👋 欢迎来到“人类影响”学习笔记！

同学们好！这一章非常重要，因为它将你们在自然地理学中学到的所有知识与现实世界联系了起来——即我们人类是如何改变环境的。

我们将重点研究三个主要环境：河流、大气和坡地。如果某些科学原理看起来很复杂，别担心；我们将通过简单的类比和清晰的步骤来拆解它们。本主题对于将地理过程（AO1）与现实世界的管理和评价（AO4）结合起来至关重要。

1. 人类对水文学和河流系统的影响（教学大纲 1.4）

1.1 对流域径流和水体储存的改变

人类的土地利用方式显著改变了水在流域内的移动方式（径流）和储存方式（储存）。请记住，自然系统会尝试平衡输入（降水）和输出（河流流量），而人类活动往往会打破这种平衡。

主要的土地利用变化及其影响：
  • 毁林（植被砍伐）：
    影响： 减少了截留（树叶阻挡的雨水）和蒸腾作用（植物释放的水分）。植被中的储水量减少，导致雨水更快地到达地面，从而增加地表径流和洪水风险。
  • 造林（植树）：
    影响： 与毁林相反。增加了截留，降低了雨水到达地面的速度。这减缓了水流的移动，有助于降低瞬时的洪峰流量。
  • 城市化（建设城市/道路）：
    影响： 产生了大量的不透水地表（柏油路、水泥地）。这阻碍了下渗和渗流。水直接排入排水管和河流，增加了流速和径流量，导致滞后时间（从降雨高峰到河流流量高峰之间的时间）大大缩短。
  • 取水与水利蓄水（大坝、水库）：
    取水： 为了灌溉或生活饮用而抽取水资源。这会减少下游河道总流量，可能对生态系统造成压力，并限制他人的用水需求。 水利蓄水（大坝）： 创建了巨大的人工储水库。它们能够调节水流（通常为水电或供水持续放水），但也会显著降低下游的洪峰流量，从而改变自然的洪水循环。

1.2 河流洪水的原因与影响

洪水本是自然现象，但人类活动往往使其发生的频率更高、破坏力更强。

洪水的原因：
  • 自然原因： 强降水（大雨/融雪）、土壤饱和（前期湿度大）或陡峭的地形。
  • 人为原因：
    • 城市化（如上所述，加速了地表径流）。
    • 毁林（减少了植被储水能力）。
    • 不完善的洪水管理设施（例如：溃坝或维护不善的排水渠）。
洪水风险预测：重现期

洪水风险是通过历史数据计算特定规模洪水在某一年发生的概率来预测的。

重现期（或返回周期，$R$）是指特定量级（大小）的洪水发生之间的平均间隔时间。

概率（$P$）的计算公式为：

$$P = \frac{1}{R}$$

示例： “百年一遇洪水”的重现期（R）为100年。这种洪水在一年内发生的年概率（P）即为 \( \frac{1}{100} \) 或 1%。

⚠️ 常见误区： 百年一遇的洪水可能明年就发生，或者在同一个十年内发生两次！这仅仅意味着它在“每年”有1%的发生概率。这并不意味着它一个世纪只发生一次。

1.3 河流洪水的预防与改善

我们主要通过两种方法来管理洪水风险：工程性措施（硬工程，建造设施）和非工程性措施（软工程，与自然和谐共处）。

A. 预报与警报（非结构性）

这些侧重于减少对人类的影响，而不是试图阻止洪水本身。

  • 预报： 使用气象雷达、水位监测仪等预测洪水发生的时间和地点。
  • 警报： 向公众发布风险信息以便做好准备（如撤离、转移贵重物品）。
B. 硬工程（结构性）

这些方法通常费用高昂、涉及大量建设，且往往会对环境产生负面影响。

  • 大坝与水库： 巨大的储水空间，能拦截洪水并缓慢释放。（优点：防洪效果显著。缺点：造成严重的社会/环境破坏，淤积问题。）
  • 河道截弯取直与深挖： 切断曲流以加速水流，并增加河道容量。（优点：快速排涝。缺点：增加下游洪涝风险，破坏栖息地。）
  • 堤坝（护堤）： 河道两侧筑起高堤，增加河道的蓄水深度。（优点：保护紧邻地区。缺点：可能突然溃堤导致灾难性洪水，并将河流与天然洪泛区隔离开来。）
  • 分洪道/泄洪渠： 在主河道旁修建人工渠道，在洪水期间分流多余水量。（优点：减轻城市区域压力。缺点：造价高，占地面积大。）
C. 软工程（环境性）

这些方法通常成本较低、更具可持续性，且通过加强流域的自然过程来发挥作用。

  • 洪泛区与流域管理： 管理整个流域的土地利用（例如：限制在高风险洪泛区进行建设）。
  • 湿地与河岸保护： 恢复沼泽和湿地，它们就像天然的海绵，起到储存水分和减缓流速的作用。
  • 河流修复： 让河流恢复到更自然的曲流状态，从而增加摩擦力并降低流速。

💡 1.4 学习重点： 人类活动通常降低了流域的储水能力（截留减少、下渗减少），导致径流加速和洪峰更高。管理的关键在于平衡昂贵的硬工程与可持续的软工程。

案例研究提醒： 你必须研究一个近期的河流洪水事件（例如：2010年巴基斯坦洪水 或 2015/2020年英国洪水），重点关注原因、影响（对人口/环境），并评估其管理措施的成败。

2. 人类对大气和气候的影响（教学大纲 2.4）

人类在两个主要尺度上影响气候：全球尺度（通过大气层）和局部尺度（在城市中）。

2.1 加强的温室效应与全球变暖

地球原本就存在温室效应——这是好事！水蒸气和二氧化碳等气体拦截了部分外射的长波辐射，使地球保持适宜生命生存的温度。

加强的温室效应（EGE）

加强的温室效应是指人类活动（人为因素）增加了大气中温室气体（GHGs）浓度，从而导致了额外的升温。

全球变暖的证据
  • 全球平均气温升高（工业革命以来的记录显示明显的上升趋势）。
  • 冰川和冰盖融化。
  • 海平面上升（由于海水热膨胀和融水）。
  • 极端天气事件的分布和频率发生变化。
潜在原因（人类活动）

人类活动的主要原因是为能源、工业和交通燃烧化石燃料（煤、石油、天然气），释放了大量二氧化碳。

  • CO2： 来自化石燃料燃烧和毁林（植物吸收的CO2减少）。
  • 甲烷（CH4）： 来自农业（畜牧业和稻田）以及垃圾填埋场中废物的分解。
  • 氧化亚氮（N2O）： 来自工业过程和氮肥使用。
大气影响
  • 全球平均气温升高（全球变暖）。
  • 降水模式改变： 一些地区变得更湿润，另一些则变得更干燥，增加了干旱或洪水的风险。
  • 风和气压系统的改变（例如：影响热带风暴的频率或强度）。
  • 海洋酸化： 海洋吸收过多的CO2，改变了pH值，这对海洋生物尤其是珊瑚礁造成了危害。

2.2 城市气候：城市热岛效应（UHI）

城市气温通常明显高于周边农村地区——这就是所谓的城市热岛（UHI）效应。

人类活动对城市气候的影响：
1. 温度（热岛效应）
  • 原因：建筑材料： 混凝土、砖块和柏油路具有较高的热容量和较低的反照率（它们白天吸收太阳辐射，夜间缓慢释放热量）。（类比：深色的沥青路面就像一个散热器。）
  • 原因：人为热源： 人类活动产生的热量，如汽车排放、空调和工业生产。
  • 原因：污染穹顶： 空气污染物拦截了外射的长波辐射，增强了城市边界内局部地区的温室效应。
2. 湿度
  • 湿度较低： 水分通过排水管和管道迅速排走，减少了蒸发。植被减少也意味着蒸腾作用减少，空气通常比农村地区干燥。
3. 降水
  • 降水较多： 城市热岛上空的暖空气更不稳定，容易上升。城市污染提供了更多的凝结核（水分形成水滴所需的小颗粒）。这两个因素增加了降雨的可能性，通常发生在城市中心顺风处。
4. 风力
  • 风速降低： 高层建筑产生摩擦力，减缓了整体风速（称为“毯子效应”）。
  • 局部湍流： 街道充当“城市峡谷”，引导风力流向，并在街面引起漩涡状的湍流。

💡 2.4 学习重点： 在全球范围内，人类排放的温室气体驱动了气候变化；在局部范围内，城市的结构形成了独特的小气候，最著名的是城市热岛效应，它改变了温度、风向和降雨模式。

案例研究提醒： 你必须研究一个具体的城市（例如：英国伦敦 或 美国凤凰城），展示其对温度、湿度、降水和风的影响。

3. 人类对坡地与块体运动的影响（教学大纲 3.4）

坡地的稳定性是维持坡地现状的力量（抗剪强度）与试图将其拉下的力量（剪应力，主要是重力）之间的一种微妙平衡。人类活动会改变这种平衡，从而使坡地更加稳定或更加不稳定。

3.1 人类活动对坡地稳定性的影响

A. 降低坡地稳定性（增加块体运动风险）

这些活动减少了抗剪强度或增加了剪应力：

  • 毁林/植被砍伐： 树根将土壤固定在一起。砍伐植被会大幅降低土壤的抗剪强度，使浅层滑坡和滑动更容易发生。
  • 超载（增加负荷）： 在斜坡顶部或中部建造大型建筑物、垃圾场或基础设施，增加了负载，从而增加了剪应力（重力的牵引力）。
  • 挖掘与变陡： 人类活动（如修路或采石）会削减坡底（坡脚），增加了坡度并去除了自然支撑，从而增加剪应力。
  • 震动： 施工爆破或重型交通会引发小型地震，削弱坡地物质结构。
  • 添加水分： 管道渗漏、排水系统故障或过度灌溉会使土壤饱和。水增加了重量（增加剪应力）并起到润滑剂作用（降低抗剪强度）。
B. 增加坡地稳定性（降低块体运动风险）

这些活动旨在增加抗剪强度或减少剪应力（通常通过工程改良策略）。

3.2 坡地改良以减少块体运动的策略

这些是保护社区免受滑坡、落石和泥石流侵害的结构性和环境性方法。

  • 锚固（岩石锚杆）： 将长钢条深入岩体，锁定不稳定的接缝和裂隙，有效提高岩体的内部凝聚力和强度。
  • 防护网与围栏： 在陡峭岩壁上覆盖钢网或铁丝网，捕捉掉落的碎石（落石），防止其击中下方的道路或房屋。坡底也可以修建拦挡坝。
  • 平整坡度（减坡）： 降低坡度，通常是通过削去顶部物质并将其放置在底部。这对于减少剪应力非常有效，但费用高昂且需要占用大量土地。
  • 造林/植被种植： 利用植物根系固定浅层土壤，防止浅层泥石流和滑动。这是一种高性价比的软工程方法。
  • 排水控制： 安装沟渠、管道和导流渠，确保水分能迅速从坡地物质和地表排出。这至关重要，因为水是块体运动的主要触发因素。

你知道吗？ 坡地的稳定性通常使用安全系数（FoS）来建模。如果 FoS > 1，坡地稳定；如果 FoS < 1，则很可能发生破坏。人类干扰往往会将安全系数推至 1 以下。

💡 3.4 学习重点： 当人类移除自然支撑（毁林、挖掘）或添加过多的重量和水分（建筑、管道渗漏）时，坡地就会变得不稳定。管理工作的重点是加固坡地（锚固、防护网）或降低坡度（平整）。

案例研究提醒： 你必须研究人类活动对坡地稳定性影响的实例（例如：中国香港 或 美国加州拉孔奇塔），并评价其减少块体运动的尝试。

🌟 快速复习框：三种人类影响

为了在这一章取得好成绩，请记住这三个物理环境及关键的人类行为：

1. 河流（水文学）：
人类行为： 城市化、毁林、大坝建设。
关键结果： 滞后时间缩短，洪峰流量增加。
管理： 硬工程（大坝、堤坝）与软工程（湿地修复）。

2. 气候（大气）：
人类行为： 化石燃料（全球尺度）；建筑/材料（局部尺度）。
关键结果： 全球变暖（EGE）；城市热岛效应（UHI）。
管理： 减缓（减少温室气体排放）与适应（例如：城市中的垂直绿化/屋顶花园）。

3. 坡地（地貌）：
人类行为： 毁林、超载、挖掘、增加水分。
关键结果： 抗剪强度降低，剪应力增加，导致块体运动。
管理： 锚固、防护网、平整坡度、排水控制。