城市化对水文水资源的影响_王玉芳

2011.No.2城市化对水文水资源的影响

王玉芳，任金刚，黄

磊，张国丽

（海河水利委员会海河下游管理局，天津300061）

摘要：城市化的发展引发了一系列的水文效应，城区降雨、蒸发、径流均受到影响，水污染加剧、水资源供需矛盾更加突出。通过分析城市化对水文水资源的影响，探讨了研究解决此类问题的办法措施，并对城市水文水资源问题进行了深入思考，提出了做好此项工作的想法和建议。关键词：城市化；水文效应；城市水文；水文循环；水资源中图分类号：TV11；P33

文献标识码：A

文章编号：1004－7328（2011）02－0011－03

收稿日期：2010－10－25

作者简介：王玉芳（1972-），女，高级工程师，主要从事水文水资源

规划管理方面的工作。

城市是人类文明的标志，是人们政治、经济和社会生活的中心。城市化是人类进步必然要经过的过程，是人类社会结构变革中的一个重要线索，经过了城市化，标志着现代化目标的实现。城市化的程度是衡量一个国家和地区经济、社会、文化、科技水平的重要标志，也是衡量国家和地区社会组织程度和管理水平的重要标志。自从出现城市以来，人们有目的地向城市汇集，从事各种活动，于是城市个数不断增加、人口不断增长、规模不断扩大，使城市化的程度愈来愈高[1]。目前全世界城市化水平以1％/a 以上的速度递增，且发展中国家逐渐成为增长的重点[2]。法国国家人口研究所日前发表报告指出，随着世界人口城市化进程加快，2007年世界上已有33亿人生活在城市，超过了全球人口总数的50％。到2030年，城市人口比例将扩大到60％，城市人口总数将达到50亿。在中国，1978年中国城市化率仅为

19.8%，截至2008年中国城市化率提高到44.9%，设

市城市从193个发展到661个，城镇人口达到5.9亿。

1城市化引起的水文效应

随着城市化水平的不断提高，城市化进程对人

类生存与发展必不可少的水资源及城市水环境的影响愈来愈显著。城市化导致人口密度增大，建筑物增加，道路及下水管网的建设使城市不透水面积增大，直接改变了当地的雨洪径流形成的下垫面条件。城市社会经济发展、人口增多，对水的需求量增大，废污水相应增多，从而对水的时空分布、水分循环及水

的理化性质、水环境等产生了各种各样的影响，引起了一系列的水文效应[3]，使城市出现明显的温室效应、热岛效应和火炉效应。其关系如图1所示。

2城市水文及其特征

研究城市化引发的一系列水文效应及其作用变

化过程就衍生出了一门新兴科学———城市水文学。城市水文学作为城市建设和改善城市居民生活环境质量提供水文依据的学科，又称都市水文学，是水文学的一个分支。其主要内容包括城市化的水文效应、城市化对水文过程的影响、城市水文气象的观测实验、城市供水与排水、城市水环境、城市的防洪除涝、城市水资源、城市水文模型和水文预测以及城市水利工程经济等，是一门综合性很强的边缘学科，对城市发展规划、城市建设、环境保护、市政管理以及工商企业的发展和居民生活都有重大意义。

城市水文有综合性和动态性两个主要特征。研究城市水文应当统筹考虑站网布设、测验手段、仪器设备和测验方法等各方面的需求，体现其综合性特征。与自然水文过程不同的是，城市化的水文过程是不断发展的过程，水环境处于动态之中，故研究城市水文应着重考虑其随时间变化的动态过程[4]。

城市水文的研究内容应当以城市水文气象、城

图1城市化的水文效应

海河水利

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2011年4月王玉芳，任金刚，黄磊，等：城市化对水文水资源的影响

市暴雨径流及防洪、排水，城市水资源及供需平衡，以及城市水质评价及水污染控制为主，着重探讨城市防洪、排水规划中的设计标准问题、城市流域暴雨径流模拟、城市供水及优化调度、城市污水排放及处理等方面的问题。

3城市化对水文水资源的影响

3.1城市化对水文循环系统的影响

城市化的发展将显著影响水文循环系统中降雨、蒸发、径流等要素。

3.1.1城市化对降雨的影响

城市化使城市气温明显偏高。一般来说，城市中心气温最高，逐步向周围乡村递减，郊区递减速度最快。这种城市热岛效应对水气蒸发、空气对流运动产生了显著影响[5]。近年来，随着城市建设的高速发展，城市大规模建筑群对空气运动的阻碍作用直接影响空气对流、人工热源的影响以及城市下垫面热力属性改变带来的影响等等使得城市热岛效应越来越明显，主要体现在城区降雨增多。

城市化对降雨的影响，章农（Changnon，1971）等人在美国圣路易州1万km2上布设了250个雨量器，观测研究表明，城市的降雨量较大，不透水面积上的洼蓄量低于青草地区的洼蓄量[6]。通过对天津市区及海河干流区水文资料的分析表明，城市化使市区暴雨出现的频率明显增加，使市区各时段设计暴雨量较郊区明显增加，降雨年内分配呈现微弱的均化趋势。

3.1.2城市化对蒸发的影响

由于城市范围内不透水面积的增加，地表下渗能力越来越弱。城市地表下渗能力的减弱直接导致地下水补给量减少，地下径流及土壤含水量降低，蒸发量也相应减小。同时，城市地区建筑物密度增加，下垫面糙度显著增大，使城市市区风速比郊区低、无风日增加，这些都直接影响到蒸发速度，使蒸发量减小。

3.1.3城市化对径流的影响

城市化过程与发展改变了原来的自然地貌和天然排水系统，对径流过程产生较大影响。首先，大规模建造房屋、铺砌道路，使下垫面不透水层增加，下渗量和蒸发量减少，地表径流和径流总量增加、径流系数增大，并使洪峰流量加大。其次，城市排水系统管网化增加了城市排水能力，使暴雨径流很快排入管网，从而改变了城市原先集水区域形状，使城市径流的流态、洪水过程线形状及洪峰流量均发生变化，导致洪水汇流速度增加，洪量集中。另外，城市发展侵占天然河道洪水滩地，减少了洪水滩地储洪容量和泄洪能力，使城市遭遇大洪水时河道调蓄能力减弱。

3.2城市化对水资源的影响

3.2.1城市化加剧水资源的污染

人类在享受城市文明的同时也遭遇着城市化带来的水资源污染问题。大量的生活污水、工业废水未经有效处理而集中排放，使河流、湖泊等受纳水体遭致严重污染。医院中带病菌的污水、垃圾经水淋融的脏水、各种机动车辆散失的废油、轮胎和道路的磨损经水淋洗后进入循环系统，都能引起对地表水和地下水的污染。这就造成靠近城市的江河湖海形成了近岸污染带，有的水体甚至频繁爆发蓝藻、赤潮等，这都是污染物积累到一定程度的结果[7]。

3.2.2城市化使得水资源供需矛盾更加突出

一方面，城市化的进展使地面不透水面积增加，地面下渗能力减弱，地下水补给减少，影响地下水资源可利用量，同时各种污染的排放和汇集严重影响地表和地下水的水质，使原本降水年内分配不均、供水受限的严峻局面更是雪上加霜，造成可供水在质与量上的下降；另一方面，城市化进程中生活、生产以及生态用水需求都在迅猛增长，重复用水率不高，这就导致水资源供需矛盾进一步加剧[8]。

4对城市水文水资源问题的思考

城市化的发展引发了一系列的水文水资源问题：城区降水量增大、蒸发量减小、暴雨径流汇流时间短、洪水峰高量大、水污染加剧、水资源供需矛盾突出等。如何既能让人们安享城市文明带来的高效便捷，又能有效解决由此引发的水文水资源问题，是我们面临的一个重大课题。笔者结合10余年水文工作实际，认为应当从以下几方面做好此项工作：

4.1设立必要的城市水文站

要想解决城市化引起的城市水文问题，开展城市水文研究，重要基础工作就是水文资料的收集。设立城市水文站，经过对降水量、径流量以及水质和地下水观测资料的收集，研究城市化对径流量、地下水、水质的影响情况，了解土地利用与城市化径流的相互作用、流域降雨损失量、降水径流关系等，开展城市降水径流实验，为城市水务一体化管理服务以及为城市防汛预报、抗洪减灾、改善生态环境和经济可持续发展提供及时、准确、可靠的水文信息。

可以在原有水文站网基础上，根据实际需要，合理布设有代表性的城市水文站，加强对城市水文资料的收集整理，研究城市水文规律，有效解决城市化

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