城市水文效應(yīng)
城市化水文效應(yīng)是指在快速城市化區(qū)域,由于屋頂和硬質(zhì)地面等不滲透面積的大幅增加,導(dǎo)致該地區(qū)的雨水匯流特征改變的現(xiàn)象,其表現(xiàn)為洪水總量增多,洪峰流量加大,洪水匯流時(shí)間縮短??焖俪鞘谢旧硭鶐?lái)的不利的生態(tài)后果是可預(yù)見(jiàn)的。
城市化所及地區(qū)引起的水文過(guò)程的變化或影響。 城市化是促使自然環(huán)境發(fā)生變化的強(qiáng)大因素之一。城市化的過(guò)程增大了人類社會(huì)與周圍環(huán)境間的相互作用。城市興建和發(fā)展后,大片耕地和天然植被為街道、工廠和住宅等建筑物所代替,下墊面的滯水性、滲透性、熱力狀況均發(fā)生明顯的變化,集水區(qū)內(nèi)天然調(diào)蓄能力減弱,這些都促使市區(qū)及近郊的水文要素和水文過(guò)程發(fā)生相應(yīng)的變化。城市的熱島郊應(yīng)、凝結(jié)核效應(yīng)、高層建筑障礙效應(yīng)等的增強(qiáng),使城市的年降水量增加5%以上,汛期雷暴雨的次數(shù)和暴雨量增加10%以上(見(jiàn)城市氣候)。地表不透水面積比重很大,地下滿布著排水管道的市區(qū),截留、填洼、下滲的損失水量很少,水流在地表及下水道中匯流歷時(shí)和滯后時(shí)間大大縮短,徑流系數(shù)和集流速度增大,使城市及其下游的洪水過(guò)程線變高、變尖、變瘦,洪峰出現(xiàn)時(shí)刻提前,城市地表徑流量大為增加。如上海城市化后地表徑流量增加20~25%,為此增加了城市及其下游防洪、排澇的壓力。
城市迅速膨脹,人口高度集中,工業(yè)迅速發(fā)展,城市需水量也急劇增加。城市居民用水的消耗定額平均為農(nóng)村居民的5~8倍,新興工業(yè)的耗水量更多,對(duì)水質(zhì)的要求更高,故城市用水量的增長(zhǎng)速度大大超過(guò)了人口增長(zhǎng)的速度。例如上海1949~1980年間,人口增加了1倍多,用水量增加近6倍。城市供水日益緊張,原來(lái)的地表水源和供水設(shè)施不能適應(yīng)發(fā)展的要求,許多城市超量開(kāi)采地下水,使地下水資源日趨枯竭,不僅帶來(lái)了水資源危機(jī),甚至造成地面沉降的危害。為此,不少城市采取遠(yuǎn)距離引水的途徑,以解決城市供水不足的問(wèn)題。
城市工業(yè)廢水和生活污水向河流排放,工業(yè)廢氣向大氣排放后形成的酸雨,使天然水體受到污染,生態(tài)平衡遭到破壞,嚴(yán)重危及工業(yè)生產(chǎn)和人民生活。通常在枯水季節(jié),河川徑流減少,稀釋能力削弱,水質(zhì)更趨惡化。在城市化水平較高的地區(qū),其下游水體一般都受到污染。天然水體水質(zhì)惡化更加劇了城市水資源的緊缺。
城市水文效應(yīng)是城市人類活動(dòng)與水相互關(guān)系的重要問(wèn)題,它對(duì)局部水分循環(huán)和水量平衡各個(gè)要素有著明顯的影響。在理論上又與城市的氣候效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)密切相關(guān)。對(duì)它的研究既涉及到多種學(xué)科的理論問(wèn)題,又可服務(wù)于城市建設(shè)。
城市化水文效應(yīng)是一個(gè)公眾尚未熟知的概念,它是指在快速城市化區(qū)域,由于屋頂和硬質(zhì)地面等不滲透面積的大幅增加,導(dǎo)致該地區(qū)的雨水匯流特征改變的現(xiàn)象,其表現(xiàn)為洪水總量增多,洪峰流量加大,洪水匯流時(shí)間縮短。簡(jiǎn)單說(shuō)就是城市化產(chǎn)生的不滲透地面把本應(yīng)滲入土中的一部分雨水給截留了,從而更易產(chǎn)生洪災(zāi)。
2004年7月10日北京的一場(chǎng)暴雨給城市交通帶來(lái)的不便,實(shí)際上是一個(gè)現(xiàn)在我國(guó)許多城市都遇到的問(wèn)題。這場(chǎng)降雨提醒人們注意快速城市化本身所帶來(lái)的不利的生態(tài)后果,并采取相應(yīng)的措施。實(shí)際上城市化水文效應(yīng)是發(fā)達(dá)國(guó)家在二戰(zhàn)后曾經(jīng)普遍遇到過(guò)的問(wèn)題,我國(guó)的城市化過(guò)程應(yīng)該發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢(shì),避免走西方城市開(kāi)始時(shí)忽視城市化水文效應(yīng),直到影響城市運(yùn)轉(zhuǎn)再加以改造的老路。
回顧歐洲國(guó)家城市排水設(shè)計(jì)思想發(fā)展的歷程,可以歸納為兩個(gè)階段。傳統(tǒng)的城市排水設(shè)計(jì)思想,主要是基于衛(wèi)生學(xué)的考慮,要把城市雨水和污水一起,通過(guò)市政管網(wǎng)盡可能快地排到遠(yuǎn)離城市的地方,以避免污染水源。這種做法使水面從許多城市逐漸消失,加劇了城市的“干化”。二戰(zhàn)之后,西方國(guó)家許多城市擴(kuò)展很快,使原有管網(wǎng)無(wú)法負(fù)擔(dān)新增加的雨水的負(fù)荷,從而產(chǎn)生排水不暢阻礙交通等一些問(wèn)題。于是產(chǎn)生了解決這些問(wèn)題的一系列的替代技術(shù),主要有雨水滲透,雨水蓄滯措施及場(chǎng)地規(guī)劃方面的一些做法。這些技術(shù)在20世紀(jì)60年代末70年代初投入使用,現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為有相當(dāng)規(guī)模的成熟產(chǎn)業(yè)。采用新技術(shù)使水面重現(xiàn)于城市,成為城市景觀的點(diǎn)睛之筆,巴黎新城Marne la Vallee的蓄滯水系就是其中的佳例。
Marne La Vallee新城位于巴黎東部,當(dāng)初設(shè)計(jì)新城時(shí)用傳統(tǒng)的排水技術(shù)方法計(jì)算得出的結(jié)果,是排水工程造價(jià)高昂,以至影響到新城建設(shè)方案的經(jīng)濟(jì)可行性,這使得新城的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)者SAUVETERRE工程咨詢公司轉(zhuǎn)而尋求以蓄滯水系為特點(diǎn)的新的技術(shù)方案,并為此改變了居住區(qū)的規(guī)劃布局方案,使之與蓄滯水系相適應(yīng)。Maubee溪蓄滯水系結(jié)合起伏較大的地形,分為20余大小不等的蓄滯池,鑲嵌在森林綠地與居住區(qū)之間,構(gòu)成優(yōu)美的風(fēng)景線。分散的布局便于蓄滯水系隨新城擴(kuò)展而分期施工,從而增強(qiáng)了建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性。建設(shè)當(dāng)初,一些衛(wèi)生專家曾懷疑蓄滯池會(huì)帶來(lái)蚊蟲(chóng)滋生等衛(wèi)生問(wèn)題,由于設(shè)計(jì)者精心構(gòu)筑了一個(gè)適宜于食蚊子幼蟲(chóng)的魚(yú)類的生態(tài)環(huán)境,從而成功地避免了這一問(wèn)題。對(duì)建成后二十余年運(yùn)行的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,該蓄滯水系對(duì)雨水水質(zhì)有顯著的凈化效果。
雨水管理新技術(shù)的特點(diǎn)是不再追求把雨水盡快排離城市,而是要一方面增加雨水滲透減少雨洪量,另一方面,允許雨水在規(guī)劃好的地方“逗留”,乃至成為城市風(fēng)景的一部分。其中不少技術(shù)措施具有多重效益。如植草鋪地具有增加雨水滲透和減輕城市熱島效應(yīng)的雙重作用;透水道路路面不僅能減緩雨洪沖擊,而且能降低噪音,非常適合于居住區(qū)道路采用。
我國(guó)正處于城市快速發(fā)展時(shí)期,應(yīng)大力加強(qiáng)城市雨水管理新技術(shù)的研究,爭(zhēng)取形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)體系,并盡快發(fā)展成為相應(yīng)產(chǎn)業(yè),使我國(guó)城市化過(guò)程能夠避免不利生態(tài)后果產(chǎn)生的困擾。