城市化進(jìn)程對水文循環(huán)的影響與對策探析

(遼寧省朝陽水文局，遼寧 朝陽 122000)

隨著我國城市化建設(shè)步伐加快，水文循環(huán)健康問題開始凸顯出來，并且越來越嚴(yán)重了[1]。政府機關(guān)和有關(guān)部門都開始關(guān)注并且發(fā)布了相關(guān)工程方案和解決方法。經(jīng)研究表明，一些洪澇災(zāi)害的發(fā)生和水環(huán)境污染問題都是因為城市建設(shè)影響了水循環(huán)導(dǎo)致的。水文循環(huán)過程中具有一定的自我調(diào)節(jié)能力，但如果一旦打破平衡，自我調(diào)節(jié)能力到達(dá)了極限，水文生態(tài)功能將遭到破壞[2]。

1 城市規(guī)劃中引入健康水循環(huán)的意義

水文循環(huán)就是自然生態(tài)演化的過程，這種演化過程十分復(fù)雜。各種河流湖泊水系、各類濕地、水庫、河谷地以及河漫灘等水文要素都是水文循環(huán)的空間載體。河流中水的運移力來重力，重力的作用下，河流從西到東，從高到底的在跌宕起伏的地表上運移[3]。泥沙在重力作用和離心力作用下沖擊河道兩岸、河床以及河漫灘。河水與泥沙的自重產(chǎn)生了向下的切應(yīng)力和側(cè)蝕力，沖擊力和這兩種力共同作用并且達(dá)到平衡，形成了河流的邊界[4]。整個水文循環(huán)中，以各江河湖海等為空間載體，各載體接受降水并進(jìn)行相互補給和調(diào)蓄，讓整個地表的水體達(dá)到一種動態(tài)平衡。在沒有干擾的情況下，整個水文環(huán)境和水文循環(huán)系統(tǒng)處于正常的動平衡。由于近年來我國的城市化建設(shè)發(fā)展迅速，在短時間內(nèi)對自然水循環(huán)進(jìn)行了較大的干擾，水文效應(yīng)的形成就是因為城市化建設(shè)過程中對水文循環(huán)中降雨徑流系統(tǒng)的干擾。水文效應(yīng)的產(chǎn)生導(dǎo)致水環(huán)境被污染、洪澇災(zāi)害時常發(fā)生、河流水系補給不充分、水生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生危機等問題日益加重。通過工程技術(shù)方法來處理上述的問題效果微乎其微[5]。因此，本文是著重于降低影響方面的研究，把健康水文循環(huán)概念引入到城市化建設(shè)當(dāng)中，健康水文循環(huán)概念是指著重將水文循環(huán)的修復(fù)環(huán)節(jié)，采用科學(xué)的方法來解決城市化建設(shè)中會出現(xiàn)的各種水文效應(yīng)，找出問題關(guān)鍵點徹底解決問題。

2 城市化對水文循環(huán)擾動作用解析

2.1 城市化隔斷承接雨水下墊面條件

在自然條件下的地表，降水通過松散土壤層和透水層的過濾后，貯藏在地層中，或者經(jīng)滲透到潛水層，然后溢流出來補給到溪流中，形成了一個地面漫流。這種動態(tài)過程能讓自然環(huán)境得到很多好處。比如，豐富的土壤水能夠促進(jìn)植物的生長發(fā)育；降水補給地表水時經(jīng)過土壤的滲透過濾后形成的基流，是雜質(zhì)含量十分少的健康水質(zhì)；降水滲透到潛水層是地下水重要的補給來源，這部分水量是人類可開發(fā)利用的重要水資源；降水所形成的地表漫流能有效的降低洪水強度?？焖侔l(fā)展的城市化建設(shè)，快速擴(kuò)大的城市面積嚴(yán)重干擾了承接降水的下墊面，使下墊面發(fā)生了變化。城市化建設(shè)使不透水建筑、密實的廣場、柏油馬路以及人工加工過的低透水率的地面越來越多，這些不透水平面的增加阻斷了降水補給入滲的形成，并且越來越平整光滑的地表使其對徑流的控制能力越來越弱。

統(tǒng)計資料表明，因為下墊面受到嚴(yán)重的干擾，造成了降水入滲量減少、地表徑流的總量越來越大、徑流流速越來越高，因此加重了水土流失問題。汛期的洪水匯流速度越來越短，洪峰流量也日益加大，洪峰密集度越來越大很容易導(dǎo)致洪災(zāi)的發(fā)生。就目前來看，我國的洪水預(yù)防建設(shè)的發(fā)展速度不夠，特別是欠發(fā)展的農(nóng)村和山區(qū)，但洪峰流量和洪水位越來越高，這將會造成十分嚴(yán)重內(nèi)澇災(zāi)害。而且近些年的氣候變化導(dǎo)致暴雨發(fā)生頻凡，降水沖刷造成的污染越來越大，阻隔了降水的正常入滲，讓降水不能進(jìn)行天然的凈化。

2.2 城市化打破水文環(huán)境地景格局特征

城市化建設(shè)的發(fā)展嚴(yán)重干擾了地表結(jié)構(gòu)特征，造成地表結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，從而造成相關(guān)的生態(tài)環(huán)境發(fā)生變化。通過對河流自然特征的研究表明，河流在同流域的水量交換通常是通過臨近的支流發(fā)生，從而達(dá)到自身補給和支出平衡。而城市化建設(shè)嚴(yán)重影響了水文形態(tài)和水文產(chǎn)匯流過程。河流由溪流、干流和支流匯流形成，構(gòu)成了一個復(fù)雜的水系網(wǎng)絡(luò)。這些的水系網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了不同的形態(tài)特征，比如有放射狀、樹枝狀、平行狀和混合狀等形態(tài)，而且這些形態(tài)會發(fā)生動態(tài)變化。城市化建設(shè)重視經(jīng)濟(jì)效益，需要高效的速度和高便捷度，而沒有關(guān)注河流原來的天然形態(tài)特征。城市化建設(shè)通常用格狀路網(wǎng)結(jié)構(gòu)來建設(shè)道路，導(dǎo)致河流水系網(wǎng)絡(luò)中的溪流和支流因截彎取直而越來越小，甚至有些已經(jīng)消失。城市化建設(shè)導(dǎo)致的地景截斷效應(yīng)嚴(yán)重影響了區(qū)域生態(tài)流動。研究表明，道路密度的增大會導(dǎo)致大型哺乳動物出現(xiàn)的幾率下降。

2.3 城市化降低水文系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力

生態(tài)系統(tǒng)一般都具有一定的自我調(diào)節(jié)能力，水文系統(tǒng)同樣如此，因為這種調(diào)節(jié)能力而使徑流運動具有規(guī)律可循。而這種自我調(diào)節(jié)能力具有一定的限度，如果超過極限調(diào)節(jié)能力時，會造成水文系統(tǒng)發(fā)生極端的變化?，F(xiàn)如今，國內(nèi)很多城市的水文數(shù)據(jù)資料具有一定的同化趨勢，比如暴雨的發(fā)生越來越頻繁，洪澇災(zāi)害日益增多，這些變化都是因為水文循環(huán)系統(tǒng)受到了嚴(yán)重的破壞。通過對大凌河流域大城子段集水區(qū)從1980年到現(xiàn)在為止在開采中出現(xiàn)的水文變化數(shù)據(jù)的研究。根據(jù)空間擾動率s/年來計算坡地的開發(fā)規(guī)模，每年的擾動空間以0.002左右的速度上升。但是年均徑流比率變化卻在1991年以前稍微有所降低，然后出顯期上升。這表明城市化建設(shè)的快速發(fā)展對水文循環(huán)系統(tǒng)的干擾有一定的時間遲滯。在1990年以后，年平均徑流的數(shù)據(jù)發(fā)生了不規(guī)則的變化，雖然有的年份出現(xiàn)了下降，但是從1991年到1996年的平均徑流比率為1.41，相比1980年到1990年期間的平均徑流比率1.23有不小的增大。因為研究的時間有限，時間系數(shù)沒有得到具體的測量數(shù)據(jù)，但是根據(jù)資料研究可以推斷，1990是這個地區(qū)水文循環(huán)系統(tǒng)的極限。這個結(jié)論成為了以后研究的理論基礎(chǔ)。并且研究表明，如果超過了水文極限，會導(dǎo)致很多城市問題的發(fā)生。雖然城市化建設(shè)中對水文循環(huán)系統(tǒng)的影響是無法規(guī)避的，但是需要研究出一種具有很強適應(yīng)性的應(yīng)對策論和規(guī)劃。

3 流域規(guī)劃對策

3.1 區(qū)域劃分實現(xiàn)由地緣向水緣的轉(zhuǎn)變

放眼全球，很多國家都在嘗試通過河流流域進(jìn)行區(qū)域劃分和城市化建設(shè)，這種方法的施行也得到了不小的成果。以流域為單元的區(qū)域開發(fā)模式有很長的歷史發(fā)展，比如我國的黃河流域和西亞的兩河流域。歷史資料和經(jīng)驗表明，流域的自然屬性、社會屬性和經(jīng)濟(jì)屬性都是造成同流域水文效應(yīng)下降的影響因素。因為流域是一個整體環(huán)境，本身具有很強的聯(lián)動性。水資源的開發(fā)會破壞區(qū)域內(nèi)的水文循環(huán)，如果僅僅治理區(qū)域范圍內(nèi)的治理是達(dá)不到理想效果的。比如，如果在流域的上游經(jīng)行大規(guī)模區(qū)域調(diào)水和在流域中游截水會導(dǎo)致下游區(qū)域斷水現(xiàn)象的發(fā)生。城市的污水排放和地表徑流排放如的區(qū)域如果在流域區(qū)域的源頭附近，將會造成大范圍的嚴(yán)重影響。區(qū)域間存在的經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，這可以在流域不同水文區(qū)段方面找到一些原因。一般而言流域的上游區(qū)段通常為水源保護(hù)地帶，這部分的水文環(huán)境比較豐富、地形地貌十分復(fù)雜，在此區(qū)段進(jìn)行大規(guī)模的城市化建設(shè)的話會十分困難，但這里一般都富含大量的礦產(chǎn)資源和其它能源。流域的下游區(qū)段人口密集度一般都比較大，交通發(fā)展較好、經(jīng)濟(jì)建設(shè)繁榮、科學(xué)技術(shù)比較先進(jìn)。如果根據(jù)這種規(guī)律在流域內(nèi)進(jìn)行科學(xué)的開發(fā)利用，能夠避免區(qū)域內(nèi)的產(chǎn)業(yè)建設(shè)重復(fù)，達(dá)到資源最大化的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。

3.2 將流域水資源作為確定城鎮(zhèn)規(guī)模等級的門檻

在傳統(tǒng)的城市化建設(shè)中，確定一定區(qū)域內(nèi)城市規(guī)模等級時，通常是著重考慮經(jīng)濟(jì)發(fā)展，資源容量是設(shè)計的底線，這種忽略了生態(tài)環(huán)境建設(shè)的規(guī)劃模式，一旦城市化規(guī)模超過了生態(tài)系統(tǒng)的自身調(diào)節(jié)極限時會造成十分嚴(yán)重的后果。對環(huán)境先破壞后治理的城市化建設(shè)模式導(dǎo)致了極其嚴(yán)重的后果，這些失敗的方法使我們提高警覺。隨著人類社會發(fā)展加速，水資源越來越緊張。這要求我們在經(jīng)行城市化建設(shè)時，要通過水資源承載能力來確定城市規(guī)模。盡可能的減少人類用水排水時對水文系統(tǒng)造成的影響，不能只單獨依靠工程技術(shù)方面的措施，還需要客觀準(zhǔn)確的評估區(qū)域范圍妹的水資源承載能力，以此來確定城市規(guī)模和等級。尤其需要注重區(qū)域上游的建設(shè)，一旦城市化建設(shè)規(guī)模超過限度，所導(dǎo)致的污染和徑流總量將帶來大范圍的、十分嚴(yán)重的影響。比如會使下游的洪水發(fā)生頻繁，洪峰流量增大。截彎取直雖然能夠讓下游河流更好的疏通，但會破壞生態(tài)環(huán)境。因為城市化建設(shè)時必須充分考慮區(qū)域內(nèi)水資源餓承載能力。

3.3 依據(jù)流域自然特征進(jìn)行區(qū)域城鄉(xiāng)空間結(jié)構(gòu)規(guī)劃

梯度發(fā)展規(guī)律是我國進(jìn)行流域規(guī)劃的重要依據(jù)，這一種模式是分配更多好的資源給條件相對比較好的地區(qū)，讓先開發(fā)地區(qū)發(fā)展起來以后來帶動周邊地區(qū)的發(fā)展，這是為了讓區(qū)域經(jīng)濟(jì)能從不平衡過度到平衡狀態(tài)。這種發(fā)展模式的衡量標(biāo)準(zhǔn)中著重于投資回報率。把健康水文循環(huán)這一概念應(yīng)用到城市化發(fā)展規(guī)劃中，把水文環(huán)境考慮到規(guī)劃當(dāng)中，使區(qū)域開發(fā)能夠和水文系統(tǒng)的發(fā)展相結(jié)合。這樣的開發(fā)方法可以和經(jīng)濟(jì)衡量標(biāo)準(zhǔn)相輔相成，更科學(xué)的進(jìn)行城市化建設(shè)。

4 結(jié)語

在城市化建設(shè)中把健康水循環(huán)納入衡量標(biāo)準(zhǔn)，會給城市開發(fā)中的水文效應(yīng)研究帶來新的方向。此研究能夠從根本上解決城市化建設(shè)過程中對水文效應(yīng)的影響。能在保證經(jīng)濟(jì)效益的同時維護(hù)一個良好的水文循環(huán)平衡，從而緩解城市化建設(shè)時的水資源緊張問題。

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