环境科学概论-讲义

1人工环境2.1人工环境的类型及特点2.1.1人工环境的类型2.1.2人工环境的特点2.2城市环境2.2.1城市2.2.2城市化2.2.2城郊过渡带2.3乡镇与农村环境2.3.1乡村环境2.3.2乡镇环境2.3.3人工种植和养殖基地2.4水利环境2.4.1水利工程2.4.2生态水利2.5交通环境2.5.1交通路线与环境23.5.2绿色交通2.6人文环境2.6.1人文环境的特征2.6.2名胜古迹的开发与保护环境科学概论(2)2人工环境人工环境是在自然物质的基础上，通过人类长期有意识的社会劳动，加工和改造自然物质，创造物质生产体系，积累物质文化等所形成的环境体系，如城市、农田、工厂等。人工环境与自然环境在形成、发展、结构与功能等方面存在一定的差异。由于人类活动的范围越来越大，在地球上纯粹的、没有受到人为影响的自然环境已经很少，而人工环境的分布却越来越广泛，从地球深处的矿井、油井和水井，深海航行的潜水艇，到地表上的城市、乡镇、农村、寺庙、交通线路和水利工程，乃至空中各种各样的飞行器，如航天卫星、飞机乃至宇宙太空舱。因此，人工环境是一个相对于自然环境的概念，通常意义上的人工环境与自然环境的最大区别在于：在一定的时空范围内，人作为主导因子影响着周围的环境。这一主导因子的影响程度和范围是可以变化的，这种变化使得人工环境中人工要素和自然要素的比例发生变化，在人工环境中，两者比例越大，人与自然的矛盾就越激化，生态环境就越脆弱，环境问题产生的可能性就越大，解决环境问题的难度也就越大。大连大学建筑工程学院刘俊杰2020年5月4日星期一22.1人工环境的类型与特点2.1.1人工环境的类型人工环境根据空间特征可分为：点状环境：以人类聚集地为中心的环境，如城市环境、乡镇环境、城郊过渡带和农村。面状环境：农业和林业等大面积的人工工程，如农田环境、人工森林环境和水利环境。线状环境：公路环境和铁路环境等交通线路。根据人类控制的程度高低，人工环境可分为：完全人工环境（如空中的飞行器和深海潜艇）和不完全人工环境（如城市建筑物等人类居住环境、工厂化的养殖和种植基地以及自然名胜中的人文景观）。人类为了满足自身生存繁衍的需要，通过有意识、有目的的认识和改造世界的活动作用于自然环境，以达到满足其自身需要的目的，由于目的不同，形成了不同的人工环境，实现了人工环境和自然环境的综合。随着科学技术的进步，人类控制环境的能力增强，常常忽视了自然环境要素的重要性，由此产生了一系列影响人类生存或生活质量的环境问题。大连大学建筑工程学院刘俊杰2020年5月4日星期一32.1.2人工环境的特点人类作为主导因子，环境人工化明显任何人工环境从建造之初，就是为了满足人类各种各样的需求，这是人类对环境产生影响的内在动力，是人类主观意志的反映。当自然界提供的物品不足以满足人类的需要时，人类利用自然环境和自身智慧产生了巨大的创造力，改造自然环境或创造新的环境来满足其需求。例如，为了安全和舒适，人类需要建造住房、乡镇和钢筋与混凝土筑就的城市；为了出行方便和快捷，人类需要各种各样的交通工具和建设交通网络，从海上、陆地和空中形成了复杂的交通网络。人工环境的多样化由于人类不仅在物质需求上具有多样性，而且在精神需求和创造力方面具有多样性，随着人类驾驭自然的能力的提高，人类影响环境的力度也不断加强，范围不断扩大，使得人工环境的多样性加大。大连大学建筑工程学院刘俊杰2020年5月4日星期一4人工环境的脆弱性对于人工环境来说，越是现代化，越是复杂，人工化程度越高，系统内外和系统内部各因素之间的相关性和依赖性就愈强，自然环境在系统中所占的比例就越小，环境系统就越脆弱。一旦有一个环节发生问题，将会使整个环境系统失去平衡。例如，早在公元前#世纪，楼兰就是西域最繁华的地区之一，古楼兰国有人口14000余，士兵近3000，由于自然和人为多方面的复杂原因，特别是人为的干扰，导致河流改道，风沙侵袭，从而使古城被掩埋于大漠中。当现代化城市供电发生故障时，会造成工厂停产、给排水停顿、城市交通混乱、影响居民生活和其他行业的正常运转，以及由此可能带来的一系列连锁反应。环境污染严重人类在利用、改造自然，形成人工环境的同时，也向自然排出了大量的人工污染物；自然界本身有一定的净化能力，并在物质和能量循环中保持动态的平衡。但这一净化能力并不是无限大的，而是存在一个阈值，当人类排放的人工污染物超过一定限度，就会导致严重环境污染。人工环境往往是产生各种环境污染的中心。影响全球环境变化的环境问题，往往和人类高密度聚集区联系在一起。如城市、工业区、农业区以及交通网络。随着生产力的提高，城市范围不断扩大，人口也日益集中，生产、生活所排放的污染物随之增加，环境污染也越来越严重。以城市大气污染为例，汽车数量不断增加，成为城市大气污染的主要污染源，造成CO、NO2碳氢化合物和光化学烟雾等污染严重，且不易解决，大气污染的范围已逐渐扩展为区域乃至全球性污染，出现了一系列的大气环境问题，如酸雨、温室效应及臭氧层破坏等。大连大学建筑工程学院刘俊杰2020年5月4日星期一5危害人类健康的因素增多拥有中央空调的建筑物、计算机控制的人工种植和养殖基地以及自动化的工厂等，这些似乎表明人类对环境的控制能力越来越强，人工可控因子也越来越多；然而与此同时，影响人类健康的隐患与不确定因素也越来越多。例如，农药、化肥的大量使用，工业“三废”的大量排放，导致大气污染、水体污染和土壤污染日益严重，有害物质在土壤和水体中富集，并进入农作物，导致食品污染，危及人们的健康。近年来，让人恐惧和不安的疯牛病、口蹄疫、禽流感和!#!等无一不和人工环境的安全有关，对人类自身生存和发展影响之大，足以引起全世界人们的重视。大连大学建筑工程学院刘俊杰2020年5月4日星期一62.2城市环境2.2.1城市城市（city)城市是以人为中心的，以一定的环境条件为背景、以经济为基础的社会、经济、自然综合体，是经过人类创造性劳动加工形成的符合人类自身需要的社会活动场所，是人类占绝对优势的自然-经济-社会复合生态系统。大连大学建筑工程学院刘俊杰2020年5月4日星期一7城市环境（urbanenvironment）具有如下特点：城市人口的数量和密度较大一些超大城市的人口以及流动人口的数量是巨大的。例如，据2000-2002年统计数据，北京常住人口1423万，流动人口386.6万；上海常住人口1673.77万，流动人口387.11万；香港总人口681.6万，常住人口662.5万；广州常住人口1015万，流动人口500万。国际上的大城市美国纽约总人口1681.5万；日本东京总人口2654.6万；英国伦敦总人口1200万。城市环境组成独特、结构复杂、功能多样城市环境包括自然环境、人工环境和社会经济环境。自然环境包括自然元素（大气、水体、土壤、岩石等）和自然资源（风、太阳、矿产资源）、自然生物（野生动植物、微生物和人工种植或养殖的生物）；人工环境包括建筑物、道路、广场以及医疗、文教等城市设施等。诸多的自然和人工环境要素构成自然人工复合生态系统，发挥多种功能。城市环境限制因子众多，人与自然、城市与周边地区矛盾集中城市环境不仅受自然环境和社会经济环境的制约，还受到周边环境的影响，直接和间接的影响使城市的正常运转具有很大的依赖性和脆弱性。以水源的供应为例，城市人口剧增，耗水量随之增加，水资源短缺问题已经成为限制城市发展的瓶颈，影响人民生活水平和质量的提高。我国城市中有近300个城市缺水，我国北方10个省、市、区由于地下水过度开采，形成大小地下水降落漏斗50多个，最深达70m以上。大连大学建筑工程学院刘俊杰2020年5月4日星期一8形成特殊的城市景观城市景观具有大量的、规则的人工景观要素，如摩天大楼、街道、绿化带、商业区、文化区和工业区等，是各种人造景观的高度集合。与周边景观系统的物质能量交换有三个方面：一是大量高新技术产品和信息的输出，形成以城市为中心向外扩散的物质、能量和信息流；二是大量城市无法吸纳的废物和废热等的形成，输送至周围地区；三是外部环境不断向城市输入生产原料和生活资料。大连大学建筑工程学院刘俊杰2020年5月4日星期一9城市环境空间特征城市环境与环境问题具有明显的空间特性，需要在不同的空间尺度下，根据不同的环境特点，采取多样性的技术和手段，开展城市环境综合治理的系统工程。大连大学建筑工程学院刘俊杰2020年5月4日星期一10大连大学建筑工程学院刘俊杰2020年5月4日星期一112.2.2城市化(1)城市化城市化包括工业化导致城市人口的迅速增加；单个城市地域的扩大及城市关系圈的形成和变化的过程；形成城市特有的生活方式、组织结构和文化；拥有现代市政服务与管理系统；具有一定量的流动人口等内容。城市化一般用城市人口占总人口数的比例来表示。进入21世纪，发达国家城市化程度已经达到73%，发展中国家城市化程度也已经达34%，且城市化的增长速率较快。据《2000年全球环境展望》报道，全球城市人口每年要增加6000万左右，预计2020年全球人口50%以上居住在城市。大连大学建筑工程学院刘俊杰2020年5月4日星期一12大连大学建筑工程学院刘俊杰2020年5月4日星期一13城市人口承载力城市人口承载力也称城市人口环境容量，指在一定条件下，城市生态系统所能维持的最高人数。适度人口是满足某种目标的理想人口。大连大学建筑工程学院刘俊杰2020年5月4日星期一14(2)中国城市化发展趋势中国内地建制市（暂未包括台湾、香港、澳门）达到668个，现有城市人口3.6亿人，城市化达30.4%。中国城市与世界交往日渐频繁，城市发展的国际性因素逐年增多，中国特大城市的区域经济乃至国际功能正在增强，在#+世纪里，中国城市化的发展具有如下趋势：第一，国际化。香港、北京、上海、天津和广州等城市逐渐成为“三资”企业和跨国公司分支机构的集聚地。在不久的将来，极有可能成为世界一流的国际化大都市。第二，连绵化。城市连绵化是指大城市连绵带的形成，大城市连绵带是城市化进入高级阶段的标志。以大型中心城市为核心，推动区域经济、人口的聚集和城市经济的外向扩散。加快了区域内城市间人、财、物和信息等要素的流动，尤其是作为基本传递手段的综合交通运输体系的形成，导致了大城市连绵带的形成。我国主要城市聚集区——长江三角洲、珠江三角洲、京津唐、辽中南地区，分别有上海、香港和广州、北京和天津以及沈阳和大连等特大城市，形成了中国城市连绵带的基本框架。第三，郊区化。中国城市已经具备了郊区化的基本条件，表现为三个特点：被动式郊区化造成居住郊区化落后于工业郊区化；中心繁荣与郊区化并存；郊区化以圈层扩展为主，社会阶层地域分异不明显。大连大学建筑工程学院刘俊杰2020年5月4日星期一15城市热岛城市的自然环境受到了人为极大的改变。城市热岛效应是城市气候最明显的特征之一。由于城市规模不断扩大，建筑物高度集中，下垫面性质被改变，城市中混凝土、石块、预制块、柏油路面、建筑物屋顶及墙壁等，其导热性比松土或湿土高出数倍，并且热容量很高，大量接受太阳辐射，并积蓄能量，吸收和反射、辐射的热量被大量积聚、截留在不太流通的城市街道空间，导致产生城市热岛效应。另外，城市人口稠密，衣、食、住、行、汽车尾气、工业化生产等过程中消耗了大量的石油、煤、电等能源，产生直接加热大气的人为热，同时也向周围环境释放大量热量。空气污染、粉尘增加、CO2浓度增加，引起温室效应，也是城市热岛产生的原因之一。而另一方面，有利于减少热岛效应强度的因素在城市中却被削弱。首先，在城市中缺乏高大的树木以及灌木和草地，而高大的乔木，植物能有效地阻挡、吸收太阳辐射，净化空气，减轻热岛强度。其次，建筑物阻碍空气流通，风速减小。城市中水体缺乏，蒸发量少，植被缺乏，蒸腾量也少，增加了热岛强度。对上海市城市热岛的变化特征进行分析表明：上海市城市热岛全年出现概率为87.8%，月平均热岛强度值大于0.8℃。大连大学建筑工程学院刘俊杰2020年5月4日星期一162.2.3城郊过渡带(1)城郊过渡带环境特征城郊过渡带处于城市和郊区的过渡地区，主要依托靠近城