城市熱氣島(UHIs)是全球大都市地區的一個日益引人关注的問題, 城市的基础设施、人的活动和有限的植被共同造成比周边农村高得多的溫度。 這種現象不仅推动冷卻能源消耗, 也造成严重的公共卫生危險, 尤其對老弱小和有先前存在的情況的人群。 水政策方法提供了一套有力的、常常是未充分利用的缓解UHI效果的工具。 城市可以把可持续的水管理與战略性的绿色基础设施以及城市水體的擴張结合起来, 冷卻其環境, 改善暴水控制, 以及建立更大的气候复原力。 這篇文章探索UHI背后的机制, 概述可操作的水政策策略, 審查成功的案例研究, 并討論執行上的挑戰,所有目的都是讓城市规划者、决策者和社区領袖們有知識, 建立更冷、更健康的城市。

理解城市熱群島:原因和后果

城市熱島效应是天然土地覆盖物(如树木、草和土壤)被沥青、混凝土和暗色屋頂材料等不透熱的表面所取代。 這些表面白天吸收太陽辐射,在夜晚再放暖,使城區比农村暖和、冷卻得更快。 此外,車輛、空调和工業流程的廢物加熱负荷。 結果是:白天城市中心比相邻的农村暖和度(0.6-4°C)高1-7°F(在极端情况下,晚上溫暖度可達22°F(12°C))以上。

UHIs的後果遠不止於簡單的不适。 高溫加速形成地表臭氧,使空气污染更加嚴重。 地表臭氧是污泥的重要组成部分。熱浪中與熱有关的疾病和死亡激增,而低收入的鄰居因綠地有限和舊的、隔離性差的住房而常常承受過重的重擔。 高溫的氣候會造成電网的壓力, 增加温室气体排放, 造成回報圈, 使 UHIs 的問題更加恶化。 供水系統也受苦:水庫蒸發量增加,灌溉和冷卻用水需求增加,使已存在的水资源受到重擔。

水政策如何冷卻城市環境

水政策對UHI的缓解方式围绕三種互聯的原理:增加蒸發(蒸發),通过持有水的材料增强表面反照率(反照率),以及利用水體的熱量。 城市通过把水管理与城市设计相配合,可以建立更冷的微升。 以下是决策者应当考虑的主要策略。

1. 着力打造绿色基础设施

绿色的基础设施利用植被、土壤和自然工艺管理其落水的地方。

  • 綠色的屋頂 — — 屋顶上吸收雨水、提供隔热和冷卻建筑封套的植被層。 与传统的黑色屋頂相比,綠色屋頂可以降低屋頂表面溫度30–60°F(17–33°C ) 。
  • 雨園和生物保留細胞 – 浅水,种植的低气压收集暴雨的流水,使其渗入植物并被植物吸收。這些特征的蒸發降低環境溫度。
  • 水流在水面上蒸發,水流在水面上會冷卻。 水流在水面上蒸發,水面會冷卻。
  • 城市的樹和街道樹 – 樹提供遮蔽和流露的水汽。 沿街道和停車場的战略性栽培可以使當地氣溫降低2-9°F(1–5°C ) 。 森林的氣溫是每棵樹都比每棵樹都高的。
  • –這些持有水的地點不僅能管理暴風水, 也能透過蒸發和散熱交流冷卻。

要求或刺激綠色基礎建築的新發展、停車場和公共建筑的政策至关重要。 如今,很多城市要求一定比例的不透水面积被綠色的屋顶或雨花園所抵消。 降息、密度獎金和暴風水費信用可以鼓勵私人地產主采取这些措施。

2. 扩大城市水体

水具有高的特熱能力, 也就是可以吸收大量熱量而不引起大溫升高。 在白天, 水體會起熱池的作用; 在夜晚, 水體會逐漸釋放储存的熱量, 調和溫度的下降。 运河、湖泊、池塘、泉水, 甚至反射水體, 都能显著降低其附近UHI 效果。

扩大城市水体的政策方法包括:

  • 許多城市都掩埋或分道揚镳; 照亮它們( 無法遮蓋和恢复) 可以建立線性冷卻走廊。
  • 建造城市湖泊和保留盆地 – 這些都具有防洪和冷卻的双重用途。 例如,新加坡的Bishan-Ang Mo Kio Park[ 将混凝土排水道改造成归化河,使周圍的溫度降低幾度。
  • 總結裝飾喷泉和錯誤系統 – 在公共廣場,這些功能提供即時蒸發性冷卻。 政策可以要求新廣場或重新發展中的水功能。
  • 湿地提供了水面和植被的理想平衡, 提供了高蒸發率。

需要指出的是,水體必須保持,以避免藻类生长和蚊子問題。 政策應配合著建立,并保持監控和公众参与。 水體的形成是一種重要因素。

3. 水力景观美化和光学

传统的草坪需要大量灌溉,与多样化、节水的景观相比,冷卻效益也很小。 Xeriscaping使用耐旱、本土植物和高效灌溉,减少了水需求,但仍能提供蒸發冷卻。在半干旱和干旱城市,如[Phoenix和Las Vegas,限制草坪和刺激沙漠改造植物的政策被顯示為2-5°F(1-3°C)以下的环境温度。

水利公司可以扮演重要角色,提供分级水價、草坪替代退價和景观設計方面的技術援助。 此外,地方法令可以要求新發展中包含至少一個百分率的牛群景观,尤其是在熱力易碎的區域。 水利公司可以提供低價的水源,以取代草坪,以及價格相當高的技術援助。

4. 水综合管理和冷卻网络

城市可以實施區域尺度的解决方案。 使用回收水或污水排水作为建筑物冷卻劑的區域冷卻系統[ 能夠減少排入城市大氣的廢物熱量。 相类似, [ 水分热能储存[ATES] 使用地下水來储存和放出熱能,提供高溫和冷卻。 支持地热交流用水權和冷卻塔回收水的政策可以增加效益。

雨水收集蓄水池若用于灌溉或表层濕度, 增加局部的湿度和冷卻。 灰水系統可以提供干燥時期的綠色基礎用水, 以确保植物和土壤保持濕度和蒸發性冷卻, 即使沒有降雨。

政策执行和供资机制

水政策理念的實現需要政治意志、公共支持和可持续資金。

  • 向綠色基础设施提供信贷直接提供了金融刺激。 例如,[ Philadelphia[ 收取暴風水費,并允许提供綠色屋頂、雨園和透水人行道的信贷,每年為綠色投資提供4000多萬美金的資金。
  • 綠色建築碼與區域覆蓋[ – 在新的大規模發展中操縱綠色屋頂或水面,
  • 公共與私人合夥 ——開發者可以通过搭建公共水位或綠地來抵充暴雨水管理成本,
  • 城市可以為綠色基建工程發行公債, 收益與溫度減低或径流量等可衡量結果挂钩。
  • 聯邦與州政府拨款[ ──美國環保局的水基建與复原性行動計畫[和歐盟的[气候適應策略[]等方案,為自然基於自然的解決方案提供資金。
  • 以低價及易燃熱的社區优先投資的政策可以在城市冷卻時建立公平。 绿色屋頂設置和维护的職業訓練計畫會增加經濟價值。

案例研究:城市引路

加州洛杉磯

洛杉磯市曾經歷過極大的熱旱, 迫使城市采取一個宏大的城市冷卻計劃, 整合水管理。 城市要求所有新建筑都包含冷卻的屋頂( 白色或反射) , 并提供植樹和雨林的回報。 工程 L.A. River Resperence[ 旨在用自然化的河岸和河岸生境來恢復河流的51英里, 建立管理暴風水的冷化走廊。 早期的结果显示, 水效率方案 已將1500多英畝地區改造成耐旱的景观, 每年可节省12億加的水源, 卻會降低當地的溫度。

新加坡

新加坡常被稱為水和熱管理一体化的模范。 其[ [FLT: 0]] 動力、美麗、清潔的水(ABC Waters)[FLT: 1] 方案把混凝土排水管轉變成自然化的溪流和池塘。 圖示性 [[FLT: 2] 的Bay 使用海水淡化厂和開垦水灌溉其超樹和保溫设施, 即使在热带条件下也創造了一個酷的微气候。 城市州也规定在新的公共住宅开发上要建有綠色的屋頂, 并安裝了100多公顷的全市的綠色屋頂。 研究顯示, 新加坡的公園和水位比相邻的建築區要冷2-5°C。

澳洲墨爾本

墨爾本的城市森林战略和水综合管理計劃 旨在2040年前使城市降溫4°C。 城市已种植了7万多棵树木,并在干暑期使用经过处理的暴雨水灌溉树木。它还要求所有新的發展都取得水敏感的城市设计分數,包括雨林、透水路面和集水。 皇家公园湿地自然地治理径流,同时向周边居民提供3°C的冷卻效益。

丹麥哥本哈根

哥本哈根在2011年大雨后重新制定了降溫的暴雨系統。 其 的Cloudburst管理計劃 将街道、广场和公園改建成临时保留水的盆地,也用作公共冷卻綠洲。 公園[ Enghaveparken 等地储存了高达18 000立方米的雨水,而水面和相邻的綠化物在熱浪中使當地的溫度降低1–2°C。 城市使用綠色的屋顶、通透的路和全區的新湖。

挑戰和考量

水政策對UHI的缓解有希望,

  • 水的稀缺性 — — 在干旱地区,用水冷卻必须与节约平衡。 政策必須优先使用非饮用水源,如經处理的暴風水、灰水和回收废水。
  • 綠色的基礎和水面需要持續的修復。 沒有專門資金和市政能力,系統就可能失敗,導致蚊子暴發或洪水。 美國的氣候變化和水位都可能降低,而當地的氣候變化也將造成水位變遷。
  • 气候變異性 – 极端干旱或暴雨可以使自然和工程系統承受壓力。 可以在一系列条件下運作的灵活設計至关重要。 超大干旱或暴雨可以造成超大干旱。
  • 美國的經濟和經濟都受到重创。 公平問題[ — — 更富裕的區域通常會先得到冷卻利益。 政策必須刻意把投資投向易發熱的社區以避免扩大现存的不平等。
  • 水權、跨部合作(例如水利公用设施、公園部、計畫機構)以及已过时的規定都可能延遲實施。

未來方向

随着氣候變遷的加剧,有效缓解UHI的需求只会增加。

  • 使用衛星熱影像、IOT感應器和氣候模型來辨識熱點和目標介入。 城市如[ 美美-戴德縣[ 現今使用熱弱度指数來指導資源。
  • 綠綠色的基础设施網絡 – 連接綠色屋頂、公園、湿地和水體,
  • 动态管理 – 将水政策视为迭代實驗,并基于所观察到的结果加以監控和調整.
  • 由居民參與水面與綠地的設計,
  • 水政策應與公共衛生警告、冷卻中心、熱浪時期的危機人群相协调。

結 论

城市熱氣島是一種紧迫的環境和公共卫生挑戰,但水政策提供了一套有效的自然解决方案。 城市可以提倡绿色基础设施、擴張城市水體、鼓励用水效率高的景观、把水管理纳入區域冷卻和暴風水系統,从而大幅降低氣溫,同时改善水安全、空气质量和生活质量。 洛杉磯、新加坡、墨爾本和哥本哈根的案例研究表明,這些方法不仅可行,而且在计入长期利益時也具有成本效益。 决策者和城市规划者現在必须采取果敢的合力行动—— 投資水敏感设计、消除管理障碍和优先公理—— 以建立更冷、更具有复原力的城市。 今天,我們管理的水是明天的气候保險。 进一步看,請參看环境保护局的 Heat Island頁和世界银行的水和气候抗御力資源。