城市化和低影響發展的生態水文效應分析

□朱俊峰（河北省承德水文水資源勘測局）

0 前言

氣候變化、人類高強度活動不僅對地球生態環境造成直接影響，也影響到水循環時間、空間分布特征。文章首先介紹城市化和低影響發展下城市水文學發展歷程，然后分析城市化水文效應，并對其評估方法進行簡要介紹，最后指出城市化水文效應研究過程中所面臨的主要難題，進而為相關領域研究提供一定方向。

1 城市化和低影響發展下城市水文發展歷程

進入21世紀以來，氣候變化對生態環境的影響程度日益加重，給城市用水安全帶來了較為嚴重的威脅，特別是沿海城市及典型城市群，表現出對氣候變化異常的敏感性。全球性氣候變化不僅加大了洪澇災害的發生率，也使得城市水文效應研究面臨更多壓力挑戰。因此，探討城市水文效應將成為未來相關領域研究的重點課題。我國開展城市化生態水文效應研究時間比較晚，目前已經進入到快速發展階段，并在城市化對生態系統、水環境的影響等方面取得很多創新性研究成果。

2 城市化和低影響發展對水文效應的影響分析

2.1 城市化和低影響發展對水循環過程的主要影響

2.1.1 對降水的影響

很多權威研究結果均顯示，城市化對降水具有顯著影響，突出表現在3個方面。首先，郊區降水量小于城區內降水量，且降水量的增長率與城市地形地貌及下墊面變化情況具有相關性；其次，城區內下風向降水量大于郊區，且在時間和空間分布上存在顯著差異，也就是說降水量從城區中心向外部延伸，呈現出逐漸減少的趨勢；最后，城市化可對四季降水產生不同影響，其中冬季降水變化情況是受到城市化影響最為明顯的季節。

2.1.2 對蒸散發的影響

蒸發和散發是水循環過程中的重要組成部分，美國權威領域研究結果表明，自然流域情況下，蒸發和散發在城市總降水量中占據很大比例。但是，隨著城市化進程的不斷加快，導致不透水面積逐年加大，進而使得蒸發量大大降低。在城市化和低影響發展過程中，很多植被覆蓋面積和土壤被城市基礎設施代替，例如瀝青道路、建筑物及廣場等。人工路面持水能力有限，其蒸發持續時間比植被、土壤蒸發短很多。與此同時，溫度、濕度及風速等蒸發過程中的主要控制因素發生變化后，會明顯減少蒸發量。

2.2 城市化和低影響發展對水生態系統的主要影響

2.2.1 對河流生態的影響

城市化發展必然會對生態環境造成顯著的影響，且影響程度與城市化發展水平呈正相關。其中，城市化發展進程中，會大量改造土地，其變化情況不僅對流域內生態系統產生物理性變化，也會不斷改變生態系統的生物特征及化學特性，進而引起區域“河流綜合癥”。例如，城市化進程越快，植被覆蓋率越少，其對相關污染物的攔截、消解作用將逐漸弱化，進一步增加污染物。而城市化發展會將區域流域的河流形態和河網布局改變，會導致河流縮短，且逐漸變窄，嚴重時直接導致河流、湖泊消亡，進而出現城市河流生態性退化。

2.2.2 對河網水系的影響

城市化和低影響發展會使得河道結構變得更加渠道化和簡單化，而城市市政建設（給排水）會給自然水循環主要線路布局帶來直接影響，一定程度上破壞了水生態系統。近幾年來，我國很多地區出現河流水系消失現象，且消失頻繁逐年增大，這種現象導致河網結構出現改變的同時，也使得我國城市河道渠道化現象更加嚴重，使水質逐漸惡化，且加大了干旱、洪澇的發生率和波及范圍。研究結果顯示，區域內河流等級越小，其受到城鎮化發展的影響和制約越為顯著，也由此給城市給排水系統建設帶來更大壓力。

2.2.3 對水土流失的影響

人們在進行城市化改造過程中，會使生態環境、地形地貌發生本質上的改變，進而出現嚴重的水土流失。例如，城市化改造活動可導致河流消失，加之不斷增加的非透水地表面積，引起降水產流的洪峰流量進一步增加，進而增大了水流的侵蝕作用。與此同時，城市化建設中大量基礎設施項目會導致土壤功能出現持續性下降，大量泥沙堵住排洪設施，降低了城市排洪能力。

3 城市化和低影響發展的生態水文效應評估方法及主要難題

3.1 生態水文效應評估方法

目前，各地區水文研究和相應的觀測記錄尚不夠權威，且受到城市水循環體系自然變異性的制約，使得城市化水文效應分析面臨更多問題。經過理論研究和實踐經驗積累，現階段很多技術方法和研究手段被應用在實際工作中，并逐漸擺脫單點觀測的束縛，向城市化觀測方向發展。從整體角度看，可將評估方法分為3類，分別為觀測試驗比較法、水文時間序列法及水文模型法。3種方法研究范圍和主要特征如表1所示。

表1 三種水文效應評估方法比較表

通過表1可以看出，3種評估方法均存在不足。與其他方法相比，水文模型法比較科學合理，具有可行性，能夠反饋出生態水文物理變化的主要相應機制。但是，資料不全問題導致相關參數具有不確定性，可應用性較差。因此，為了有效彌補單一分析方法的弊端，可綜合以上方法及技術的優勢，使其充分被應用在生態水文效應研究中。

3.2 生態化生態水文效應分析工作面臨的主要難題

從上文分析中可以看出，城市水文效應研究方法得到不斷的完善，但其研究結果尚存在很多差異性，從科學和未來發展趨勢來看，城市化和低影響發展的生態水文效應研究還要面臨以下一些問題：①建立城市水資源管理系統建設，完善水生態可持續發展策略。為此，需要對相關評估方法進行改進，使其能夠為城市水文效應研究帶來方便；②生態水文效應研究往往涉及到很多學科，因此需要不斷加強多種學科的交叉與合作；③全球性氣候變暖趨勢不可逆轉，因此加強對其的研究力度勢在必行，研究過程中要將氣候變化與城市用水安全之間的關系作為重點內容。

4 結語

城市生態水文效應研究作為一種新型學科，在經歷多年發展過程中，取得了豐富的研究成果，并且逐漸發展為體系比較完整的學科。文章首先介紹城市化和低影響發展下城市水文發展歷程，主要探討城市化生態水文效應對水循環過程及水生態系統的主要影響，分析城市化生態水文效應的主要評估方法及其特點，并指出目前水文效應研究所面臨的關鍵問題，為未來相關領域研究提供一定方向。

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