第10章_城市生态工程

张靖[e-mail]第十章城市生态工程教学目的和要求•了解城市生态系统的特点和功能，城市生态系统面临问题。•掌握城市生态工程设计方法与原理。•掌握典型城市生态工程设计。目录•第一节城市生态系统•第二节城市生态工程设计•第三节案例分析第一节城市生态系统一、城市生态系统的概念二、城市生态学的发展历程三、城市生态系统的结构四、城市生态系统的功能五、城市生态系统的流一、城市生态系统的概念•城市生态系统：具有特殊的自然地理属性、特殊的社会经济文化属性，是一个“社会-经济-自然”复合生态系统。•城市生态系统的自然环境、社会环境和生物群落都具有与其他生态系统不同的特色。“社会-经济-自然”复合生态系统城市生态系统的组成示意图二、城市生态学的发展历程1.国外城市生态学发展大事记•1888年，英国学者霍华德（E.Howard）出版《田园城市》，反映了人们对保护城市自然生态系统的渴望。•1915年，英国生物学家盖迪思（P.Geodes）出版了《进化中的城市》，把生态学的原理和方法应用到城市研究中。•1952年，美国学者帕克（R.E.Park）出版了《城市和人类生态学》一书，把城市作为类似植物群落的有机体，用生物群落的观点研究城市环境，进一步完善了城市与人类生态学研究的思想体系。•1972年联合国教科文组织制定了“人与生物圈（MAB）”研究计划，把对人类聚居地的生态环境研究列为重点项目之一，以促进人类与其生存环境之间复杂关系的协调。•1987年美国生态学家理查德（R.Richard）在其《生态城市：贝克莱》中提出了所期望的理想的生态城市应具有的六个特征。•1997年在德国莱比锡召开了国际城市生态学术讨论会，目标都逐渐集中在城市可持续发展的生态学基础上。2.中国城市生态学的发展•1973年第一次全国环境保护会议召开。此后，在城市开展了区域污染调查、评价和防治研究工作。•1978年展开城市气候、城市水文、城市地貌、城市园林绿化及城市环境质量评价等方面的研究。•1984年，马世骏提出“社会－经济－自然”复合生态系统的思想，推动城市生态学的研究。•1988年，王如松提出用生态系统优化原理、控制论方法和目标规划方法研究城市生态系统。•20世纪90年代，我国城市生态学研究呈现多元化倾向。三、城市生态系统的结构生态元：地球表层在垂直方向和水平方向上都一致的地段。生态段：受地形制约，不同的生态元有规律的结合体。生态链：在地域分布上和发生上有生态联系的生态段的有规律的组合。城市生态链城市生态区1．城市生态元2．城市生态段3．城市生态链4．城市生态区1．城市生态元•城市生态系统的基本功能单元•定义：人类与自然合作创造的占有一定空间，进行一定生态过程，完成某种特定功能，相对独立的“自然-社会-经济”复合生态系统。•长春第一汽车集团公司的生活区（居住区、学校、商店等生态元）；•第一汽车集团公司的生产区（如发动机车间、传动器车间、总装车间）。2．城市生态段城市生态段：不同的但又相互联系的城市生态元有规律的结合体。‒长春第一汽车集团的居民住宅、小区公园、幼儿园、小学、中学、中专和高专、职工大学、商店、农贸市场等结合成城市生态段。‒发动机车间、传动器车间、总装车间、涂装车间、冲压车间等也组成厂区城市生态段。3．城市生态链城市生态链：有联系的城市生态段的有规律的结合体。•一、二厂区城市生态段、生活区城市生态段等共同结合成长春第一汽车集团城市生态链。长春第一汽车集团城市生态链4．城市生态区城市生态区：在一定小流域内相互影响的城市生态链有规律的结合体。•第一汽车集团城市生态链与西新城郊生态链共同组成西新河流域城市生态区。四、城市生态系统的功能1．生产功能2．生活功能3．人工反馈调节功能1．生产功能•城市生态系统的生产者主要是人类，自然生态系统的生产者主要是绿色植物。•城市的生产以冶炼、机器制造、加工、建筑、食品、化工、纺织、汽车、轮船、飞机等次级生产为主；•初级生产主要在城郊和农村进行（农、林、牧、水产等）。•城市生态系统的生产极为重要的是信息生产，如科学技术、文化教育、艺术及新闻，出版等都是城市生态系统的信息生产。2．生活功能•生产者的衣、食、住、行就构成了基本的生活需求；•日益增长的文化、艺术及信息和精神的需求，进而是更近于自然的生活环境的需求。要求城市生态系统的生活功能应该不断完善。3．人工反馈调节功能•自然生态系统可以通过正、负反馈相互作用的自我调节能力来缓冲自身发展过程中带来的不良影响，以维持生态平衡和稳定。•城市生态系统：强调人工反馈调节，解决原料、产品及生产、生活中废物的新陈代谢问题。五、城市生态系统的流1．能量流农业部门、采掘部门、能源部门→运输部门→社会再生产的生产、交换、分配和消费各个环节→“废弃物”、余热2．物质流（1）人口流；（2）资源流和货物流3．信息流新闻网络传播系统、通信基础设施、书籍、…（1）传递知识；（2）传递情报；（3）节省时间提高效率六、城市生态系统组成自然生态子系统城市地貌、城市气候、城市水文及城市的植物群落与动物区系。经济生态子系统物质生产、信息生产、流通服务及行政管理等组成社会生态子系统以人为主体的人与自然环境相互作用形成的复杂整体。经济学名言：生活无处不经济第二节城市生态工程设计一、城市生态危机二、城市自然保护工程三、城市绿化工程四、有害生物的抑制工程五、城市综合治理的生态工程六、生态城的未来方向一、城市生态危机1.城市生态危机城市膨胀、交通拥挤、资源短缺、住房紧张、就业困难、环境污染等。北京城市及周边地区2001年4个季节的白天地表温度的空间距平分布热岛效应2.城市生态危机的生态学实质①物质循环系统呈线状而不是环状，分解功能不全，大量物质、能量以废弃物形式输出。②城市生态系统中各组成要素间缺乏必要的物质、能量多层分级利用的功能。③人类社会经济活动与自然环境之间缺乏反馈调节机制。④人类社会与自然环境的对立矛盾过多，而互利共生的行为过少。二、城市自然保护工程1．城市自然保护的内涵及特点城市自然保护关系到城市居民的生活质量和城市的可持续发展。2．城市自然保护的目的必须重视城市中人和自然界的联系，使被隔离于自然之外的人们采取必要行动，保护他们认为有价值的生境，改善他们居住环境的质量。•河狸常常被人称为“野生世界中的建筑师”，除了人类河狸是以自己的建筑对环境产生影响的唯一的动物。•它们筑起小水坝，并在水坝四周围起静水区，以此建成自己的巢穴。相对于人类活动不同的是，河狸所创造的是一个可持续发展潜力更大的世界。它们的大坝对环境非常有益，因为它们舒缓了水流速度，减少了河水干涸和泛滥的可能性。水中的植物死掉后会变成泥炭，那是存储二氧化碳的最佳方法之一。这个和人类城市在哲学上有何不同？850米3.案例研究广州市国土规划中，到2010年拟建立16个自然保护区，如白云山风景林保护区、海珠区新果树林保护区、罗岗果树林与物古迹保护区、金鸡窿人工林生态保护区、芳村葵蓬洲人工生态花果林保护区等。这些保护区既可保护生物种群，改善生态环境，促进教学和科研，又可以发展生产和旅游，为城市居民就近提供休息娱乐场所，达到经济效益、社会效益飞生态效益相统一的目的，因此应大力提倡。三、城市绿化工程1．城市街道绿化2．中国城市行道树类型3．工厂企业区的绿化及其要求4．城市及社会绿化5．城市园林绿化植物的选择1．城市街道绿化街道绿化是城市绿化的重要组成部分，它分布在全城的大小街道，联系着城市中分散的各类绿地，使城市绿地组成一个美丽壮观的有机整体。•构成了一个良好的城市防护林网•防暑降温、净化空气和美化市容都有重要作用2．中国城市行道树类型•类型I—吸收有毒气体和吸滞粉尘能力强以悬铃木、白腊树、毛白杨、槐树等落叶乔木为主。•类型II—树种美化街景的作用较强，有较强的减噪、防尘和杀茵能力以雪松、桧柏等常绿针叶树为主的，作为行道树。•类型III—中纬偏南地区的城市以棕榈、大叶女贞等常绿阔叶树为主的类型。3．工厂企业区的绿化及其要求•面积要求从绿地面积上看，占全厂总面积的30%～40%，甚至50%以上•合理布局绿化不但要保有一定的绿地面积，而且还要合理布局，均匀分布，这样才能充分发挥绿地卫生防护和美化环境的作用。4．城市及社会绿化（1）大城市的绿化（2）中小城镇园林绿化（3）机关、学校园林绿化（4）社区绿化5．城市园林绿化植物的选择（1）以乡土树种为主（2）选择抗性强的植物（3）速生与慢生树种组合（4）常绿植物和落叶植物结合，针叶树和阔叶树结合（5）与园林绿地的功能相适应五、城市综合治理的生态工程1．城市综合治理的目标2．城市综合治理的生态工程1．城市综合治理的目标•建成自然环境、生产环境、生活环境相互协调、有机融合的统一体。•建成环境优美、经济高效、生活舒适的自然、社会、经济复合系统。•完善信息社会的网络结构，克服农业、工业社会的弊端。2．城市综合治理的生态工程（1）城市大气降水、地表水与地下水综合利用的生态工程（2）城市给排水系统的生态工程（3）城市水体富营养化控制工程（4）城市生活垃圾的生物处理工程大气降水、地表水与地下水利用示意图蚯蚓处理生活垃圾流程图六、生态城的未来方向生态城：就是社会、经济、自然协调发展，物质、能量、信息高效利用、生态良性循环的人类聚居地。换句话说，就是高效和谐的人类环境。第六节案例分析1.生态小区绿化•1999年，全国首座环保住宅小区——北潞春小区，“三无”小区落成，即无废水、废气的排出和垃圾的资源化。•保障空气洁净度、污水资源化、垃圾无害化、噪声衰减、建筑节能、环境绿化等，创建人与自然和谐、可持续发展的人居环境。•绿地覆盖率在30%以上，公共绿地25m2/人；•以休闲活动的绿地为主，只设少量限高绿地•立体空间绿化•沿环路布置大型的公共绿地斑块，供居民休憩；•最大的公共绿地斑块为社区活动中心；•架空平台及配套公建的顶部约有1万m²立体绿化基地；•利用剩余的再生水构建小区人工湖。优点•（1）充分利用原有的地形地貌，尽可能减少对自然环境的负面影响，对小区进行“林荫型”绿化，不仅丰富了植物群落的色彩，而且对人类活动的主要场地-道路、小区、游园及广场起到了遮荫效果。•（2）北潞春生态小区在物质利用方面，开挖人工湖，将处理后的生活污水排入人工湖，将生活污水再生，循环利用，既充分利用了水资源，增加了水景，而且也增加了小区生境的异质性，提高了空气的湿度。关键技术：生物技术与工程技术的整合。•小区充分利用地形地物，在绿化方面，力求适地适树，适地适草，尽量采用本地植物，乔、灌、草结合，在垂直和水平两个层面进行小区绿化；•开挖人工湖，将处理后的生活污水排入人工湖，提升小区的环境质量。2.物质循环再生•南京水阁垃圾场位于南京市南郊，占地36hm2，可“吃进”南京市2/3的垃圾。•日处理垃圾2600t，供5000户家庭用电，化解温室效应气体（CH4）相当于3900hm2森林消耗的CO2。优点：•有效地控制甲烷对大气的污染，将城市垃圾转化为“绿色能源”。•其投资少、管理方便、运行费用低，实现了城市生活垃圾的“减量化、无害化、资源化”。关键技术•本区采用了垃圾的综合处理技术，包括生活垃圾的筛选、垃圾填埋场HDPE导渗管的应用、有机废物厌氧发酵、沼气发电技术等技术的综合。思考题1．何谓生态城？2．试论述城市生态系统的等级单元及等级单元之间的必然联系。3．试论述城市生态系统的组成要素及其在城市生态系统中的作用。4．城市生态系统的植物群落有何明显变化？它与自然植物群落有何不同？5．举例说明何谓城市的自然保护工程？它与城市绿化工程有何不同？6．何谓城市绿化工程？城市绿化工程的设计包括哪些主要内容？7．按现有车道和绿带组合结构，我国的行道绿化可分为几种基本类型？各有何优缺点？