城市环境与城市生态.docx

城市生态环境绪 论学习目的了解城市环境与城市生态的构成、影响因素和要求，通过功能区、建筑群的合理分布、规划及设计，尽可能地适应气候，减轻对环境的污染及破坏，创造出适宜的城市环境。主要内容 1.城市热环境 2.城市声环境 3.城市风环境 4.城市大气环境 5.城市生态规划一、建筑引起的环境问题 比利时莫兹谷事件 伦敦烟雾事件 洛杉矶烟、温室效应、热岛效应二、我国城市环境现状三、城市生态环境举例1. 工厂与其周边建筑的布局关系 2. 海边功能区布局关系3. 城市气候条件与功能区布局的关系C.1 环境工学基本知识1-1 生物圈与生态平衡一、生物圈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 为生物圈。2.范围：海平面以上约15公里 海平面以下约11公里 物种：动物216万种；植物34万种；微生物4万种3.分类：1)气圈：约10km，对流层上层 暖层（非常稀薄，基本与人类无关） 大 中层（非常稀薄，基本与人类无关） 气 平流层（臭氧含量非常高） 对流层（气流活动非常丰富）2)水圈： 海水 地表水 97% 总 盐水湖 水 可用淡水约占 量 总水量0.6% 淡水湖 地下水 积雪 两极冰川2%3)岩石圈二、生态系统1.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 与环境的结合体称为生态系统2.组成 生产者：自养者，绿色植物、菌类 消费者：他养者，动物 分解者：还原者，微生物 非生命物质：各种无机物及自然因素3.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 下保持着自然的、暂时的、相对的动态平衡，称为生 态平衡。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。 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 伐林毁草造田屯土 修建水库、水电站 过度开发造成水源性污染 大量使用化肥、农药 引进新物种三、城市生态环境的特点1.人类成为生态系统的主体2.是一个不独立、不完全的开放系统3.是一个极不稳定的环境系统 1-2 环境及环境机能一、环境1.定义：某一主体周围对该主体有影响的自然因素的总合。2.分类 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） 社会文化环境（政治、法律、宗教、风俗等）二、环境的机能1.环境中的物质交换 分子扩散；紊流扩散2.环境中的能量传递3.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 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 紊流扩散 重力吸附作用 雨水冲刷 生物、化学作用 最大自净能力（环境负荷） 环境对异物的最大可容纳量 建筑实例 城市风道的预留 围合式建筑组团的适应性 街道的设计：街道高宽比 街道绿化方式1-3 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.植林与伐林2.建造大型水库3.海洋石油污染二、改变了大气成分1.CO2 浓度升高形成温室效应2.化工业废气破坏臭氧层3.光化学污染严重4.人为尘埃增加三、人为释放热 C.2城市热环境2-1 城市气候特点 1.空气污染严重、日照减弱 2.城市气温升高，形成“热岛”现象 3.市区风向不规则，风速减小，但时有强风 4.雾多、降水多，空气相对湿度小2-2 城市热岛现象一、城市热岛 城市“热岛”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，称其为热岛热岛强度T=市区气温-郊区气温二、热岛的成因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立体化下垫面层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中不透水面积大，植被水体少2.市区有大量的人为释放热3.市区上空的大气污染严重三、热岛的特征1.城市规模越大，人口越多，热岛现象越强。 T=2.0lgN-4.06() 欧洲 T=2.96lgN-6.41() 北美2.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 纬度越高的地区热岛效应越强 夜间热岛效应较白天强3.存在“临界风速”2-3 热岛对环境的影响及对策一、热岛对环境的影响1.在城乡之间形成热岛环流，加重空气污染 混合高度 Hmin = 50500m2.增加城市降水量，降低城市空气湿度，城市极端天气增多3.酷热天气增多，减少城市霜、雪二、规划设计对策1.严格控制城市人口，控制城市规模：最佳城市规模 2.以交通站点为中心，城市均匀分布多个闹市中心，分散人流，减轻热岛 3.“大区大间距，小区小间距”的规划原则 减少太阳辐射吸收量；减少二氧化碳排放量4.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 绿化带型：将热岛分割成小块，有效降低混合高度 （宽约150m方可奏效） 结合建筑立体绿化 乔、灌、草合理结合 优先使用当地植物绿化品种的选择与配置窗前遮阳:乔木(高杆,丰冠,落叶) ；棚架墙面遮阳：攀缘植物屋顶遮阳：轻型浅根植物3.合理的建筑布局 合理预留风道 合理贯穿风道 提高风道利用效率4.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），严格控制人工铺装地面，或使用新型建材 优化建筑单体 轻型屋顶绿化技术 植物材料: 景天科植物 耐旱 、耐贫瘠、抗逆性强C.3 城市风环境定义：“风环境”，包括城市的风向，风速以及影响城市风向、风 速的因素以及其对城市大气环境的影响。 3-1 大气边界层一、大气边界层 1.大气边界层：从地球表面到5001000米高的这一层空气 郊区：薄 平原：薄 市区：厚 山地：厚 2.分层 接地层：自地面向上50-100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、风向等的变化都发生在该层。 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 式中 Vh高度h处的风速 Vg 当地地转向风速 hg 当地边界层上界高度 指数，取决于当地粗糙度 类别 草原 农耕地带 城市郊区 城市中心 0.280.12 0.130.16 0.200.23 0.250.40边界 100180 270350 390460 420600层厚度(m) 式中：hs 基准高度，取10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，同一高度处，农村风速远大于城市风速。 三、边界层内气温的垂直分布与大气稳定度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 递减率表示）正常分布：下高上低， 0 气温随着高度增加而下降，每上升100m平均下降0.65反常分布：等温气温不随高度发生变化， 0 逆温气温随高度的增加而升高， 03.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落点（烟囱下风侧Xmax） 建筑选址避开下风向10-15倍烟囱有效高度位置附加高度正比于：烟囱直径、烟囱口排烟速度、排烟温度在源强等条件相同的情况下,抬高源高可以有效地降低地面污染物浓度 四、逆温及其对大气污染的影响 1.逆温：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”。 上界称“逆温顶”，下界叫“逆温底”。3.分类：1 根据逆温层的位置分类 a.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 2 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）3-2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1、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 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。c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中风向频率较大的 风向，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 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A 季风区：冬偏北、夏偏南，风向较稳定， 盛行风向频率一般在20%40%。 东北至东南大部地区 (风玫瑰图上有两个尖角)B 主导风向区：具有风向频率在50%的风向，西北西南大部分地区 （风玫瑰图上一个长尖角） C 无主导风向区：全年风向多变，无盛行风，风速较大，风频在 10%以下，陕北宁夏（风玫瑰图较均匀） D 准静风区：静风频率(风速01.5m/s)在50%以上，盆地、山谷 风向与城市功能区的布置 二、局地环流与规划设计1、山谷风 1）机理 白天：谷风 夜间：山风2）特点：日变型 山风和谷风的的频率大致相等； 谷风的风速约大于山风； 常伴有逆温现象，大气稳定； 阴雨天几乎不存在； 与山谷的大小，山坡面的朝向均有关系。规律： 山谷大：风强 向阳：强 山谷小：风弱 背阳：弱3）对环境的影响及对策 影响：谷底的污染物难以扩散稀释 对策： 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 2、海陆风 （水路风）1）机理 白天：海风 夜间：陆风2）特点：日变型，风频基本相等；影响范围大： 海风可深入内陆2040公里，高1000米； 陆风可伸展810公里，高100300米风速较大，海风约为56级，陆风3级热带地区海陆风较强，中高纬地区较弱。3）对环境的影响及对策 影响： 局地循环累积污染加重 若当地盛行风与海风相反，将形成一层倾斜的逆温层 烟气压在逆温层内难以扩散，造成沿海近处污染增大对策：沿海建工业区时，应将生产用地与生活用地平行布置， 二者均垂直于海岸线布置。 2.利用防风林或挡风构筑物防护林背后最低风速出现在距离林木高度4至5倍处防护林的宽度为其高度11倍左右时，防护距离最大树丛的防护距离远大于树林实体墙阻风设施应在墙体上留有向上穿透的百页或孔洞3.建筑“涡流”效应建筑角落部分形成猛烈气流“角落效应”被吸入建筑物背风面真空区形成强烈下旋“尾流效应”建筑物紧密相依造成狭长空间“通道效应”高大建筑物角部相对“漏斗效应”4.建筑防风措施 A立面处理基座型建筑高层建筑物附设“裙房”或出挑“平台”裙房的设计高度必须比临近建筑物高中空化建筑建筑立面中部设通风通道建筑中空层应设在迎风面气流分叉点附近邻栋间设通廊顶盖 B平面处理建筑平面转角处理转角作锯齿状处理平面流线转形处理平面越接近圆形，风速增加得越少表面的凸凹处理将建筑物墙面、屋顶作凸凹状，可阻挠气流、增加辐射凸凹变化可借助遮阳板或增设阳台的办法配置安排建筑物小表面朝向冬季盛行风向或强风风向加大建筑群邻栋间距，避免局部峡谷风5.合理的建筑布局利用建筑布局建立气候防护单元，避免不利风向高度均匀，布局紧凑三、建筑通风1.建筑体形与自然通风 反应点扁长形建筑不利于建筑群通风，对内部通风影响小竖高形态的建筑对风的阻碍小立方体形建筑不利于内部通风，对相邻建筑影响小。2.建筑布局与自然通风适当的建筑间距第二排建筑通风效果最差合理的布局总体布局的多样化前低后高，高低错落，体型通透C.4 城市声环境41噪声及其计量噪声污染事件三要素：噪声源；传声途径；接收者一、噪声源噪声：凡是对人体有害的和人们不需要的声音统称为噪声二、噪声的计量1 波长、频率、声速频率f (Hz)；声速V (c)；波长(m) 2 声功率、声压、声强声功率(w)声强：通过垂直于声波传播方向上单位面积的声功率称声强声压：由于声波作用引起空气振动导致的大气压力起伏称声压（人耳可听到声压范围：p=210-5N/20N/。）3 声压级、声强级、声功率级 4 声音的叠加三、城市噪声概述1交通噪声现状：80%的交通干道噪声超过标准限值 16%的城镇人口居住在交通干道两侧来源：城市车辆 飞机、铁路、船舶2 工厂噪声3 施工噪声4 社会生活噪声4-2 噪声评价1 A声级 符号：LA 单位：dB(A) 计量：直接读取 特点：最简单，适用于稳态噪声2 等效连续A声级 符号：Leq 单位：dB(A) 计量：能量平均 dB(A)6 噪声评价曲线NR与噪声评价数N4-3 噪声危害和相应法规一、噪声的危害 损害听觉器官；引发多种疾病；影响正常生活； 降低工作效率；损害建筑物二、噪声允许标准和法规 已颁布的和建筑环境有关的主要噪声标准： GB3096-93城市区域环境噪声标准 GBJ118-88民用建筑隔声设计规范 GBJ87-85 工业企业噪声控制规范GB12348-90工业企业厂界噪声标准GB12523-90建筑施工场界噪声限值 以及各类特殊建筑设计规范44噪声控制的原则与途径一、噪声的传播特性1 声波的反射、折射和衍射现象反射折射 特点：昼间声波向上传播 夜间声波向下传播 应用：露天体育场馆衍射：孔洞2 声波的传播方向和速度受气候速度影响很大 特点： 顺风向下弯曲 逆风向上弯曲 应用：发噪区域考虑常年主导风向3 声波的衰减方式 随传播距离增加而衰减 点声源距离增加一倍，衰减6分贝； 线声源距离增加一倍，衰减3分贝； 交通声源距离增加一倍，衰减4分贝。大气吸收衰减二、控制噪声的途径 声源+传播途径+接收者三、城市噪声控制1 城市噪声管理噪声控制法规2 合理的城市规划城市人口控制 Ldn = 10lg+ 26 (dB)功能分区建设项目环境噪声预测与评价3 道路交通噪声控制交通噪声的衰减规律 L= K(10lgD - 0.68) (dB) 式中： L随距离的衰减量 D 测量点的距离/m K 地面吸收系数构筑绿化土堤或德文式堤 构筑声屏障 构筑防噪绿化带生活性道路之允许通行公交、轻型车辆2.生活性道路两侧布置建筑要考虑防噪东西向道路：平行式布局路南布置防噪居住建筑：次要房间面向街道、加设通廊路北利用公建构筑屏障南北向道路：混合式布局路西邻街布置低层公建，居住建筑垂直道路布置路东建筑后退，或采用U型布局3.建筑高度随离开道路的距离渐次提高利用几何声线法部分临街住宅后退临街住宅作防噪处理4.住区内道路布局应保持较低的车流与车速减少道路服务的住宅数人车分流5.将发噪建筑（锅炉房、水泵房、游戏场、操场）集中布置，隔开防护距离6.布置临近工业区时考虑主导风向五、邻街建筑防噪设计1.充分利用附属物抬高声线，增大声影区2.临街建筑应尽量采用背向道路的U型结构3.临街建筑内部合理布局4.重点防护层次 街道: 46 高架：9115.声屏障的设计对高频声效果好，对低频声效果差降噪量估算 LN=10lg( 20) =(a+b-d)f/170 两侧延长长度取防护距离的1.5倍以上可在朝向声源一侧铺设吸声材料六、其它建筑区的声环境规划设计1.大型工业区生产用地布置 了解噪声情况: 噪声源，发噪时间、噪声等级 将各车间噪声水平分为三类 根据盛行风向由低到高排列，中间隔离 高噪声区域的处理：吸声减噪2.学校建筑的声环境关窗条件，教室声压级在4045dB内选址规划时尽量避免嘈杂路段、闹市尽量利用已有的建筑、围墙、绿化带隔离噪声学校总体布局要避免学校内互相干扰 a 教学楼距体育场不小于25m b 锅炉房水泵房距宿舍不小于15m。 c 音乐教室必须与教学楼分开 d 运动场地不宜放在两幢教学楼之间教学楼不宜采用中廊式布置；如用应使两侧教室门窗错位设置，并在走道界面作必需的吸声处理七、功能区总平面内防噪设计1.不符合防噪要求的总平面布置周边式布置垂直式布置圆心式布置2.符合防噪要求的总平面布置突出式布置警戒式布置阶梯式布置八、防噪绿化1.吸声机理：多次反射；多孔吸声2.布置形式隔声绿岛：假山、花坛、花池。块状绿地和带状绿地 3.适用性叶片大的乔木宜用于高速公路的屏蔽，但其树冠大，不宜灌木绿篱结合中心乔木宜用于生活区的屏蔽树木减声作用与林带宽度不成正比C.5 城市环境污染5.1 我国城市环境污染概述一、城市环境问题发展阶段1.1949年1965年 基本合理； 1958年：第一次污染高峰2.1966年1976年 污染问题的生成根源3.1977年以后 开始重视，积重难返二、城市环境污染现状1.城市大气污染 趋势：北方重于南方；中等城市最甚 种类：颗粒污染；二氧化硫污染；降尘污染2.城市水污染3.城市固体废弃物污染 露天堆放造成二次污染 4.城市声污染 85%以上的居住区域超标5.城市光污染、城市电磁污染5.2 城市大气污染及规划设计原则一、城市大气及大气污染大气的组成 干洁空气 水汽 悬浮颗粒城市大气中的主要污染物颗粒污染物尘粒：粒径较大，易于沉降粉尘：粒径较小，不易沉降，长期漂浮，危害最大烟尘：粒径更小，易生成二次污染雾尘：液体粒子，易生成二次污染气态污染物碳氧化合物：CO是目前城市大气中含量最多的污染物含硫化合物：SO2是目前城市大气中污染程度最严重的污染物含氮化合物：转化为二次污染物时有害碳氢化合物：机车尾气卤素化合物：特殊区域二次污染物伦敦型烟雾：硫酸烟雾洛杉矶型烟雾：碳氢化合物工业新型光化学烟雾：工业排放的含氮化合物城市大气污染的危害对健康的危害 极端事件：印度博帕尔市农药厂泄露 长期危害：对城市生态环境的危害酸雨：危害植物；损害建筑及露天设备阳伞效应：双重作用冬季更冷；夏季更热 粉尘、烟尘与水蒸汽结合，使空气变浑，加强了云层覆盖，减弱了到达地面的太阳辐射，称为大气污染的“阳伞效应” 温室效应： CO2 其它影响二、大气质量标准1.大气质量标准GB3095-82一级：保护自然和人体健康，在长期接触情况下不发生任何危害影响，国家级自然保护区，风景区，名胜古迹，疗养院执行二级：保护人群健康和城市、乡村的动植物在长期和短期接触下不发生伤害。首都、著名旅游城市、城市规划中确定的居住区、文化区、风景区等执行三级：保护人群不发生急慢性中毒和城市一般动植物正常生长的空气质量，其余各类区域执行2.工业企业三废排放试行标准GBJ473： 规定了不同区域排污口高度 三、控制大气污染规划原则 风象：一个地区风向、风频、风速的综合指标正确掌握本地区风象特点选择合理的风象污染参数1.污染系数 某方向： 式中： i方向的污染系数 i方向的风向频率 应用： 越小下风侧污染越轻 i方向的平均风速2.污染风频 某方向： 式中： i方向的污染风频 i方向的风向频率 i方向的平均风速 该地区各向平均风速 应用： 越小的方位，下风侧污染的可能性越小结论：工业区应布置在西向3.风象频率 采用多年气象统计资料，将风速分为8个等级(静风除外)，17m/s的风速每递增1m/s为一个等级，大于8m/s的风速为最后一级。然后按16或8个方位，分别统计每个方位每级风速出现的频率，称为风象频率。 将频率分为6个等级，各等级用不同的颜色表示，将数据标在坐标图上，将频率相同的点连成封闭曲线，称为风象频率图。应用：风速最小，风频最高的方位其下风侧污染最严重，该方位 严禁布置工业区。反之，风频小，风速大的方位为安全方 位，工业区可布置在该方位。4.污染概率先确定每个方位每日的污染指数( 0.8记为污染 ) 式中： 某方位某日污染指数 S大气稳定度相对值 降水量相对值 u风速相对值 h大气混合层厚度相对值计算i方向的污染概率Fi n为计算风向I 0.8的次数 N为各个风向I 0.8的次数总和 正确处理地形、地物与污染的关系1.山间盆地: 受山丘和逆温双重影响架高烟囱周围山丘较高的盆地，不宜设置有污染源工厂2.沿