城市化进程对水文循环的影响与对策探析

2018-04-16

地下水 2018年3期

(辽宁省朝阳水文局，辽宁朝阳 122000)

随着我国城市化建设步伐加快，水文循环健康问题开始凸显出来，并且越来越严重了[1]。政府机关和有关部门都开始关注并且发布了相关工程方案和解决方法。经研究表明，一些洪涝灾害的发生和水环境污染问题都是因为城市建设影响了水循环导致的。水文循环过程中具有一定的自我调节能力，但如果一旦打破平衡，自我调节能力到达了极限，水文生态功能将遭到破坏[2]。

1 城市规划中引入健康水循环的意义

水文循环就是自然生态演化的过程，这种演化过程十分复杂。各种河流湖泊水系、各类湿地、水库、河谷地以及河漫滩等水文要素都是水文循环的空间载体。河流中水的运移力来重力，重力的作用下，河流从西到东，从高到底的在跌宕起伏的地表上运移[3]。泥沙在重力作用和离心力作用下冲击河道两岸、河床以及河漫滩。河水与泥沙的自重产生了向下的切应力和侧蚀力，冲击力和这两种力共同作用并且达到平衡，形成了河流的边界[4]。整个水文循环中，以各江河湖海等为空间载体，各载体接受降水并进行相互补给和调蓄，让整个地表的水体达到一种动态平衡。在没有干扰的情况下，整个水文环境和水文循环系统处于正常的动平衡。由于近年来我国的城市化建设发展迅速，在短时间内对自然水循环进行了较大的干扰，水文效应的形成就是因为城市化建设过程中对水文循环中降雨径流系统的干扰。水文效应的产生导致水环境被污染、洪涝灾害时常发生、河流水系补给不充分、水生态系统发生危机等问题日益加重。通过工程技术方法来处理上述的问题效果微乎其微[5]。因此，本文是着重于降低影响方面的研究，把健康水文循环概念引入到城市化建设当中，健康水文循环概念是指着重将水文循环的修复环节，采用科学的方法来解决城市化建设中会出现的各种水文效应，找出问题关键点彻底解决问题。

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

在自然条件下的地表，降水通过松散土壤层和透水层的过滤后，贮藏在地层中，或者经渗透到潜水层，然后溢流出来补给到溪流中，形成了一个地面漫流。这种动态过程能让自然环境得到很多好处。比如，丰富的土壤水能够促进植物的生长发育；降水补给地表水时经过土壤的渗透过滤后形成的基流，是杂质含量十分少的健康水质；降水渗透到潜水层是地下水重要的补给来源，这部分水量是人类可开发利用的重要水资源；降水所形成的地表漫流能有效的降低洪水强度。快速发展的城市化建设，快速扩大的城市面积严重干扰了承接降水的下垫面，使下垫面发生了变化。城市化建设使不透水建筑、密实的广场、柏油马路以及人工加工过的低透水率的地面越来越多，这些不透水平面的增加阻断了降水补给入渗的形成，并且越来越平整光滑的地表使其对径流的控制能力越来越弱。

统计资料表明，因为下垫面受到严重的干扰，造成了降水入渗量减少、地表径流的总量越来越大、径流流速越来越高，因此加重了水土流失问题。汛期的洪水汇流速度越来越短，洪峰流量也日益加大，洪峰密集度越来越大很容易导致洪灾的发生。就目前来看，我国的洪水预防建设的发展速度不够，特别是欠发展的农村和山区，但洪峰流量和洪水位越来越高，这将会造成十分严重内涝灾害。而且近些年的气候变化导致暴雨发生频凡，降水冲刷造成的污染越来越大，阻隔了降水的正常入渗，让降水不能进行天然的净化。

2.2 城市化打破水文环境地景格局特征

城市化建设的发展严重干扰了地表结构特征，造成地表结构发生了变化，从而造成相关的生态环境发生变化。通过对河流自然特征的研究表明，河流在同流域的水量交换通常是通过临近的支流发生，从而达到自身补给和支出平衡。而城市化建设严重影响了水文形态和水文产汇流过程。河流由溪流、干流和支流汇流形成，构成了一个复杂的水系网络。这些的水系网络构成了不同的形态特征，比如有放射状、树枝状、平行状和混合状等形态，而且这些形态会发生动态变化。城市化建设重视经济效益，需要高效的速度和高便捷度，而没有关注河流原来的天然形态特征。城市化建设通常用格状路网结构来建设道路，导致河流水系网络中的溪流和支流因截弯取直而越来越小，甚至有些已经消失。城市化建设导致的地景截断效应严重影响了区域生态流动。研究表明，道路密度的增大会导致大型哺乳动物出现的几率下降。

2.3 城市化降低水文系统调节能力

生态系统一般都具有一定的自我调节能力，水文系统同样如此，因为这种调节能力而使径流运动具有规律可循。而这种自我调节能力具有一定的限度，如果超过极限调节能力时，会造成水文系统发生极端的变化。现如今，国内很多城市的水文数据资料具有一定的同化趋势，比如暴雨的发生越来越频繁，洪涝灾害日益增多，这些变化都是因为水文循环系统受到了严重的破坏。通过对大凌河流域大城子段集水区从1980年到现在为止在开采中出现的水文变化数据的研究。根据空间扰动率s/年来计算坡地的开发规模，每年的扰动空间以0.002左右的速度上升。但是年均径流比率变化却在1991年以前稍微有所降低，然后出显期上升。这表明城市化建设的快速发展对水文循环系统的干扰有一定的时间迟滞。在1990年以后，年平均径流的数据发生了不规则的变化，虽然有的年份出现了下降，但是从1991年到1996年的平均径流比率为1.41，相比1980年到1990年期间的平均径流比率1.23有不小的增大。因为研究的时间有限，时间系数没有得到具体的测量数据，但是根据资料研究可以推断，1990是这个地区水文循环系统的极限。这个结论成为了以后研究的理论基础。并且研究表明，如果超过了水文极限，会导致很多城市问题的发生。虽然城市化建设中对水文循环系统的影响是无法规避的，但是需要研究出一种具有很强适应性的应对策论和规划。

3 流域规划对策

3.1 区域划分实现由地缘向水缘的转变

放眼全球，很多国家都在尝试通过河流流域进行区域划分和城市化建设，这种方法的施行也得到了不小的成果。以流域为单元的区域开发模式有很长的历史发展，比如我国的黄河流域和西亚的两河流域。历史资料和经验表明，流域的自然属性、社会属性和经济属性都是造成同流域水文效应下降的影响因素。因为流域是一个整体环境，本身具有很强的联动性。水资源的开发会破坏区域内的水文循环，如果仅仅治理区域范围内的治理是达不到理想效果的。比如，如果在流域的上游经行大规模区域调水和在流域中游截水会导致下游区域断水现象的发生。城市的污水排放和地表径流排放如的区域如果在流域区域的源头附近，将会造成大范围的严重影响。区域间存在的经济发展不平衡，这可以在流域不同水文区段方面找到一些原因。一般而言流域的上游区段通常为水源保护地带，这部分的水文环境比较丰富、地形地貌十分复杂，在此区段进行大规模的城市化建设的话会十分困难，但这里一般都富含大量的矿产资源和其它能源。流域的下游区段人口密集度一般都比较大，交通发展较好、经济建设繁荣、科学技术比较先进。如果根据这种规律在流域内进行科学的开发利用，能够避免区域内的产业建设重复，达到资源最大化的经济发展模式。

3.2 将流域水资源作为确定城镇规模等级的门槛

在传统的城市化建设中，确定一定区域内城市规模等级时，通常是着重考虑经济发展，资源容量是设计的底线，这种忽略了生态环境建设的规划模式，一旦城市化规模超过了生态系统的自身调节极限时会造成十分严重的后果。对环境先破坏后治理的城市化建设模式导致了极其严重的后果，这些失败的方法使我们提高警觉。随着人类社会发展加速，水资源越来越紧张。这要求我们在经行城市化建设时，要通过水资源承载能力来确定城市规模。尽可能的减少人类用水排水时对水文系统造成的影响，不能只单独依靠工程技术方面的措施，还需要客观准确的评估区域范围妹的水资源承载能力，以此来确定城市规模和等级。尤其需要注重区域上游的建设，一旦城市化建设规模超过限度，所导致的污染和径流总量将带来大范围的、十分严重的影响。比如会使下游的洪水发生频繁，洪峰流量增大。截弯取直虽然能够让下游河流更好的疏通，但会破坏生态环境。因为城市化建设时必须充分考虑区域内水资源饿承载能力。

3.3 依据流域自然特征进行区域城乡空间结构规划

梯度发展规律是我国进行流域规划的重要依据，这一种模式是分配更多好的资源给条件相对比较好的地区，让先开发地区发展起来以后来带动周边地区的发展，这是为了让区域经济能从不平衡过度到平衡状态。这种发展模式的衡量标准中着重于投资回报率。把健康水文循环这一概念应用到城市化发展规划中，把水文环境考虑到规划当中，使区域开发能够和水文系统的发展相结合。这样的开发方法可以和经济衡量标准相辅相成，更科学的进行城市化建设。