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關(guān)鍵詞:海綿城市建設(shè)、生態(tài)、工程技術(shù)、新概念
2012年,海綿城市這個(gè)概念首次被提出,就引起了不小的反響。海綿城市(LID)指的是城市能夠像海綿一樣,在降水時(shí),利用一些綠化植物的保水功能和蓄水池等收集雨水,實(shí)現(xiàn)放內(nèi)澇及蓄水抗旱等功能。從而有效緩解城市水資源短缺與城市內(nèi)澇之間的矛盾,并助力于修復(fù)城市水生態(tài)環(huán)境。構(gòu)建海綿城市的經(jīng)濟(jì)效益不可小覷。海綿城市建設(shè)非常注重對(duì)天然水系的保護(hù)利用,相比于建設(shè)排水管道和鋼筋混凝土水池的工程量,海綿城市建設(shè)在勞動(dòng)力成本上又有了一大突破,調(diào)蓄設(shè)施往往與城市既有的綠地、園林、景觀水體等相結(jié)合,“凈增成本”減少。倘若海綿城市概念能夠得以廣泛實(shí)施,必然是現(xiàn)代社會(huì)的一大生態(tài)革命。
一、海綿城市建設(shè)中出現(xiàn)的問題及解決辦法
1新舊觀念的對(duì)抗
從資源利用角度來看,不難發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)城市建設(shè)大都采用“以求應(yīng)供”的模式,導(dǎo)致大量資源的不合理堆滯浪費(fèi)。而海綿城市的建設(shè)模式卻如它的名字一般,有彈性地“以供應(yīng)求”。從根本上與傳統(tǒng)的城市雨洪管理模式區(qū)別開來,也就使得大部分企業(yè)難以適應(yīng),從而成為海綿城市建設(shè)中的一大阻礙。傳統(tǒng)的城市雨洪管理建設(shè)設(shè)施在社會(huì)生活中隨處可見,地面下縱橫交錯(cuò)的下水道正是最好的體現(xiàn)。仔細(xì)想想,我們不難發(fā)現(xiàn):雨水直接變成了廢水。事實(shí)上,隨著溫室效應(yīng)的加強(qiáng),全球氣候變暖,水資源的逐步稀缺,雨水——資源回收率及其低的天然水資源,是具有超能的創(chuàng)造力的。不僅僅是經(jīng)濟(jì)上的效益,生態(tài)上帶來的益處簡(jiǎn)直是國(guó)人的福音。所以,深入貫徹落實(shí)“海綿思想”不失為一個(gè)好方法。海綿思想,即有彈性的思想,以海綿城市為出發(fā)點(diǎn),不拘泥與時(shí)代,不拘泥于生活。以此逐步構(gòu)建生態(tài)和諧的社會(huì)。
2規(guī)模化系統(tǒng)的建立難題
此規(guī)?;到y(tǒng)大抵可以定義為建立在全國(guó)各地的完善的雨水濕地、下沉式綠地、植被緩沖等具有自然積存、自然滲透、自然凈化功能的海綿城市系統(tǒng)和城市雨水管渠系統(tǒng)及超標(biāo)雨水徑流排放系統(tǒng)。但是就目前來說,大多中小型城市都沒有足夠的資金投入及管理意識(shí),加之很多中小企業(yè)根本沒有能力來試水,前期投入資金的缺乏,相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的不足,市場(chǎng)行情的不確定性都為海綿城市的持續(xù)推進(jìn)構(gòu)成了一種隱形障礙。以生態(tài)文明建設(shè)為中心,從政府出發(fā),企業(yè)為輔。借鑒于以往的“先富帶動(dòng)后富”,依舊可以采用“公帶私,大帶小”的管理經(jīng)營(yíng)策略。正所謂“大樹底下好乘涼”,但是,這并不意味著盲目跟從,在發(fā)展中創(chuàng)新才是根本。
3各領(lǐng)域間的配合問題
生態(tài)建設(shè)的促進(jìn)與利益的分工化及其合理化。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)科技的發(fā)展,可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略正在生態(tài)文明建設(shè)道路上顯得越發(fā)不可忽視,而海綿城市這種概念直觀地體現(xiàn)了“循環(huán)”的意義。這是一場(chǎng)傳統(tǒng)與新治的較量,各個(gè)領(lǐng)域。各個(gè)企業(yè)間的合作是必不可少的。然而,海綿城市由于落實(shí)的反差性,在城鄉(xiāng)規(guī)劃具體實(shí)施中不占優(yōu)勢(shì),使它成為了一種單一的概念。國(guó)家鼓勵(lì)中小企業(yè)的全面推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)。相關(guān)技術(shù)捐贈(zèng)、開設(shè)海綿城市專題討研會(huì)、項(xiàng)目外包、組織交流溝通等均可以嘗試一番。
二、海綿城市建設(shè)相關(guān)技術(shù)問題及解決辦法
1科技研發(fā)的滯后性
海綿城市建設(shè)在中國(guó)是一個(gè)新生事物,現(xiàn)有的雨洪管理經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)利用率不高,從“零”開始研發(fā),需要大量的實(shí)驗(yàn)積累與經(jīng)驗(yàn)海綿城市建設(shè)及相關(guān)技術(shù)問題分析楊振雷西安市第二市政工程公司陜西西安710075分析,專業(yè)人才的需求量很大,但專業(yè)研發(fā)人才卻很少,以致海綿城市的持續(xù)推進(jìn)受阻。培養(yǎng)人才是關(guān)鍵,可以先從教育界入手,新增大學(xué)生生態(tài)文明建設(shè)之類的專業(yè),加強(qiáng)對(duì)環(huán)境維護(hù)、給排水等專業(yè)的重視,注重實(shí)踐。
2低影響開發(fā)技術(shù)的選擇
一般情況下,規(guī)劃定位的目標(biāo)是海綿城市建設(shè)過程中的關(guān)鍵因素,從徑流峰值控制、徑流污染控制等條件中篩選,開發(fā)出系統(tǒng)海綿體。既是要點(diǎn),更是難點(diǎn)。因地制宜,分析各個(gè)城市的區(qū)域位置、氣候特點(diǎn)、降雨規(guī)律、水文特點(diǎn)等,作出不同的規(guī)劃定位目標(biāo),并在此過程中,遵循資源節(jié)約、經(jīng)濟(jì)適用、環(huán)境保護(hù)的原則,合理選擇低影響開發(fā)雨水技術(shù),例如,針對(duì)降水較多的南方城市,側(cè)重點(diǎn)應(yīng)該在雨水的儲(chǔ)蓄與排放,而較之降水較少的北方城市,側(cè)重點(diǎn)則是雨水的凈化與利用。
3突襲式建設(shè)的挑戰(zhàn)
作為一種新概念,我們可以親切地把海綿城市叫做一個(gè)時(shí)代的衍生物,生態(tài)文明建設(shè)的促進(jìn)與利益的分工化及其合理化一直是一項(xiàng)有意義的挑戰(zhàn)。接納新事物的同時(shí)也就意味著舊模式的沒落,反之,舊模式的正常運(yùn)行,就是新模式最大的阻礙。政府及時(shí)制定出有關(guān)海綿城市的政策已經(jīng)成為刻不容緩的事情,鼓勵(lì)海綿城市的推進(jìn),出面籌集資金等都行之有效。
海綿城市在我國(guó)的生態(tài)文明建設(shè)道路上一抹清泉般驟然沖擊到社會(huì)這股浪潮中,是時(shí)代的戰(zhàn)利品,也是時(shí)代的附屬品。在國(guó)土、排水、道路、交通等各個(gè)方面都將起著舉足輕重的作用,雖然面臨的挑戰(zhàn)不少。但是,一旦成功覆蓋實(shí)施,在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的襯映下,對(duì)建設(shè)美麗中國(guó)具有非同尋常的意義,也必然會(huì)使綠色生態(tài)家園在這個(gè)時(shí)代火樹銀花般精彩綻放。
作者:楊振雷 單位:西安市第二市政工程公司
【參考文獻(xiàn)】
[1]俞孔堅(jiān),李迪華,袁弘,等.“海綿城市”理論與實(shí)踐[J].城市規(guī)劃,2015,39(6):26-36.
關(guān)鍵詞:海綿城市;重點(diǎn);機(jī)遇
0 引言
2014年10月,住建部《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》(試行),探索構(gòu)建城市雨水開發(fā)體系,以根治城市內(nèi)澇頑疾。目前,一些省份已經(jīng)開始試點(diǎn)。從實(shí)踐情況看,《指南》的出臺(tái)不代表萬事大吉了,城市要告別“城中看?!钡木骄常€任重道遠(yuǎn)。海綿城市的技術(shù)體系還遠(yuǎn)未建立,實(shí)踐操作還有待細(xì)化,產(chǎn)業(yè)支撐也還沒有創(chuàng)立,也就是說萬里才走了第一步。海綿城市究竟如何從紙上藍(lán)圖變成現(xiàn)實(shí)?下面本人結(jié)合多年工作和理論學(xué)習(xí)實(shí)踐,淺談幾點(diǎn)個(gè)人看法,不足之處敬請(qǐng)同行指正。
1 什么是海綿城市?
1.1海綿城市的基本定義
海綿城市比喻城市像海綿一樣,國(guó)外稱為低影響開發(fā)(LID),即指遇到有降雨時(shí)城市社區(qū)能夠就地或就近吸收、存蓄、滲透、凈化雨水,補(bǔ)充地下水、調(diào)節(jié)水循環(huán);在干旱缺水時(shí)有條件將蓄存的水釋放出來,并加以利用,從而讓水在城市中的遷移活動(dòng)更加“自然”,同時(shí)豐富城市景觀,增強(qiáng)城市生態(tài)功能,讓城市更加宜居。海綿城市技術(shù)將改變傳統(tǒng)的城市建設(shè)技術(shù)路線,降低人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響,達(dá)到城市可持續(xù)發(fā)展的目的。
1.2海綿城市對(duì)我們傳統(tǒng)城鄉(xiāng)建設(shè)理念的影響
改革開放30多年來,我國(guó)城鄉(xiāng)建設(shè)長(zhǎng)期處于粗放發(fā)展階段,過度硬化與大拆大建伴隨著城鄉(xiāng)建設(shè)的全過程。在水與城市可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系問題上,缺乏系統(tǒng)科學(xué)的研究和安排,使城鄉(xiāng)水生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域逐漸積累了一些深層次的矛盾和問題,城市發(fā)展已面臨諸多窘境。城市內(nèi)澇、城市天坑、熱島效應(yīng)、霧霾等一些城市病態(tài)現(xiàn)象持續(xù)出現(xiàn),給城鄉(xiāng)居民帶來嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失,社會(huì)全員勞動(dòng)生產(chǎn)率普遍降低,碳排放增加,流域治理能力不足,地表水和地下水水質(zhì)改善進(jìn)展緩慢;城市應(yīng)對(duì)極端氣候的能力普遍降低,多地城市備受霧霾襲擾,引發(fā)民眾詬病。在造成嚴(yán)重的城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境問題的同時(shí),也給經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成巨大阻礙。所以,提出建設(shè)海綿城市理念也是經(jīng)歷了反復(fù)陣痛而達(dá)成的這一成果,得來不易。
1.3海綿城市技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域
海綿城市技術(shù)有著廣泛的適用領(lǐng)域,是生態(tài)建設(shè)和生態(tài)修復(fù)的基礎(chǔ)技術(shù),它反映了社會(huì)對(duì)水資源的可持續(xù)利用與管理,以及對(duì)生態(tài)環(huán)境的延續(xù)性的高度關(guān)切。海綿城市技術(shù)最重要的原則就是以社區(qū)(匯水區(qū))為單元,包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)社區(qū),雨水就地蓄留處理,完成地上地下的循環(huán)。除了水資源利用外,海綿城市技術(shù)在生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域具有很強(qiáng)的實(shí)用性,在社區(qū)生態(tài)、農(nóng)田水利、高速公路和鐵路、大型機(jī)場(chǎng)、重金屬土壤污染、河道治理、農(nóng)田水利等領(lǐng)域都有很好的修復(fù)效果。研究表明,海綿城市技術(shù)也是治理熱島效應(yīng)和霧霾的最佳手段。在石油、燃?xì)夤艿赖纳鷳B(tài)修復(fù)治理領(lǐng)域,也將發(fā)揮重要作用。
2 海綿城市建設(shè)的重點(diǎn)
海綿城市技術(shù)只代表一種技術(shù)體系和方法,而不能代表城市發(fā)展的全部?jī)?nèi)涵。我們要利用海綿城市技術(shù),達(dá)到城市水資源可持續(xù)利用與管理,最終實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。在推進(jìn)海綿城市建設(shè)時(shí),我們要從如下幾方面入手:
2.1要扭轉(zhuǎn)觀念,遏制城市無限制硬化趨勢(shì)。傳統(tǒng)城市建設(shè)模式,處處是硬化路面。每逢大雨,主要依靠管渠、泵站等“灰色”設(shè)施來排水,以“快速排除”和“末端集中”控制為主要規(guī)劃設(shè)計(jì)理念,往往造成逢雨必澇,旱澇急轉(zhuǎn)。海綿城市建設(shè)應(yīng)遵循生態(tài)優(yōu)先等原則,將自然途徑與人工措施相結(jié)合,在確保城市排水防澇安全的前提下,最大限度地實(shí)現(xiàn)雨水在城市區(qū)域的積存、滲透和凈化,促進(jìn)雨水資源的利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)。在海綿城市建設(shè)過程中,應(yīng)統(tǒng)籌自然降水、地表水和地下水的系統(tǒng)性,協(xié)調(diào)給水、排水等水循環(huán)利用各環(huán)節(jié),并考慮其復(fù)雜性和長(zhǎng)期性。根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》,今后城市建設(shè)將強(qiáng)調(diào)優(yōu)先利用植草溝、雨水花園、下沉式綠地等“綠色”措施來組織排水,以“慢排緩釋”和“源頭分散”控制為主要規(guī)劃設(shè)計(jì)理念。根據(jù)財(cái)政部網(wǎng)站消息,我國(guó)建設(shè)海綿城市試點(diǎn)工作已經(jīng)展開,首批有16個(gè)城市進(jìn)入試點(diǎn),按行政區(qū)劃序列排列,他們分別是:遷安、白城、鎮(zhèn)江、嘉興、池州、廈門、萍鄉(xiāng)、濟(jì)南、鶴壁、武漢、常德、南寧、重慶、遂寧、貴安新區(qū)和西咸新區(qū)。
2.2要積極實(shí)施城市生態(tài)修復(fù)。從現(xiàn)在起,試點(diǎn)城市要有步驟地開展城市生態(tài)修復(fù)工作,推進(jìn)截污、控污工程,建立雨水收集和利用系統(tǒng),開發(fā)、改造城市社區(qū)建筑物、道路、綠化帶、停車場(chǎng)、廣場(chǎng)、公園等公共設(shè)施蓄留雨水的生態(tài)功能。盡可能恢復(fù)城市原有河道、湖塘、溝渠,減弱城市熱島效應(yīng),提高城市雨水滲透率。重視城市地下管網(wǎng)的普查、檢測(cè)和修復(fù)工作,防止城市地質(zhì)災(zāi)害。海綿城市技術(shù)普及以后,原有城市生活污水量會(huì)大大減少,雨水進(jìn)入污水管道的情況會(huì)逐步改善,污水處理廠處理污水的能力與效益均會(huì)提高,污水直排進(jìn)入河道、土壤和地下水的狀況也會(huì)得到改善。
2.3要高度重視水資源戰(zhàn)略規(guī)劃,將水資源及生態(tài)環(huán)境規(guī)劃納入城市發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃,支持、鼓勵(lì)公民和社會(huì)組織參與和監(jiān)督水生態(tài)規(guī)劃的制定和實(shí)施過程。確立水生態(tài)規(guī)劃在城鄉(xiāng)規(guī)劃中的基礎(chǔ)地位,充分認(rèn)識(shí)和利用水資源的資源功能和生態(tài)功能,注重開發(fā)和保護(hù)水資源在城市發(fā)展進(jìn)程中的歷史文化價(jià)值,培育和引導(dǎo)親水產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。
2.4要建立科學(xué)的流域管理行政體制。充分理解一個(gè)城市的發(fā)展與流域上下游地區(qū)發(fā)展之間的內(nèi)在邏輯,任何城市開發(fā)措施都要照顧到本地區(qū)和上下游地區(qū)人民的合理訴求,積極參與流域地區(qū)的環(huán)境與發(fā)展對(duì)話,制定流域治理行動(dòng)計(jì)劃及時(shí)間表。
2.6要兼顧歷史文化和普通居民的利益。建立尊重自然、順應(yīng)自然的低影響開發(fā)模式,保護(hù)原有水生態(tài)系統(tǒng),恢復(fù)被破壞水生態(tài)。有關(guān)專家同時(shí)指出:可以把海綿城市與智慧城市結(jié)合起來,把各種各樣的分布式的能源、綠色設(shè)施和海綿設(shè)施協(xié)同起來,促進(jìn)智慧排水、雨水收集、管道檢測(cè)以及反應(yīng)和水循環(huán)利用、地表水污染的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和反應(yīng)、暴雨預(yù)警和水生態(tài)、水系統(tǒng)的智慧應(yīng)對(duì)。
2.5要構(gòu)建完備的水資源法律和政策體系。將立法先行與政策配套相結(jié)合,積極開展水生態(tài)法律和政策調(diào)研工作,認(rèn)真總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),支持構(gòu)建我國(guó)完備的水資源法律和政策體系,立法機(jī)構(gòu)應(yīng)借助水利改革的契機(jī),率先構(gòu)建流域管理法律法規(guī)體系。
3海綿城市建設(shè)帶來的重大機(jī)遇
海綿城市建設(shè)首先帶來我國(guó)綠色技術(shù)創(chuàng)新,我國(guó)工程設(shè)計(jì)界長(zhǎng)期以來沿用灰色排水方案,造成城鄉(xiāng)社區(qū)大量的硬化地面,生態(tài)環(huán)境受到破壞。實(shí)施海綿城市技術(shù)以后,新的技術(shù)規(guī)范和技術(shù)體系建立起來,需要大量的轉(zhuǎn)型人才,高校要更新教材,設(shè)立新的專業(yè),以滿足社會(huì)需求。
社會(huì)資本被引導(dǎo)到綠色科技領(lǐng)域投資,大量的企業(yè)創(chuàng)新轉(zhuǎn)型,相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)裝備也會(huì)跟進(jìn),形成新的綠色產(chǎn)業(yè)鏈,帶動(dòng)就業(yè)及經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。另外,海綿城市建設(shè)也將在我國(guó)節(jié)能減排領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵性的作用,并帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型,綠色生態(tài)產(chǎn)業(yè)將成為我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)。
以北京市為例,北京市現(xiàn)有2萬多個(gè)社區(qū),假設(shè)每個(gè)社區(qū)投資500萬元進(jìn)行生態(tài)修復(fù),僅北京市的投資就是一個(gè)很大的數(shù)字。有專家估計(jì),我國(guó)城鄉(xiāng)生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域的投資,將從最初的幾千億元發(fā)展到成熟期的數(shù)萬億元,市場(chǎng)規(guī)模龐大,生態(tài)工業(yè)體系將得到完善。這些投資帶來的直接效果,就是城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境的改善,綠色GDP成為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的原動(dòng)力,國(guó)家經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)健康勢(shì)頭。
關(guān)鍵詞: 城市綠地 環(huán)境教育 地理教學(xué)
一、城市綠地的概念和功效
1.城市綠地的概念。
綠地一詞,各國(guó)的法律規(guī)范和學(xué)術(shù)研究對(duì)它的定義和范圍有著不同的解釋,西方城市規(guī)劃中一般不提城市綠地,而是開敞空間。我國(guó)的城市綠地指城市中以綠化為主的各級(jí)公園、庭院、小游園、街頭綠地、街道綠化、居住區(qū)綠地、專用綠地、交通綠地、風(fēng)景區(qū)綠地、生產(chǎn)防護(hù)綠地。
2.城市綠地的功效。
在國(guó)務(wù)院公布的城市規(guī)模排名中,蘇州被列入了準(zhǔn)特大中心城市。蘇州城市化速度的加快,使得城市的污染日益嚴(yán)重。此時(shí),城市綠地在其中顯示出無可替代的功效。
(1)改善小氣候緩解城市熱島、干島效應(yīng)。
在城市中,熱島和干島效應(yīng)一年四季都有,其強(qiáng)度為秋夏大于春,春大于冬。據(jù)測(cè)定,城市公園比城區(qū)溫度低0.67℃左右,相對(duì)濕度高3%~5%;風(fēng)景區(qū)比城區(qū)溫度低1.2℃左右,相對(duì)濕度高7%左右。
(2)改善空氣質(zhì)量的作用。
綠地系統(tǒng)對(duì)于改善城市空氣質(zhì)量,增加O2含量,凈化大氣作用明顯。植物既是天然O2“制造廠”,又是CO2的“廣闊市場(chǎng)”,綠地每公頃每年吸收SO22400kg,煙塵30t,其他生態(tài)效應(yīng)還包括吸收氮氧化物,CO2等。
(3)削減噪音、降低光輻射、涵養(yǎng)土壤水分、凈化污水的防護(hù)作用。
植物是天然消音器,據(jù)測(cè)定:10m寬的林帶可以減弱噪聲30%,可降低噪音8―10dB,20m寬的林帶可以減弱噪聲40%,30m寬的林帶可以減弱噪聲50%,40m寬的林帶可以減弱噪聲60%。樹木還能過濾、吸收和阻隔放射性物質(zhì),減低光輻射的傷害。俗話說:大樹底下好乘涼,綠地的涵養(yǎng)水分的作用也很重要?,F(xiàn)代城市水泥建筑物林立,柏油馬路鋪地,下雨天水都隨下水道流走了。晴天又特別干燥,如果沒有綠地,就如同沙漠一樣。
(4)某些植物具有監(jiān)測(cè)環(huán)境的功能。
唐菖蒲對(duì)空氣污染特別敏感,當(dāng)空氣中氟化物達(dá)到一定濃度時(shí),葉片就會(huì)因吸收氟表現(xiàn)出傷斑、壞死等現(xiàn)象,向人們發(fā)出污染“報(bào)警”信號(hào)。雪松對(duì)SO2和HF這兩種氣體很敏感,當(dāng)雪松針葉出現(xiàn)發(fā)黃、枯焦現(xiàn)象時(shí),說明周圍可能有SO2或HF污染。紫花苜蓿、胡蘿卜、菠菜可以監(jiān)測(cè)SO2污染;蘋果、桃可以監(jiān)測(cè)氯污染。利用植物警報(bào)簡(jiǎn)單方便,既美化環(huán)境,又能監(jiān)視污染,一舉兩得。
(5)美化環(huán)境,陶冶情操。
這是一個(gè)最古老而又一直研究至今的有著豐富內(nèi)涵的話題,中國(guó)古典園林的悠久歷史,足以證明這一點(diǎn)。如今,城市綠地的均勻分布,就像鑲嵌在城市中的綠寶石,裝點(diǎn)了城市的街景。特別是一些古樹名木,更是一個(gè)城市的綠色瑰寶。所以,城市的綠化水平,是其文明程度的象征。
二、高中地理課增加城市綠地教育的必要性
1.傳授城市綠地知識(shí),彌補(bǔ)高中地理環(huán)境教育中的相關(guān)不足。
綜上所述,城市綠地在城市建設(shè)中有著不可替代的作用。隨著蘇州城市化速度的不斷加快和深入,城市綠地的功效日益的顯現(xiàn)。然而,在現(xiàn)有的高中地理教材中,只是在必修二第36頁城市化對(duì)地理環(huán)境的影響中提出:“合理的城市化可以改善環(huán)境,例如,通過平整土地、修建水利設(shè)施、綠化環(huán)境等措施,使得環(huán)境向著有利于提高人們生活水平和促進(jìn)社會(huì)發(fā)展的方向轉(zhuǎn)變?!痹谶x修教材環(huán)境保護(hù)第四章生態(tài)環(huán)境保護(hù)中根本沒有提及關(guān)于綠地保護(hù)這個(gè)內(nèi)容。因此,在現(xiàn)有的高中地理教學(xué)時(shí)有必要在進(jìn)行相關(guān)教學(xué)時(shí)補(bǔ)充城市綠地的內(nèi)容,這些知識(shí)的傳授不僅可以豐富學(xué)生的知識(shí)面,而且可以激發(fā)學(xué)生熱愛自然、熱愛環(huán)境的情感,彌補(bǔ)教材內(nèi)容的不足。
2.培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成新的行為模式,熱愛家園,樹立正確的生存觀、發(fā)展觀。
蘇州市是國(guó)家園林城市、全國(guó)園林綠化先進(jìn)城市,獲得中國(guó)人居環(huán)境范例獎(jiǎng)。蘇州綠地覆蓋率達(dá)42.7%,綠地綠化率達(dá)39.5%,人均公共綠地面積達(dá)15平方米。其中在蘇州古城區(qū)內(nèi)存有古典園林、庭院73處(包括完整、較完整、半廢和殘存),其中園林53處,庭院20處。蘇州市區(qū)古樹名木數(shù)量998棵,新增84棵,其中一級(jí)古樹名木為210棵,二級(jí)古樹名木為788棵,再加上今年市政府投資建設(shè)的各個(gè)大小城市開放公園、小游園等,可以說在我們的周邊綠地?zé)o所不在。
在現(xiàn)代化進(jìn)程中,人們逐漸形成了一種以自我為中心的個(gè)人主義思想。這種個(gè)人主義不僅把自然作為人類的對(duì)立物,認(rèn)為自然界是毫無知覺的,強(qiáng)調(diào)人對(duì)自然環(huán)境的主宰,而且強(qiáng)調(diào)個(gè)人獨(dú)立于他人,獨(dú)立于社會(huì),把社會(huì)理解為達(dá)到某種目的而自愿地結(jié)合到一起的獨(dú)立的個(gè)人的聚合體,于是形成了一種為了自我實(shí)現(xiàn)而不擇手段的生存和發(fā)展觀。所以我們經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)在這些城市綠地中出現(xiàn)一些不和諧的音符:隨地亂扔垃圾,隨意攀折花枝,肆意踐踏草坪,攀爬綠樹亂刻亂畫等。這些行為嚴(yán)重影響了城市綠地的養(yǎng)護(hù),有損我們的城市形象。要提高人們的環(huán)境保護(hù)意識(shí)就必須從學(xué)校抓起,讓學(xué)生從小就樹立環(huán)保意識(shí),自覺地保護(hù)我們賴以生存的自然環(huán)境。因此,中學(xué)地理教師有必要在教學(xué)中對(duì)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的教育,做到愛我家園,從自身做起。
三、高中地理課增加城市綠地教育的主要措施
1.課內(nèi)補(bǔ)充滲透。
課內(nèi)滲透主要是指在傳授知識(shí)中滲透環(huán)境教育。這就要求教師深入研究教材,結(jié)合教材內(nèi)容,對(duì)學(xué)生進(jìn)行有關(guān)環(huán)境污染的危害和治理、保護(hù)環(huán)境的重要意義的教育。如在講到城市化這節(jié)課時(shí),可以結(jié)合蘇州市的城市化過程,指出城市的形成和發(fā)展是社會(huì)經(jīng)濟(jì)、文化發(fā)展的結(jié)果。城市環(huán)境是人類利用、改造自然的產(chǎn)物,是人類對(duì)自然環(huán)境干預(yù)最強(qiáng)烈、自然環(huán)境變化最大的地方。隨著城市的發(fā)展,城市中人口的增多,建筑物的不斷增加和工業(yè)的發(fā)展,大氣污染、水體污染、噪聲污染和固體廢棄物污染越來越嚴(yán)重。因此,要想改善城市空氣質(zhì)量,消除有害物質(zhì),除在生產(chǎn)上采取一些措施外,還要積極地進(jìn)行城市綠化。在這個(gè)基礎(chǔ)上,教師提出城市綠地的概念,在教學(xué)過程中可以讓學(xué)生自主討論城市綠地有何種功效。高中教材中提到森林是“地球之肺”,濕地是“地球之腎”,那么城市綠地從功效上可以比做地球的什么呢?進(jìn)而得出城市的綠地像人的肝臟一樣,具有解毒作用。
在課堂教學(xué)中,要始終注意引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,特別要針對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中突出的環(huán)境問題,結(jié)合教材進(jìn)行討論,激發(fā)學(xué)生研究問題、學(xué)習(xí)知識(shí)的積極性和濃厚興趣,在生動(dòng)活潑的課堂教學(xué)中將城市綠地知識(shí)補(bǔ)充完整,進(jìn)而可以將環(huán)境保護(hù)的理念深入每個(gè)學(xué)生的思想中。
2.走出課堂,開展多種形式的課外活動(dòng)和適當(dāng)?shù)膶?shí)踐活動(dòng)。
地理科學(xué)有很強(qiáng)的直觀性和實(shí)踐性,在地理教學(xué)中應(yīng)改變傳統(tǒng)的授課方式,改變課堂中總是“學(xué)生坐著聽,教師站著講”的局面,讓學(xué)生“動(dòng)”起來,走出課堂,走向社會(huì),在課外活動(dòng)與現(xiàn)實(shí)生活中獲取資料、分析問題、提出方案,并在實(shí)踐活動(dòng)中應(yīng)用和檢驗(yàn)。
(1)參觀訪問,深化相關(guān)知識(shí)。
可以帶領(lǐng)學(xué)生參觀蘇州市園林和綠化管理局,了解蘇州市世界遺產(chǎn)暨古典園林、風(fēng)景名勝區(qū)、城鎮(zhèn)綠化保護(hù)和監(jiān)管工作情況。參觀蘇州市園林植物醫(yī)院,了解室外綠化養(yǎng)護(hù)的相關(guān)方法。
(2)開展社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)。
在城市生態(tài)環(huán)境日趨嚴(yán)峻的今天,城市綠地在構(gòu)建城市形態(tài)方面的作用越來越被人們重視,在世界各大城市中都依據(jù)各自的地理環(huán)境特點(diǎn)規(guī)劃設(shè)計(jì)了相應(yīng)的綠地空間格局。蘇州市是一座著名的園林城市,各個(gè)大小不一的古典園林和小游園穿插于城市中間,教師可以帶領(lǐng)學(xué)生調(diào)查研究相關(guān)情況,撰寫相關(guān)小論文。
(3)開展宣傳教育活動(dòng)。
以每年的“3?12”植樹節(jié)等紀(jì)念日為契機(jī),開展一系列的活動(dòng)。如主題班會(huì),黑板報(bào)等。通過這些實(shí)踐活動(dòng),充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)環(huán)境知識(shí)、參與保護(hù)宣傳城市綠地的積極性,徹底和不文明的游園習(xí)慣說再見,養(yǎng)成“從自己做起,從現(xiàn)在做起”的良好環(huán)境行為習(xí)慣。
2012年7月21日,北京市遭遇了61年一遇特大暴雨,產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的影響。7月22日,香港鳳凰網(wǎng)刊出網(wǎng)文稱,此次北京大水,有幾個(gè)原因:一是城市對(duì)農(nóng)地侵占過分,一些農(nóng)田消失;二是汽車社會(huì)使停車位遍地,公路遍地,北京成為鋼筋混凝土的城市??陀^而言,城市排水設(shè)施不是沒有,但密不透風(fēng)的混凝土世界實(shí)際上筑成不透氣的墻,在特大暴雨作用下,排水疏水就成了問題。這時(shí),城市綠地的優(yōu)勢(shì)就顯而易見了。正常情況下,雨水降落地面,土壤像海綿一樣吸收雨水,剩余的則流入江河湖泊。這一過程被稱為“海綿效應(yīng)”。但土地“水泥化”之后,“海綿效應(yīng)”不復(fù)存在,導(dǎo)致原先可以滲透進(jìn)土壤的雨水無法排出。如果將城市綠地建成下凹式的,就可大量?jī)?chǔ)蓄雨水。城市的露天公園、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)等,可作為有效的臨時(shí)蓄水場(chǎng)所。同時(shí),在城市綠化中,可以借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家的做法。韓國(guó)首爾的人行路多由小磚砌成,小草從中間長(zhǎng)出來,下雨時(shí),雨水很快滲下去。德國(guó)許多城市的道路兩旁都是高大的樹木,遇到暴雨,雨水很快就可以流進(jìn)草叢、樹林。
從這個(gè)事件可以看出,城市的綠化已經(jīng)和生活息息相關(guān)。而在21世紀(jì)素質(zhì)教育中,環(huán)境教育也是不容忽視的一環(huán)。在中學(xué)地理教學(xué)中有計(jì)劃、有目的地進(jìn)行城市綠化相關(guān)內(nèi)容的滲透,可以有效地提高學(xué)生的環(huán)境保護(hù)意識(shí),從而提高全民族的素質(zhì)。我們只有一個(gè)地球,讓我們通過自身的努力讓山更美、水更綠、天更藍(lán)。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞:“民工潮”;城市化;社會(huì)治安
中圖分類號(hào):F241 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1673-291X(2012)24-0102-02
引言
在三十余年的改革開放中,社會(huì)的復(fù)雜性,開放性和多邊形已經(jīng)很突出,國(guó)家正處于傳統(tǒng)社會(huì)向現(xiàn)代社會(huì),計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)軌過程中。這也構(gòu)成了“民工潮”現(xiàn)象產(chǎn)生的大背景。隨著社會(huì)的發(fā)展,我們的群體逐漸出現(xiàn)多元化傾向,進(jìn)而出現(xiàn)了每一階段都不同的流行現(xiàn)象的產(chǎn)生。所以,鑒于中國(guó)目前的國(guó)情,“民工潮”也是應(yīng)運(yùn)而生,也是這個(gè)社會(huì)的產(chǎn)物。進(jìn)入20世紀(jì)90年代,隨著中國(guó)的城鄉(xiāng)收入差距又一次出現(xiàn)連續(xù)擴(kuò)大的趨勢(shì),農(nóng)民流入城市的人數(shù)迅速增多?!懊窆こ薄币呀?jīng)成為社會(huì)流血的巨大創(chuàng)口,無法掩蓋地暴露在社會(huì)肌體的表面。而且,近幾年來,中國(guó)的民工潮一浪高過一浪,引起的社會(huì)經(jīng)濟(jì)沖擊越來越沉重,已成為政府部門、新聞界、學(xué)術(shù)界,乃至城市居民共同關(guān)心的熱點(diǎn)問題?!懊窆こ薄币呀?jīng)成為社會(huì)流血的巨大創(chuàng)口,無法掩蓋地暴露在社會(huì)肌體的表面[1]。
一、關(guān)于政府公信力的簡(jiǎn)介及判斷標(biāo)準(zhǔn)
1.基本定義。“民工潮”是農(nóng)民紛紛外出打工所形成的潮流。每年農(nóng)歷正月前后,浩浩蕩蕩的民工大軍南下北上,東奔西跑,鐵路、路車流如水,交織成一股逾月不退的“春運(yùn)潮”。過去人們總說農(nóng)村是個(gè)大海綿,如今“民工潮”浪打浪地涌出來,拍打著城市的門戶。改革開放以來,商品經(jīng)濟(jì)大潮沖擊著每一個(gè)角落,也強(qiáng)烈震撼著“面朝黃土背朝天”農(nóng)民。
2.民工潮的成因。將“民工潮”簡(jiǎn)單地概之以“盲流”,未免太失偏頗?!懊窆こ薄钡某逼饹Q非偶然,有其深刻的歷史背景和現(xiàn)實(shí)條件??傮w來說,“民工潮”形成的根本原因還是中國(guó)所特有的城鄉(xiāng)“二元”經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)[2]。
可以從五個(gè)方面來看:(1)大勢(shì)所趨。農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力向非農(nóng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移,是一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)過程中的必然趨勢(shì)。由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有階段性,各國(guó)在農(nóng)民完成轉(zhuǎn)變?yōu)楣と穗A級(jí)的過程中,都存在著一個(gè)過渡期[3]??v觀發(fā)達(dá)資本產(chǎn)業(yè)革命時(shí),農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力占社會(huì)總勞動(dòng)力的比重下降了60%多,之后逐年減少。20世紀(jì)后,隨著科學(xué)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力向非農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)移的速度更快。20世紀(jì)60年代初,聯(lián)合國(guó)曾作出估計(jì):每年約有1 000萬農(nóng)民流向城市,即每天近3萬人;十年后是1 400萬人,即每天近4萬人。目前英、美等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力比重僅占2%~3%,中國(guó)剩余勞動(dòng)力達(dá)1.5億。隨著現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展,這部分剩余勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移,確屬必然。(2)政策所致。1979年以前,中國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)政策,賦予了農(nóng)民支配自己勞動(dòng)時(shí)間和優(yōu)化勞動(dòng)要素配置的權(quán)力。從此,勞動(dòng)效率明顯提高;同時(shí),又促使農(nóng)村對(duì)農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的需求大大減少,加速了農(nóng)村剩余勞動(dòng)力的產(chǎn)生。
二、“民工潮”所帶來的問題分析
大規(guī)模的民工涌入一個(gè)城市,一方面必然促進(jìn)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,但是,事物是具有兩面性的。民工大量的涌入必然會(huì)給當(dāng)?shù)卣?、?jīng)濟(jì)、文化等方面造成影響,同時(shí),也會(huì)對(duì)人口的流出地帶來影響,甚至是在人口流動(dòng)的過程中。本文將著重于治安問題,教育問題和留守家庭問題來展開討論。
1.關(guān)于教育問題。如今,農(nóng)民工子女教育問題的體現(xiàn),不是簡(jiǎn)單的城鄉(xiāng)差異,而是本地學(xué)生與外地學(xué)生間的差異。問題主要產(chǎn)生的原因主要有:(1)城鄉(xiāng)分割的戶籍制度曾以“農(nóng)業(yè)”和“非農(nóng)業(yè)”戶口的形式把中國(guó)公民分成身份不同的兩大類別,蜂擁入城的農(nóng)民工居住在城市,戶籍卻仍是在農(nóng)村。義務(wù)教育法規(guī)定義務(wù)教育應(yīng)由戶籍所在地負(fù)責(zé)。(2)就是農(nóng)民工的收入不高,也局限了他們對(duì)于孩子教育的追求。農(nóng)民工從事的一般都是體力活,工資不高,生活水平低于城市的平均水平,且在工作過程中經(jīng)常遭受不公正待遇如拖欠工資等,這些因素也造成了農(nóng)民工子女“望學(xué)興嘆”的現(xiàn)象。
2.關(guān)于治安。治安問題是雙方面的,不僅民工的流出地有治安問題。民工的流入地也有治安問題的存在。大規(guī)模人口的流入,是對(duì)一個(gè)城市的考驗(yàn),俗話說“林子大了什么鳥都有”,人口的驟增,必然會(huì)帶來眾多的治安問題。造成治安問題的原因主要有下述幾項(xiàng):(1)歸屬感問題,也就是說他們所服務(wù)的城市并沒有禮遇他們。由于歷史原因,中國(guó)長(zhǎng)期實(shí)行城鄉(xiāng)二元分割的社會(huì)管理制度。(2)農(nóng)民工自身素質(zhì)問題,由于大量的農(nóng)民是以無組織的方式進(jìn)入城市的,其組織化程度很低,猶如一盤散沙,缺乏依靠自己的組織保護(hù)自身合法權(quán)益的能力民工從事的一般都是體力活,農(nóng)民工進(jìn)城務(wù)工靠的是體力還有就是自己的一技之長(zhǎng)[4]。
3.關(guān)于留守家庭問題。“民工潮”的出現(xiàn)使中國(guó)許多農(nóng)村地區(qū)出現(xiàn)了一個(gè)特殊群體“留守兒童”,一個(gè)特殊家庭“留守家庭”。對(duì)于“留守兒童”來說最重要的問題就是教育問題。眾所周知,父母教育是兒童教育的重要組成部分,而且家長(zhǎng)作為聯(lián)系學(xué)校和學(xué)生的特殊紐帶,在兒童的成長(zhǎng)中發(fā)揮著不可替代的作用。對(duì)于父母外出打工,就留下兒童在自家,對(duì)于兒童的心理難免造成影響,會(huì)使性情和性格在一定程度上發(fā)生變化,會(huì)使他們的性格變得內(nèi)向、孤僻、自卑等,還有一些“留守兒童”受社會(huì)上不法之徒的引誘、教唆、強(qiáng)迫等實(shí)施違法犯罪行為”[5]。農(nóng)村留守兒童問題解決成敗直接關(guān)系到建設(shè)和諧社會(huì)的目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)[6]。
三、對(duì)于“民工潮“帶來問題應(yīng)采取的對(duì)策
關(guān)鍵詞:分形理論 分形維數(shù) Zipf法則 應(yīng)用
中圖分類號(hào):O29;F224 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1004-4914(2010)05-137-02
分形理論是一門橫斷學(xué)科,從數(shù)學(xué)、振動(dòng)力學(xué)到流體力學(xué)、天文學(xué)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué),從分子生物學(xué)到生理學(xué)、生物形態(tài)學(xué),從材料科學(xué)到地球科學(xué)、地理科學(xué),從經(jīng)濟(jì)學(xué)到語言學(xué)、社會(huì)學(xué)等領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用。分形理論對(duì)方法論和自然觀產(chǎn)生重要影響,用分形的觀點(diǎn)看世界,這個(gè)世界實(shí)際上是以分形的方式存在和演化著的世界。
一、關(guān)于分形內(nèi)涵的研究
分形幾何的概念是曼德爾布羅特(1975)年首先提出來的。但最早的研究可追朔到維爾斯特拉斯(1872)構(gòu)造的處處連續(xù)、處處不可微的函數(shù),集合論創(chuàng)始人康托構(gòu)造了有許多奇異性質(zhì)的三分康托集,皮亞諾(1890)構(gòu)造了填充平面的曲線,柯赫(1904)設(shè)計(jì)出類似雪花和島嶼邊緣的一類曲線,謝爾賓斯基(1915)設(shè)計(jì)了像地毯和海綿一樣的幾何圖形,這些都是屬于規(guī)則的分形圖形。它們是按一定規(guī)則構(gòu)造出來的、具有嚴(yán)格的自相似的分形圖形,它們都屬于自相似分形集。豪斯道夫(1910)開始了對(duì)奇異集合性質(zhì)與量的研究,提出分?jǐn)?shù)維概念。布利干(1928)將閔可夫斯基容度應(yīng)用于非整數(shù)維,龐特里亞金(1932)等引入盒維數(shù),貝塞考維奇(1934)更深刻地揭示了豪斯道夫測(cè)度的性質(zhì)和奇異集的分?jǐn)?shù)維,他在豪斯道夫測(cè)度及其幾何的研究領(lǐng)域中作出了主要貢獻(xiàn),從而產(chǎn)生了豪斯道夫-貝塞考維奇維數(shù)概念。
現(xiàn)代分形理論的奠基人曼德爾布羅特(1977)出版了關(guān)于分形幾何的第一部著作《分形:形狀、機(jī)遇和維數(shù)》一書,它集中了1975年以前曼德爾布羅特關(guān)于分形幾何的主要思想,總結(jié)了依據(jù)自相似性計(jì)算實(shí)驗(yàn)維數(shù)的方法。曼德爾布羅特(1982)的《大自然的分形幾何學(xué)》出版,將分形定義為局部以某種方式與整體相似的集,重新討論盒維數(shù),它比豪斯道夫維數(shù)容易計(jì)算,但是稠密可列集合維數(shù)與集合所在空間相等。在這兩本書中他將分形的理論及應(yīng)用推動(dòng)到一個(gè)全新的階段。
(一)分形定義、分類與分形維數(shù)
通常將具有某種方式的自相似性的圖像或集合稱為分形。所謂自相似性,就是指局部與整體相似。這類某種形式的自相似性,不只限于嚴(yán)格的幾何自相似性,也可能是通過大量的統(tǒng)計(jì)而呈現(xiàn)出來的不很嚴(yán)格的自相似性。由于局部中又有其局部,而它們都是自相似的,這樣整體與局部都具有無窮盡的自相似的內(nèi)部結(jié)構(gòu),且在每一小局部中所包含的細(xì)節(jié)并不比整體所包含的少,所以分形是有無窮自相似嵌套性的圖形或集合。
分形至今無統(tǒng)一定義,因?yàn)槊糠N定義都不能涵蓋所有的分形。曼德爾布羅特(1982)對(duì)其定義為“分形是一個(gè)豪斯道夫-貝塞考維奇維數(shù)嚴(yán)格大于其拓?fù)渚S數(shù)的集合?!贝硕x包括一大類具有分?jǐn)?shù)維的分形集,但忽略了某些維數(shù)為整數(shù)的分形集。曼德爾布羅特(1986)給出了分形的另一個(gè)定義:分形具有在某種方式上部分與總體相似的形狀特征。這個(gè)定義強(qiáng)調(diào)了分形集具有某種自相似性特征,但仍有很多分形集沒有包括其中。
分形一般分成兩大類,確定性分形和隨機(jī)性分形。如果算法的多次重復(fù)仍然產(chǎn)生同一個(gè)分形圖,這種分形稱之為確定性分形。確定性分形具有可重復(fù)性,即使在生成過程中可能引入了一些隨機(jī)性,但最終的圖形還是確定的。隨機(jī)分形指的是盡管產(chǎn)生分形的規(guī)則是確定的,但受隨機(jī)因素的影響,雖然可以使每次生成過程產(chǎn)生的分形具有一樣的復(fù)雜度,但是形態(tài)卻會(huì)有所不同。隨機(jī)分形雖然也有一套規(guī)則,但是在生成過程中對(duì)隨機(jī)性的引入,將使得最終的圖形是不可預(yù)知的。即不同時(shí)間的兩次操作產(chǎn)生的圖形,可以具有相同的分維數(shù),但形狀可能不同,隨機(jī)分形不具有可重復(fù)性。
曼德爾布羅特引進(jìn)了分?jǐn)?shù)維,給出了一個(gè)分形集充滿空間的復(fù)雜程度的描述。每個(gè)分形集都對(duì)應(yīng)一個(gè)以某種方式定義的分形維數(shù),這個(gè)維數(shù)值一般是分?jǐn)?shù)的,但也有整數(shù)維的分形集。分形維數(shù)的定義有多種方法,常用的分形維數(shù)概念有三種:豪斯道夫維數(shù)、自相似維數(shù)以及盒維數(shù)。在分形維數(shù)中,豪斯道夫維數(shù)是最古老的最重要的一種。豪斯道夫維數(shù)具有對(duì)任何集都有定義的優(yōu)點(diǎn),由于它是建立在相對(duì)比較容易處理的集合測(cè)度概念的基礎(chǔ)上,數(shù)學(xué)應(yīng)用比較方便。它的主要缺點(diǎn)是在很多情形下用計(jì)算的方法很難計(jì)算或估計(jì)它的值,因此,還有許多其他維數(shù)定義也常常被應(yīng)用。
分形維數(shù)是分形理論中核心的概念與內(nèi)容,它是由曼德爾布羅特為表征曲線的復(fù)雜性和處處不可微性而提出的,是刻畫分形體復(fù)雜結(jié)構(gòu)的主要工具,引入分形維數(shù)正是分形理論的新穎之處。應(yīng)用分形理論研究自然現(xiàn)象最重要的問題是如何解釋分形維數(shù)的意義,分形維數(shù)的意義應(yīng)包括分形維數(shù)本身的幾何意義和研究對(duì)象參量及其尺度變化的意義兩方面,兩者結(jié)合才是特定分形維數(shù)的含義。
(二)分形的特征
肯尼思?法爾科內(nèi)(1990)認(rèn)為分形集F具有以下特征:(1)F具有精細(xì)的結(jié)構(gòu),即在任意小的比例尺度內(nèi)包含整體。(2)F具有不規(guī)則性,使得它的整體和局部都不能用傳統(tǒng)的幾何語言來描述。(3)F一般具有某種自相似性,可能是近似的或統(tǒng)計(jì)意義下的。(4)通常F的分形維數(shù)(以某種方式定義)大于它的拓?fù)渚S數(shù)。(5)在大多數(shù)令人感興趣的情形下,F可以通過遞歸、迭代等簡(jiǎn)單的方式產(chǎn)生。(6)其大小不能用通常的測(cè)度(例如面積、長(zhǎng)度、體積等)來度量。
(三)分形的基本性質(zhì)
分形具有兩個(gè)基本性質(zhì):自相似性和標(biāo)度不變性。自相似性是指某種結(jié)構(gòu)或過程的特征從不同的空間尺度或時(shí)間尺度來看都是相似的,或者某種系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)的局域性質(zhì)或局域結(jié)構(gòu)與整體相似,另外在整體與整體之間或部分與部分之間,也會(huì)存在自相似性; 所謂標(biāo)度不變性,是指在分形上任選一局域,對(duì)它進(jìn)行放大,得到的圖形會(huì)顯示出原圖形的形態(tài)特征。
二、分形理論在經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用
當(dāng)前分形理論的研究主要分三種類型:分形的基礎(chǔ)理論研究、分形圖形的生成方法研究及分形理論在實(shí)際應(yīng)用中的研究。分形理論在化學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)、材料科學(xué)、地震學(xué)、生命科學(xué)、藝術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等多個(gè)學(xué)科多個(gè)方面有廣泛的應(yīng)用,在廣告、電腦游戲、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、書籍和刊物的封裝、藝術(shù)作品中,也已經(jīng)成功地應(yīng)用了分形技術(shù)。在經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)教學(xué)中適當(dāng)補(bǔ)充一些分形知識(shí),對(duì)提高學(xué)生思維品質(zhì)有很大的益處。
(一)Zipf法則及維數(shù)
在教學(xué)中引入涉及分形背景的數(shù)學(xué)模型,結(jié)合實(shí)例,可以體現(xiàn)數(shù)學(xué)建模的思想,幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到分形的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。國(guó)內(nèi)外研究成果表明,城鎮(zhèn)體系的人口及經(jīng)濟(jì)規(guī)模的等級(jí)分布符合一些數(shù)學(xué)模型,如Pareto分布模型及G.K.Zipf的等級(jí)規(guī)模分布模型等,這些數(shù)學(xué)模型為城鎮(zhèn)體系的分析與規(guī)劃提供了科學(xué)依據(jù)。Zipf(1949)把自己發(fā)現(xiàn)的規(guī)律應(yīng)用于城市人口、企業(yè)收入等現(xiàn)象,研究這些數(shù)量跟等級(jí)的關(guān)系。在其出版的《人類行為與最小努力原則-人類生態(tài)學(xué)引論》中,他進(jìn)一步擴(kuò)展了視野,討論了人類社會(huì)的眾多社會(huì)、文化現(xiàn)象及自然現(xiàn)象。根據(jù)前人的研究成果提出了一個(gè)通用的城市規(guī)模分布法則(Zipf's law):Pr=P1r-q(1)式中r為城市位序,Pr為位序?yàn)閞的城市的人口數(shù),系數(shù)P1為首位城市人口,為Zipf指數(shù)。類比于豪斯道夫維數(shù)公式可知,式(1)服從冪定律,為一分形模型,參數(shù)q具有分維性質(zhì),它是分維D的倒數(shù),即q=1/D。對(duì)(1)式作對(duì)數(shù)變換有:lnPr=lnp1-qlnr(2)由于冪函數(shù)關(guān)系等價(jià)于對(duì)數(shù)線性關(guān)系,因此,只要雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上的位序-規(guī)模數(shù)據(jù)點(diǎn)的直線關(guān)系成立或者部分成立,即可判定分形的存在,直線上點(diǎn)的范圍即為無特征尺度的區(qū)域。以lnr為橫坐標(biāo),lnpr為縱坐標(biāo)作出散點(diǎn)圖,進(jìn)行線性回歸擬合可求出其城鎮(zhèn)體系規(guī)模結(jié)構(gòu)的分維數(shù)。已有研究表明中國(guó)668個(gè)建制城市的前550多個(gè)城市服從Zipf定律,即將全部10萬以上人口的城市囊括在內(nèi)。城市形態(tài)的分維在微觀或局域上雖然參差不齊,但在宏觀或整體上卻有一定的規(guī)律,大量標(biāo)本的平均值接近于1.71。
(二)分形圖形的數(shù)學(xué)分析
可以讓學(xué)生利用各種信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境資源查看分形圖,挖掘分形圖蘊(yùn)涵數(shù)學(xué)思想,使學(xué)生從一個(gè)新的視角認(rèn)識(shí)傳統(tǒng)圖形。在教學(xué)中關(guān)注學(xué)生自主學(xué)習(xí),啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)分形圖形所具有對(duì)稱、節(jié)奏和韻律、平衡、自相似性、嵌套以及分叉、纏繞、和豐富的變換等特點(diǎn),體會(huì)分形圖形的美學(xué)特征。分形圖形在空間結(jié)構(gòu)上體現(xiàn)傳統(tǒng)藝術(shù)形態(tài)中的對(duì)稱形式,分形圖形具有一種局部和更大的局部、或者是局部和整體的對(duì)稱,具有無限精細(xì)的結(jié)構(gòu)層次,在自相似的遞歸結(jié)構(gòu)中,無論是在哪一個(gè)層次的局部都保持整體的基本形態(tài),獲得整個(gè)圖形的和諧、秩序與均衡。分形樹、謝爾賓斯基三角形和經(jīng)典的曼德爾布羅特集等就是具有自相似特性的典型分形圖形。這種自相似性也可以從復(fù)映射的經(jīng)典M集的逐步放大得到,利用MATLAB,改變常數(shù)c的取值,可以得到各式各樣的Julia集。以上表明,本質(zhì)上藝術(shù)與數(shù)學(xué)最為接近,區(qū)別只是使用不同的語言來表達(dá)。
三、結(jié)語
分形是結(jié)構(gòu)的深化,正是分形理論的提出和應(yīng)用使人們以比從前更深刻更準(zhǔn)確的方式方法去認(rèn)知世界,為人們認(rèn)識(shí)世界提供了新視角和新思路。教學(xué)中適當(dāng)引進(jìn)有關(guān)分形的知識(shí)案例,可以多維度地培養(yǎng)大學(xué)生數(shù)學(xué)理念,從而達(dá)到全面提高學(xué)生思維能力水平,培養(yǎng)出更加適應(yīng)新時(shí)期發(fā)展的創(chuàng)新型人才。
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改革開放30多年來,我們進(jìn)行的是追求物質(zhì)效益為主的城鎮(zhèn)化,這種城鎮(zhèn)化要轉(zhuǎn)向人口的城鎮(zhèn)化,以人為本的城鎮(zhèn)化。同時(shí),這30多年,走的是一種“灰色”城鎮(zhèn)化的道路,大部分工業(yè)企業(yè)都是先污染后治理,累積的結(jié)果使中國(guó)城市常受霧霾襲擊。中國(guó)要從“灰色城鎮(zhèn)化”轉(zhuǎn)向“綠色城鎮(zhèn)化”,就必須從速度、廣度的城鎮(zhèn)化轉(zhuǎn)向深度城鎮(zhèn)化,由此提出深度城鎮(zhèn)化的命題。深度城鎮(zhèn)化,屬于城鎮(zhèn)化策略創(chuàng)新,即從地方政府的視角來提政策建議。
新常態(tài)下城鎮(zhèn)化的主要特征與挑戰(zhàn)
1.城鎮(zhèn)化速度將明顯放緩。人們常用若塞姆曲線來表達(dá)大國(guó)城鎮(zhèn)化的歷程。曲線的第一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)是城鎮(zhèn)化率為30%的時(shí)候,城鎮(zhèn)化開始加速;第二個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)是70%的時(shí)候,城鎮(zhèn)化開始減速。實(shí)際上此曲線是美國(guó)地理學(xué)家在20世紀(jì)70年代描繪的,是以新大陸體系國(guó)家(移民為主體的國(guó)家)為樣本的城市化基本規(guī)律形象化。而舊大陸國(guó)家(原住民為主的國(guó)家)并不是這樣,它們的城鎮(zhèn)化峰值一般在65%-70%之間,轉(zhuǎn)折點(diǎn)實(shí)際上在57%附近。這就意味著中國(guó)近幾年城鎮(zhèn)化速率就要開始轉(zhuǎn)折。同時(shí),根據(jù)人口數(shù)據(jù)分析,中國(guó)50歲以上的農(nóng)民工大部分都存在回鄉(xiāng)養(yǎng)老的趨勢(shì)。人口結(jié)構(gòu)的變化和國(guó)際經(jīng)驗(yàn)顯示,中國(guó)的城鎮(zhèn)化實(shí)際上已經(jīng)進(jìn)入了中后期,這意味著每年從農(nóng)村遷入城鎮(zhèn)的人口將開始顯著減少。
2.機(jī)動(dòng)化將強(qiáng)化郊區(qū)化趨勢(shì)。國(guó)際經(jīng)驗(yàn)表明,機(jī)動(dòng)化率達(dá)到30%,即每百人擁有30輛車的機(jī)動(dòng)化水平的時(shí)候,郊區(qū)化趨勢(shì)就會(huì)非常明顯。中國(guó)2014年每百人擁有機(jī)動(dòng)車20輛, “十三五”末期將接近30輛。目前東南沿海已普遍達(dá)到30輛的水平。再加上高速公路總里程將居世界第一位,同時(shí)空氣污染、高房?jī)r(jià)等因素都將對(duì)大城市人口轉(zhuǎn)移產(chǎn)生巨大影響。香港1974年建立了比較完整的信息披露制度,借助其完善的信息分析,可以揭示南方城市霧霾的主因是城市尾氣。北方地區(qū)則是因?yàn)闄C(jī)動(dòng)車污染和冬季取暖煤煙的雙重污染相疊加。
3.城市人口的老齡化快速來臨。通過模型計(jì)算,如果按照現(xiàn)有政策不變的情況,到2050年,中國(guó)人口中位數(shù)將比美國(guó)還要老十歲,這無論是對(duì)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力還是社會(huì)持續(xù)健康發(fā)展來說都是極為不利的。
4.住房需求將持續(xù)減少。主要有兩個(gè)數(shù)據(jù),一個(gè)是中國(guó)已經(jīng)進(jìn)入了城鎮(zhèn)化中后期,進(jìn)城人口會(huì)逐步減少。二是據(jù)國(guó)際貨幣基金組織給出的數(shù)據(jù),城市化之后的日本、法國(guó)人均住房面積約為35到40平方米。中國(guó)雖然未經(jīng)住房普查,但是通過抽樣,我們基本上可以估算人均住房面積已達(dá)35平方米。各地的空城、鬼城不斷涌現(xiàn),再加上最近報(bào)道東北三省人口出生率低于日本,一些城市住房的庫存去化周期已經(jīng)超過10個(gè)月,有的甚至達(dá)到50個(gè)月左右。即使幾年不再建設(shè),庫存房產(chǎn)都處理不了。
5.碳排放的國(guó)際壓力空前增大。在2015年的一次國(guó)際論壇上,微軟創(chuàng)始人比爾?蓋茨驚呼“中國(guó)水泥三年消耗量等于美國(guó)一個(gè)世紀(jì)的總量”;我回應(yīng)他:“在中國(guó)解決住房問題必須依靠水泥鋼筋,不像美國(guó)靠的是木材,水泥消耗量占全球40%屬正常,但當(dāng)前建筑節(jié)能工作進(jìn)展較好,碳峰值將在2030年左右下降。”現(xiàn)在碳排放為什么壓力空前巨大?中國(guó)不僅碳排放量是世界第一,而且人均排放超過世界平均值,同時(shí)總量是當(dāng)前美國(guó)、歐盟的總和。尤其是近10年,中國(guó)碳排放增速是美國(guó)的近5倍。
6.能源和水資源結(jié)構(gòu)性短缺將會(huì)持續(xù)加劇。根據(jù)世界城鎮(zhèn)化經(jīng)驗(yàn),中國(guó)總體上不會(huì)出現(xiàn)城鎮(zhèn)供水難。但是由于氣候變化和突發(fā)性水污染,能源和水資源的局部性短缺、結(jié)構(gòu)性短缺將會(huì)加劇。許多江南水鄉(xiāng)缺水,均屬水質(zhì)性缺水。
7.城市的空氣、水和土壤污染加劇。先行國(guó)家經(jīng)驗(yàn)表明,城鎮(zhèn)化率超過50%的時(shí)候是三大污染最為嚴(yán)重的時(shí)期。在北京周邊,有1000多平方公里的違法用地,這些違法用地就像“包餃子”一樣把北京包圍了,導(dǎo)致傳統(tǒng)的風(fēng)道被封死。國(guó)家氣象局給出數(shù)據(jù):北京市內(nèi)地面風(fēng)速每10年就下降10%。水污染、土壤污染治理難度非常大,一旦污染,治理成本往往是排污利潤(rùn)的5倍以上,治理周期非常長(zhǎng)。
8.小城鎮(zhèn)人居環(huán)境退化,人口流失。中國(guó)的城市跟國(guó)外相比,大城市的光鮮度差不多,而小城鎮(zhèn)卻相去甚遠(yuǎn)。再加上管理不善、公共品提供不足、生態(tài)環(huán)境退化、就業(yè)崗位減少,十年間,中國(guó)小城鎮(zhèn)居民人口減少10個(gè)百分點(diǎn),相當(dāng)于從小城鎮(zhèn)流走了一個(gè)日本的人口。
9.城市交通擁堵日益嚴(yán)重。當(dāng)前交通擁堵正從沿海城市向內(nèi)地全面擴(kuò)散,從早晚高峰向全天候全面擴(kuò)散,從大城市向中小城市全面擴(kuò)散。再加上城市高架橋、大院落都扼殺了綠色交通、步行交通;交通擁堵導(dǎo)致空氣污染加劇,又使原本騎車出行的人們轉(zhuǎn)乘私家車,造成了惡性循環(huán)。
10.城市特色和歷史風(fēng)貌正在喪失。一大批國(guó)外后現(xiàn)代建筑師和具有崇洋思想的決策者相結(jié)合,把中國(guó)變成后現(xiàn)代建筑的大型試驗(yàn)場(chǎng),大量“大、洋、怪”建筑在各處拔地而起。北京有“鳥巢、鳥蛋、鳥腿、鳥嘴”,以致全國(guó)都流行,甚至連貧困縣都有“鳥巢、鳥蛋、鳥腿”。
11.保障性住房過剩與住房投機(jī)過盛并存。當(dāng)前許多城市保障性住房沒人申請(qǐng)而大量空置,前段時(shí)間中央臺(tái)報(bào)道,貴陽有五萬套保障房空置,同樣的問題在許多城市都存在。許多保障房已經(jīng)擱置了兩年,表現(xiàn)出供給側(cè)機(jī)制出了大問題。但是大城市住房的投機(jī)過盛也正在成為現(xiàn)實(shí)的難題,如不盡快采取措施,將可能會(huì)遭遇日本式泡沫破裂的悲劇。
12.城市的防災(zāi)減災(zāi)功能薄弱。根據(jù)哥倫比亞大學(xué)的研究,全球600多個(gè)大城市中,有450個(gè)暴露在同一種災(zāi)害之下。中國(guó)這個(gè)比例更高,因?yàn)橹袊?guó)“城市群”眾多,地下管道為“城市的良心”,卻因“看不見”而被長(zhǎng)期忽視。中國(guó)城市領(lǐng)導(dǎo)任期又比較短,再加上城市人口越密集,人口規(guī)模越大,對(duì)城市災(zāi)害的放大效應(yīng)越明顯。中國(guó)城市屬緊湊型城市,城市災(zāi)害一旦發(fā)生,造成的生命財(cái)產(chǎn)損失將特別巨大。
深度城鎮(zhèn)化主要策略
1.要穩(wěn)妥地開展農(nóng)村試點(diǎn)。 “十三五”期間將是中國(guó)大城市郊區(qū)化活力最高的時(shí)期。為保證城市的緊湊式發(fā)展和節(jié)約耕地,首先必須正視和有效克服農(nóng)村建設(shè)用地平等入市式改革可能存在的負(fù)面效應(yīng),并使其服從、服務(wù)于健康城鎮(zhèn)化。應(yīng)該明確指出,在機(jī)動(dòng)化時(shí)代到來的時(shí)候,我們首先要防止出現(xiàn)美國(guó)式的城市蔓延。如果集體建設(shè)用地沒有規(guī)??刂?,城市蔓延的局面將難以收拾。這方面的限制政策已出臺(tái),有的正在進(jìn)行更全面的調(diào)整,在“十三五”規(guī)劃建議中已有體現(xiàn)。
2.以“韌性”城市規(guī)劃來統(tǒng)領(lǐng)整個(gè)城市各種基礎(chǔ)建設(shè),提高防災(zāi)性能。國(guó)際韌性聯(lián)盟(Resilience Alliance)將“韌性城市”定義為“城市或城市系統(tǒng)能夠消化并吸收外界干擾(災(zāi)害),并保持原有主要特征、結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵功能的能力”。韌性城市應(yīng)具有技術(shù)彈性、組織彈性、社會(huì)彈性和經(jīng)濟(jì)彈性,其中技術(shù)彈性是指城市生命線受到外界干擾(災(zāi)害)之后,保持其主要功能的那種彈性。這種彈性對(duì)城市宜居性非常重要。我們應(yīng)該以這種新理念對(duì)城市進(jìn)行整體的基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃再創(chuàng)新。建議把海綿城市、城市綜合管廊示范城市、新能源城市、低碳生態(tài)城市、智慧城市統(tǒng)籌起來,用城市彈性的理念加以整合,使城市極大提高防災(zāi)減災(zāi)性能。
3.推行城市交通需求側(cè)管理。在城市交通空間資源非常有限情況下,增加道路供給往往不易實(shí)現(xiàn)減堵效應(yīng),必須實(shí)行需求側(cè)改革。過去強(qiáng)調(diào)滿足私家車出行的供給側(cè)項(xiàng)目,比如說建設(shè)高架路、立交橋,盲目拓寬街道,取消和壓縮自行車道,這已經(jīng)形成惡果;而且各種交通工具對(duì)霧霾和能耗的貢獻(xiàn)完全不一樣。應(yīng)該從需求側(cè)入手調(diào)整,大幅提高綠色交通比例、倡導(dǎo)可持續(xù)的交通模式。
4.變革保障房建設(shè)體制,降低房地產(chǎn)泡沫風(fēng)險(xiǎn)。如果繼續(xù)放大房地產(chǎn)泡沫,那可能會(huì)出現(xiàn)日本式的經(jīng)濟(jì)斷崖式下降惡果。應(yīng)該將中國(guó)保障房建設(shè)模式及時(shí)轉(zhuǎn)向歐盟模式,學(xué)習(xí)歐盟各國(guó)動(dòng)員低收入群體自發(fā)開展合作建房的經(jīng)驗(yàn),出臺(tái)相關(guān)法規(guī)和扶持政策,變政府建、政府管為民眾合作建、自己管,政府監(jiān)管扶持的新模式。戰(zhàn)后歐盟形成了住房合作社模式,這種模式是中低收入市民自己組織建房的模式。如果市民收入低、無房住、缺房住,才開始合作建設(shè),就不會(huì)出現(xiàn)中國(guó)保障房供需脫節(jié)、工作地和住宅脫節(jié)、建設(shè)與配套脫節(jié)等弊端。
5.全面保護(hù)歷史街區(qū),恢復(fù)城市文脈。城市歷史文脈的傳承和歷史街區(qū)是城市特色的主要載體。只有傳統(tǒng)的、歷史的、民族的,才是世界的,這樣,城市歷史文化才會(huì)成為能不斷增值的綠色資源。很多北歐、西歐城市是二戰(zhàn)以后重建的,完全按照原有面貌重建。盡管這些城市目前很少有工業(yè)產(chǎn)業(yè),但其經(jīng)濟(jì)收入的80%以上是靠獨(dú)特的建筑歷史文化傳承發(fā)展旅游產(chǎn)業(yè)而來。
6.推行“美麗宜居鄉(xiāng)村”建設(shè),保護(hù)和修復(fù)農(nóng)村傳統(tǒng)村落。中國(guó)有約70萬個(gè)傳統(tǒng)村落,這些傳統(tǒng)村落歷史上都是先人們精心選址建造的,也是我們中國(guó)人心目中的“桃花源”。如果錯(cuò)誤地把它們整合成小規(guī)模城市社區(qū),則我們不僅損失的是文化的軟實(shí)力,而且損失的是以鄉(xiāng)村命名的無數(shù)優(yōu)質(zhì)農(nóng)副產(chǎn)品的地理依托。在這些問題上,我們一定要頭腦清醒,把這些文化遺產(chǎn)保留下來,會(huì)源源不斷增值。
7.編制和落實(shí)城市群協(xié)同發(fā)展規(guī)劃。霧霾等污染問題不是一個(gè)城市就能解決的,應(yīng)該通過管理機(jī)制創(chuàng)新,通過空間規(guī)劃,城市間協(xié)同進(jìn)行資源共享、環(huán)境共治、基礎(chǔ)設(shè)施共建、支柱產(chǎn)業(yè)共布局來解決。許多其他城市問題也都需要從“群”的角度來解決。
8.對(duì)既有建筑進(jìn)行“加固、節(jié)能、適老”改造。這類建筑約占城市建筑量的35%。這一批建筑壽命大都已30多年?,F(xiàn)在陽臺(tái)塌下來、結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大問題的比比皆是,通過“加固、節(jié)能、適老”改造,對(duì)這種建筑分批進(jìn)行統(tǒng)一改造,不僅利國(guó)利民、還可以增加有效投資。對(duì)于這種改造,大維修基金可以出錢、節(jié)能減排國(guó)家給補(bǔ)貼、老百姓再出一點(diǎn)資,總體可以形成約十萬億的市場(chǎng)規(guī)模。
9.以綠色小城鎮(zhèn)為抓手,分批進(jìn)行人居環(huán)境的提升和節(jié)能減排改造。小城鎮(zhèn)最容易融入到“望得見山水”的美景之中,最容易改造成綠色城市。通過調(diào)查農(nóng)民進(jìn)城意愿,子女教育和就醫(yī)資源需求排在最前面。浙江省、上海市已經(jīng)推行新的模式,動(dòng)員當(dāng)?shù)厝揍t(yī)院、名校對(duì)口把小城鎮(zhèn)的醫(yī)院、學(xué)校改成它的分院、分校,這樣當(dāng)?shù)氐尼t(yī)院、學(xué)校一下子提高了質(zhì)量檔次,深受老百姓歡迎。
10.以治理“城市病”為突破口,全面推進(jìn)智慧城市建設(shè)?,F(xiàn)在的“智慧城市”,十有八九是“偽智慧”“白智慧”“空智慧”,不能解決城市實(shí)際問題。“智慧城市”必須有三個(gè)導(dǎo)向:一是有利于節(jié)能減排;二是有利于提高城市治理的績(jī)效;三是有利于解決城市病。在此基礎(chǔ)上再實(shí)現(xiàn)老百姓生活的豐富化,便捷化。若離開了這三大核心公共品的提供,智慧城市建設(shè)就如同隔靴搔癢。
小結(jié)
1.城市幾乎是我們面臨的所有社會(huì)和環(huán)境病癥的根源,但也是解決問題的鑰匙?!吧疃瘸擎?zhèn)化”,正是解決過去“廣度城鎮(zhèn)化”所帶來問題的總抓手。
2.城市是80%的GDP、95%的創(chuàng)新成果、85%的稅收和財(cái)富的聚集器;更重要的,城市是文化的容器。城市的財(cái)富隱藏在空間結(jié)構(gòu)中間,若空間結(jié)構(gòu)是引人入勝、是歷史傳承的,就會(huì)是不斷增值的,否則就是一堆建筑垃圾。
3.城市“硬件”的改善必須從建筑到基礎(chǔ)設(shè)施,從小區(qū)到城市使其“綠色化”,再加上智慧城市這個(gè)“軟件”,通過“中西醫(yī)調(diào)治”,才能達(dá)到治理“城市病”、擴(kuò)大內(nèi)需這樣具有雙重效應(yīng)的目標(biāo)。
4.深度城鎮(zhèn)化,要求治理的策略擴(kuò)大到城市群以及城鄉(xiāng)范圍,才能奏效。
創(chuàng)意地理教具的目的:在課堂上使用創(chuàng)意教具,首要目的是將知識(shí)點(diǎn)通過更簡(jiǎn)單的模型模具來直觀表達(dá),讓學(xué)生在更短的時(shí)間內(nèi)明白難以理解的知識(shí)點(diǎn);第二個(gè)重要目的是通過創(chuàng)意教具來活躍整個(gè)課堂,培養(yǎng)學(xué)生對(duì)地理課的興趣,讓他們能在玩中學(xué),在學(xué)中樂,從而促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí);最后就是在有條件的情況下,讓學(xué)生自主參與教具的制作,這樣能夠極大地培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦的能力,并能讓他們和教師一起參與,從而拉近了師生距離,使得課堂更加活躍。
二、地理教學(xué)創(chuàng)意教具的案例探索
六年的地理教學(xué)探索,對(duì)于創(chuàng)意教具的使用也有幾點(diǎn)心得,筆者通過教學(xué)中實(shí)際運(yùn)用的幾個(gè)教具案例和大家探討分析。
1.經(jīng)線及經(jīng)度的劃分———三個(gè)半圓形紙片的使用。
湘教版地理七年級(jí)上冊(cè)第二章第一節(jié)中的認(rèn)識(shí)地球,是初中生第一次接觸到經(jīng)度及經(jīng)線的概念,據(jù)以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),加之對(duì)整個(gè)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的反思,這一節(jié)中女生很難理解整個(gè)地球空間知識(shí)體系。針對(duì)學(xué)生理解的難度,筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的三個(gè)半圓狀的紙片,分別引導(dǎo)學(xué)生來理解幾個(gè)概念,分別讓學(xué)生理解經(jīng)線的概念,再通過圓片的夾角產(chǎn)生讓學(xué)生明白經(jīng)度的產(chǎn)生過程,從而讓學(xué)生更直觀地認(rèn)識(shí)經(jīng)線及經(jīng)度的基本定義特點(diǎn)。
2.創(chuàng)意經(jīng)緯網(wǎng)的課堂體驗(yàn)———以行列作為經(jīng)緯網(wǎng)。
經(jīng)緯網(wǎng)是初中階段學(xué)生最難理解的知識(shí),經(jīng)緯網(wǎng)的教學(xué)一直是地理教師深刻挖掘的一個(gè)方面,為了更好地活躍課堂,經(jīng)緯網(wǎng)的教學(xué)中,以學(xué)生剛來不了解作為課堂基本導(dǎo)入,并設(shè)定特定排和特定組分別作為赤道與本組子午線,根據(jù)教室里面的課桌分布,設(shè)定幾個(gè)特定經(jīng)度與緯度。授課時(shí)說一個(gè)經(jīng)緯度,請(qǐng)?jiān)撏瑢W(xué)站起來,并且讓其說出一個(gè)經(jīng)緯度依次傳遞下去,這樣在教室里就形成了一個(gè)局部的經(jīng)緯網(wǎng),每個(gè)學(xué)生就對(duì)應(yīng)一個(gè)點(diǎn),從而衍生到整個(gè)經(jīng)緯網(wǎng)的講授過程。這樣,整個(gè)課堂上每個(gè)學(xué)生都有事情做,每個(gè)人都是學(xué)習(xí)的主人,課堂怎能不生動(dòng)活潑呢?
3.天氣與氣候教學(xué)———學(xué)生自主制作天氣符號(hào)。
本課堂以中央電視臺(tái)的天氣預(yù)報(bào)作為一個(gè)基本導(dǎo)入,讓學(xué)生知道天氣預(yù)報(bào)的播報(bào)過程,上課過程中,拿出課前用彩色卡紙制作了一套表示天氣符號(hào)和風(fēng)向風(fēng)級(jí)符號(hào)的卡片,許多符號(hào)可以制作在一起,制作成一個(gè)復(fù)合型的卡片,例如天氣符號(hào)晴,多云,陰,小雨,中雨,大雨,暴雨,雨夾雪,表示風(fēng)向和風(fēng)級(jí)的符號(hào)2~6級(jí)可以制作在一張上,8~12級(jí)可以制作在一張上。最后設(shè)計(jì)一個(gè)小游戲,利用這些卡片來做一些小游戲,例如利用這些符號(hào)讓學(xué)生模仿天氣預(yù)報(bào)員來向同學(xué)播報(bào)幾個(gè)城市的天氣情況。
4.再也不是難懂的等高線地形圖———野外教學(xué)+自主制作等高線模型。
等高線地形圖是學(xué)生在初中接觸經(jīng)緯網(wǎng)后再次接觸到的知識(shí)性難點(diǎn),對(duì)于等高線的判讀是初中生較為難懂的地方,如何能夠在短時(shí)間內(nèi)更好地看懂和理解等高線地形圖,是目前教學(xué)過程中重點(diǎn)探索的。本課堂設(shè)計(jì),首先初步講解各種等高線基本判讀,特別是在平面圖上通過等高線的曲線變化,讓學(xué)生建立立體概念并進(jìn)行空間定位;在講解之后帶領(lǐng)學(xué)生去野外對(duì)于實(shí)際空間形象有一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)。關(guān)于等高線地形的制作,制作過程中使用的原料有彩紙板、海綿膠、泡沫板,工具有剪刀、裁紙刀。用不同顏色的紙板代表不同的海拔高度。用泡沫和彩紙板制作成有緩坡、陡坡的山體。山體分為六層。用畫板作底板,用海綿膠固定。教學(xué)中的使用:底板上有山體模型,向?qū)W生說明“這是一座山的模型,山頂?shù)暮0胃叨葹?80米”,讓學(xué)生形成山體的印象。讀圖認(rèn)識(shí)山地不同部位(山頂、山脊、山谷、鞍部、陡崖)的名稱。學(xué)生側(cè)視可見山體,俯視則可見清晰的等高線圖。觀察等高線疏密狀況,等高線密集表示坡陡,等高線稀疏表示坡緩。
三、創(chuàng)意教具在未來地理教學(xué)的深度思考
根據(jù)已知自制學(xué)具,利于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才,教學(xué)不只是知識(shí)傳遞和執(zhí)行的過程,更是課程創(chuàng)新與開發(fā)的過程。創(chuàng)造性學(xué)習(xí)離不開創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力,創(chuàng)新能力源于觀察學(xué)生、教學(xué)思考、思維想象和解決問題能力的培養(yǎng)、提高。而地理教具或?qū)W具的親手制作,極大地豐富了課堂教學(xué)內(nèi)容,同時(shí)也給了學(xué)生一個(gè)充分展示自我的廣闊空間,做要靠想來指導(dǎo),想要靠做來證明。
首先,創(chuàng)意教具更應(yīng)該體現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。動(dòng)手能力的培養(yǎng)、對(duì)知識(shí)的運(yùn)用與創(chuàng)新則顯得尤為重要。學(xué)生通過對(duì)地理知識(shí)的認(rèn)知后,倘使能讓他們通過自己動(dòng)手,制作出與此相關(guān)的實(shí)物學(xué)具,讓學(xué)生在實(shí)踐中得到鍛煉,同時(shí)亦能在制作中檢驗(yàn)對(duì)知識(shí)的掌握程度。這樣既能豐富學(xué)生的課余生活,又能增進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使個(gè)性特長(zhǎng)和能力得到充分的發(fā)揮。
其次,創(chuàng)意教具應(yīng)當(dāng)是以地理實(shí)體化、地圖化呈現(xiàn),將教具作為重要媒介,將教具的功能發(fā)揮到極致,成為地理教學(xué)的主打陣營(yíng),豐富了課堂教學(xué)信息。在教學(xué)過程中,只有師生共同協(xié)作設(shè)計(jì)教具,才能夠更好地呈現(xiàn)地理知識(shí)。教學(xué)過程中通過創(chuàng)意教具以視覺的、數(shù)字的或觸覺的方式表現(xiàn)地理信息。不管是什么樣的創(chuàng)意教具,它的基本功能都有兩個(gè)核心:輔助地理知識(shí)的教學(xué),優(yōu)化難點(diǎn)教學(xué)過程;可視化表達(dá)地理知識(shí)。
再次,在地理教學(xué)中,教師都會(huì)或多或少地設(shè)計(jì)地理教學(xué)用具,如何通過教具來讓學(xué)生認(rèn)識(shí)大千世界,構(gòu)建學(xué)生自己的地理知識(shí)結(jié)構(gòu),這是教師在教學(xué)過程中需要琢磨設(shè)計(jì)的,豐富多彩的地理創(chuàng)意教具,在外形上極大地吸引了學(xué)生,高效地豐富了地理課堂教學(xué),讓學(xué)生從干巴巴的文字中跳出來,能高效地調(diào)動(dòng)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的激情。
1.1城市化的水文效應(yīng)研究
綜合已有研究,將城市化過程中對(duì)區(qū)域水循環(huán)和水文過程產(chǎn)生的影響以及由此引發(fā)的水文現(xiàn)象稱為城市化水文效應(yīng).從水文過程的本身來看,城市化帶來的水文過程效應(yīng)主要包括:城市降雨過程特征突變、城市耗散強(qiáng)度增大以及城市產(chǎn)匯流過程畸變等.對(duì)于城市降雨過程,眾多研究表明,城市市區(qū)內(nèi)的降水量顯著高于郊區(qū)降水量,城市周圍降水時(shí)空趨勢(shì)性分布十分明顯.其主要原因是城市化對(duì)水分和能量收支的影響,這些影響被稱之為城市“熱島效應(yīng)”、“雨島效應(yīng)”、城市“干/濕島效應(yīng)”等.其中,城市“雨島效益”和“干/濕島效應(yīng)”與城市“熱島效應(yīng)”密切相關(guān).在城市“熱島效應(yīng)”方面,Gedzelman等人、Champollion等人、Bottyan和Unger、Nadir基于城區(qū)和郊區(qū)的氣溫觀測(cè)數(shù)據(jù)分別研究了美國(guó)紐約、法國(guó)巴黎、匈牙利塞巨(Szged)、蘇丹喀土穆等城市的熱島效應(yīng),發(fā)現(xiàn)紐約城市熱島效應(yīng)最強(qiáng),城區(qū)和郊區(qū)的氣溫差最高可達(dá)8℃.張景哲等人、周淑貞對(duì)北京、上海的“熱島效應(yīng)”做了系統(tǒng)研究.在“熱島效應(yīng)”定量模擬方面,日本學(xué)者Kimura和Takahashi,Toshiaki和Kazuhiro建立了人工熱排放(包括汽車尾氣、工業(yè)廢熱、人工取暖等)的精細(xì)模擬模型,繪制了較為詳細(xì)的逐日和年際人工熱排放變化圖.香港城市大學(xué)Chan教授建立了考慮熱島效應(yīng)的城區(qū)溫度變化修正曲線.在“雨島效應(yīng)”方面,黃國(guó)如和何泓杰,王棟成等人在濟(jì)南的研究表明:“雨島效應(yīng)”導(dǎo)致城市增雨率約為10%;曹琨等人選取1959~2007年上海市龍華站降水、氣溫資料及青浦、嘉定降水資料,運(yùn)用累積曲線、距平統(tǒng)計(jì)和相對(duì)偏差對(duì)比等方法對(duì)上海地區(qū)降水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)“雨島效應(yīng)”主要集中于汛期5~10月,市區(qū)降水平均年增長(zhǎng)率為郊區(qū)的1.6倍;目前,在國(guó)際上關(guān)于“雨島效應(yīng)”具有2個(gè)基本觀點(diǎn):一是城市化導(dǎo)致城區(qū)高強(qiáng)度降水增加;二是城市化及其工業(yè)污染產(chǎn)生的氣溶膠導(dǎo)致城區(qū)降水減少.第一種觀點(diǎn)的代表性研究在墨西哥城,Jauregui和Romales通過1941~1985年的數(shù)據(jù)分析,發(fā)現(xiàn)夏季城區(qū)“>20mm/h”的高強(qiáng)度降水明顯增加,而同時(shí)期郊區(qū)雨量站的降水沒有顯著變化.第二種觀點(diǎn)的代表性人物是Daniel,他基于NOAAAVHRR數(shù)據(jù)和歷史降水?dāng)?shù)據(jù)分析得出“城市化和工業(yè)污染導(dǎo)致區(qū)域降水量減少”.這兩派觀點(diǎn)看似矛盾,實(shí)際具有科學(xué)上的內(nèi)在一致性,城區(qū)點(diǎn)上極端(高強(qiáng)度)降水增加,是以面上其他區(qū)域降水的減少為代價(jià)的,因?yàn)閰^(qū)域水汽通量條件并沒有發(fā)生大的變化,“點(diǎn)”上多必然導(dǎo)致“面”上少.在“干/濕島效應(yīng)”方面,目前的研究主要集中在對(duì)長(zhǎng)時(shí)期、大范圍氣象觀測(cè)資料的對(duì)比分析上,Katharine等人基于全球1973~2003年系列5°5°分辨率的逐月地表濕度分布數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),城市化及其他人類活動(dòng)導(dǎo)致地表水汽含量(絕對(duì)濕度)明顯增加.Brown和Degaetano基于美國(guó)145個(gè)氣象站的逐小時(shí)濕度數(shù)據(jù)分析了美國(guó)1930~2010年的地表濕度演變趨勢(shì),發(fā)現(xiàn)絕對(duì)濕度普遍增加,相對(duì)濕度在城市和郊區(qū)表現(xiàn)不一樣,東部、中部和西部表現(xiàn)也不一樣,大體是東部城市呈現(xiàn)“干島”,西部城市呈現(xiàn)“濕島”.顧麗華等人利用4個(gè)氣象站1961~2005年水汽壓、相對(duì)濕度的資料,對(duì)南京市的城市干島和濕島效應(yīng)進(jìn)行了全面、細(xì)致的研究,發(fā)現(xiàn)南京在平均相對(duì)濕度和水汽壓上表現(xiàn)為明顯的干島效應(yīng),隨著城市規(guī)模的發(fā)展,南京城市干島效應(yīng)總體為增強(qiáng)的趨勢(shì);在浙江麗水和福建廈門,潘婭英等人和張少麗等人的研究也得到了“城市干島”的結(jié)論.在城市蒸散發(fā)研究方面,已有研究認(rèn)為,由于城市化進(jìn)程使植被、土壤等下墊面條件被不透水硬地面替代,持水下墊面的減少會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)量的減少.倪廣恒和敬書珍基于遙感技術(shù)研究了城市蒸散發(fā)過程與土地利用/覆蓋的響應(yīng)關(guān)系;吳炳方和邵建華基于遙感影響建立了區(qū)域蒸騰蒸發(fā)量的時(shí)空推演方法,該方法在流域大尺度范圍內(nèi)應(yīng)用較好,但其空間分辨率較低,對(duì)城市區(qū)的模擬精度受到限制,而且也沒有考慮城市人工取用水的蒸發(fā)耗散.Qin等人將下墊面分為5類(耕地、城鄉(xiāng)居工地、陸生植被區(qū)、水生植被區(qū)、未利用土地),分別提出了各項(xiàng)ET的理論與計(jì)算方法,在城市耗水計(jì)算中綜合運(yùn)用了用水定額、耗水系數(shù)和水量平衡法.在耗水率計(jì)算方面,李彥東認(rèn)為“工業(yè)和生活用水的蒸發(fā)耗水率不超過10%”.孟凡貴在博文“制度性干旱”的附文中()測(cè)算北京市區(qū)工業(yè)和生活蒸發(fā)耗水僅為133mm,由此推斷城市單位面積水耗遠(yuǎn)比農(nóng)田小,對(duì)水源的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)比農(nóng)田大,這一計(jì)算忽略了城市中水回用及復(fù)雜的循環(huán)轉(zhuǎn)化消耗過程,結(jié)果偏小.“制度性干旱”的觀點(diǎn)一度引起學(xué)術(shù)界的爭(zhēng)論.中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所張佳寶研究員()在接受《科學(xué)時(shí)報(bào)》采訪時(shí)說:“(孟凡貴)之所以能得出一些令人觸目驚心的結(jié)論,是因?yàn)樵撐脑谟?jì)算各項(xiàng)水資源消耗量時(shí)有一些問題”.以上爭(zhēng)論從一個(gè)側(cè)面反映了學(xué)術(shù)界和社會(huì)公眾對(duì)蒸發(fā)耗水的關(guān)注.總體來看,目前城市蒸散發(fā)對(duì)自然側(cè)、大尺度的研究較多,對(duì)考慮城市耗用水過程的綜合蒸散發(fā)過程的研究還比較少.
1.2城市化伴生的水環(huán)境及水生態(tài)效應(yīng)
從歷史的發(fā)展來看,城市化和工業(yè)化往往導(dǎo)致城市環(huán)境惡化,生態(tài)受到較大破壞.中國(guó)目前處于工業(yè)化中后期和快速城市化時(shí)期,城市環(huán)境和生態(tài)質(zhì)量逐漸成為制約社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素.其中,水環(huán)境和水生態(tài)是城市生態(tài)環(huán)境體系的重要組成部分.2007年,經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)的“中國(guó)環(huán)境報(bào)告”指出,中國(guó)在經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的同時(shí),環(huán)境質(zhì)量水平大幅度下滑,“與世界上最貧窮的國(guó)家近似”.根據(jù)中國(guó)人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部《2013中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》,中國(guó)已有超過30%的主要河流、70%的湖泊和20%的沿海水域遭到嚴(yán)重污染,尤其是河流流經(jīng)城市段的污染最為嚴(yán)重.同時(shí),城市區(qū)域地下水污染問題不容忽視,地下水水質(zhì)優(yōu)良的比例僅占37.3%.水環(huán)境和水生態(tài)惡化不僅對(duì)居民飲用水安全構(gòu)成威脅,也是城市實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長(zhǎng)的絆腳石.因此,近些年來,城市化、工業(yè)化伴生的水環(huán)境與水生態(tài)效應(yīng)相關(guān)研究成為城市水文學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一.在城市水環(huán)境方面,以水環(huán)境承載力研究為著眼點(diǎn),Zacharof等人,Schütze等人在此基礎(chǔ)上提出了水環(huán)境納污能力計(jì)算、水環(huán)境過程演變模擬等模型和污水處理系統(tǒng)的實(shí)施監(jiān)控方案.水環(huán)境納污計(jì)算模型可以定量求解水環(huán)境承載力,對(duì)城市建設(shè)決策,可持續(xù)發(fā)展提供有力依據(jù).郭懷成和唐劍武以山東臨淄為例,建立了該區(qū)水環(huán)境系統(tǒng)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)與決策模型,由模型獲得定量化水環(huán)境承載力,以研究城市水環(huán)境與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)綜合協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略及對(duì)各協(xié)調(diào)策略進(jìn)行評(píng)價(jià).崔鳳軍采用系統(tǒng)研究方法,利用城市水環(huán)境承載力指數(shù)分析城市水環(huán)境,對(duì)策略變量做出預(yù)測(cè)、優(yōu)化,并利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模擬手段進(jìn)行了實(shí)證研究.左其亭等人提出了計(jì)算城市水環(huán)境承載能力的“控制目標(biāo)反推模型”(COIM模型),同時(shí)以鄭州市為應(yīng)用范例,介紹城市水環(huán)境承載能力計(jì)算模型應(yīng)用及水環(huán)境調(diào)控對(duì)策制定.水環(huán)境和水質(zhì)過程演變研究主要從污染物性質(zhì),污染事件的過程與方式等方面認(rèn)識(shí)環(huán)境惡化與水質(zhì)劣變過程的演化機(jī)理,同時(shí)提出相關(guān)防治對(duì)策.張學(xué)勤和曹光杰就城市水質(zhì)問題提出了節(jié)約用水、控制點(diǎn)源和面源污染、加強(qiáng)城市綠地建設(shè)、生態(tài)修復(fù)城市水體等改善城市水環(huán)境質(zhì)量的具體措施.任玉芬等人通過對(duì)不同城市下墊面的分析,研究了屋面和路面等不透水面以及綠地3類城市主要下墊面形式的降雨徑流污染.Zheng等人通過動(dòng)態(tài)建模方法,研究城市雨水徑流多環(huán)芳香烴(PAH)的污染評(píng)估.Gnecco等人研究了在城市表面的降雨污染,分別調(diào)查了屋頂和路面污染情況.結(jié)果顯示在路面徑流中最顯著的污染物為溶解形式的Cu,Pb和Zn的重金屬;關(guān)于屋頂徑流,鋅濃度是非常高的.Vizintin等人使用結(jié)合過程的模型,測(cè)定考慮城市水循環(huán)的城市沖積含水層地下水污染.在城市水生態(tài)方面,相關(guān)研究結(jié)合城市生態(tài)建設(shè)管理實(shí)踐,通過水與其他生態(tài)要素的統(tǒng)一分析,為城市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù)與科學(xué)建議.早期的城市生態(tài)建設(shè)規(guī)劃主要考慮城市結(jié)構(gòu)、形態(tài)設(shè)計(jì)等,忽視了能源的節(jié)約和環(huán)境的保護(hù),直到20世紀(jì)90年代初,城市水問題、水環(huán)境和水生態(tài)的研究才逐漸受到重視.Kattel等人認(rèn)為,城市生態(tài)是一個(gè)聯(lián)合的整體,是建筑、土地利用、城市綠地、道路、濕地、棲息地及島嶼等不同的組合聚集在一起形成的,維持城市生態(tài),保障城市可持續(xù)發(fā)展十分重要.Gbel等人提出了擬自然的城市水文生態(tài)管理方法,并評(píng)估了這種管理模式下城市地下水的響應(yīng)規(guī)律.王沛芳等人提出了水安全、水環(huán)境、水景觀、水文化和水經(jīng)濟(jì)五位一體的城市水生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)模式.Wang等人研究了青島嶗山區(qū)水資源和生態(tài)環(huán)境的綜合管理,對(duì)于城市居民區(qū)的廢水排放,為預(yù)防水體富營(yíng)養(yǎng)化和藻類的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)匯集,人工濕地和沿岸水生植物形成了緩沖地帶.周文華等人以北京市為例,探討了城市水生態(tài)足跡的內(nèi)涵和4種典型城市水生態(tài)足跡的發(fā)展軌跡,提出了基于城市生態(tài)需水量的水生態(tài)足跡的核算方法.劉武藝等人定義了基于城市水生態(tài)系統(tǒng)健康的生態(tài)承載力,提出了“基于城市水生態(tài)系統(tǒng)健康的生態(tài)承載力-壓力量化模型”,并根據(jù)理論模型設(shè)計(jì)了計(jì)算模型.綜上所述,城市水環(huán)境與水生態(tài)效應(yīng)研究不單單局限于水資源本身,需要結(jié)合城市整體建設(shè)規(guī)劃,考慮經(jīng)濟(jì)和社會(huì)因素.在水環(huán)境治理方面,水環(huán)境承載力具備了一定的研究基礎(chǔ),今后主要的研究方向應(yīng)該側(cè)重于污染物的運(yùn)移轉(zhuǎn)化,以及污染事件和水質(zhì)劣變過程機(jī)理的認(rèn)識(shí)和模擬等方面.水生態(tài)研究作為城市生態(tài)建設(shè)的重要部分,則緊密結(jié)合了經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等各類因素.城市生態(tài)需水量、城市生態(tài)承載力等研究都已開展.在城市生態(tài)建設(shè)日益得到重視的情況下,水生態(tài)學(xué)的研究將以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo),為統(tǒng)籌規(guī)劃、綜合管理提供理論依據(jù).
1.3城市化水文過程機(jī)理研究
城市化水文過程機(jī)理研究是城市水文研究的另一重要分支,這部分研究可劃分為“自然”和“社會(huì)”2個(gè)方面.“自然”方面重點(diǎn)研究天然降水在城市復(fù)雜下墊面上的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化和消耗過程;“社會(huì)”方面則集中于城市供用水方式和排水過程特征等領(lǐng)域.“自然”方面早期主要關(guān)注城市暴雨洪水及市政排水設(shè)計(jì)等工程問題,中國(guó)部分高校為此開設(shè)了“城市水利工程”專業(yè).近期關(guān)注城市水文內(nèi)在機(jī)理與模擬預(yù)測(cè)等基礎(chǔ)科學(xué)問題,包括不同城市下墊面的降雨-徑流關(guān)系、城市產(chǎn)匯流集成模擬、城市暴雨洪水的源頭控制(Perrine等人),代表性成果包括Smith等人,Ragab等人,Amaguchi等人,Naftaly等人,Thomas等人,Yang等人,Ramier等人.研究結(jié)果表明,城市化對(duì)天然水循環(huán)的影響作用主要集中在以下幾個(gè)方面:
(1)城市化進(jìn)程改變了天然的下墊面條件,隔斷了地表、土壤與地下的水文聯(lián)系,在一定程度上改變了區(qū)域的產(chǎn)匯流特性;
(2)城市化進(jìn)程破壞了已有的水文格局,改變了原有的水生態(tài)系統(tǒng)平衡,對(duì)城市生態(tài)環(huán)境造成一定程度的影響;
(3)城市化進(jìn)程從整體上改變了城市水文系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力,增大了城市洪水內(nèi)澇的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn).“社會(huì)”方面,已有研究重點(diǎn)關(guān)注城市供水安全,研究不同城市單元的用水量及其影響因素以及城市水體水質(zhì)劣變與驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究等.Mercedes等人對(duì)巴塞羅那居住區(qū)游泳池的用水量進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)城市游泳池的用水約占了總用水量的10%,富人區(qū)游泳池相對(duì)較多,人均用水量也更高一些.Rachelle等人通過澳大利亞金海岸城132個(gè)家庭的用水觀測(cè)和行為分析,研究了有無節(jié)水意識(shí)對(duì)最終生活用水量的影響.Peter和Denny對(duì)澳大利亞布里斯班城市資源消耗(水資源、能源、住房)的決定因素的半定量分析表明,用水量的決定因素主要取決于收入水平,個(gè)人節(jié)水意識(shí)對(duì)片區(qū)用水量的影響較小.Angela和Thomas研究了西班牙馬洛卡旅游度假區(qū)的用水量,指出高端旅游度假區(qū)人均用水量最高,其原因之一就是其私家花園的用水量占到了夏天總用水量的70%,大眾旅游度假區(qū)的花園用水量占30%,城市居住區(qū)約占20%.劉家宏等人、左其亭剖析了中國(guó)城市生活用水指標(biāo)的演變機(jī)理,建立了考慮氣候、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等因素的城市生活用水指標(biāo)計(jì)算模型.城市水質(zhì)劣變和污染負(fù)荷驅(qū)動(dòng)機(jī)制是“社會(huì)”側(cè)的新的研究熱點(diǎn).Chebbo和Gromaire通過法國(guó)巴黎一個(gè)名叫“LeMarais”的城市試驗(yàn)小區(qū)的綜合觀測(cè),定量分析了下水道系統(tǒng)的污染負(fù)荷,分別估計(jì)了徑流,廢污水和下水道的沉積物對(duì)總污染負(fù)荷的貢獻(xiàn).Campisano等人利用數(shù)學(xué)建模和實(shí)驗(yàn)觀測(cè),研究了下水道的沖洗脈沖波對(duì)管道沉積物的沖刷效應(yīng).李家科等人從機(jī)理模型、統(tǒng)計(jì)模型和概念模型3個(gè)方面進(jìn)行了歸類整理,梳理總結(jié)了城市面源污染估算的主要方法和模型,系統(tǒng)地闡述了城市地表徑流污染的過程機(jī)理與描述方案.
1.4城市水文過程模擬模型
城市水文過程模擬模型研究主要集中在城市產(chǎn)匯流與暴雨內(nèi)澇過程方面,已有研究認(rèn)為城市化導(dǎo)致城市產(chǎn)匯流機(jī)制和產(chǎn)匯流特性均發(fā)生改變.Urbonas等人繪制了城市暴雨徑流系數(shù)與城市不透水面積比例的相關(guān)關(guān)系圖,表明隨著城市下墊面不透水特性的增強(qiáng)城市產(chǎn)流系數(shù)迅速增大.Brun和Band研究表明,城市不透水面增加0.1~1倍,產(chǎn)生的地表徑流將增加2~5倍.Seth等人在美國(guó)對(duì)高度城市化流域和自然流域進(jìn)行對(duì)比研究后發(fā)現(xiàn),城市化區(qū)域降雨徑流峰值要比自然流域高出30%以上,同時(shí),城市化區(qū)域徑流衰退系數(shù)要比自然流域低40%左右.Mark等人和Schmitt等人解析了暴雨洪水時(shí)城市表面流和下水管道流量之間的相互作用.我國(guó)學(xué)者在城市產(chǎn)匯流和洪澇研究領(lǐng)域主要集中在對(duì)城市降雨和徑流的預(yù)報(bào)上.許有鵬等人以我國(guó)南方城市地區(qū)為例,借助“3S”技術(shù)平臺(tái),對(duì)區(qū)域徑流過程進(jìn)行了模擬,結(jié)論表明快速城市化導(dǎo)致區(qū)域不透水率增加,河網(wǎng)滯蓄能力下降,區(qū)域徑流深度和徑流系數(shù)增大.由于水文過程的復(fù)雜性和不確定性,原型觀測(cè)的難度較大.隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)學(xué)模擬技術(shù)的發(fā)展,借助區(qū)域或者流域水文模型對(duì)城市化過程中的水文過程進(jìn)行模擬越來越受到研究者的重視.Lhomme等人建立了基于GIS的城市地表產(chǎn)匯流模型.Vieux和Bedient用數(shù)值方法分析了人口稠密的城市化地區(qū)洪水預(yù)報(bào)的不確定性.Valeo和Ho分析了目前融雪模型的一些問題,建立了以野外實(shí)驗(yàn)得到的城市融雪參數(shù)為基礎(chǔ)的融雪模型,解決了城市地區(qū)的融雪問題.Berthier等人用二維數(shù)值模型來確定土壤在城市集水區(qū)徑流的形成中的作用,發(fā)現(xiàn)土壤出流的貢獻(xiàn)可以占到徑流總量的14%.城市水文過程模擬模型基本上可以分為以下幾類:
(1)概念性水文模型;
(2)物理性水文模型;
(3)水動(dòng)力模型.其中,水文模型將城市水循環(huán)系統(tǒng)看做一個(gè)“黑箱”或者“灰箱”系統(tǒng),借助輸入-輸出響應(yīng)關(guān)系或者具有一定物理機(jī)理關(guān)系的方程來描述系統(tǒng)的水文過程和水循環(huán)行為.此類模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,對(duì)輸入數(shù)據(jù)和參數(shù)的要求不高,便于普及應(yīng)用,缺點(diǎn)在于模擬精度受到一定的限制,模擬過程的時(shí)空尺度不宜太小.水動(dòng)力學(xué)模型對(duì)城市水文過程進(jìn)行了顯式刻畫,利用地表水動(dòng)力學(xué)方程,管道流體運(yùn)動(dòng)方程等對(duì)城市水循環(huán)過程進(jìn)行模擬計(jì)算,大大地提高了模擬精度,并且可以顯著降低模擬的時(shí)間尺度.但是由于建模過程需要大量復(fù)雜的輸入數(shù)據(jù)和參數(shù),限制了模型的廣泛應(yīng)用.當(dāng)前,城市水文和水動(dòng)力模型層出不窮,但每一種模型都具有其獨(dú)特的適用范圍.這些模型在特定區(qū)域和特定工況條件下取得了較好的研究成果.總結(jié)來看,SWMM模型、InfoWorks模型和MIKE模型是應(yīng)用成功的典型.SWMM模型的全稱是城市暴雨雨水管理模型(StormWaterManagementModel),是由美國(guó)環(huán)保局于20世紀(jì)70年代初開發(fā)的.該模型可以模擬城市區(qū)域次降雨徑流過程,包括城市地面暴雨徑流的過程響應(yīng)以及在城市排水系統(tǒng)的水力運(yùn)動(dòng)過程等.模型問世以來,被廣泛地應(yīng)用于世界各地的城市規(guī)劃和管理中,在城市暴雨徑流預(yù)報(bào)模擬、污水排放的環(huán)境效應(yīng)分析以及城市雨水污水排水設(shè)計(jì)等領(lǐng)域均有應(yīng)用.我國(guó)學(xué)者針對(duì)SWMM模型開展了廣泛的應(yīng)用研究,劉俊和徐向陽利用SWMM模型對(duì)天津主城區(qū)外環(huán)河以內(nèi)的主要河道進(jìn)行了建模計(jì)算,得到了研究區(qū)重要河道斷面的流量過程.陳鑫等人對(duì)鄭州市主城區(qū)的暴雨徑流過程進(jìn)行了模擬,并對(duì)研究區(qū)設(shè)計(jì)排澇標(biāo)準(zhǔn)和排水重現(xiàn)期進(jìn)行了分析.InfoWorks模型由英國(guó)Wallingford集團(tuán)負(fù)責(zé)研發(fā).該模型的最大特點(diǎn)是可以仿真模擬城市水循環(huán)過程,對(duì)城市管網(wǎng)的水流過程模擬能力比較強(qiáng)大.我國(guó)學(xué)者近些年來也積極引進(jìn)該模型.姚宇建立了城市工業(yè)園區(qū)排水網(wǎng)絡(luò)模擬模型,仿真模擬城市排水管網(wǎng)的運(yùn)行性能.張偉分析了城市排水管網(wǎng)的水力特性,并模擬管網(wǎng)水流的沉積規(guī)律,為城市管網(wǎng)防淤塞管理提供有力工具.MIKE模型是丹麥水資源及水環(huán)境研究所(DHI)的產(chǎn)品.DHI是非政府的國(guó)際化組織,基金會(huì)組織結(jié)構(gòu)形式,主要致力于水資源及水環(huán)境方面的研究,擁有世界上最完善的軟件、領(lǐng)先的技術(shù).MIKE模型家族中有一款專為城市水系統(tǒng)量身定做的模擬工具-MIKEURBAN模型,其前身為MIKEMOUSE模().MIKEURBAN是模擬城市排水,污水系統(tǒng)的水文,水力學(xué)和水質(zhì)等集成工程軟件,它集成了城市下水系統(tǒng)中的地表流,明渠流,管道流,水質(zhì)以及泥沙傳輸?shù)扔?jì)算模型,具有強(qiáng)大的城市水循環(huán)及伴生過程模擬能力.文獻(xiàn)檢索顯示,MIKE系列模型目前在國(guó)內(nèi)已有廣泛的應(yīng)用,但是MIKEURBAN模型的應(yīng)用還不是很多.隨著我國(guó)城市化的迅速推進(jìn),基于城市水循環(huán)調(diào)控與城市水生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)修復(fù)的需要,MIKE-URBAN模型會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景和提升空間.
2城市水文學(xué)發(fā)展趨勢(shì)
城市水文研究是通過分析城市化對(duì)于降水、城市下墊面產(chǎn)匯流規(guī)律、城市暴雨洪水以及供需水、水資源保障、水環(huán)境、水生態(tài)等方面的影響機(jī)制,來實(shí)現(xiàn)對(duì)城市氣候成因分析、洪水預(yù)測(cè)計(jì)算、污染事件防控、景觀生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)、雨洪資源化利用等目的.通過以上國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)檢索可以發(fā)現(xiàn),城市水文學(xué)興起于20世紀(jì)80年代,主要開展城市化的水文效應(yīng)、城市水文機(jī)理與模擬等方面的研究.目前學(xué)術(shù)界對(duì)城市熱島效應(yīng)的研究結(jié)論基本一致,對(duì)產(chǎn)生“熱島效應(yīng)”的機(jī)理認(rèn)識(shí)也比較清楚.研究手段已從數(shù)據(jù)對(duì)比法(包括城/郊觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比、城區(qū)長(zhǎng)系列歷史數(shù)據(jù)對(duì)比)上升到模型模擬和實(shí)驗(yàn)室模擬階段,建立了一系列能夠反演城市“熱島效應(yīng)”的統(tǒng)計(jì)模型、能量平衡模型、數(shù)值模型、解析模型和物理模型.目前對(duì)城市夏季“雨島效應(yīng)”的研究結(jié)論基本一致,對(duì)“雨島效應(yīng)”的產(chǎn)生機(jī)理認(rèn)識(shí)也比較統(tǒng)一.但對(duì)城市干/濕島效應(yīng)的研究結(jié)論在不同地區(qū)并不一致,這與城市水循環(huán)的復(fù)雜性、城市所在區(qū)域氣候背景的差異性,以及水分相變過程與能量平衡(顯熱/潛熱轉(zhuǎn)化)過程的高度契合性密切相關(guān).城市干/濕島效應(yīng)與城市蒸散發(fā)密切相關(guān),欲從機(jī)理上闡釋干/濕島形成的原因,必先弄清城市蒸散發(fā)的機(jī)制及其各項(xiàng)水分來源.城市水文機(jī)理與模擬方面,“自然側(cè)”的降水-產(chǎn)匯流研究比較系統(tǒng),已建立了包括城市屋面、硬化地面、城市綠地等復(fù)雜城市下墊面的降水-蒸發(fā)-徑流定量模擬模型.“社會(huì)側(cè)”的用水規(guī)律和需求預(yù)測(cè)研究也比較多,剖析了收入水平、節(jié)水意識(shí)、生活習(xí)慣等因素對(duì)城市用水量的影響,建立了考慮氣候、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等因素的城市生活用水指標(biāo)計(jì)算模型.對(duì)城市人工取用水的耗水機(jī)理研究較少,在城市綜合耗水強(qiáng)度“是高還是低”的定性認(rèn)識(shí)上還存在激烈爭(zhēng)論.目前對(duì)工業(yè)、生活及城市景觀生態(tài)用水消耗的定量計(jì)算做了一些探索,定量方法主要是經(jīng)驗(yàn)性的耗水系數(shù)法,尚沒有建立具有物理機(jī)制的城市用水蒸發(fā)耗散模型.從城市化的發(fā)展趨勢(shì)、水資源消耗的空間分布,以及城市化對(duì)水分收支影響等關(guān)鍵科學(xué)問題來看,城市綜合耗水的內(nèi)在機(jī)理研究將是現(xiàn)代城市水文學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn),該方面研究獲得的城市蒸發(fā)耗水的定量計(jì)算成果,可以建立水分相變過程(蒸發(fā))的能量吸收(潛熱)與氣溫(顯熱)的關(guān)系模型,從而架起城市蒸發(fā)耗水與能量收支之間的橋梁,為解釋不同地區(qū)、不同季節(jié)、不同濕度條件下城市熱島效應(yīng)的強(qiáng)弱奠定科學(xué)基礎(chǔ).理論上,蒸發(fā)耗散強(qiáng)度大(相對(duì)于郊區(qū))的城市,其熱島效應(yīng)弱,反之則強(qiáng),因?yàn)檎舭l(fā)吸收顯熱,對(duì)溫度升高具有抑制作用.在應(yīng)用方面,隨著城市內(nèi)澇問題的日益凸顯,城市建成區(qū)短歷時(shí)暴雨洪水的精細(xì)模擬預(yù)測(cè)、城市水文極值事件的定量描述、“海綿型”社區(qū)建設(shè)(低影響社區(qū))模式及其水文響應(yīng)規(guī)律等也是城市水文研究重要方向.城市水文學(xué)理論的發(fā)展過程中還存在很多問題需要解決,目前國(guó)內(nèi)在機(jī)理和模型上的研究還要朝以下幾個(gè)方面努力:首先,要重視水文效應(yīng)機(jī)理研究.之前諸多研究結(jié)果表明:城市水文效應(yīng)存在明顯的區(qū)域性,不同地區(qū)存在不同的水文現(xiàn)象.把握城市水文效應(yīng)的規(guī)律性并開發(fā)定量模擬模型是今后工作的重點(diǎn).如城市暴雨產(chǎn)流過程的時(shí)空精細(xì)化模擬,重點(diǎn)要探究城市“雨島效應(yīng)”、“干濕島效應(yīng)”對(duì)城市局部氣候的定量化影響,提高降雨預(yù)報(bào)精度和預(yù)見期.其次,要發(fā)展多學(xué)科交叉及應(yīng)用研究.做好城市水文學(xué)研究必須涉及多個(gè)領(lǐng)域、學(xué)科的交叉合作,城市水文研究不僅與大氣科學(xué)密切相關(guān),還與環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)及社會(huì)科學(xué)、城市規(guī)劃等學(xué)科領(lǐng)域相互關(guān)聯(lián),只有協(xié)調(diào)好學(xué)科間的相互關(guān)系,領(lǐng)域之間互相合作,才能更好地認(rèn)識(shí)和理解城市水文效應(yīng)機(jī)制.最后,要把握好氣候變化對(duì)城市水文過程的響應(yīng).全球變暖已經(jīng)成為科學(xué)界不爭(zhēng)的事實(shí),諸多學(xué)者認(rèn)為全球變暖現(xiàn)象對(duì)于城市水文過程及水生態(tài)系統(tǒng)存在一定的影響,相對(duì)于其他系統(tǒng)而言,城市系統(tǒng)對(duì)于氣候變化的影響更加脆弱,因此分析氣候變化對(duì)于城市水文過程的影響十分必要.
3結(jié)論與展望
城市水文學(xué)是水文學(xué)的一個(gè)重要分支,20世紀(jì)80年代正式獨(dú)立成為一門學(xué)科,早期重點(diǎn)關(guān)注城市排水工程設(shè)計(jì)等水文計(jì)算問題.21世紀(jì)以來,隨著城市化進(jìn)程的加快,城市水文學(xué)面臨的問題更趨復(fù)雜,學(xué)科研究領(lǐng)域逐漸拓寬,囊括了城市化伴生的水環(huán)境與水生態(tài)效應(yīng)、城市水文過程機(jī)理解析和過程模擬等內(nèi)容.近30年來,城市水文學(xué)在城市水文與伴生過程模擬、城市水資源配置與高效利用、城市防洪減災(zāi)等方面取得了豐碩成果,基本形成了一套完整的機(jī)理、模型和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)方法.但是,目前城市水文學(xué)還有諸多問題存在爭(zhēng)議.隨著氣候變化和城市化進(jìn)程的推進(jìn),這些問題逐漸受到廣泛關(guān)注.
(1)城市區(qū)域局部氣候變化與極端天氣事件頻發(fā)問題.目前,城市區(qū)域的“熱島效應(yīng)”、“干島效應(yīng)”和“濕島效應(yīng)”受到學(xué)界廣泛認(rèn)可,但上述效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理以及定量表征方法研究還很不充分.
(2)受到氣候變化和強(qiáng)人類活動(dòng)干擾影響,城市水文要素和自然流域相比發(fā)生了深刻變化.其中,城市區(qū)域的綜合耗水強(qiáng)度和蒸散發(fā)量顯著升高.認(rèn)識(shí)城市高耗水過程機(jī)理,實(shí)施ET耗水管理,控制城市高耗水對(duì)促進(jìn)區(qū)域真實(shí)節(jié)水具有重要作用.