4.2 城市水文与水污染 城市水环境是一个城市所处的地球表层的空间中水圈的所有水体、水体悬浮物及溶解物的总称。城市所处的水圈的水体又包括河流、湖泊、沼泽、水库、冰川、海洋等地面水以及地下水等，它又构成一个城市的总体水资源。 城市水资源是指在当前技术条件下可供城市工业、郊区农业和城市居民生活需要的那一部分水。 城市水污染(water pollution)是指有害物质进入水体的数量达到破坏城市水资源使其丧失使用价值或对环境和生物造成不利影响的现象。

城市水文特征： 一地的水分平衡一般公式： 城市水分平衡公式： P=降水量；Ri=河流等流入的水量；G=地下水提取量；E1=地表蒸发水量；E2=植物蒸腾水量；R0=径流流出水量；M=渗入地下水量；S=生态系统组分内贮水量；Ti=上水管道进水量；T0=下水管道出水量

城市水污染 (1)无机物污染(酸碱盐、氰化物、重金属、颗粒沉淀物) (2)有机物污染(耗氧污染物、难降解有机物) (3)生物污染(病原微生物、水体富营养化) (4)热污染 (5)放射性物质污染

水环境污染形势严峻 我国人均水资源占有量只有2300立方米，约为世界平均水平的1/4，排在第121位，是世界上13个贫水国家之一。地表水污染普遍，特别是流经城市的河段有机污染严重，湖泊营养化问题突出，地下水受到点源和面源污染，近岸海域水污染加剧。 有关专家甚至预测，中国解决水环境污染问题比解决缺水问题更加困难和艰巨。

我国主要七大流域水质类别比例现状 (共监测264个断面) 我国主要七大流域水质类别比例现状 (共监测264个断面)

老债新帐叠加共存 面临全球最严峻、最复杂的环境问题 1900 1940 1980 2000 粪便污染 微生物污染 耗氧有机物 SO2、颗粒物 光化学烟雾 酸雨 重金属 氮磷富营养化 垃圾 温室气体 黑碳、气溶胶 有机金属污染物 持久性有机物污染 二次污染、微污染 核废料 工业危险废弃物 发达国家在不同时期关注的重点不同，发展中国家同时面临发达多种环境问题。 面临全球最严峻、最复杂的环境问题

流域水污染 七大重点流域地表水普遍受到有机物污染。 按综合污染指数排序，全国七大流域污染程度由重到轻的顺序为：辽河、海河、淮河、黄河、松花江、珠江、长江。 较突出的问题是水系中开始出现有毒化学品的污染。 松花江水系中已探查出上百种有机毒物。

我国湖泊（水库）富营养化的 急剧恶化趋势 70年代后期 80年代后期 90年代后期 富营养27％ 富营养61％ 富营养85％ 中营养69％ 中营养35％ 中营养15％ 贫营养4％ 贫营养0％ 例如：云南滇池在80年代初期还处于三类水体，十几年后的90年代后期全湖范围已急剧恶化到劣五类水体，陷入重富营养状态。 按照上述急剧恶化趋势分析：我国本世纪前十年内不仅是湖泊富营养化面积进一步增加，可能将出现全国大范围的富营养化灾害。

近岸海域污染 1999年全国近岸368个监测站位数据表明： 我国近岸海域水质以劣四类和二类为主； 主要污染因子是无机氮和活性磷酸盐； 总体上东海污染最重； 其次是渤海、 南海、 黄海

赤潮 1984年以后赤潮频率加快、次数增多 1998年发生赤潮频率最高，达22次 赤潮发生的范围扩大 赤潮持续的时间延长 在我国腹泻性、神经性、麻痹性藻类均存在 陆源排放氮、磷、有机物引起近岸水域富营养污染，是赤潮发生的物质基础。

垃圾围城普遍，有毒有害废弃物影响开始显现 环境污染造成的损失相当GDP的3-8% 环境污染触目惊心 七大江河水系的741个监测断面的水质： 29% I－Ⅲ类， 30% Ⅳ、Ⅴ类， 41% 劣Ⅴ类 东部和西南200余湖泊中80％富营养化 近一半城镇饮用水源地水质不符合标准 据343个城市调查，仅1/3达二级空气质量标准 1/3 国土受到酸雨污染 垃圾围城普遍，有毒有害废弃物影响开始显现 环境污染造成的损失相当GDP的3-8%

环境健康问题日渐突出 11个大城市，水与空气污染估计每年使5万多人 夭折，约40万人染呼吸系统疾病 华北某大城市约40%儿童血铅含量超标 (2000年) 二恶英类化合物已在市售牛奶、母乳（华东、南 一些省市）中检出 华北某大城市严重污染的蔬菜地土壤中汞含量超 标98倍

城市地下水污染与饮用水安全 针对我国44个城市地下水的调查表明，有42个城市地下水已受到污染，并已发现数百种有害有机污染物。全国地下水水质超标面积大于200平方公里的城市占11.1%，超标面积在100-200平方公里的占18.5%，超标在20-100平方公里的占48.2%。 饮用水安全问题目前受到极为广泛的注意。据对长江下游沿江城市自来水浓缩物的细胞染色体试验，多呈阳性反应，提示了城市饮用水确实潜在安全性问题。

水资源紧缺与水资源浪费 我国是世界上水资源最为匮乏的13个国家之一，在全国640个大中城市中，有300个城市缺水，其中100个严重缺水。1997年调查，全国仅有123个城市建成307座不同处理等级的污水处理厂，日处理能力仅在1292万M3，污水处理率仅为13.4%；我国目前5万多个小城镇、370多万个乡村，9亿多人口居住地基本没有污水处理实施，从而直接导致了地表水的广泛污染，使水资源匮乏的矛盾更加尖锐；而目前我国城市工业用水重复利用率也只有50-60%，远低于发达国家的90%以上的水平。

水体污染危害之一：无机物污染。主要来自冶金、化学纤维、造纸、印染、炼油、制农药等工业废水及酸雨。

水体污染危害之二

水体污染危害之三

水体污染危害之四：重金属污染。Hg、Cd、Pb、Cr、V、Co、Ba、As 水体污染危害之五：耗氧物质污染。生活污水、食品加工、造纸等工业废水，含有碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素等有机物 水体污染危害之六：难降解有机物污染。有机氯农药、多环有机物、有机氮化物、有机重金属、合成洗涤剂

清澈的河水

4.3 城市土壤 4.3.1 城市化对土壤的影响及城市土壤特点 (1)城市发展与建设导致形成废墟式土壤 (2)城市道路交通使其两侧土壤性质发生改变 (3)城市化过程常常导致土壤含水量减少和地下水位降低

城市道路侧旁土壤中及其上生长的植物体内铅含量

不同地表状况下形成的地表径流占降水量的平均比例

4.3 城市土壤 4.3.2 城市土壤污染 (1)水污染型污染(污水灌溉) 4.3.2 城市土壤污染 根据污染物进入土壤的方式,分为: (1)水污染型污染(污水灌溉) 城市污水、工业废水的污染。N、P、K及其它植物营养成分，用污水灌溉农田，可使农作物增产，同时能降解90%的有机物，有毒有害物质被氧化；Hg、Pb、Cd、As、酚、氰化物、三氯乙醛、苯并芘不能降解 (2)大气污染型污染(工业、交通等排放的废气，以飘尘、降尘等形式降落)

(3)固体废气物污染型污染(垃圾、废渣)

4.4 城市的建筑和交通 4.4.1 城市建筑 城市建筑基本要求: ☆ 足够的居住面积 ☆ 合理的空间分隔 ☆ 充分的水电供应 ☆ 良好的周围环境 ☆ 便利的交通出行

生态学要求: (1)有益于人们的身体健康 (2)充分利用自然资源 (3)物质的循环利用 (4)减少对环境的负面影响 符合上述要求的建筑,贯彻了“3R”原则(Reduce, Reuse, Recycle),就可以称之为“生态型”建筑

4.4 城市建筑和交通 4.4.2 城市的道路交通 城市道路是联结城市各种用地以及与外界联系的纽带,是城市的“血管”，在城市的生产、生活和城市发展中起着重要的作用。 一个城市的道路用地比例可以反映出一个城市的现代化程度。

根据道路密集程度的变化可以了解城市发展的速度。 若以单位面积(每平方千米)土地上道路所占的面积(平方米)来计量,将城市道路密度分为五级： 1级：＜100 000 2级：100 000~500 000 3级：500 000~1 000 000 4级：1 000 000~2 000 000 5级：＞2 000 000 例：东京1950年市区道路密度为2级，郊区为1级；但到1970年市区各区都是4级和5级，郊区为2级和3级。

城市道路交通面临的问题： 城市化→物流、人流增加→给交通带来巨大压力 解决办法：道路交通的发展应与城市化进程相适应。 城市除了市内交通外，还要有对外交通，它是联系城市与城市、城市与乡村的纽带。 对外交通方式：铁路、公路、内河水路、航海和航空。

4.5 城市噪声 1 噪声的定义和特性 噪声属物理污染, 是现代城市公民每天必须忍受的公害之一。各地噪声近年来有上升趋势。 1 噪声的定义和特性 噪声(noise)—一般指人不需要的、使人厌烦的、对生活和生产有妨碍的声音。 噪声不单取决于声音的物理性质, 还与人的生活状态有关。作为感觉公害, 分为: 过响声(飞机), 妨碍声(不大, 但影响正常生活), 不愉快声(刹车)及无影响声

噪 音 污 染 胎 儿 交通污染 工厂、工程 娱乐、闹市 通信污染 手机铃声等 来 源 危 害 防 治 生 理 神经中枢、视听 心 理 胎 儿 心 理 干扰注意力、 增加生活压力 加强管理 吸声、隔声、消声技术 植树造林

频率、声压、声强、声压级、等效声级、噪声级等。 噪声的特性 无污染物, 不留毒害; 不积累, 不持久 具有声音的一切声学特性和规律 与噪声有关的几个物理量（了解） 频率、声压、声强、声压级、等效声级、噪声级等。 噪声强度用分贝（dB）作单位，噪声愈强，影响愈大。 噪声级可用噪声计测量。噪声计中A、B、C三种特性网络， A网络能较好地模拟人耳的听觉特性。由A网络测出的噪声级称为A声级，其单位为dB(A)。A声级越高，人们越觉吵闹，现在大都采用 A声级来衡量噪声的强弱。

一些声源的噪声级(A)值和对人的影响

一些声源的噪声级(A)值和对人的影响

4.5 城市噪声 2 噪声的危害 40dB(A)以下属正常的环境声音, 一般被认作噪声的卫生标准。 在其上便是有害的噪声, 它影响睡眠、干扰工作、妨碍谈话、使听力受损害, 甚至引起心血管系统、神经系统、消化系统等方面的疾病。

噪声危害的主要表现： 干扰睡眠 损伤听力 对人体的生理影响 对儿童和胎儿的影响 对动物的影响 对建筑物的损害

4.5 城市噪声 3 噪声的控制标准及噪声控制 噪声控制标准(随地区和时间的不同而异, 具体分三类): 听力保护标准: 目前大多数国家定为90 (85) dB(A), 能保护80%(90%)的人。若平均听力损失超过25dB(A), 称为噪声性耳聋

机动车辆噪声标准(城市噪声中交通占70%):

环境噪声标准(城市区域): Leq[dB(A)]

噪声来源 根据物体振动的物理特性, 噪声可分为两大类: 机械振动噪声: 机床齿轮、电机运转噪声, 因机械运转中机件摩擦、撞击以及动力、磁力不平衡等原因产生的机械振动而辐射出来的噪声 气体动力噪声: 超音速喷气机的轰隆声、储气罐排气、鼓风机气流、内燃机燃烧等噪声, 因物体作高速运动、气流高速喷射或化学爆炸引起周围空气急速膨胀而产生

就城市环境噪声而言, 则大致可分为: 交通噪声: 占城市环境噪声的70%, 噪声源活动,影响面广, 主要来自交通运输工具的行驶、振动和喇叭声。 工厂噪声: 来自生产过程和市政施工地等, 是造成职业性耳聋, 甚至年青人脱发秃顶的主要原因。工厂噪声不仅给生产工人带来危害, 而且厂区附近居民也深受其害。 生活噪声:即街道和建筑物内部各种生活设施、人群活动等产生的声音。生活噪声一般在80dB(A)以下。

噪声控制 噪声的传播一般分为三段: 噪声源传播媒介接受者;声波传播途径包括行进过程中的反射和衍射等。 控制噪声的原理, 就是在噪声到达耳膜之前, 采取阻尼、隔振、吸声、隔声、消声器、个人防护和建筑布局等七大措施, 尽力减弱或降低声源的振动, 或将传播中的声能吸收掉, 或设置障碍, 使声音全部或部分反射出去, 减弱噪声对耳膜的作用, 达到控制噪声目的。

控制噪声的方法 1) 从声源上降低噪声: 包括研制和采用噪声低的设备和改进加工工艺等措施。 2) 在传输途径上控制噪声: 采取声学处理的方法, 如吸声、隔声、隔振和阻尼等来降低噪声。 3) 在接受点阻止噪声: 在上述两种控制方法失效时, 应采取耳塞、耳罩、防声蜡棉和防护面具等个人防护措施。 4) 其它方式: 如实行新的交通法规, 广泛进行植树造林, 绿化城市, 可在一定程度上减轻城市噪声

防治噪声的基本形式

遮挡噪声的方法图式

总平面布置上利用楼房遮挡噪声

沿街住宅的隔噪声建筑措施

交通噪声遮挡方式及其效果图表

4.6 城市垃圾 1 城市垃圾废物的种类及危害 工业垃圾: 工业生产过程产生的矿渣、炉渣、废料渣等, 特点是产生量大, 有害物质多, 有机成分含量较低 生活垃圾: 居民日常生活消费活动如衣、食、住等过程中产生的固体废弃物垃圾

一般认为生活垃圾产生量和质与下列因素有关: 经济发展水平和生活消费水平: 世界人均每日垃圾量最高的国家是美国, 目前约为1.75kg, 而发展中国家如印度只0.5kg, 我国目前大约为 0.8~1.2kg 能源结构: 以燃煤为主则垃圾量大且可燃成分含量低, 我国人均垃圾量有随纬度增高而增加的趋势—北方城市取暖要产生更多的煤灰垃圾 食物结构: 随着生活消费水平的提高, 肉、蛋、奶等动物性食品在食谱中所占比例有所上升,从而包装垃圾如金属罐, 纸类, 玻璃, 塑料等增加

城市垃圾的危害 侵占大量土地 污染水体 污染农田 造成二次大气污染 有碍市容观瞻

2 有关中国城市生活垃圾的几个问题 垃圾量逐年增长 Growing amount of urban domestic garbage in cities in recent years Source: Statistical Yearbook of China (1985-2000)

影响垃圾增长的因素 城市人口增加 人均消费水平提高 经济发展(GDP增长)

y=0.6310x-1.109 Relationship between population growth and urban domestic garbage collected in Chengdu City

y=0.00004x+0.5194 Relationship between annual expenditure per capita and urban domestic garbage (rubbish) collected in Xi’an City

y=0.781e0.1658x y=2.057+0.0340x1+0.00620x2 (R2=0.991) Where y is the output of domestic garbage (rubbish), and x1 and x2 represent population and GDP respectively y=0.0065x+2.3038 Relationships between population growth and economic development and urban domestic garbage collected in Shanghai City

城市生活垃圾人均日产量与人均收入关系

垃圾成份发生变化： a.有机成份增加 b.无机成份下降 c.垃圾热值提高

城市生活垃圾成分随时间的变化趋势

4.6 城市垃圾 3 城市垃圾废物的处理与资源化 工矿业固体废物的处理与利用: 填充开采后的矿坑, 平整后覆以一定厚度的好土, 并在其上种植植物, 使土地得到重新利用 高炉渣和煤灰渣的利用: 高炉渣可水淬生成颗粒状玻璃体, 或形成浮石状物质, 或热铸成块, 作为水泥工业的原料; 煤灰渣是电厂的主要废弃物, 可用来作墙体材料或生产粉煤灰硅酸盐水泥, 也可用粉煤灰来筑路等 生活垃圾的处理和利用:目前世界各国处理城市垃圾所采用的方法有填埋、焚化、堆肥、以及制取沼气等。

生活垃圾的处理和利用 生活垃圾的收集与处理过程 当前中国城市生活垃圾的主要收集方式

垃圾填埋(landfill)— 分为一般填埋和卫生填埋两种。前者破坏环境, 污染空气与水源, 多已限制使用; 现行的填埋方法以后者为主, 其主要过程如下: 生活垃圾填埋作业流程图

卫生填埋通常是每天把运到填埋场地的固体垃圾废物在限定的区域内铺散成40~75cm厚的薄层, 经压实减少废物体积后覆盖其他土层; 再铺散新垃圾层重复此项作业; 这样反复多次直至填埋到地表海拔高度时, 再在其上覆盖一层厚90~120cm的土壤, 并种植绿色植物。大约10年后可使土地复原。 卫生填埋要注意场地的选择, 考虑当地的水文和地形条件, 避免污染地下水, 防止浸出液的渗漏和降解气的释放, 消除臭味和疾病的传染。

堆肥法(compost)—依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物,人为地促进可供生物降解的有机物向稳定的腐殖质进行转化的微生物学过程。 堆肥法按堆肥微生物需氧程度可分为好气堆肥和厌气堆肥两种。据现代堆肥工艺, 目前多采用前者, 其中按工艺复杂程度又具体分为间歇堆积法和连续堆制法。 堆肥配料方式有三种: 纯垃圾堆肥、垃圾—粪便混合(7:3)堆肥、垃圾—污泥混合(7:3)堆肥。

沼气(biogas)制取—利用严格密封的沼气池, 将有机垃圾、植物秸杆、人畜粪便、污泥等在厌氧环境下发酵制取。 特点: 工艺简单, 副产品(肥料)质优价廉(原料肥效提高, 并可杀灭寄生虫卵), 改善环境卫生。 原理: 将有机物垃圾中的碳化物、蛋白质、脂肪等在一定温度、湿度、酸碱度的厌氧环境中经过多种微生物的(发酵)作用, 生成可燃气体(主要成分为甲烷)。

沼气(biogas)制取 工艺过程: 沼气发酵可分为液化产酸产甲烷三个阶段。这三个阶段需相互衔接, 保持动态平衡, 才能保证甲烷沼气的连续产生。 提高沼气发酵效率的影响因素主要有: 丰富的沼气菌种 严格的厌氧环境 适宜的发酵原料(C/N比在25~30:1) 适宜的干物质浓度(含水率50%~60%) 适宜的温度(25~55℃)及pH值(7~9)

焚化法(incineration)— 特点: 能将可分解性物质降低到最低限度, 焚烧产生的热能可回收利用, 无害化程度高。 国外数据表明, 每5t垃圾可节省大约1t标准燃料。人口在15 000人以上城市宜采用垃圾焚烧处理方法, 使用的焚烧炉能力约为一天100t, 可配热能回收装置, 或者接蒸汽锅炉。若焚烧炉与住宅区的距离2km, 将蒸汽用于采暖在经济上合算。若供热需求不大, 或离用户太远, 则垃圾焚烧产生的热能用于发电更为合理。

深圳市垃圾焚烧工艺流程示意图

垃圾焚化的弊病是向大气中排放有毒、有害的物质, 增加城市灰尘含量。 值得一提的是, 无论采取何种手段提高垃圾中资源成分的利用和垃圾处理能力, 都属于补救性方案, 也避免不了为此付出经济和生态方面的双重代价。 因此采取有效措施实现从源头对垃圾进行减量, 成为很多国家所重视的主动性垃圾政策。

有关中国城市居民对垃圾处置态度的 一项问卷调查 4.6 城市垃圾 4 加强垃圾管理, 改进处置方式 有关中国城市居民对垃圾处置态度的 一项问卷调查 1) 部分调查结果

不同城市居民对垃圾分类收集政策的认知程度 (表中数字为回答“是”的比例, 下同)

不同城市居民对生活垃圾收费政策的认知程度

不同城市居民对有关购物袋政策的认知程度

不同收费标准下愿意自带购物袋居民的比例

不同押金标准下愿意退回包装瓶/盒的居民的比例

通过问卷调查得出, 目前在世界上很多国家实行的有利于生活垃圾资源化和减量化的多项政策, 在中国城市居民中的认知度不尽相同: 对于生活垃圾分类收集政策的认知度最高, 愿意将生活垃圾进行分类投放的城市居民的比例已经达到85%; 其次为对生活垃圾收费制度的认知度, 79%的居民对这项政策持赞成态度。对废品收购政策和自带购物袋的认知度相对偏低, 分别平均为60.2%和35%。

此外, 城市居民中卖废品的比例, 随着家庭人均收入的增加而迅速降低。这一趋势意味着随着我国经济的发展, 人民收入水平提高, 卖废品的城市居民比例将会不断减少, 这也是各发达国家已经经历过的。 因此, 要实现生活垃圾中可利用物质的有效回收和重复利用, 从长远看, 建立有效的生活垃圾分类回收体系, 并以有效的法律制度和辅助措施, 如生活垃圾收费制度等促进垃圾分类回收, 对促进我国生活垃圾资源化与减量化管理具有重要的战略意义。

2) 实施生活垃圾资源化和减量化政策建议 首先, 在我国城市广泛开展生活垃圾分类收集, 能够获得绝大多数城市居民的理解和支持。本项政策之所以在城市居民中具有较高的认知度, 与近几年来广泛开展的垃圾分类宣传和试点有很大关系。为居民提供方便的分类投放条件、做好被分类收集的不同垃圾成分的运输和处理的后续工作, 是垃圾分类政策能否获得成功的关键。

第二, 生活垃圾收费政策虽然已经在我国很多城市中开始实行, 也能够被大多数城市居民所接受。但是由于缺乏宣传, 很多居民对该项政策及其意义了解不足。为了达到生活垃圾收费政策所具有的减量化效果, 应该开展广泛的宣传和教育活动, 同时进一步开展实行生活垃圾按量收费的试点工作, 以确定适合我国国情的城市生活垃圾按量收费政策。

第三, 鉴于我国居民对自带购物袋和退回包装瓶/盒的认知度不高的现象, 建议应该尽快实行购物袋收费政策和包装瓶/盒押金制度, 以减少白色污染和促进包装品重复利用。根据本研究调查结果, 每个购物袋的价格和每个包装瓶/盒押金的数额, 都应该定在0.5元左右或高于0.5元, 才能够收到显著效果。

第四, 废品收购政策在我国城市中以不同方式已经实施多年, 尽管如此, 目前卖废品的居民所占比例并不太高。 提供更方便的服务, 如规定一定的时间准时提供收购服务或上门收取等, 有可能提高废品回收率。 规范收购价格也是提高居民卖废品积极性的可能途径。

4.6 城市垃圾 5 其他城市固体废物利用与资源化途径 利用废玻璃生产马赛克 利用废纸生产再生纸 利用废塑料生产能源(酒精/天然气等)

采用新料生产玻璃马赛克工艺流程示意图

采用废玻璃生产玻璃马赛克工艺流程示意图

城市内的纸循环

城市的物质、能源代谢

本章重点: 名词:城市气候、热岛效应、城市水污染、城市垃圾。 城市水分平衡的特点是什么? 城市土壤污染有哪几种途径? 噪音有哪些危害? 生活垃圾发展趋势如何?有哪些对策?