城市化对水文循环的影响与对策研究

徐 雷

(白城市水利勘测设计院，吉林 白城 137000)

在我国城市化建设过程中，水资源安全问题开始显现，并有日益严重的发展趋势。各级政府及相关部门为此制定了各项工程方案和解决措施。有关研究显示，城市建设对水循环的干扰导致了一些洪涝灾害的发生和水质污染事件的出现。在水文循环具有的自我调节能力达到极限以后，将会引发水文生态功能退化。

1 城市规划中引入健康水文循环的意义

所谓水文循环，指的是一种自然生态演化过程，这一过程具有十分复杂的特点。水文循环的主要空间载体为大小河流、湖泊、各类湿地和水塘、溪流、河谷地以及河漫滩等地表水文环境。河流中水的流动起源于重力作用，在重力作用下，河水由高向低流淌在起伏不平的的地表，并对自然形成的河堤、河床和河漫滩等产生冲击效应。这种冲击力同与此相伴的泥沙淤积，以及河水自身具有的下切力和侧蚀力共同作用之下形成一种平衡，构成了河流边界。各类溪流、湖泊、湿地和水塘等水文要素则是以吸纳雨水，同干流水体进行相互补给和调蓄，使地表的自然水体达到一种平衡，处于自然演化中的水文环境和水文循环系统表现为一种正常平衡状态［1］。但在我国进行的大规模城市化建设过程中，水文循环系统在很短的时间里受到了规模较大的干扰，这种城市化建设过程对降雨系统、河流水系及相关生态系统产生的干扰就形成了水文效应。水文效应将引发水质出现恶化、洪涝等灾害频繁出现、河水出现断流、水生态系统产生危机等一系列问题。研究者和工程技术人员想利用工程策略来解决上述问题，取得的效果并不显著。故此，本文着眼于低影响角度，在城市规划领域引进健康水文循环这一理念，该理念是在城市化建设中，将水文循环的修复作为目标，对城市化建设中可能出现的水文效应采取相应对策，以期寻找出其产生症结，并从根本上进行解决。

2 城市化对水文循环扰动作用解析

2.1 城市化隔断承接雨水下垫面条件

在未经开发的自然地表，通过土壤层及透水层之后、雨水得到过滤净化贮藏于地表，或渗入浅水层，最终溢出变成溪水的基流，形成了一个地表漫流过程。这一过程为环境带来了许多益处。如渗入土壤的水促进了植物发育和生长;雨水的渗透要经土壤颗粒的过滤，有利于去除地表径流中存在的杂质，保证了溢出的基流的健康水质;雨水渗入浅水层为地下水提供了必要的补给，形成了人类的重要水源;雨水溢出所形成的地表漫流有利于缓和洪水的强度。在大规模城市化建设中，城市的面积在快速膨胀，使承接雨水的下垫面受到了大规模的干扰而出现变化。各类建筑的屋顶、经过铺装的广场、柏油马路、以及通过人工整理的密实地表等不透水平面截断了雨水的正常渗透和贮藏过程，并阻断了地表漫流，日益光滑的地表也削弱了其控制地表漫流速度的功能。统计资料显示，下垫面条件的变化导致了径流总量上升、径流速度在提高，在大量雨水的冲刷下又将导致水土流失。而汛期的洪水汇集周期在日益缩短，洪峰值在日益升高，当出现各水洪峰聚集，极有可能造成洪灾。我国目前的洪水位在逐年上升，而预防洪水的设施建设的出现滞后，特别是广大农村村镇地区，将带来极为严重的内涝灾害。而近年出现的气候异常变化造成暴雨频现，初始冲刷所构成的污染日益扩大，在客观上阻碍了雨水正常入渗土壤，使雨水得不到天然净化。

2.2 城市化打破水文环境地景格局特征

大规模的城市化建设对地表结构带来干扰，导致地表结构特征产生变化，直接影响到与之相关的生态环境。研究人员对河流的自然特征展开研究后发现，河流是通过临近的支流同陆域发生水量交换，进而实现自身水源的蓄积和补给。但城市化建设却使水文形态和水文产流特征发生了变化［2］。作为由溪流、支流和干流汇聚形成的河流，构成了一个水系网络，形成河流的水系网络具有不同的形态，这些形态的水系包括平行状、放射状、树枝状、羽型状、向心状和混合状等，而且其形态并非一成不变。城市化建设通常讲究便捷和高效，并突出经济效益，但却忽视了河流所具有的天然形态。在城市化建设中，道路规划通常采取格状路网结构，这造成河流的支流和溪流由于避弯取直而渐渐缩小，一些支流和溪流已经消失。所造成的地景截断效应也对区域生态流动产生了严重的负面影响。大量生态道路学成果显示，当道路密度达到0.6km/km2以上时，大型哺乳动物的显现机会将大幅度下降。

2.3 城市化降低水文系统调节能力

生态系统通常都具有某种自我调节能力，水文系统也不例外，这种自我调节能力促使径流运动存在一定的规律性。但这种调节能力也存在极限，当超出极限后，将导致极端水文变化的出现。近些年，国内许多城市的水文数据都具有同化趋势，如暴雨出现频率增高，洪涝灾害频率增大，这些都产生于水文循环系统遭到干扰和破坏。研究人员对基隆河流域汐止五堵段集水区自1980～2020年在开发中出现的水文变化数据做出检测。依据空间扰动速率S/年，计算山坡地的开发规模，每年的扰动空间以0.002左右的速率提高。年均径流比率变化却在1991年以前略稍降低，此后出现显期待上升。显示出大规模城市化改造对水文循环系统进行的扰动存在一个时间的迟滞。1990年以后，年平均径流数据明显发生不规则变化，尽管有的年份出现下降，但是从1991～1996年的平均径流比率为1.41，比1980～1990年期间的平均径流比率1.23明显偏高。受检测时间所限，没能测量到具体时间系数，但还是可以断定，1990年达到这一区域水文系统极限并形成拐点。这一结论为日后的研究奠定了理论基础。并预示出，一旦超过水文极限，将带来一系列的城市问题。尽管城市建设扰动水文循环系统的问题不可避免，但还是有必要寻找到一种具有适应性的相应规划与策略。

3 流域规划对策

3.1 区域划分实现由地缘向水缘的转变

全球很多国家都在试图通过河流域进行区域划分和城市建设，这种方式也取得了一定的成效。在美国就有田纳西流域，在南美洲的巴西有亚马逊流域。这种以流域作为单元的区域开发具有相当长的历史传统，例如我国有黄河流域、在西亚有两河流域，在非洲有尼罗河流域。历史经验证明，水文效应的下降同流域的自然属性、社会属性和经济属性是分不开的。流域作为一个整体概念，其具有联动性［3］。在区域内进行水资源的开发会对水文循环产生破坏作用，而治理仅着眼于区域范围是无法实现的。如在流域的上游进行跨区域调水、在中游进行拦水通常都将造成下游出现断水现象;而城市进行污水排放和地表径流排放的区段离源头越近，流域范围内造成的影响范围就越大、危害也越大。同时，区域间存在的经济发展差异也可在流域不同水文区段方面寻找到某些原因。通常流域上游都为水源保护地带，这里的水文环境十分丰富、地形结构也较复杂，进行大规模城市开发存在较大困难。但这里往往蕴藏着丰富的能源或其他资源;流域下游通常人口密集、交通也十分便利、这里的经济相对发达、先进的技术也存在这里。若依据这样的规律在流域内进行合理职能分工，可有效防止产业重复建设，实现优势互补的经济发展态势。

3.2 将流域水资源量作为确定城镇规模等级的门槛

在区域范围内进行城市规模等级规划设计时，通常以经济发展目标作为前提条件，其设计底线则是资源容量，这种传统规划模式无视生态环境，在城市规模超过生态系统极限后，将导致无法挽回的严重后果。西方国家在建设中对环境实行先破坏后治理的模式所造成的负面影响教训深刻，足以引起我们的警觉。水资源日益紧张，客观上要求我们在进行区域城市开发时应将水文资源承载力作为衡量城市设计规模及等级结构的标准。降低取排水对区域水文系统造成的干扰，不能只局限于工程技术措施，还要对区域范围内的流域水文资源的承载力做出准确评估，以确定其极限值，以此作为城市开发规模和等级结构的一项衡量标准。特别是流域上游，若城镇开发规模过大，所造成的污染和径流总量将在较大范围内带来负面影响:如使下游城市的防洪和净水产生更大压力;为使下游河流更加疏通而进行裁弯取直，将对水文环境及流域水文生态带来破坏。所以，确定区域城镇开发的规模和等级一定以区域内水文资源的承载力极限作为徇标准。

3.3 依据流域自然特征进行区域城乡空间结构规划

我国进行区域规划依据的是梯度发展规律，这种模式造成条件较好地区更易获得更多的资源，再以先开发地区通过辐射作用带动周边地区，目的是使区域经济由不平衡向平衡过度。该发展模式是以投资报酬率作为衡量标准。在发展规划时引进健康水文循环的理念，将水文环境作为衡量标准之一，使区域开发的空间结构同水文空间的相融合。这种新开发思念与经济衡量标准并不矛盾，未发展地区可作为预留保护地，有效保护上游区域的水文环境。

综上所述，将健康水文循环作为一项衡量标准，将为城市开发中的水文效应研究拓展思路。这项研究将使城市开发中对水文效应开展的整治不仅局限于现象，而利于在根本上加以解决。这样通过治理水文效应也使片面追求社会效益和经济效益目标中增加了维持水文循环健康的目标，从而有效缓解开发建设中的水资源紧张局面，这项研究无疑具有重大意义和深远影响。

［1］陈莹，许有鹏，陈兴伟.长江三角洲地区中小流域未来城镇化的水文效应［J］.资源科学，2011(01).

［2］许有鹏，丁瑾佳，陈莹.长江三角洲地区城市化的水文效应研究［J］.水利水运工程学报，2009(04).

［3］戚晓明，杜培军，吴志勇，汪迎春.城市景观格局与水文效应关系研究［J］.水利水电技术，2010(04).