城市化对水文要素影响分析

［文章编号］1002-0624

（2008）06-0016-02城市化对水文要素影响分析

王玉成1,耿延博2,王婷3,郭纯一4

(1.辽宁省水文水资源勘测局沈阳分局，辽宁沈阳110013；2.辽宁省水文水资源勘测局朝阳分局，辽宁朝阳122000；

3.本溪市溪湖区城乡建设管理局，辽宁本溪117000；

4.辽宁省水文水资源勘测局，辽宁沈阳110005)

［摘要］本文针对沈阳城市化建设带来的城市降雨量、

降雨强度、汇流条件、径流水质等变化，导致城市水文生态失去平衡，更使城市防洪抗涝压力剧增。同时，雨水资源大量流失，地下水得不到有效补充，引发地面下沉等地质灾害。降雨径流携带的污染物质快速汇入城市河道，导致了沈阳城市河道富营养化及黑臭污染。［关键词］城市化；

水文要素；影响分析［中图分类号］TV12［文献标识码］A

随着沈阳大都市化建设步伐的加快，城市的下垫面条件发生较大变化，导致城区降雨径流关系的改变；土地利用的变化导致城市不透水地面的增加，缩短城市汇流时间，径流系数增大；同时，城市径流中的污染进入城市水体给水环境带来较为严重的影响，增加了城市排水系统建设的负担及排水设施运营的费用。总之，城市化进程带来城市下垫面的改变，使得城市水文生态环境发生较大的变化。

1城市化建设对降水的影响

城市径流的形成与降雨条件有着十分密切的关系，城市化建设过程中，大量人口向城市聚居，工业、商业迅速发展，污尘排放量显著增加，城市上空的灰尘成为降雨的催化剂，同时使城市温度明显提高，产生“雨岛效应”和“热岛效应”，造成市区降雨量增加；随着城市化程度的提高，城市下垫面发生改变，影响了城市气候，造成城市降雨量、降雨强度变化，对城市降雨径流产生了影响。

沈阳市在3479km 2面积内设置的3处水文站、3个雨量点和5处专用雨量站进行平行观测，以研究城市化建设对沈阳市降雨的影响程度和范围。用已观测到的1980～2005年水文资料进行分析研究，研究分析结果表明：市区降雨量大于郊区降雨量，平均增加雨量为6%；市区和其下风向的降水强度比郊区大；降水时空分布趋势明显，降水以市区为中心向外依次减小；城市化使得城市暴雨雨日增多。

2城市化建设对产汇流的影响

随着城市化的发展，城市规模不断扩张，城市的土地利用结构发生重大的改变，城市原有的产汇流模式被改变，见图1、图2。城市化进程中，树木、农作物、草地等面积逐渐减少，工业区、商业区和居民区面积逐渐增大，使原来相当部分的透水面积为硬制的、不透水面积所取代，减少了蓄水洼地，城市下垫面对雨水的蓄渗能力较大幅度下降，地下水补给量相应减小，造成地面下降等不良影响。由于不透水地面的入渗量几乎为零，降雨下渗受到阻碍，使得径流总量增大；不透水地面的高径流系数使得雨水汇流速度大大提高，从而导致洪峰出现的时间提早。

图1100%不透水城市流域产汇流模式

图2自然流域产汇流模式

东北水利水电2008年第6期（第26卷287期

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城市化对城市径流的影响还体现在城市河道的裁弯取直及排水系统的建设方面。城市化的发展必然要整治自然河道，一般采取的措施是对原河道进行裁弯取直，直岸墙砌石护坡，缩小河道断面，河道两岸土地开发利用，甚至采用河口棚盖开发的办法，与天然河道相比，造成了河道糙率减小，河道槽蓄水量减少，汇流速度明显加快，引起干支流洪峰增大。另外，城市化建设过程中正在逐渐完善城市排水系统，如设置道路边沟、密布雨水管网和排洪沟等，也增加了汇流的水力效率。

随着沈阳城市化建设的发展，有的河道漫滩被占用，过水断面减少，因而洪水频率也随之增加。与此同时，由于雨水下渗逐渐减少，从而导致河流枯季的基流也相应减少。从目前的研究情况看，相同降雨条件下，城市化引发的径流增加量并不统一。尽管如此，城市化导致洪峰流量及径流总量的增加这一结论是被确认的。

沈阳市快速的经济发展改变沈阳原有的土地利用结构，最为明显的是：水域和农业用地大为减少，取而代之的是砖瓦建筑物、沥青路面等透水性极差或根本不透水的地表结构覆盖比例明显增加。把沈阳市6个中心区、5个郊区作为研究区域，对其土地利用结构变化过程进行分析。分析表明：沈阳市土地利用结构变化的突出标志是建成区面积扩大，这也是沈阳市区土地利用结构变化的直接原因。因此，沈阳中心城区的下渗与蓄水能力已大大下降，城市的排水压力巨大，防洪形式严峻。

对土地利用变化对沈阳市区产流的影响进行了初步估算，在49mm/d降水条件下，2001年沈阳的产水量为17.24亿m3，径流系数为0.12；2005年的产水量为29.28亿m3，径流系数为0.19，2005年比2001年的径流系数增加了58%，土地利用变化对径流量的影响较为明显。另外，研究表明沈阳市产流增值最大的是2001年，这与同期沈阳市区建设用地面积增长最快相对应，证明土地利用的变化的确改变了地表的下渗能力，使地表径流相对增加。

3城市化对径流水质的影响

城市径流中污染物组分及浓度随城市化程度、土地利用类型、交通量、人口密度和空气污染程度而变化。一般雨水径流中的污染物来自三个方面：降水、土地表面和下水道系

统。其中污染物大概可分为下面几大类：悬浮固体(SS)、好氧物质、重金属、富营养化物质(如氮、磷)、细菌和病毒、油脂类物质、酸类物质、有毒有机物(除草剂等)和腐殖质。美国及荷兰的研究结果认为，城市地表径流雨水中污染物SS、重金属及碳氢化合物的浓度在数量级上与未经处理的城市污水基本相同，而COD和BOD要比未经处理的城市污水低。因此，雨水径流污染这一非点源污染已成为城市水环境污染主要因素之一。

雨水是城市环境中各种污染物的载体之一，受污染的雨水已经成为重要的城市面源污染。雨水径流携带的污染物也已成为城市水环境污染和生态退化的重要因素。按汇水面类型来分，污染雨水有屋面径流、路面径流等多种。屋面径流污染主要来源于屋面的沉积物及屋面防水材料析出物；路面径流的主要污染源是路面的沉积物、行人和车辆的交通垃圾等。城市雨水径流污染治理不容忽视，是城市环境保护和生态建设过程中急需解决的实际问题。

此外城市排水系统对径流水质也会产生不良影响，这主要由沉积池中沉积物和合流制排水系统漫溢出的污水两部分。在合流制排水系统里，废水和雨水掺混在一起输送到受纳水体或污水处理厂。当降雨径流流速较大时，排水管网中无雨期自污水中沉积下来的污染物被冲起并带走，成为径流污染物的又一来源。

4结语

沈阳城市化建设带来的城市降雨量、降雨强度、汇流条件、径流水质等变化，导致城市水文生态失去平衡，使得城市建设的防洪抗涝压力剧增，城市的基础设施投资增大，排水工程运行费用增加，同时，雨水资源大量流失，地下水得不到有效补充，引发地面下沉等地质灾害。降雨径流携带的污染物质快速汇入城市河道，也成为沈阳城市河道富营养化及黑臭污染的加重。

［收稿日期］2007-12-14

［作者简介］王玉成（1980-），男，辽宁沈阳人，工程师，主要从事水文情报预报、水资源评价论证工作。

2008年第6期（第26卷287期）东北水利水电

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