别是近一个世纪以来，城市化一直呈加速发展的趋势口1 。城市人口集中、工业 发达，释放出大量的人为热量，而城市不透水地面覆盖范围大，再加上建筑物密集造成的通风不 便，因此城市气温明显高，呈现“城市热岛”现象，即城市的气温高于郊区，在冬季的夜间尤为 突出。大城市的城郊温差( 热岛强度) 可达5 c ，中等城市的热岛强度平均为l 2 口“1 。 热岛效应方面的研究多是从城市的整体水平上与郊区相比较，或是城市内各个区段间的比 较，找到城市中的儿个热岛所在，从而对城市中热岛效应的缓解提出建议。根据监测和分析，绿 色植物对水分和太阳光的吸收与蒸腾散热作用是造成周围气温降低的主要冈素。在土壤水分充足 的条件下，植物根部吸收土壤中的水允，并通过其叶面的蒸腾将水分以汽态形式发散到大气中， 造成周围空气湿润和气温变化哺1 。g a l i o k p ，t a r p l e y j d ( 1 9 9 6 ) 进行了植被率和表面温度与城 市热岛分析的复合分析。j n o g j n i b a i k ，y e o n h e ek i ( 2 0 0 1 ) 研究了城市热岛引起的干湿对 流。周红妹等( 2 0 0 2 ) 还指出绿地分布越集中，热岛效应的减弱效果越好。s t e p h e nl 等( 2 0 0 2 ) 用 从卫片中得到的保存守恒程序图来描述景观结构，其中涉及到形状指数，其研究是在大尺度水平 上进行的。 城市绿地降温增湿效应各地观测结果差异很大，因为自然环境条件不同，天气气候条件不同， 绿地类型、绿化树木种类、生长发育状况、以及面积大小、树冠郁闭度等不同，其降温增湿效果 都不一样，即使同一城市各次观测结果差异也颇大。所以对于宏观研究一般取各种情况的平均值。 城市绿地具有蒸腾降温；调节气流的作用。对周围环境具有一定的影响。张景哲教授等( 1 9 9 8 ) 研究指出，北京市测点周围绿地覆盖率每增加1 0 ，夏季白天气温下降0 9 3 安徽的杜克勤 等研究指出呻1 ，夏季有乔木行道绿化的地区较未绿化空旷地日平均地表气温降低2 2 3 2 1 2 ， 最高降温达3 8 1 2 ；草坪绿地和行道绿化树荫下水泥路面较空旷裸露水泥路面地表温度分别平均 降低9 8 和8 5 c ，最高降温达1 5 6 ：乔木行道绿化树和蔓藤攀缘植物较未绿化空旷地日平 均地表温度增加1 2 9 - - 1 4 7 和1 7 5 。杨士弘( 1 9 9 4 ) 测定了细叶榕、大叶榕、木棉、石栗、 白兰、阴香、红花羊蹄甲、夹竹桃等树种的蒸腾强度和绿地叶面积指数，计算了绿地的蒸腾强度 和降温、增湿效能。在气温3 0 时，郁闭度较好的白兰树林和细叶榕树，l m 2 绿化覆盖面积可以 使周围1 0 m 2 ，l o o m 厚的大气层降温分别为1 9 c 和1 3 c ，相对湿度约增加3 3 和2 4 m 。 综合国内外研究情况，绿化能使局部气温降低3 - - - 5 ，最大可降低1 2 ，增加相对湿度3 1 2 ，最大可增加3 3 。据对广州市的观测。无论是日平均气温、日最高气温或高温持续日数， 绿化区均低于未绿化街区；城市中的公园绿化区日平均气温比未绿化区低2 1 ，日最高气温低 4 2 。故人们把绿色植物生物降温称为“良性循环降温”，而不象空调器降温那样进行“恶性循 2 宁夏人学硕f j 学化论文第一章概述 环降温”，仅仅是把热量转移到了别的空间，致使外界环境温度更高。 绿化覆盖率从0 增加到5 0 时，臼最高气温降低1 2 ；绿化覆盖率从5 0 增加剑1 0 0 时，日最高气温降低2 3 。 绿地中植被的生命活动，主要是蒸腾作用释放出大量水汽，在次过程中带走热量。相对于周 围环境来说，绿地就像个冷源。这一冷源的致冷作用导致周边温度下降。绿地周用必然存在一个 绿地影响的区域，而影响强度也会随绿地距离的增大而变化，这个绿地周围温度梯度变化的范围， 即是温度效应场。在研究中，我们按从绿地边沿向外绘制温度变化图，讨论温度随距离增人的升 高，也就是距离绿地越近温度降低越来越多，其从本质上来说是一致的。这就是绿地的降温作用。 绿地内植株的蒸腾作用，使得绿地内的湿度较非绿地要火的多。绿地就像一个天然的加湿器， 可以有效的加人周闱空气湿度。绿地对周围的加湿作用有一个范围。这个绿地周围湿度梯度变化 的范围，即是湿度效应场，在研究中，我们按从绿地边沿向外绘制湿度变化图，讨论湿度随距离 增人的降低，也就是距离绿地越近湿度增加的越来越多，其本质上来说是一致的。这就是绿地的 增湿作用。 由于绿地面积大小与绿地降温增湿效应呈正相关关系，即随面积的增人而增大哺1 。再从人体 舒适度的角度确定出合理的绿地面积。以上所述可用下图1 - 1 表示： 圈1 - ! 以上说明根据人体舒适度的区间确定城市绿地面积是可行的。 因此，应加强城市生态环境需水量的研究。从人体舒适度入手，确定出城市合理的水面面积、 绿地面积。确定出干旱区城市生态环境需水量。主要从水质和水量两个方面考虑。水质方面根据 水功能区划确定的水质目标，并结合永污染治理的现状来考虑。水量方面应考虑河流水体维持原 有自然景观，即注入最小水量后，使河流能恢复到生态环境不受破坏、地下水环境不会引起环境 灾害的状态。对于西北干旱区城市而言，应当保护现有的水面面积，从扩大绿地面积入手，合理 的增大绿地面积。使人居环境达到舒适程度。 1 1 3 课题研究的意义 截止2 0 0 0 年，全国6 0 0 多座建制市中有1 3 0 多座城市缺水严重。水资源问题已成为城市可 持续发展的瓶颈。国民经济高速增长对水资源的需求，以挤占农业及生态环境用水为代价，从而 出现河湖萎缩、植被退化、地下水漏斗加大等严重城市生态环境问题。如果城市水面面积、绿地 面积大不仅严重占据城市宝贵的用地资源，而且需要大量的水资源，这对城市来说是十分困难的。 反之，城市水面面积、绿地面积小能有效的提高城市的居住率，增大经济效益，但面积太小不仅 3 宁夏人学硕 j 掌1 讧论文 第一章概述 严重影响城市防洪排涝安全问题，而且严重影响城市的人居环境，降低城市品味直接影响城市的 招商引资和社会经济的可持续发展。 我国近年来经济发展迅速，但水资源问题表现也日益突出，可以概括为“水多、水少、水脏、 水生态恶化”，影响了我国的现代化进程和社会进步，成为我国可持续发展的瓶颈。随着生态环 境意识的提高，人们对水边自然景观及城市生态系统健康有较高的期望，城市生态环境需水量作 为城市需水的重要组成部分逐步得到重视。 城市是政治经济文化中心，近年来随着经济社会的高速发展，我国城市化水平不断加快。城 市是一个人口密集、经济发达、自然资源短缺的地区，也是一个生态环境1 常脆弱的地区，特别 是城市水环境，由于在水资源的开发利用过程中，人们往往只重视生产和生活对水资源的需要， 在一定程度上忽视了生态环境保护和发展的需水要求，致使城市内河水系不断萎缩、内湖富营养 化不断加重、水环境质量不断恶化，城市水生态系统功能不断衰退。导致城市人居环境质量的下 降。因此，为缓解生态环境的恶化，解决人居环境舒适问题，合理利阁有限的土地、水资源，确 定出干旱区最佳的水面面积和绿地面积，使人居舒适度达到舒适的条件。实现国民经济的可持续 发展。 本文的研究目标是针对我国西北干旱区域城市生态环境问题中的水危机，尤其是水资源短缺 的西北干旱区域城市，建立城市生态环境需水量的理论框架，并计算出城市生态环境需水量确定 其合理的水面面积和绿地面积，确保人居感觉舒适。对水资源的优化配置和城市水环境治理具有 重要意义。 由于城市绿地覆盖率，林地郁闭度好与郁闭度差的日最高气温相差约3 。林木生长状况影 响气候舒适度。森林生态系统能量流通状况的研究结果表明，随着c 吼含增加，林木的光合速率 增大，林木生长量增加，叶面积指数增大，林冠下的相对照度衰减，到达林内的太阳辐射减弱 尹荣楼认为憎1 ，当森林中全部有机质含量( 静载荷) 从3 9 9 x 1 0 4 9 m 2 增到7 1 0 x1 0 4 9 m 2 时，叶面积 指数增加了8 0 左右，而林中相对透光量从上层的1 5 9 减少到中下层的3 6 ，即降低了7 7 左右，因而地面平均温度将降低，夏季气候舒适度增大。 温湿度效应是城市绿地生态效应中的一个主要部分。在炎热的夏季，绿地可以降低周围温度、 增加湿度：而在寒冷的冬季，绿地可以提高周围温度、降低湿度。它就像一个温湿度的调节器， 可以很好地对温湿度的极限值起到缓冲作用。植物蒸腾作用蒸发出大量的永汽，造成与周围空问 的压力差。空气在压力差的推动下进行运动，进而引起温度、湿度的变化。在对绿地的温湿度效 应进行研究时，人们更多地研究其极限高温( 夏季) 时的效应。因为众所周知，随着工业化的高度 发展，c 0 2 的过量排放造成全球变暖。而在人口高度集中的城市，由于热岛效应的存在，使得城 市中夏季的极限高温低湿大大重于郊区，给居民的生产生活带来诸多的不便，甚至危及到人的 身体健康。城市绿地在提高环境舒适度、减弱热岛效应方面有很大的作用n m ，对缓解目前环境的 日益恶化、改善居民生活环境无疑是一个非常重要的手段。 本文研究区域银川市，是我国西北水资源比较匾乏的城市之一。进入八十年代以来城市规模 与人口迅速增加、经济迅猛发展，造成供用水量急剧增长，使全市有限的水资源日趋紧张。水资 源短缺已成为全市社会经济发展的。瓶颈”制约因素。因此，解决水资源短缺及生态环境问题是 银川市目前的一项主要任务，处理好水与生态环境的相互作用与关系十分重要。开展银川市生态 环境需水量研究，对保证生态系统留有满足水质要求的充沛水量，保护和恢复生态系统功能，改 4 宁夏人学硕i j 学位论文第一章概述 善银川市生态环境质量，合理配置水资源，提高人体舒适程度。不仅具有理论价值，而且具有深 刻的现实意义。 1 2 国内外研究进展 1 2 1 国外舒适度研究概况 国外关于舒适度的研究可划分为两个阶段。前期研究的重要特点多是一些定性的描述或采用 经验公式进行定量讨论。1 9 4 7 年y a g t o u 和h o u g h t e 根据人体在不同气温、湿度和风速条件f 所 产生的热感觉指标提出了实感气温。1 9 5 1 年l o t s 和w e z l e r 描述了气流对人体舒适感的影响。 1 9 5 5 年b u r t o n 等描述了湿度对人体舒适感的影响，他总结出当气温适中时，大气湿度变化对人 体舒适感的影响较小；当气温较高或偏低时。湿度变化才对人体的温热感产生影响。由t h o m ( 1 9 5 9 年) 提出b o s e n 进一步发展的不适指数( d i ) h 1 应用较广泛，有 d i = o 7 2 ( t a + t w ) + 4 0 6 式中：d i 为不适指数，t a 为气温，t w 为湿球温度。 后来美国国家气象局用于夏季舒适度及工作时数预报的温湿指数( t h e r m a lh u m i d i t yi n d e x ) 就起源于此。这些研究都已认识到当气温较高时，高湿会加剧人体对热的感觉，而当气温较低时， 大风常使人倍觉寒冷。 直到1 9 6 6 年，特吉旺( t e r j u n g ) 才正式提出舒适度指数( c o m f o r t i n - d e x ) 和风效指数( w i n d e f f e c ti n d e x ) 的概念。后期的研究特点是从人体热量平衡角度研究人体对冷热的具体感受程度。 其中以美国生物气象学家s t e a d m a n 提出的感热温度理论晟为完善，曾在生物气象界引起巨人反 响，并得到公认。他以人体热量平衡方程为基础充分考虑了人体产热和失热的要素，对于1 4 m s 速度步行的人来说，体内新陈代谢产生的热量q 是人体获得热量的主要方式，另一种方式是通过 皮肤和衣服吸收太阳辐射。人体失热由3 部分组成，即肺部呼吸作用失热q v ，衣着失热q r 和人体 裸露部分失热q u ，以巾t 表示人体衣着部分的面积系数，确定了温热条件和酷热条件下的人体热 量平衡方程，即温热条件下的热量平衡方程： 唧一l q f + ( 1 一0 1 ) 瓯 在酷热条件下人体的热量平衡方程为： q = q 也 s t e a d m a n 利用不同条件下的资料推得可供室内、室外有遮蔽、室外无遮蔽下广泛适用的体感 温度模型，讨论了辐射、风、湿对体感温度的影响。在气温- 4 0 , - , 5 0 范围内感热温度的统计归 纳模型：室内条件( q s = o ，v t o - - o ) k = 一1 3 0 + 0 9 2 t i 旧2 2 e 室外有遮蔽条件( q g - - o ) t - 哪= 一- 2 7 0 + i 0 4 t a + o 2 e = - 0 6 5 v 室外无遮蔽条件 t ，。5 0 + 1 0 2 1 - i + 0 2 8 e - i o o v 一5 8 0 q 2 + 0 0 0 5 4 ( g + _ q d ) 5 宁夏人学硕f 学位论文第一节慨述 曼量曼曼曼曼曼寰曼曼曼璺曼! 曼曼! ! 曼曼曼鼍曼曼鼍蔓曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼皇i；m im mmm li | ；l 舅曼皇曼皇曼曼曼曼曼曼皇曼皇曼曼曼曼蔓曼曼! 鼍 式中： t 。、t ，。t 带分别为室内、室外有遮蔽、室外无遮蔽条件下的体感温度： t a 为气温；e 。为水汽压； 。为太阳直接辐射和间接辐射之比；岛为直接辐射；q d 为散射辐射。 该模型充分考虑了影响体感温度的各个要素，包括皮肤、农服和空气的传热阻力，特别是辐 射要素的考虑，增强了该模型的广泛适应性。1 9 9 4 年他又研究了体感温度在a u s t r a l i a 的应用准 则，并修改了模型参数。在实验仪器和技术方面也取得了相应的发展。丹麦学者范格尔 ( f a n g e r ) 教授提出的热舒适理论以及热舒适方程对该领域的研究也具有重要贡献。 国外最初进行舒适度研究的目的主要是为军事服务，如研究军舰轮机舱内的环境，研究在炎 热或严寒环境中士兵的生理和心理承受力，军队行军中最适的衣着厚度等。后来，随着科技生产 的发展，生活水平不断提高，越来越多的研究转向生产和生活领域。 1 2 2 国内舒适度研究概况 直到2 0 世纪8 0 年代，国内有关舒适度的研究还只是一些定性的描述，9 0 年代开始才有一定 的发展，并取得较快的进展。钱妙芬、叶梅根据舒适和清洁原则提出了“气候宜人度评价”模型 “2 】 c l = 0 1 3 c - + o 3 6 c 2 + o 2 6 c 3 + 0 2 5 c g = 0 4 4 c 5 + 0 4 2 c 6 + o 1 4 c 7 式中，c - 、c 2 、c 。、c 4 分别表示气压、晴朗、温湿、风冷舒适指数，c s 、c 6 、c t 是用来计算晴 朗舒适指数的分指数，分别代表日照、降水、雾舒适分指数。该模型综合描述了气压、日照、气 温等7 个气候要素和大气污染物浓度对气候宦人程度的影响。在此基础上，作者做出了气候宜人 度、舒适指数和清洁指数的等级划分，并对四川旅游气候宜人度作了时空区划。但该方法采用几 何平均结果，在一些特殊情况下，得出的结论还有待于进一步深化李万珍、谭传风根据实验获得 的“实感气温”基本数据，绘制了人体舒适度的风温( v t ) 曲线和风湿( v f ) 曲线，利用该图可查看 气候要素的最佳值，并参照加拿大天气局提出的舒适指数作出四季舒适度评价的尝试。 陆鼎煌u 3 1 利用环境卫生学方法的有关资料，全面考虑温、湿、风3 个要素对人体舒适的影响， 提出了综合舒适度指标： s ：0 0 6 ( i 卜2 4 1 ) + 0 0 7 ( 1 髓7 0 1 ) + 0 5 ( v 一2 ) 式中，s 为综合舒适指标；t 为空气温度；r h 为空气相对湿度( ) ；v 为风速。 张清提出了如下的温湿指数射： e r = - t d 0 5 5 ( 1 r ) ( s 8 - r d ) 式中：e r 为温湿指数；t d 为1 4 时的温度；r 为1 4 时相对湿度。 王远飞等n 射参照国外有关人体不适指数、温湿指数、风寒指数等，结合上海市的气候特点， 建立了上海市的人体气象舒适度指数。计算公式 夏半年： s s d i = 1 8 r + 0 1 4 5 r h ( 1 8 r 一2 6 ) + 口l ( t 一3 3 ) 4 v + 0 1 3 4 s + 2 7 6 宁夏人学硕 ：学位论文第审概述 m m mm m = m = 。= _i i ii i i 曼曼曼曼曼曼量曼曼曼曼曼曼量曼曼曼曼 冬半年： s 泐= 1 8 丁+ 0 1 2 2 r h ( 1 8 t 一2 6 ) + 口2 ( t 一3 3 ) 4 v + 0 6 4 1 s + 2 7 式中： t 、r h 、v 、s 分别为温度；相对湿度；风速及日照时数。 q ，q ：分别为夏半年及冬半年的风向订正系数。 目前全国气象部门都根据以上计算方法结合本地的气候条件开展了舒适度指数的预报服务， 由于地域和气候类型的限制，以上模型的普遍性尚待进一步验证。 1 3 研究现状 1 3 1 人体舒适度 由于社会和经济发展的需要，国内已逐渐开始了应用方面的研究工作。冯定原，邱新法根据 s t e a d m a n 的感热温度理论，定量计算了我国各地四季感热温度的分布变化，分析了气象要素对区 划结果的影响，并对体感温度的大小对人类活动的影响进行了讨论，初次涉及人体舒适度虑月j 1 6 - 1 7 。北京市气象局自1 9 9 7 年开始发布人体舒适度指数预报，他们使用的模型为： d i = 1 8 r + 0 5 5 ( 1 一心) + 3 2 3 2 4 v 式中： d i 、t 、r h 、v 分别为舒适度指数、温度、相对湿度及风速。 利用计算结果和北京地区人们的具体感受可把舒适度分为不同的等级，提供每天的生活指 标。 南昌市人体舒适指数公式： k = 1 8 t - 0 5 5 ( 1 8 t - 2 6 ) ( 1 - u ) - 3 2 4 u + 3 2 k 、t 、u 、v 分别是舒适度指数；温度；相对湿度；风速( m s ) 。 罗晓玲u 砌根据甘肃省武威市近3 0 a 的气象资料进行模拟，结合本区的气候特点，得出适合于 该市的人体舒适度指数等级。他们采用的舒适度指数计算方法为： k 1 8 8 t - 0 5 5 ( 1 8 t 一2 6 ) ( 1 一u ) 3 2 v 以+ 3 2 其中： k 是舒适度指数；t 是气温；u 是相对湿度；v 是风速。 到目前为止，我国已经有上海、天津、重庆、南京等一些大、中城市正在开展日常的舒适度 预报，有关旅游宜人度和舒适度关系的研究国内也已开始起步。如王金亮、王平做了香格里拉旅 游气候适宜度研究。廖善刚进行了福建省旅游气候资源分析n 们。李秀存、苏志开展了广西夏季旅 游气候舒适度的模糊综合评判啪1 i 1 ) q 、西双版纳等地也开展了该项工作乜h 翻。这些研究为旅游 事业的发展提供了指导性建议，使人们的选择更具有科学性和可靠性此外，各地气象部门有关舒 适度应用的研究还有许多创造。 7 宁夏人学顾 ：学位论文第一章概述 1 3 2 城市生态环境需水量的内涵 对于城市生态环境需水量的内涵，姜翠玲等晗副认为城市生态环境需水量是指在一定时间利空 间范围内，为维护城市生态环境发挥正常物质循环、能量流动和信息交换功能所需的水资源总量。 杨志峰、翠保山1 2 引等认为城市生态环境需水量主要指城市生态系统中自然系统的需水量，定义为 城市生态环境发挥正常功能的自然主体需水量，包括植被，河湖和地下水的需水量。需水主体自 身存在和发展所需要的水量为生态需水量，保证生物生长和发育的各种外部环境条件，改善系统 环境所需要的水量为环境需水量，两者虽然在定义上有所区别，但实际是相互联系，不可分离的。 目前，城市生态环境需水量的内涵还没有一个统一的定义，本文拟通过对已有生态环境需水 量内涵的理解认识，对城市生态环境需水量的内涵做进一步研究，从而给出城市生态环境需水量 的概念。 1 3 3 城市生态环境需水量的分类 王两琴等汪5 j 提出了一种适用于污染比较严重河流的河道最小环境需水量的确定方法一段首 控制法。姜翠玲等幢驯将城市生态环境需水量分成生活需水量、工业需水量、环境需水量三部分， 环境需水量主要指包括绿地需水、河湖补水、休闲旅游用水等。田英等心6 1 从三个方面对城市生态 环境需水量进行了分类： ( 1 ) 按需水主体分类，主要可分为绿地生态环境需水量、河流生态环境需水量、湖泊生态环境 需水量、湿地生态环境需水量和地下水生态环境需水量； ( 2 ) 按生态环境功能分类，主要可分为改善气候需水量、美化环境景观需水量、休闲旅游需 水量、地下水同补需水量、污染物消减保护环境需水量、需水主体存在需水量； ( 3 ) 按水的利用形式分类，主要可分为就地利用需水量、河道内生态环境需水量、河道外生态 环境需水量。本文拟采用多种分类形式相结合的方法对城市生态环境组成进行多层次划生态环境 需水量的等级划分对于城市生态环境需水量等级的划分。 针对于城市河道的生态环境需水量研究有：王沛芳等比7 1 认为城市河道生态环境需水量与适宜 水深和适宜水面面积有关，并提出相应的计算模式，认为枯水期生物栖息地所需水量为河道多年 平均流量或多年平均水深的三分之一，并认为城市水面面积占城市面积1 0 - - 2 0 为宜。 目前，国内外关于人体舒适度在城市生态环境需水量中的计算方法较多，但是还没有形成一 套完整的、可被普遍采用的计算体系。许多计算方法还存在一定的缺陷，需要今后作进一步的研 究探讨。 1 4 存在的主要问题 对于人体舒适度在城市生态环境需水量研究中己经有了一些阶段性成果，但对城市生态环境 需水量的计算等方面还存在一些问题，主要有以下几个方面： ( 1 ) 国内的舒适度模型没有考虑不同年龄、性别的人群对体感温度的反应，这一点有待于实 际应用中进一步开发研究。 8 宁夏人学硕f 学化论文第一审概述 | 一i i i i i illi l l 皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼 ( 2 ) 对城市生态环境需水量的概念及分类和干旱区人体舒适度的研究目前都是各位专家、学者 根据不同地区研究得出的，尚未形成明确的、统一的认识和科学的范围界定，没有形成统一的理 论体系及合理的分类指标系统。 ( 3 ) 由于城市生态环境需水量具有阈值性，怎样才算是最适宜的水量，通过怎样计算才是最 合适的水量。 对于本次研究区域银川市而言，由于水资源的配置不合理，对地下水过度开采，造成地下水 位急剧下降。直接导致城市河湖面积、绿地面积锐减。直接威胁人体舒适程度。因此，有必要进 行人体舒适度在城市生态环境需水量研究中的应用，以完善银j i i 市的水资源优化配置。 1 5 课题研究的内容及技术路线 1 5 1 研究内容 以可持续发展理论为指导，通过对城市水资源、水环境及生态现状进行综合分析，计算城市 生态环境需水量，为改善和控制城市生态环境质量、合理配置水资源提供决策支持。研究内容主 要有： ( 1 ) 以银川市为例结合干旱区城市生态环境的特点，根据干旱区人体舒适度预报模型。按照 城市局部小气候研究的方法，确定其合理的影响范围。 ( 2 ) 在继承前人研究成果的基础上，根据水与城市生态环境之间的关系，从干旱区城市特点 入手，研究干旱区城市生态环境需水量所应该包括的范围和它们在城市生态环境中所起到的作 用。 ( 3 ) 确定干早区城市生态环境需水量的概念的界定、城市生态环境需水量的分类和城市生态 环境需水量的计算依据 ( 4 ) 求出适合干旱区城市生态环境需水量。 1 5 2 技术路线 根据研究干旱区城市的概况及其需求、研究内容、所需的数据资料以及数据处理方法等方面， 确定本文研究的技术路线如下： ( 1 ) 根据研究区城市特点，以银川市为典型城市。按照小气候布置原则，对城市绿地、水面 进行实地观测，但由于条件所限，设置两个方向，每组测点包括两个基准点和一个参照点。且三 个点必须达到同时观测。三个点基本上成直线分布且距离大于1 0 0 米。试验仪器选用阿斯曼通风 干湿计，露点计及风速仪。利用露点计、风速仪、通风干湿计的读数，利用三杯风速