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城市水文學(xué)講義（City Hydrology）目錄第一章 緒論1第一節(jié) 城市化與城市水文問題1第二節(jié) 城市水文學(xué)的發(fā)展6第三節(jié) 我國面臨的城市水文問題7第二章 城市氣候11第一節(jié) 概述11第二節(jié) 城市熱島狀況第三節(jié) 城市化對降水的影響第四節(jié) 城市氣候與城市規(guī)劃發(fā)展第三章 城市化的水文效應(yīng)第一節(jié) 概述第二節(jié) 城市化對對徑流形成的影響第三節(jié) 城市化對徑流水量平衡的影響第四節(jié) 城市化對洪水的影響第四章 城市水文資料的收集和測驗(yàn)設(shè)備第一節(jié) 概述第二節(jié) 降水等氣象資料第三節(jié) 河渠及管道流量資料第四節(jié) 水質(zhì)監(jiān)測資料第五節(jié) 土地利用情況資料第六節(jié) 城市水文站專用設(shè)備簡介第五章 城市設(shè)計暴雨第一節(jié) 概述第二節(jié) 年最大24小時設(shè)計暴雨第三節(jié) 雨量頻率歷時關(guān)系分析與應(yīng)用第四節(jié) 設(shè)計暴雨的時程分配第六章 城市雨洪徑流計算第一節(jié) 概述第二節(jié) 城市流域的產(chǎn)流計算第三節(jié) 城市雨洪過程匯流計算的水文學(xué)方法第四節(jié) 城市雨洪過程匯流計算的水力學(xué)方法第五節(jié) 城市雨洪匯流計算的推理公式法第七章 城市徑流的水質(zhì)分析第一節(jié) 概述第二節(jié) 面污染源的來源和種類第三節(jié) 地表污染物的集聚、沖洗和輸送第四節(jié) 產(chǎn)生徑流污染物負(fù)荷量的計算方法第五節(jié) 城市徑流污染與環(huán)境評價第八章 城市水質(zhì)模型概述第一節(jié) 規(guī)劃模型第二節(jié) 設(shè)計與分析模型第三節(jié) 運(yùn)行與控制模型第四節(jié) 城市水文使質(zhì)模型的應(yīng)用第八章 城市水污染防治和水環(huán)境治理規(guī)劃第一節(jié) 概述第二節(jié) 城市水污染防治的目標(biāo)與任務(wù)第三節(jié) 制定水污染防治規(guī)劃的方法第四節(jié) 城市水環(huán)境整治規(guī)劃的指標(biāo)體系第五節(jié) 國內(nèi)城市水環(huán)境整治規(guī)劃實(shí)例簡介第六節(jié) 城市污水的處置第一章 緒 論第一節(jié) 城市化與城市水文問題一、城市的定義是人類文明的產(chǎn)物，也是人類活動最頻繁的地方。由于城市的自然過程、生態(tài)過程、經(jīng)濟(jì)過程和文化過程異?；钴S，因此，構(gòu)成了一個綜合的特殊的地理環(huán)境。1、城市的綜合性 城市的綜合性不僅表現(xiàn)在它擁有河流、階地、海濱、山丘等自然景觀以及建筑、園林、綠地、服飾、飲食習(xí)慣、語言特點(diǎn)、音樂風(fēng)格等人文景觀，更體現(xiàn)了也城市有關(guān)的諸多方面，諸如城市水資源、城市氣候、城市規(guī)劃、城市管理、城市犯罪等。2、城市環(huán)境的特殊性城市環(huán)境的特殊性包括：（1）人是城市環(huán)境的能動主體；（2）城市是人類對自然環(huán)境干預(yù)還改變最強(qiáng)烈的地區(qū)；（3）城市也是自然環(huán)境變化最敏感的地區(qū)，城市的生態(tài)鏈通常是最脆弱的；（4）城市區(qū)域面積小，人口密度高，以及高強(qiáng)度的經(jīng)濟(jì)社會活動，是一個區(qū)域的凝聚核心。3、城市的定義各學(xué)科的理解不一，而且政府往往從行政管理中給城市定義。拉采爾從城市形態(tài)入手，認(rèn)為：城市是指地處交通方便，覆蓋一定面積的人群和房屋密集的結(jié)合體。前蘇聯(lián)經(jīng)濟(jì)地理學(xué)家巴朗斯基則認(rèn)為從城市的作用和發(fā)生角度考察認(rèn)為：城市是靠那些從農(nóng)村經(jīng)濟(jì)中分化出來的非農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)部門工業(yè)、商業(yè)、運(yùn)輸業(yè)以及行政、文化部門而成長起來的。周一星定義：城市是歷史上形成的以非農(nóng)業(yè)活動為主體的高度密集的人口、經(jīng)濟(jì)、政治、文化的社會物質(zhì)系統(tǒng)。王錚、丁金宏則認(rèn)為：判斷一個居民點(diǎn)是否為城市的標(biāo)準(zhǔn)是雙重的：一是大多數(shù)居民從事非農(nóng)業(yè)活動，二是地域上存在著作為中心的商業(yè)區(qū)。二、城市化過程根據(jù)土地利用的變化情況，城市的發(fā)展過程可分為以下四個階段：1、農(nóng)村階段： 土地處在耕作和放牧狀況。顯然地球上大部分土地是處于這個階段。2、早期城市階段 ：土地利用特點(diǎn)是大量修建城市型房屋，但仍有相當(dāng)部分土地被原有植被覆蓋。3、中期城市階段： 住房、商貿(mào)中心、學(xué)校、工廠等建筑物大規(guī)模的發(fā)展和建設(shè)階段，還伴隨著越來越多的土地用于街道、人行道的鋪設(shè)，在大城市的郊區(qū)多屬于中期的城市發(fā)展階段。4、后期城市： 則是整個城市更大發(fā)展的結(jié)果，地面完全有人工建筑和一些其他設(shè)施所覆蓋。三、城市化城市化是城市發(fā)展的簡稱。不同的學(xué)者有各自不同的定義。城市化水平是指城市人口占總?cè)丝诘陌俜謹(jǐn)?shù)。1997年聯(lián)合國人口中心預(yù)測到2030年全世界將有60%以上的人口居住于城市，2050年世界城市化水平將達(dá)到61%中國目前生活在城市的人口約6億人，占全國總?cè)丝诘?5%，而美國的城市人口比例超過80%。麥肯錫（Wekisey Clobat Instiute）新近完成的一次研究預(yù)計在2050年之前中國城市人口數(shù)量將增加35億，其中2.4億人將來自農(nóng)村。人口年增長率是凈增人口與總?cè)丝诘陌俜直?。世界人口的增長是呈非線性的，可用下式表述： P=P-1（1+）=P-2（1+）2= P-n（1=）n （11）式中 P、P-1、P-2、 P-n分別為當(dāng)年、前一年、前二年 前n年的世界人口總數(shù)；世界人口年增長率。目前，世界人口年增長率為2%。每年凈增人口8000萬人。預(yù)計到2020年世界人口將達(dá)到80億。聯(lián)合國國際經(jīng)濟(jì)及社會事務(wù)暑1981年預(yù)測世界及各主要地區(qū)人口增長情況如下圖1-1所示。表1-1 世界城鄉(xiāng)人口變動情況表年份19631970198019902000類別人口（億人）百分?jǐn)?shù)（%）人口（億人）百分?jǐn)?shù)（%）人口（億人）百分?jǐn)?shù)（%）人口（億人）百分?jǐn)?shù)（%）人口（億人）百分?jǐn)?shù)（%）總?cè)丝谌澜?2.8910036.3510044.6810054.5610065.15100發(fā)達(dá)地區(qū)10.3710010.9110012.1110013.3710014.54100發(fā)展中地區(qū)22.5210025.4510032.5710044.1910050.61100城市全世界11.5835.213.5237.218.5441.52501746.133.2961.1發(fā)達(dá)地區(qū)6.5162.87.1765.78.6471.410.2176.411.7480.2發(fā)展中地區(qū)5.0722.56.3525.09.9030.414.9636.321.5542.6農(nóng)村全世界21.3164.822.8362.862.1458.529.3953.831.8648.9發(fā)達(dá)地區(qū)3.8637.23.7434.33.4728.63.1623.62.8019.8發(fā)展中地區(qū)17.4577.519.1073.022.6769.626.2363.729.0657.4根據(jù)人口資料統(tǒng)計分析，人口增長率并非恒定常數(shù)。長期以來有逐漸增大的趨勢。然而，上世紀(jì)70年代初期是個歷史性的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，人口轉(zhuǎn)為遞減。見圖1-2。全球人口總數(shù)還在繼續(xù)增加。城市地區(qū)的人口占總?cè)丝诘谋壤鹉晟仙?，城市地區(qū)的人口總數(shù)的上升更為明顯。而發(fā)展中國家和地區(qū)，城市人口比例和總?cè)藬?shù)上述速度更是驚人。（見表1-1、表1-2）。表中所示，發(fā)展中地區(qū)人口增長率高達(dá)4.2%。這意味著只需17年人口總數(shù)就要翻一番。這就要求人們在一代人的時間（35年）內(nèi)把住房和其他一切相應(yīng)的城市設(shè)施翻上兩番，才能滿足人口的增長，維持現(xiàn)有的居住和生活水平。我國在控制人口出生率方面做出了巨大努力，然而，仍很難遏制城市認(rèn)可的快速增長，特別是改革開放以來的三十年，大量人口流動涌入城市，僅以北京一地粗略統(tǒng)計，每天流動人口有些季節(jié)可達(dá)100萬人以上。參照世界發(fā)達(dá)國家的城市化趨勢，預(yù)計我國城市人口急劇膨脹勢頭短期內(nèi)不會緩解。現(xiàn)在全世界有50%的人口集中居住在僅占大陸面積5%的城市范圍內(nèi)，勢必造成資源、能源、交通、住房和排污等全面緊張。尤其是水資源，隨著城市化的快速發(fā)展，水的供需矛盾日益尖銳。水資源是制約城市發(fā)展，影響城市生活質(zhì)量和社會福利水平下降的重要原因之一。各城市都通過興建和運(yùn)用各種供水、排水和水處理工程措施以及制定和實(shí)施一些管理法規(guī)，以期處理城市水資源的供需矛盾，提高城市的生活質(zhì)量和社會福利水平。四、城市的水文問題1、對水資源短缺認(rèn)識不足，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重。長期以來人們把水資源看作是取之不盡，用之不竭的再生資源。在處理有關(guān)城市水利問題時，往往強(qiáng)調(diào)當(dāng)前和局部利益，很少考慮城市長遠(yuǎn)的發(fā)展和對周圍環(huán)境的影響。國內(nèi)外在城市的給排水的指導(dǎo)思想上都存在一定的片面性，例如用水時大手大腳，采取“隨用隨棄”，而在排水時則采取“盡快排除了事”。第二次世界大戰(zhàn)以后，歐美各國城市規(guī)模和需水和排水量都成倍增長，上述指導(dǎo)思想已不再適用。2、城市雨洪災(zāi)害問題。隨著城市發(fā)展，不透水面積擴(kuò)大，雨洪徑流量增大，洪峰流量增加，城市雨洪災(zāi)害頻繁，下水道漫溢，低洼地段道路積水，交通車輛壅堵經(jīng)常發(fā)生。經(jīng)過多年實(shí)踐城市水文形成了以系統(tǒng)分析的力量和途徑，把城市地區(qū)的水文過程作為一個系統(tǒng)，在充分開發(fā)利用當(dāng)?shù)厮Y源的效益的同時最大限度的減少雨洪造成的洪澇災(zāi)害。3、水環(huán)境和水質(zhì)污染。城市的發(fā)展直接或間接的改變了水環(huán)境，加重受納水體的水質(zhì)污染，影響城市居民的生活質(zhì)量和社會福利。城市是一個區(qū)域或河流流域的重要的點(diǎn)污染源。4、冰凍雪害。北方地區(qū)春末初冬的季節(jié)大量的雨夾雪及凍融的雪水，造成道路結(jié)冰，阻塞交通，高壓輸變電線路結(jié)冰，影響輸電線路正常工作。大量積雪使郊區(qū)大棚垮塌，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。近年來，冰凍雪害不僅僅限于北方。特別是2008年1月中旬至2月初我國南方大范圍長期的低溫雨雪天氣，造成十余省份大面積道路結(jié)冰，鐵路、公路交通嚴(yán)重受阻而中斷，航空機(jī)場關(guān)閉，城市供水管線凍裂，厚重的雨雪使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大棚、農(nóng)村民房垮塌，樹木折斷，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受損嚴(yán)重。為了把城市地區(qū)的水文過程作為一個系統(tǒng)，進(jìn)行多目標(biāo)的系統(tǒng)分析，就必須建立適用的模擬模型，選擇符合實(shí)際的約束條件和目標(biāo)函數(shù)，還需要對城市水文物理過程進(jìn)行深入觀察，以便掌握其中各項(xiàng)影響因素及其相互關(guān)系。實(shí)現(xiàn)水資源的綜合利用，協(xié)調(diào)各地區(qū)各部門、當(dāng)前與長遠(yuǎn)、投資與效益等方面的利害關(guān)系，尋求最優(yōu)解決方案。第二節(jié) 城市水文學(xué)的發(fā)展城市化的水文研究工作，開始只是對個別問題，簡單的滿足城市規(guī)劃、設(shè)計和管理運(yùn)用的需要進(jìn)行一些分析計算。隨著研究的進(jìn)展，逐漸發(fā)展形成了水文學(xué)的一個分支城市水文學(xué)。美國德呂爾（Delleur）列出了城市水文研究的大事年表。（略）該大事年表描述了自1850年1981年百余年期間研究工作的進(jìn)展。麥克費(fèi)森（Mcpherson）把這一進(jìn)程分為三個階段：1、18501966年為形成城市水文學(xué)的分析方法的孕育階段。該階段基本上是運(yùn)用一些常規(guī)的水文學(xué)方法來解決有關(guān)城市水文問題。如推理公式，下滲曲線，單位線等方法。2、19671974年期間為城市水文學(xué)的分析方法的研究階段。這一期間建立了一些具有特色的分析方法，先后提出了一些適用于不同問題的，大型綜合性的模擬模型。經(jīng)過試用，修正，形成了幾個通用性很強(qiáng)的模型軟件包，如STORM、SWMM和ILLUDAS等。這一時期是城市水文學(xué)研究發(fā)展最快并逐漸形成獨(dú)立學(xué)科時期。3、1975年以后是城市水文學(xué)的分析方法的推廣應(yīng)用階段。該時期進(jìn)入了較為定型的成熟階段。主要的工作是應(yīng)用、推廣和完善，資料更加精心，使得城市水文學(xué)物理過程的認(rèn)識更加深入，因而，有可能驗(yàn)證或修正模型建立時是所采用的一些假定，使模型更加符合客觀實(shí)際，進(jìn)一步提高模型的精度。城市水文學(xué)體系的主要特征。自上世紀(jì)70年代開始，逐漸形成了城市水文學(xué)體系主要特征有二，即綜合性和動態(tài)性。城市水文現(xiàn)象都是關(guān)于水的物理化學(xué)生物系統(tǒng)的綜合作用結(jié)果。（1）城市水文學(xué)的綜合性。 一方面是城市地區(qū)空間和時間尺度都很小，其水文要素的響應(yīng)過程十分敏感：另一方面是城市化使環(huán)境的改變十分顯著。這兩方面的原因要求城市水文學(xué)的研究更精細(xì)，并且要考慮過程中所涉及的各項(xiàng)影響因素及其相互之間的作用，這就需要建立具有物理基礎(chǔ)的，分布式的模擬模型。而流域水文學(xué)中常用的，經(jīng)驗(yàn)性的集總式的模型，在城市化的研究中不大適用。在研究城市水文過程中，必須打破水文工作中一些傳統(tǒng)的分界線，如水量和水質(zhì)，地表水文和地下水文，市區(qū)水文和流域水文等的分科界限。城市水文工作往往把這些內(nèi)容綜合在一起，很難劃分。城市水文觀測和實(shí)驗(yàn)的站網(wǎng)布設(shè)、測驗(yàn)手段、儀器設(shè)備、測驗(yàn)方法等，都必須充分考慮上述各方面的要求，這就是城市水文學(xué)的綜合特性。（2）城市水文學(xué)的動態(tài)特性。由于城市人口和物質(zhì)的高度集中，加以近年來科學(xué)技術(shù)高度發(fā)展，使水環(huán)境發(fā)生異常迅速的變化。一個自然流域的演變是緩慢的，一般是以地質(zhì)年代為長度的，可將其水文過程作為“準(zhǔn)平穩(wěn)過程”來研究，在解決各種實(shí)際問題時都是針對某一穩(wěn)定的水平進(jìn)行研究，并認(rèn)為整個環(huán)境處在相對平衡狀態(tài)。而城市化的過程是一個不斷發(fā)展的過程，水和環(huán)境都處在“動態(tài)”之中，分析研究城市地區(qū)的徑流量、水質(zhì)及雨洪徑流過程都要考慮這種動態(tài)過程。具體來說，必須考慮這資料觀測期間內(nèi)城市環(huán)境已有的變化，及其對各種水要素響應(yīng)過程的影響。因此，需要同時觀測和調(diào)查與城市化有關(guān)的資料，并不斷更新，在這方面，航空、衛(wèi)星、遙感等空軍地理信息得到廣泛應(yīng)用。另一方面考慮城市化以后的發(fā)展趨勢，研究環(huán)境演變的規(guī)律，作為建立各種預(yù)測模型的基礎(chǔ)。第三節(jié) 我國面臨的城市水文問題我國地域遼闊，國土面積僅次于俄羅斯、和加拿大，居世界第三位。據(jù)統(tǒng)計，全國多年平均降水總量為61889億m3（648mm），可提供水資源總量為28124億m3，扣除蒸發(fā)后，其中河川徑流總量為27115億m3（284mm），居世界第六位。僅次于巴西、前蘇聯(lián)、加拿大、美國和印尼。1、我國水資源并不富裕；地區(qū)分布極不均衡；年內(nèi)年際變化大。我國水資源總量并不少，但全國畝均水量約為1800m3，是世界平均數(shù)的3/4；人均占有量2630m3，僅為世界人均數(shù)的1/4！水資源與人口、耕地分布極不相應(yīng)。見表1-4、1-5。2、人口集中的城市地區(qū)水資源貧乏問題日嚴(yán)重。隨著城市速度的加快，城市用水量將大幅度增加，而且，城市廢水及排污量增加，水污染加重了供水矛盾。3、全世界用水情況將迅速增加。農(nóng)業(yè)灌溉占73%，工業(yè)用水占21%，生活用水占6%。并且各地用水量差別很大，發(fā)達(dá)國家工業(yè)用水占40%以上，而發(fā)展中國家僅占10%左右，見表1-6。在發(fā)展中國家里，隨著工業(yè)生產(chǎn)的增長，其用水量不斷增加，市民生活用水（包括飲用水、家用水、衛(wèi)生及下水道用水）隨著生活水平的提高也將迅速增加。目前北京市居民生活用水水平很低，平均每天只有145kg，相當(dāng)于發(fā)達(dá)國家的1/3。黑龍江省多年平均水資源量810.3億m3，人均水量2160m3，低于全國平均水平。哈爾濱市人均水量只有1350m3，是全國人均的一半。市區(qū)人均占有量更少，僅有91m3！北京市人均水量在世界首都排位在百位以后！4、中國城市用水量成倍增長根據(jù)測算，全國工業(yè)總產(chǎn)值每增加1億元就需增加日供水量0.4萬噸；城市人口每增加1人，需增加日供水量120kg。下圖是臺灣省用水量近年增長情況，見圖1-5所示。可以看出，工業(yè)用水和生活用水呈直線上升的趨勢。城市是工業(yè)和人口最集中的地區(qū)。1980年統(tǒng)計，我國有大中小城市3000多個，城市人口達(dá)1.4億，城市工業(yè)企業(yè)總產(chǎn)值占全國的70%以上，城市生活用水和工業(yè)及郊區(qū)農(nóng)業(yè)用水量成倍增長。城市缺水已成為當(dāng)前影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活的突出問題。根據(jù)1980年191個城市初步調(diào)查，有154個城市缺水，估計每天缺水880萬噸。特別是北方一些城市，如北京、天津、青島大連等城市，水荒已限制了城市發(fā)展，其它中小城市也都或多或少的出現(xiàn)供水問題。甚至一些鄰近大江河水源充沛的上海、廣州、溫州等城市也因水污染而相繼出現(xiàn)水源危機(jī)。為了保證城市的生產(chǎn)生活，不得不采取一些興建一些蓄水工程，引水工程和開采地下水等措施。5、超采地下水形成地下水漏斗。我國許多城市。特別是大城市，由于大量抽取地下水，形成大面積的地下水漏斗，并引起地面沉降。據(jù)初步統(tǒng)計，截至1983 底，我國北方平原地區(qū)，已形成淺層地下水漏斗40多個，漏斗面總面積達(dá)1.5萬km2。漏斗中心地下水位埋深1040m，地下水位平均下降為0.30.4/年。隨著淺層地下水枯竭，有些城市轉(zhuǎn)向開采深層地下水。在天津白廟和北站，北京酒仙橋，山東德州等地先后又出現(xiàn)了深層地下水漏斗，影響范圍達(dá)數(shù)萬km2，中心水位埋深達(dá)3040m，深層地下水位下降率達(dá)1.55.0m/年。我國北方地區(qū)年降水量較少，地下水補(bǔ)給恢復(fù)條件差，而且地下水資源有限，一般不易作為城市長期穩(wěn)定的供水水源。超量開采地下水的嚴(yán)重后果已日趨明顯，形成的地下水降落的海濱地區(qū)還會造成海水入侵，出現(xiàn)水質(zhì)惡化的局面。6、地下水位下降引起地面沉降。超采地下水引起地面沉降危及高層建筑物的安全，影響道路交通急上下水管路。天津北站累計地面沉降達(dá)1700mm，上海累計地名沉降達(dá)1600mm，雖然各城市主動采取一些補(bǔ)救措施，如回灌地下水，限制開采地下十等。使沉降速度有所消減，但已很難使地面回彈至原有高程。臺灣省臺北市地面沉降現(xiàn)象非常嚴(yán)重，19551981年累計沉降達(dá)2120mm沉降速度為81.5mm/年。最近幾年沉降速度明顯降低，但并未停止。見圖1-6所所示。7、城市排污是造成城區(qū)周圍及河流污染的重要來源。城市污水排放造成河流及地下水的污染，使水質(zhì)惡化。根據(jù)全國1845個城市統(tǒng)計，1980年排放的廢污水達(dá)315億m3，其中90%以上的污水不經(jīng)任何處理直接排入受納水體。我國環(huán)保部門對近十幾年資料統(tǒng)計表明，污水排放以每年7.9%的增長率加大，水污染情況越來越嚴(yán)重。根據(jù)有關(guān)資料記載，廢污水量集中在35個日排水量大于50萬噸的大中城市，（見表1-7）?？梢姶笾谐鞘袕U污水排放量是我國水體的主要污染源（1-8）、（1-9）。有些地區(qū)，人口和工業(yè)區(qū)密集，但污水處理措施跟不上去，是造成這些地區(qū)水質(zhì)污染的重要原因。吉林、遼寧、河北、山東、江蘇、浙江、福建、廣東、北京、天津、上海等八省三市，土地面積僅占全國的12.7%，人口占39.8%，而工業(yè)總產(chǎn)值為全國的65.8%，廢水排放量卻占全國的52.2%。長江下游的太湖流域土地面積僅占全國土地面積的0.38%，工業(yè)總產(chǎn)值占全國的14.3%，日排放污水量占到全國的11.5%。1980年全國共有鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)143萬個，其產(chǎn)值占全國工業(yè)總產(chǎn)值的20.1%，這些企業(yè)規(guī)模小，發(fā)展快，發(fā)表廣，但其生產(chǎn)工藝比較落后，基本上沒有污水處理設(shè)施，廢污水中的污染物質(zhì)繁多，造成了對局部水域的嚴(yán)重污染，影響了農(nóng)村飲用水源和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。例如，海河流域不僅要受納北京、石家莊、保定和天津等大中城市排放的廢污水（據(jù)1980年統(tǒng)計為36.8億m3），還要受納全流域耕地所施農(nóng)藥造成的面源污染（如有機(jī)磷，有機(jī)氯等，估計每年畝平均用藥量為0.77kg，總量可達(dá)130噸）。但是，自海河引取的水量卻在不斷的增長，致使每年入海水量逐年下降，排污能力急劇降低。1980年入海水量僅為11億m3，1983年入海水量更下降為3億m3。因此，決大部分廢污水量是通過蒸發(fā)和下滲消耗在本流域內(nèi)。而污水中所夾帶的大量難于降解的無數(shù)物質(zhì)逐年積存起來，使環(huán)境日趨惡化。特別是一些有毒物質(zhì)的積蓄，將形成嚴(yán)重危害。如位于珠江沿岸的廣州城區(qū)，長時間以來都是依靠市區(qū)內(nèi)縱橫交錯的河涌會集大量未經(jīng)處理的工業(yè)廢水，生活污水和垃圾等，排入珠江廣州河段，實(shí)際上該江段已成為了排污明渠。根據(jù)19811985年統(tǒng)計，廣州市區(qū)廢污水排放量為64821萬噸，其中工業(yè)廢水為37922萬噸，生活污水26899萬噸。1985年廣州環(huán)境監(jiān)測部門對廣州河段的水質(zhì)做了評價，發(fā)現(xiàn)市區(qū)內(nèi)十條河涌已全部超過了三級污染標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到相當(dāng)嚴(yán)重程度。在受納水體的廣州河段中，許多斷面大部分時間也超過了三級，甚至水源地所在的西航道水也很難保證其水質(zhì)要求。北京的通榆河，上海的蘇州河，蘇州的內(nèi)外城河和南京的秦淮河都已成為了排污明渠，頻頻出現(xiàn)惡臭現(xiàn)象，嚴(yán)重惡化了周圍環(huán)境。在上海市區(qū)不僅蘇州河終年惡臭，而且殃及黃浦江。50年代黃浦江黑臭期一年有20天，而80年代則高達(dá)180天。蘇州內(nèi)外河自1978年至1985年的8年期間，有6年出現(xiàn)長短不等的黑臭期，直接損害了東方威尼斯旅游城市的美譽(yù)。8、城市防洪問題將更加突出。我國是一個洪災(zāi)頻繁的國家，從公元前206年到1949年的2155年期間，發(fā)生較大洪水災(zāi)害達(dá)1092次，很多城市多次遭受洪水的洗劫和掃蕩。解放以后，我國政府采取了一系列措施，城市防洪能力有所提高，如武漢、濟(jì)南、哈爾濱、天津相繼戰(zhàn)勝了長江（1954年、1998年）、黃河（1958年）、松花江（1957年，1998年）、海河（1963年）的大洪水。但從全國來看，城市的洪水災(zāi)害和經(jīng)濟(jì)損失都是很可觀的。目前，世界各國對城市防洪都非常重視，防洪標(biāo)準(zhǔn)也比較高。例如，美國一般采用100500年一遇標(biāo)準(zhǔn)，波蘭為500年一遇，日本為100200年一遇，英國倫敦和奧地利維也納的防洪標(biāo)準(zhǔn)高達(dá)1000年一遇（見表1-10）。我國城市現(xiàn)有的防洪標(biāo)準(zhǔn)相對偏低。上海市人口超過1千萬，城市防洪標(biāo)準(zhǔn)只有100年一遇；哈爾濱市區(qū)堤防放標(biāo)準(zhǔn)只有40年一遇；南京市區(qū)堤防放標(biāo)準(zhǔn)只才達(dá)到30年一遇。我國城市防洪形勢嚴(yán)峻。應(yīng)充分認(rèn)識到問題的嚴(yán)重性，一旦遭受洪災(zāi)，除經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡和疾病流行等直接損失之外，其間接損失很難估算。我國部分城市現(xiàn)有防洪標(biāo)準(zhǔn)見下表1-11。隨著城市發(fā)展，城市防洪問題將會更加突出。特別是處在江河兩岸的城市，往往由于局部侵占河灘地，造成行洪障礙，甚至破壞防洪設(shè)施。例如，本溪市太子河由于傾倒煤灰和礦渣，使河床縮窄一半以上，1960年洪水使本溪市工業(yè)直接損失達(dá)3億元。南京市北十里長溝，1972年7月暴雨使化纖、化工廠、電瓷廠受淹，水深達(dá)1.52.2m，停產(chǎn)一個多月，直接損失數(shù)百萬元。城市化改變了流域自然面貌，直接影響并改變了雨洪形成過程，增大了洪水總量，加快了匯流速度，使洪峰增高，峰現(xiàn)時間提前，從而加大了洪水威脅。這也是近年來各大城市洪災(zāi)頻繁發(fā)生的原因之一。根據(jù)北京實(shí)測雨洪資料對比分析：城郊非城市化地區(qū)降雨小于10.0mm，基本不產(chǎn)流，大雨的徑流系數(shù)小于0.2。城市內(nèi)：由于大部分為把透水地面，損失明顯減少，一般洪水的徑流系數(shù)為0.40.5；并且匯流情況明顯改變，單位線峰值提高一倍，峰現(xiàn)時間縮短2小時。通過對北京城市航測圖分析可知，城區(qū)建筑面積成倍增長，1949年城區(qū)為100k，年增加為.，而年則為。根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計：北京市鋪砌的不透水路面積年相當(dāng)于解放初期的倍。圖為北京市通榆河樂家花園站年月的一次實(shí)測雨洪過程對照圖，把它和年代前后兩次洪水過程對比可見：這三次洪水降雨過程比較接近，但洪峰流量相差達(dá)一倍，見表、圖。綜上所述，我國城市所面臨的水文問題十分嚴(yán)峻，特別是水環(huán)境污染和防洪能力較低，嚴(yán)重威脅著城市發(fā)展和影響城市居民生活和安全。過去由于觀測資料不足，未能及時開展城市水文研究，致使許多問題積累成堆?，F(xiàn)在必須引起足夠重視，加強(qiáng)城市水文觀測工作，以及必要的規(guī)劃設(shè)計和控制管理，給城市的發(fā)展提供可靠資料。更好地為城市建設(shè)服務(wù)。第一章小結(jié)本章介紹了城市、城市化的基本概念，重點(diǎn)學(xué)習(xí)城市的水文問題和我國面臨的城市水文問題。我國是水資源貧乏的國家，城市的水文問題將更加突出。第一章課堂討論與練習(xí)一、填空題1、城市化的過程可分為農(nóng)村階段、 城市、 城市和 城市。2、全世界人口增長率為 、每年凈增 ，到2020年世界人口將達(dá)到 億。 3、我國目前城市人口約 占全國總?cè)丝?%，美國城市人口比例超過 %。4、城市發(fā)展帶來的水文問題概括為四個方面即 、 、 、和 。5、城市水文學(xué)發(fā)展的三個階段是 階段、 階段和 階段。6、城市水文學(xué)的兩大特性是 性和 性。7、我國城市工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值占全國的 以上，城市生活用水和工業(yè)用水及郊區(qū)農(nóng)業(yè)用水將 增長。工業(yè)用水增長率將 ，農(nóng)業(yè)用水增長率將 。8、我國長江下游的太湖流域土地面積占全國的 ，工業(yè)總產(chǎn)值占全國 ，日排放的污水量占到全國的 。9、我國環(huán)保部門資料統(tǒng)計表明城鎮(zhèn)污水排放量以每年 增長率加大。城市排污是造成地區(qū)周圍和河流污染的 。10、我國城市面臨的水文問題 ，特別是 污染和 較低，嚴(yán)重威脅 發(fā)展和居民生活安全。11、城市水文學(xué)的三個發(fā)展階段是 、 、和 。12、城市是人口高度集中的地區(qū)， 問題 日趨嚴(yán)重，隨著城市的發(fā)展，城市的 大量將大幅度增加，城市的 增加，水污染加重了 。二、概念題1、城市；2、城市化；3、人口增長率4、城市水文；5、城市氣候；6、受納水體；7徑污比。三、簡述題1、簡述城市環(huán)境的綜合性與特殊性？2、簡述城市化的進(jìn)程和發(fā)展趨勢？能否判別城市 的發(fā)展階段？3、簡述城市的水文問題有那幾方面？4、試說明城市水文學(xué)的兩個基本特性？5、簡述我國面臨的城市水文問題？6、地下水的超采的后果和問題有那些？7、為什么說隨著城市的發(fā)展，城市的防洪問題會更加突出？第二章 城市氣候第一節(jié) 概 述隨著科技進(jìn)步，社會發(fā)展，越來越多的人口走進(jìn)城市生活，城市逐漸擴(kuò)大，農(nóng)村田園，甚至大片森林將逐漸縮小或消失，下墊面條件發(fā)生較大改變。城市的生產(chǎn)活動和特殊的地面機(jī)構(gòu)共同作用于大氣，使大氣的邊界層特性發(fā)生變化，從而影響城市地區(qū)的氣流、溫度、降雨和能見度等，形成與臨近鄉(xiāng)村不同的氣候情況。例如，赤道城市終年高溫多雨；溫帶城市四季分明；寒帶城市長冬無夏；季風(fēng)氣候區(qū)城市夏雨冬干；沙漠氣候區(qū)的城市全年干旱；地中海氣候區(qū)的城市冬雨夏旱；海洋性氣候區(qū)的城市全年濕潤，雨水均勻。這些都是大氣候作用下形成的各個不同地區(qū)的氣候類型。城市氣候是指在同一區(qū)域氣候背景下，由于受到特殊下墊面和人類活動的強(qiáng)烈影響，在城市地區(qū)形成不同當(dāng)?shù)貐^(qū)域氣候的局部氣候。（城市小氣候）這種差異雖然還不足以改變區(qū)域氣候的基本特征，但在各項(xiàng)氣候要素（如放輻射、運(yùn)量、氣溫風(fēng)和降水等）的變化上表現(xiàn)得很明顯。勞瑞（Lowry）用下表達(dá)式來說明城市氣候特征的三個組成部分，即氣候背景、地形影響和城市化影響。M（i，t，x）=C（i，x）+L（i，X）+E（i，t，x）式中 M表示t時刻x地點(diǎn)i型天氣條件下某種氣候要素變量取值；C該氣候變量的背景值，代表當(dāng)?shù)貐^(qū)域氣候因素的作用；L該氣候變量的地形影響分量，代表由于地形地理特征使氣候變量偏離背景值的差值，假定也不隨時間變化；E該氣候變量的城市化影響分量，代表城市使該氣候變量偏離背景值的差值，顯示對于非城市化自然狀態(tài)的情況，E=0；為了確定城市化對該氣候特征影響的分量E，可分別在城市區(qū)和非城市區(qū)（鄉(xiāng)村）設(shè)立觀測站，獲得城市氣候特征M（i，t，x）u和M（i，t，x)r 即，M（i，t，x）u=C（i，x）u+ L（i，X）u +E（i，t，x）u M（i，t，x）r= C（i，x）r + L（i，X）r 由此得M = M（i，t，x）u- M（i，t，x）rC = C（i，x）u- C（i，x）rL= L（i，X）u- L（i，X）r如果城鄉(xiāng)對比測站的觀測時間t，觀測地點(diǎn)x和天氣類型i都非常接近，那么，氣候背景C及地形分量L可作為城市化程度無關(guān)的常數(shù)，即L=0，L=0，于是則：E（i，t，x）=M即可直接由城、鄉(xiāng)氣候特征的差值M求得城市化的氣候影響分量E值。但實(shí)際上，城鄉(xiāng)對比資料的觀測時間、地點(diǎn)和天氣類型不可能完全一致，因此，差值M中還會有氣候條件不同和地形條件不一致所產(chǎn)生的偏差C和L 。通過對比資料分析城市化影響時，必須正確區(qū)別和處理好這些偏差。1981年蘭茨伯格（Landerg）綜合了多數(shù)學(xué)者關(guān)于城市與郊區(qū)氣候的對比，統(tǒng)計了主要?dú)夂蛞氐牟钪等缦卤恚罕?-1 城市與郊區(qū)氣候特征值比較表因 素與郊區(qū)比較因 素與郊區(qū)比較 大氣中污染物質(zhì)凝結(jié)核微粒氣體混合物多10倍 多10倍多520倍云量云量 霧：冬季夏季多510%多100%多30%輻射水平面上總輻射紫外線輻射：冬季 夏季日照時數(shù)少020%少30%少5%溫度年平均氣溫冬季最低氣溫（平均）夏季最高氣溫高0.530C高120C高130C相對濕度年平均冬季夏季小6%小2%小8%降水降水總量大于5mm雨日數(shù)降雪量：市中心區(qū) 市下風(fēng)方向雷暴少515%多515%多10%少1015%多1015%風(fēng)速年平均 極大陣風(fēng)無風(fēng)日少2030%少1020%多520%城市氣候特征的影響因素：1、輻射和氣溫由于空氣中的微粒及CO2、NO2、CO、H2S等有色氣體和微粒比郊區(qū)多，必然減弱空氣的透明度，從而減少城市的日照時數(shù)，降低太陽直接輻射強(qiáng)度。同時，城市下墊面熱容量小，空氣中CO2吸收地面長波輻射。加之人工熱源等原因，致使城市氣溫高于郊區(qū)。例如，北京根據(jù)氣象資料統(tǒng)計，城區(qū)日照時數(shù)比郊區(qū)低7.8% ，主要是因?yàn)闊焿m較多，使能見度下降，影響日照和直接輻射。而城區(qū)氣溫高于郊區(qū)，多年平均相差0.50.60C，春節(jié)差額較大，達(dá)1.00C，其他季節(jié)略小。是人工熱源和二氧化碳溫室效應(yīng)所致。2、風(fēng)和湍流大氣的水平運(yùn)動稱為風(fēng)。不規(guī)則的急速氣流（多指上升或下降氣流）稱為湍流。城市熱島效應(yīng)（詳見下節(jié)）產(chǎn)生的熱島環(huán)流是由風(fēng)和湍流組成的。這種局地風(fēng)系在天氣形勢比較穩(wěn)定、風(fēng)速微弱時尤為顯著。由于城市中建筑物高低交錯，大大增加了地面的粗糙度。大多數(shù)情況下城市風(fēng)速小于郊區(qū)，而且風(fēng)向復(fù)雜多變。這是城市中特有的熱力、動力性質(zhì)所造成的。以北京市情況最為典型，市區(qū)靜風(fēng)日數(shù)多于郊區(qū)，城區(qū)多年平均靜風(fēng)日為76.6日，郊區(qū)為62.0日。平均每年風(fēng)速大于17.0m/s的大風(fēng)日城區(qū)為11.2日，郊區(qū)為38日。由于北京市地形為東西向長，南北向短的橢圓形，時區(qū)建筑物使地面起伏而影響風(fēng)速，一般東西向風(fēng)市區(qū)風(fēng)速為郊區(qū)的60%，而南北向風(fēng)速為郊區(qū)的80%。3、蒸發(fā)和濕度蒸發(fā)主要包括地面蒸發(fā)和植物散發(fā)兩部分。由于城市中地面大部分為不透水面的路面和建筑物，人工排水管網(wǎng)有利于迅速排泄降水，植物減少很多。城市蒸散發(fā)量理應(yīng)明顯小于郊區(qū)。但是，由于城市氣溫高于郊區(qū)，使城市濕度降低，而提高了蒸發(fā)能力。在這些因素綜合作用下，城鄉(xiāng)間蒸發(fā)量的差別一般不很顯著。應(yīng)指出的是在一定的條件下，城市夜間有時絕對濕度可能較大，會形成“城市濕島”現(xiàn)象。4、霧與露觀測資料表明，城市中或城市周圍的霧比郊區(qū)多。這是因?yàn)槌鞘锌諝庵蟹蹓m、吸濕性核極其豐富的緣故。雖然空氣中的水汽并未達(dá)到飽和，但在相對濕度為7080%時，城市中往往就會有霧出現(xiàn)。有些城市因汽車尾氣排放的廢氣在陽光作用下，會形成“光化學(xué)煙霧”。郊區(qū)空氣濕度雖比市區(qū)大，但凝結(jié)核少，霧人反而稀少。露是地面或地面物體上的水汽凝結(jié)物。郊區(qū)因土壤潮濕，又有豐富植被，因此，郊區(qū)凝露量比城市區(qū)多。5、云和降水城市區(qū)由于熱島中心上升氣流，而且湍流較多，加之空氣中存在大量凝結(jié)核，因此，城市云量多于郊區(qū)。根據(jù)許多學(xué)者觀測研究，認(rèn)為城市降水較郊區(qū)為多。但也有少數(shù)學(xué)者持相反意見，認(rèn)為城市降水比郊區(qū)少。美國近年組織的大城市研究計劃（METROMEX）所取得的觀測資料數(shù)據(jù)，優(yōu)有力的支持了城市降水增多的觀點(diǎn)。隨著世界城鎮(zhèn)數(shù)量和規(guī)模的急劇擴(kuò)大，對城市氣候的研究日益迫切，促使城市氣候?qū)W的形成和發(fā)展。就城市水文工作者來說，也應(yīng)十分關(guān)心城市化后的某些氣候變化。例如，需要了解城市化對空氣的污染，對降水（包括降水的水質(zhì)和水量），以及城市的熱和風(fēng)的情況等。這些氣候特征都直接或間接的與城市排水系統(tǒng)、防洪、水污染防治和城市水資源等有關(guān)。本章重點(diǎn)敘述城市熱島狀況、城市化對城市降水的影響和城市氣候與城市規(guī)劃問題。第二節(jié) 城市熱狀況一、城市熱狀況的一般特性城市地區(qū)空氣中的CO2等氣體和微粒含量遠(yuǎn)高于鄉(xiāng)村，至使城市地區(qū)空氣透明度減弱，日照時數(shù)減少，太陽輻射強(qiáng)度降低，而且，空氣中CO2、煙霧會在夜間阻礙并吸收地面長波輻射，加上城市的特殊下墊面具有較高的熱傳導(dǎo)性和熱容量。這種溫度的異常稱為“城市熱島效應(yīng)”。1、熱島效應(yīng)的定義。 熱島效應(yīng)是指城市地區(qū)，由于人口稠密，工業(yè)集中，造成溫度高于周圍地區(qū)的現(xiàn)象，在溫度空間分布上，城市好向一個溫暖的熱島嶼，故稱為熱島。表2-2倫敦地區(qū)年平均氣溫統(tǒng)計表地區(qū)海拔高度（m）年平均氣溫最大最小平均周圍鄉(xiāng)村城市邊緣地區(qū)郊區(qū)（高海拔）郊區(qū)（低海拔）中心區(qū)87.5144.2137.261.926.513.713.413.414.214.65.56.25.96.47.49.69.89.710.311.0表2-2是昌德勒（Chandler）統(tǒng)計倫敦市地區(qū)年平均氣溫值，該資料表明，市中心地區(qū)年平均、年最高、年最低氣溫均高于郊區(qū)、城市邊緣和鄉(xiāng)村。年最高溫度相差較小，年最低溫度相差較大。圖2-1是蒙特利爾市1968年3月7日實(shí)測氣溫分布圖，明顯看出城市熱島效應(yīng)的存在。資料表明，城市熱島效應(yīng)在空間和時間上有明顯變化。一般熱島區(qū)域范圍與城市輪廓大體一致，邊緣地區(qū)溫度梯度大。2、熱島強(qiáng)度熱島強(qiáng)度是以熱島中心氣溫與同時間同高度（通常是距地面1.5m高處）近郊?xì)鉁氐牟钪?。以Tu-r表示。Tu-r值越大表示熱島效應(yīng)越強(qiáng)烈。熱島強(qiáng)度與城市規(guī)模、人口數(shù)量和建筑物密度等密切相關(guān)。圖2-2表明歐美的一些城市的城鄉(xiāng)溫差Tu-r與居民人數(shù)的相關(guān)關(guān)系。3、熱島強(qiáng)度的影響因素（1）局部地區(qū)氣象條件（如云量、風(fēng)速等）、季節(jié)；（2）地理位置，地形地貌等；（3）人口、城市規(guī)模、建筑物密度；（4）與城市中心距離增加而減小。4、熱島效應(yīng)對城市的影響（1）城市熱島效應(yīng)有影響并阻止大氣污染物的擴(kuò)散和稀釋作用；（2）造成城市風(fēng)（高樓間的空氣水平流動）等局部地區(qū)氣象異常；（3）城市區(qū)從城市中心、工業(yè)商業(yè)區(qū)最高，隨著與市中心距離的增加，溫度不斷下降。城鄉(xiāng)間年平均氣溫之差：紐約為1.11.80C；米蘭為1.30C；莫斯科為0.80C；列寧格勒0.60.80C；巴黎和斯德哥爾摩為0.70C；洛杉磯：0.51.50C；北京為0.71.00C；上海：0.51.40C；前蘇聯(lián)實(shí)測最強(qiáng)烈的熱島效應(yīng)是查波羅什市在夏季微風(fēng)條件下，夜晚溫差可達(dá)460C。這可能與工業(yè)生產(chǎn)散發(fā)熱量有關(guān)。根據(jù)測定一般是生產(chǎn)散熱為0.01千卡/cm2.。年，而耗能大的重工業(yè)區(qū)可達(dá)124千卡/Cm2。年，相差10100倍，而對于工業(yè)集中的大城市可以再增加到10100千卡/cm2。年。在南方的一些中小城市，市區(qū)河湖較多，城市熱島效應(yīng)不大明顯，大量熱量消耗于蒸發(fā)使溫度增加緩慢。二、城市熱島的結(jié)構(gòu)隨著觀測手段的改進(jìn)和資料的積累，人們對熱島接管的認(rèn)識越來越深入。事實(shí)上，城市熱島內(nèi)部溫度場相當(dāng)復(fù)雜，而且還受日照、風(fēng)等因素的影響，熱島效應(yīng)表現(xiàn)出明顯的日變化和季變化。日變化表現(xiàn)為：夜晚強(qiáng)，白天弱，最大值出現(xiàn)在明朗無風(fēng)的夜晚。季變化與城市特點(diǎn)、地理位置和氣候條件有關(guān)。北京冬季最強(qiáng)，夏季最弱春秋居中；上海、廣州以10月最強(qiáng)。奧克（Oke）給出了熱島熱力機(jī)構(gòu)典型圖（見圖2-3），可代表中緯度的城市的熱島結(jié)構(gòu)。一般來說，夜間的城市地面熱島效應(yīng)明顯。圖2-3A是城市中心和郊區(qū)的夜晚氣溫變化曲線。城市中心上空氣溫分布形式為：進(jìn)地面有一層不厚的不穩(wěn)定層（約200m），其上為一層位溫基本不變的混合層，再上則進(jìn)入位溫隨高度增高而提高的穩(wěn)定層。在郊區(qū)夜晚輻射散射熱的作用下，形成進(jìn)地帶明顯的逆溫層，逐漸過渡到位溫隨高度增高而緩慢提高的穩(wěn)定層。當(dāng)有風(fēng)時，城區(qū)上空形成的不穩(wěn)定層將吹向下風(fēng)方向形成“熱羽”，飄在下風(fēng)方向的郊區(qū)上空，見圖2-3A（A）。使下風(fēng)方向郊區(qū)上空氣溫分布變成如圖中所示的形式，上風(fēng)向郊區(qū)則仍保持無風(fēng)情況下的形式。將城區(qū)中心點(diǎn)和上風(fēng)向郊區(qū)點(diǎn)位溫分布圖繪在同一張圖上，可得出不同高度的熱島強(qiáng)度變化曲線（圖2-3（b）、（c），向上就逐漸減弱，甚至在部分高度上出現(xiàn)負(fù)值（如圖示22030m處），被稱為“交叉現(xiàn)象”。在午后14時左右，熱島效應(yīng)較弱，市區(qū)中心與郊區(qū)上空氣溫分布基本相同，進(jìn)地面存在一薄層不穩(wěn)定層，其上是位溫基本不變的混合層，只是這城區(qū)混合層厚度一般大于郊區(qū)。再向上則為穩(wěn)定層，位溫逐漸增高，如圖2-3（b）、（c）所示。上述模式只是在無云微風(fēng)的天氣下對中緯度的大城市熱島強(qiáng)度垂直結(jié)構(gòu)的概括，未必能代表所有城市和不同天氣條件下的熱島結(jié)構(gòu)。實(shí)際上，各城市的熱島結(jié)構(gòu)是多種多樣的，城市熱島效應(yīng)所及的高度還與城市規(guī)模大小應(yīng)該，而且與風(fēng)速的關(guān)系也很密切。三、城市熱島的形成條件城市熱島是由城市本身所造成的。同時，熱島的形成還必須具備一定的外界條件，這就是天氣形勢必須穩(wěn)定，氣壓梯度小，風(fēng)速微弱或無風(fēng)，天氣晴朗無云或少云和空氣層結(jié)比較穩(wěn)定。奧克認(rèn)為，要更好地認(rèn)識和理解熱島效應(yīng)，必須把城市上空的大氣層分成城市覆蓋層和城市邊界層兩部分來分析。表2-3列出了促使兩層熱島形成的能量平衡要素和導(dǎo)致這些要素變化的城市特征。表2-3 城市熱島的形成因素導(dǎo)致增溫的熱量平衡要素引起城市熱量平衡變化的運(yùn)用A：城市覆蓋層1、增加短波輻射的吸收2、增加來自天空的長波輻射3、減少長波輻射損失4、人為熱源5、增加儲熱量6、蒸散發(fā)減少7、湍流總熱量輸送減少建筑物形成峽谷幾何形態(tài)表面面積和多次反射增加城市大氣污染吸收和釋放增加建筑物形成峽谷幾何形態(tài)天穹可見度減小建筑物和交通運(yùn)輸熱量釋放建筑材料熱容量增大不透水面積擴(kuò)大防水性能變好建筑形狀起伏加大糙率風(fēng)速減小B：城市邊界層1、短波輻射吸收增加2、人為熱源3、由覆蓋層輸入儲熱量增加4、邊境層外輸入儲熱量增加空氣污染氣溶膠吸熱量增多煙囪熱量放散城市覆蓋層熱島覆蓋層進(jìn)入邊界錯誤能夠熱通量增加熱島和糙率湍流熱量增加在城市覆蓋層中，熱島形成的主要因素有以下幾方面：1、城市中由于下墊面性質(zhì)特殊，如有高大的建筑群、磚石、水泥、柏油鋪設(shè)的路面，因其反射率小，能吸收較多的太陽輻射。特別是深色的屋頂、墻壁與地面之間多次的反射和吸收，在其他條件相同的情況下，能夠比郊區(qū)獲得更多的太陽