城市化和低影响发展的生态水文效应分析

□朱俊峰（河北省承德水文水资源勘测局）

0 前言

气候变化、人类高强度活动不仅对地球生态环境造成直接影响，也影响到水循环时间、空间分布特征。文章首先介绍城市化和低影响发展下城市水文学发展历程，然后分析城市化水文效应，并对其评估方法进行简要介绍，最后指出城市化水文效应研究过程中所面临的主要难题，进而为相关领域研究提供一定方向。

1 城市化和低影响发展下城市水文发展历程

进入21世纪以来，气候变化对生态环境的影响程度日益加重，给城市用水安全带来了较为严重的威胁，特别是沿海城市及典型城市群，表现出对气候变化异常的敏感性。全球性气候变化不仅加大了洪涝灾害的发生率，也使得城市水文效应研究面临更多压力挑战。因此，探讨城市水文效应将成为未来相关领域研究的重点课题。我国开展城市化生态水文效应研究时间比较晚，目前已经进入到快速发展阶段，并在城市化对生态系统、水环境的影响等方面取得很多创新性研究成果。

2 城市化和低影响发展对水文效应的影响分析

2.1 城市化和低影响发展对水循环过程的主要影响

2.1.1 对降水的影响

很多权威研究结果均显示，城市化对降水具有显著影响，突出表现在3个方面。首先，郊区降水量小于城区内降水量，且降水量的增长率与城市地形地貌及下垫面变化情况具有相关性；其次，城区内下风向降水量大于郊区，且在时间和空间分布上存在显著差异，也就是说降水量从城区中心向外部延伸，呈现出逐渐减少的趋势；最后，城市化可对四季降水产生不同影响，其中冬季降水变化情况是受到城市化影响最为明显的季节。

2.1.2 对蒸散发的影响

蒸发和散发是水循环过程中的重要组成部分，美国权威领域研究结果表明，自然流域情况下，蒸发和散发在城市总降水量中占据很大比例。但是，随着城市化进程的不断加快，导致不透水面积逐年加大，进而使得蒸发量大大降低。在城市化和低影响发展过程中，很多植被覆盖面积和土壤被城市基础设施代替，例如沥青道路、建筑物及广场等。人工路面持水能力有限，其蒸发持续时间比植被、土壤蒸发短很多。与此同时，温度、湿度及风速等蒸发过程中的主要控制因素发生变化后，会明显减少蒸发量。

2.2 城市化和低影响发展对水生态系统的主要影响

2.2.1 对河流生态的影响

城市化发展必然会对生态环境造成显著的影响，且影响程度与城市化发展水平呈正相关。其中，城市化发展进程中，会大量改造土地，其变化情况不仅对流域内生态系统产生物理性变化，也会不断改变生态系统的生物特征及化学特性，进而引起区域“河流综合症”。例如，城市化进程越快，植被覆盖率越少，其对相关污染物的拦截、消解作用将逐渐弱化，进一步增加污染物。而城市化发展会将区域流域的河流形态和河网布局改变，会导致河流缩短，且逐渐变窄，严重时直接导致河流、湖泊消亡，进而出现城市河流生态性退化。

2.2.2 对河网水系的影响

城市化和低影响发展会使得河道结构变得更加渠道化和简单化，而城市市政建设（给排水）会给自然水循环主要线路布局带来直接影响，一定程度上破坏了水生态系统。近几年来，我国很多地区出现河流水系消失现象，且消失频繁逐年增大，这种现象导致河网结构出现改变的同时，也使得我国城市河道渠道化现象更加严重，使水质逐渐恶化，且加大了干旱、洪涝的发生率和波及范围。研究结果显示，区域内河流等级越小，其受到城镇化发展的影响和制约越为显著，也由此给城市给排水系统建设带来更大压力。

2.2.3 对水土流失的影响

人们在进行城市化改造过程中，会使生态环境、地形地貌发生本质上的改变，进而出现严重的水土流失。例如，城市化改造活动可导致河流消失，加之不断增加的非透水地表面积，引起降水产流的洪峰流量进一步增加，进而增大了水流的侵蚀作用。与此同时，城市化建设中大量基础设施项目会导致土壤功能出现持续性下降，大量泥沙堵住排洪设施，降低了城市排洪能力。

3 城市化和低影响发展的生态水文效应评估方法及主要难题

3.1 生态水文效应评估方法

目前，各地区水文研究和相应的观测记录尚不够权威，且受到城市水循环体系自然变异性的制约，使得城市化水文效应分析面临更多问题。经过理论研究和实践经验积累，现阶段很多技术方法和研究手段被应用在实际工作中，并逐渐摆脱单点观测的束缚，向城市化观测方向发展。从整体角度看，可将评估方法分为3类，分别为观测试验比较法、水文时间序列法及水文模型法。3种方法研究范围和主要特征如表1所示。

表1 三种水文效应评估方法比较表

通过表1可以看出，3种评估方法均存在不足。与其他方法相比，水文模型法比较科学合理，具有可行性，能够反馈出生态水文物理变化的主要相应机制。但是，资料不全问题导致相关参数具有不确定性，可应用性较差。因此，为了有效弥补单一分析方法的弊端，可综合以上方法及技术的优势，使其充分被应用在生态水文效应研究中。

3.2 生态化生态水文效应分析工作面临的主要难题

从上文分析中可以看出，城市水文效应研究方法得到不断的完善，但其研究结果尚存在很多差异性，从科学和未来发展趋势来看，城市化和低影响发展的生态水文效应研究还要面临以下一些问题：①建立城市水资源管理系统建设，完善水生态可持续发展策略。为此，需要对相关评估方法进行改进，使其能够为城市水文效应研究带来方便；②生态水文效应研究往往涉及到很多学科，因此需要不断加强多种学科的交叉与合作；③全球性气候变暖趋势不可逆转，因此加强对其的研究力度势在必行，研究过程中要将气候变化与城市用水安全之间的关系作为重点内容。

4 结语

城市生态水文效应研究作为一种新型学科，在经历多年发展过程中，取得了丰富的研究成果，并且逐渐发展为体系比较完整的学科。文章首先介绍城市化和低影响发展下城市水文发展历程，主要探讨城市化生态水文效应对水循环过程及水生态系统的主要影响，分析城市化生态水文效应的主要评估方法及其特点，并指出目前水文效应研究所面临的关键问题，为未来相关领域研究提供一定方向。

[1]段文军，王金叶，李海防.华南3种典型生态恢复模式的生态水文效应（优先出版）[J].中南林业科技大学学报，2014 04（01）.

[2]颜乐，夏自强，丁琳，等.基于SWMM模型的生物滞留池水文效应研究[J].中国农村水利水电，2014，04（13）.

[3]张建云，宋晓猛，王国庆，等.变化环境下城市水文学的发展与挑战——I.城市水文效应[J].水科学进展，2014，12（06）.

[4]张飞，周梅，尔达克·克里木.干旱区土地利用/覆被变化(LUCC)的生态水文效应研究进展[J].天津农业科学，2014，11（09）.

[5]张淑兰，张海军，王彦辉.泾河流域上游景观尺度植被类型对水文过程的影响（优先出版）地理科学，2015，02（07）.