城市化建設(shè)對流域的影響

摘要：城市流域是水文循環(huán)的基本單元，也是人類活動的載體。其產(chǎn)匯流形式受降雨、下墊面、坡面坡度、植被等多種因素的影響。但是隨著城市化的建設(shè)，流域發(fā)生了巨大的變化。不僅體現(xiàn)在流域的洪水過程線的改變，甚至改變了流域原始的產(chǎn)匯流特性。

關(guān)鍵詞：城市化；洪水特性；產(chǎn)匯流特性

中圖分類號： X824 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.24.094

城市化的建設(shè)雖然為人們的生活提供便利，但是也對城市區(qū)域的自然生態(tài)環(huán)境帶來了影響。一是在城市建設(shè)過程中，不斷向外擴(kuò)張，使得原始的農(nóng)田、天然河道及森林變成不透水的水泥路面、房屋屋頂?shù)扔不瘏^(qū)域。比較原始地面，這些區(qū)域下滲和蒸發(fā)大大被削弱，使得徑流量增加。二是由于城市建設(shè)，大量的地下管道替代地面匯流和河道匯流，由于管道匯流使得匯流路線變短，速度變快，使得洪水總量集中，洪峰增大，洪水歷時縮短，洪峰重現(xiàn)期提前。三是全球氣候變暖，自然災(zāi)害逐年遞增，加之城市“熱島效應(yīng)”使城市上空大氣對流激烈，突發(fā)降雨的概率變大，城市化的建設(shè)對城市水文系統(tǒng)的影響已成為全人類關(guān)注的焦點。

1 城市化建設(shè)對洪水特性的影響

在城市化建設(shè)過程中，原始流域的農(nóng)田、綠地、蓄水湖泊及天然河道等不透水區(qū)域被道路、建筑物、廣場、屋頂?shù)扔不孛嫠娲?，因此使得地面下滲率、蒸發(fā)系數(shù)及其徑流系數(shù)等影響洪水特性的因素發(fā)生重大改變。流域下墊面對雨水的攔蓄作用被逐漸減弱。在地面停留時間變短，導(dǎo)致流域的下滲量及其蒸發(fā)量減少，因此城市建設(shè)改變了流域原本的水文循環(huán)。在城市化建設(shè)過程中，其地面的糙率變小，改變了流域各子匯水區(qū)域的曼寧系數(shù)、原始的洼地與溝壑被填埋后，地面的洼蓄值發(fā)生改變，以上的變化對城市洪水特性產(chǎn)生了巨大的影響。

由于城市建設(shè)，大量的地下管道被使用，導(dǎo)致流域的匯流方式發(fā)生改變，從而河流洪水特性也發(fā)生改變。城市化以后，與原始流域比，洪水峰值增大、洪水歷時變短、洪水過程線變得“尖瘦”，洪水量前期增長速度越來越快，達(dá)到洪峰后，洪水開始退落，其速度越來越快，即洪水來得也快、去得也快，這種洪水表現(xiàn)在山區(qū)流域尤其顯著。

2 城市化建設(shè)對產(chǎn)匯流特性的影響

在城市化建設(shè)過程中，道路、建筑物、廣場等硬化地面的面積大大的增加，導(dǎo)致流域原始的產(chǎn)匯流方式發(fā)生了改變。從原來的蓄滿產(chǎn)流和超滲產(chǎn)流等基本的產(chǎn)流方式變成單一的地面產(chǎn)流方式，使得原流域的產(chǎn)流系數(shù)和匯流參數(shù)發(fā)生了變化。主要體現(xiàn)在下墊面的改變和坡度的變化。下墊面被硬化后，其下滲能力被減弱甚至沒有。在小雨強的情況下，不同下墊面的徑流系數(shù)相差不大，而在較大的雨強時，硬化程度大的下墊面的徑流系數(shù)大，這樣使得產(chǎn)流量增大，產(chǎn)流系數(shù)變大。所以，不同的下墊面所對應(yīng)流域的產(chǎn)匯流方式也不盡相同。在同等雨強條件下因為下墊面類型的不同，其粗糙度及地表下滲率不同，導(dǎo)致其凈雨量差異較大，進(jìn)而造成地表不同的產(chǎn)匯流情況。查找下墊面與產(chǎn)匯流特性的文獻(xiàn)可以得出，增加下墊面的植被覆蓋度可以增強下墊面的下滲能力，從而減少徑流量及徑流系數(shù)。因此在海綿城市方向，以及地表調(diào)蓄能力對產(chǎn)匯流特性的影響等方面得以利用。

同時，城市化的建設(shè)也會改變城市地貌特征及其地形，坡面徑流深與坡度之間關(guān)系在小雨強條件下呈良好的拋物線關(guān)系，表現(xiàn)為坡度的增大，使得坡面徑流深也相應(yīng)增長，但是在坡度達(dá)到一定數(shù)值以后，徑流深與坡度反而呈負(fù)相關(guān)。相比在大雨強條件下，坡面徑流深與坡度之間的相關(guān)性也可用拋物線相關(guān)方程進(jìn)行描述。產(chǎn)流率和徑流系數(shù)在坡度較小時隨著坡度增加而增大，當(dāng)坡度超過一定數(shù)值時，產(chǎn)流率和徑流系數(shù)隨著坡度增加反而減小。但在大雨強條件下，產(chǎn)流率和徑流系數(shù)隨著坡度增加均減小。所以徑流系數(shù)并非隨著雨強的增大而增加。在同一下墊面的情況下，產(chǎn)流時間和匯流時間隨著坡度增加而減小，因為增加了坡度，更有利于雨水的匯集，從而形成坡面徑流。同時也可以減少下滲量，從而加快徑流的形成和提前達(dá)到徑流量峰值。

3 總結(jié)和展望

關(guān)于地形及下墊面變化對產(chǎn)匯流影響的研究很多，包括海綿城市方向，以及地表調(diào)蓄能力對產(chǎn)匯流特性的影響等。但研究地形及城市化對產(chǎn)流條件的影響仍有以下方面可以探討。一是地形及城市化后，下墊面發(fā)生改變，其物理特性也發(fā)生了變化，所以需進(jìn)一步研究不同下墊面的產(chǎn)流類型。二是在產(chǎn)流過程中，隨著坡度的變化，其產(chǎn)流模式的改變及匯流方式的變化。三是應(yīng)具體研究產(chǎn)匯流條件對地形及城市化的響應(yīng)。四是城市化后，對于山城小流域，由于城市雨水管網(wǎng)的匯入等綜合因素的影響其河道流量演算的運動方程的變化。

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作者簡介：李海忠，在讀碩士研究生，研究方向：水文水資源。