城市水文效应

城市水文效应

概念

城市化水文效应是一个公众尚未熟知的概念，它是指在快速城市化区域，由于屋顶和硬质地面等不渗透面积的大幅增加，导致该地区的雨水汇流特征改变的现象，其表现为洪水总量增多，洪峰流量加大，洪水汇流时间缩短。简单说就是城市化产生的不渗透地面把本应渗入土中的一部分雨水给截留了，从而更易产生洪灾。

2004年7月10日北京的一场暴雨给城市交通带来的不便，实际上是一个现在我国许多城市都遇到的问题。这场降雨提醒人们注意快速城市化本身所带来的不利的生态后果，并采取相应的措施。实际上城市化水文效应是发达国家在二战后曾经普遍遇到过的问题，我国的城市化过程应该发挥后发优势，避免走西方城市开始时忽视城市化水文效应，直到影响城市运转再加以改造的老路。

产生原因

城市化是促使自然环境发生变化的强大因素之一。城市化的过程增大了人类社会与周围环境间的相互作用。城市兴建和发展后，大片耕地和天然植被为街道、工厂和住宅等建筑物所代替，下垫面的滞水性、渗透性、热力状况均发生明显的变化，集水区内天然调蓄能力减弱，这些都促使市区及近郊的水文要素和水文过程发生相应的变化。城市的热岛郊应、凝结核效应、高层建筑障碍效应等的增强,使城市的年降水量增加5%以上，汛期雷暴雨的次数和暴雨量增加10%以上（见城市气候）。地表不透水面积比重很大,地下满布着排水管道的市区,截留、填洼、下渗的损失水量很少，水流在地表及下水道中汇流历时和滞后时间大大缩短，径流系数和集流速度增大，使城市及其下游的洪水过程线变高、变尖、变瘦，洪峰出现时刻提前，城市地表径流量大为增加。如上海城市化后地表径流量增加20～25%，为此增加了城市及其下游防洪、排涝的压力。

城市工业废水和生活污水向河流排放，工业废气向大气排放后形成的酸雨，使天然水体受到污染，生态平衡遭到破坏，严重危及工业生产和人民生活。通常在枯水季节，河川径流减少，稀释能力削弱，水质更趋恶化。在城市化水平较高的地区，其下游水体一般都受到污染。天然水体水质恶化更加剧了城市水资源的紧缺。

城市迅速膨胀，人口高度集中，工业迅速发展，城市需水量也急剧增加。城市居民用水的消耗定额平均为农村居民的5～8倍，新兴工业的耗水量更多，对水质的要求更高，故城市用水量的增长速度大大超过了人口增

长的速度。例如上海1949～1980年间,人口增加了1倍多，用水量增加近6倍。城市供水日益紧张,原来的地表水源和供水设施不能适应发展的要求，许多城市超量开采地下水，使地下水资源日趋枯竭，不仅带来了水资源危机，甚至造成地面沉降的危害。为此，不少城市采取远距离引水的途径，以解决城市供水不足的问题。

城市工业废水和生活污水向河流排放，工业废气向大气排放后形成的酸雨，使天然水体受到污染，生态平衡遭到破坏，严重危及工业生产和人民生活。通常在枯水季节，河川径流减少，稀释能力削弱，水质更趋恶化。在城市化水平较高的地区，其下游水体一般都受到污染。天然水体水质恶化更加剧了城市水资源的紧缺。

排水设计

回顾欧洲国家城市排水设计思想发展的历程，可以归纳为两个阶段。传统的城市排水设计思想，主要是基于卫生学的考虑，要把城市雨水和污水一起，通过市政管网尽可能快地排到远离城市的地方，以避免污染水源。这种做法使水面从许多城市逐渐消失，加剧了城市的“干化”。二战之后，西方国家许多城市扩展很快，使原有管网无法负担新增加的雨水的负荷，从而产生排水不畅阻碍交通等一些问题。于是产生了解决这些问题的一系列的替代技术，主要有雨水渗透，雨水蓄滞措施及场地规划方面的一些做法。这些技术在20世纪60年代末70年代初投入使用，现在已经发展成为有相当规模的成熟产业。采用新技术使水面重现于城市，成为城市景观的点睛之笔，巴黎新城Marne la Vallee的蓄滞水系就是其中的佳例。

Marne La Vallee新城位于巴黎东部，当初设计新城时用传统的排水技术方法计算得出的结果，是排水工程造价高昂，以至影响到新城建设方案的经济可行性，这使得新城的排水系统设计者SAUVETERRE工程咨询公司转而寻求以蓄滞水系为特点的新的技术方案，并为此改变了居住区的规划布局方案，使之与蓄滞水系相适应。Maubee溪蓄滞水系结合起伏较大的地形，分为20余大小不等的蓄滞池，镶嵌在森林绿地与居住区之间，构成优美的风景线。分散的布局便于蓄滞水系随新城扩展而分期施工，从而增强了建设的经济性。建设当初，一些卫生专家曾怀疑蓄滞池会带来蚊虫滋生等卫生问题，由于设计者精心构筑了一个适宜于食蚊子幼虫的鱼类的生态环境，从而成功地避免了这一问题。对建成后二十余年运行的监测结果表明，该蓄滞水系对雨水水质有显著的净化效果。

研究意义

城市水文效应是城市人类活动与水相互关系的重要问题，它对局部水分循环和水量平衡各个要素有着明显的影响。在理论上又与城市的气候效

应、环境效应、社会经济效应密切相关。对它的研究既涉及到多种学科的理论问题，又可服务于城市建设。

雨水管理新技术的特点

雨水管理新技术的特点是不再追求把雨水尽快排离城市，而是要一方面增加雨水渗透减少雨洪量，另一方面，允许雨水在规划好的地方“逗留”，乃至成为城市风景的一部分。其中不少技术措施具有多重效益。如植草铺地具有增加雨水渗透和减轻城市热岛效应的双重作用；透水道路路面不仅能减缓雨洪冲击，而且能降低噪音，非常适合于居住区道路采用。

我国正处于城市快速发展时期，应大力加强城市雨水管理新技术的研究，争取形成具有自主知识产权的技术体系，并尽快发展成为相应产业，使我国城市化过程能够避免不利生态后果产生的困扰。