劉同僧,季志恒,何 平

(1.河北省廊坊水文水資源勘測局,河北 廊坊 065000;2.河北省保定水文水資源勘測局,河北 保定 071000)

城市化是世界各國發(fā)展的共同趨勢,城市缺水已成為全球關注的問題。由于城市化增加了房屋和道路等不透水面積及排水設施,改變了徑流形成的條件,使地下水得不到足夠的補給,破壞了自然界的水循環(huán)。城市化還帶來了局部氣候變化、耗水量增加和水質污染等問題。

1 城市化對氣候的影響

由于城市化增加了房屋和道路等不透水面積,綠化面積減少,用人工表面代替了土壤和草地等自然地面,改變了下墊面的組成和性質,從而改變了反射和輻射面的性質,改變了近地面層的熱交換和地面的粗糙度,導致大氣的物理狀況受到影響,形成了城市熱島。在天氣晴朗無云、大范圍內氣壓梯度極小的形勢下,由于城市熱島的存在,城市中形成一個低壓中心,并出現上升氣流。從熱島垂直結構看來,在一定高度范圍內,城市低空都比郊區(qū)同高度的空氣為暖,因此隨著市區(qū)熱空氣的不斷上升,郊區(qū)近地面的空氣必然從四面八方流入城市,風向向熱島中心輻合。

城市排出的大量各種氣體和顆粒物,會顯著地改變城市的大氣組成。因人為造成的大氣污染,顆粒物質為霧的形成提供了豐富的凝結核。這種大氣污染不僅會使城市大氣中的有害氣體含量增高,而且還會使城市的云量、霧量和降雨量也都增高。城市中鱗次櫛比的建筑物群,增加了下墊面的粗糙度,減少了風速,為霧的形成提供了合適的風速條件。又由于城市熱島環(huán)流,郊區(qū)農村帶來的水汽,使低空輻合上升凝結成霧的機率增大[1]。

2 城市化對雨洪徑流的影響

2.1 城市化對降水的影響

城市規(guī)模的不斷擴大,在一定程度上改變了城市地區(qū)的局部氣候條件,又進一步影響到城市的降水條件。在城市建設過程中,地表的改變使其上的輻射平衡發(fā)生了變化,空氣動力糙率的改變影響了空氣的運動。工業(yè)和民用供熱、制冷以及機動車增加了大氣中的熱量,而且在燃燒中把水汽連同各種各樣的化學物質送入大氣層中。建筑物能夠引起機械湍流,城市作為熱源也導致熱湍流,因此城市建筑對空氣運動能產生相當大的影響。而城市上空形成的凝結核、熱湍流以及機械湍流可以影響當地的云量和降雨量。城市中的降水量一般比郊區(qū)多 5%～15%[2]。

2.2 城市化對徑流的影響

隨著城市化的發(fā)展,樹木、農作物、草地等面積逐步減小,工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)和居民區(qū)的面積不斷增加。城市化過程也使相當部分的流域(例如小的河道、湖泊和濕地)為不透水地表所替代,減少了蓄水空間。由于不透水地表的入滲量幾乎為零,使徑流總量增大,使得雨水匯流速度大大提高,從而使洪峰出現時間提前,同時使入滲量減小,地下水補給量相應減小,枯水期河流基流量也將相應減小。排水系統(tǒng)的完善,如設置道路邊溝、雨水管網和排洪溝等,增加了匯流的水力效率。城市中的天然河道被裁彎取直、疏浚和整治,使河槽流速增大,導致徑流量和洪峰流量加大。與郊區(qū)相比,城市在降雨后,徑流量急劇增高,很快出現峰值,然后又迅速降低,其徑流曲線非常陡峻,急升急降。

3 城市化對地下水資源的影響

3.1 地下水嚴重超采

由于地表水資源短缺,地下水資源就成為城市生產和生活的主要供水水源。隨著城市化規(guī)模越來越大,水資源利用量亦越來越大。為滿足城市正常的生活和生產,不得不集中大量開采地下水,因此,目前地下水超采嚴重,不但涉及大中城市,而且也有小城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)。地下水的嚴重超采,不僅有可能導致地下水枯竭、影響城市供水,而且還會造成地面沉降、建筑物破壞等一系列環(huán)境地質問題[3]。

3.2 地下水資源的補給減少

城市建筑物及瀝青、混凝土路面的增多,使不透水面積的比例增大,一般可達 80%以上。對于各種屋面、混凝土和瀝青路面,其地表徑流系數為0.90左右,也就是說,僅大約 10%的雨水滲入土壤。降雨后,雨水除少數的截留與蒸發(fā)外,大部分通過地下雨水管道系統(tǒng)排出,成為地面徑流,因此,降雨補給地下水的資源量大為減少。如果地下水埋深較小(≤4 m),地下水尚可少部分補給,如果地下水埋深較大,幾乎不能產生補給。

3.3 地下水的污染加重

城市中工業(yè)生產過程中排出的污水、居民的生活污水等,如果不經處理,排入河道或湖坑都會間接污染地下水。向透水地面傾倒污水、垃圾堆放被雨水沖淋、污水管道泄漏以及污染物經雨水沖刷,均可造成對地下水的污染。

目前,塑料袋在人民生活中仍廣泛應用,然而留在土壤中的大量殘膜,經過長時間的地下溶解,其化學溶解物對地下水資源的水質也有一定影響。

4 酸雨對水質的影響

工廠、汽車、居民每天要耗用眾多的煤和石油,它們在燃燒過程中會釋放出大量的 SO2,SO2遇水形成亞硫酸。高溫燃燒形成的 NO,排入大氣后,大部分轉化為NO2,NO2遇水成為硝酸或亞硝酸。SO2和NO2加上大氣中還有其他至酸物質,降雨時,雨水呈現出酸性。

對于pH≤5.6的雨水稱為酸雨。近年來,酸雨在我國分布較廣,許多大中城市已出現了嚴重的酸雨現象,尤其是工業(yè)型大城市。據統(tǒng)計資料顯示,南方部分城市的酸雨多年平均 pH為4.5～5.5,上海個別地區(qū)曾測到強酸雨,其 pH值為2.1[3]。在北方城市,酸雨也時有發(fā)生。酸雨亦能隨風移入附近農村。

酸雨不僅使地表水體酸化,也能通過土壤滲入地下,酸化地下水資源。這種呈酸性的水還可影響魚類和生物的繁殖和發(fā)育,能傷害植物的嫩枝以及腐蝕城市建筑物和地下管道。酸雨還會引起人類呼吸系統(tǒng)的疾病,影響人體健康。

5 城市化對水資源影響的對策

5.1 適當的開源

雖說水資源是可再生資源,但是在時間和空間上往往不具備快速可再生的能力,所以要根據本地的實際情況來開源。1)修建水庫調節(jié)水資源在時間上的分布不均;2)充分開發(fā)利用雨洪資源、再生水,以限制開采地下水;3)開展調水工程,解決水資源空間上分布不均。

5.2 開展節(jié)流

大力倡導節(jié)約用水,推進節(jié)水型城市、節(jié)水型社會建設。 1)積極推廣防滲管道輸水、噴灌、滴灌、微灌、膜下灌等節(jié)水灌溉技術,推廣節(jié)水種植模式,提高農業(yè)用水的利用率。2)應限制高耗水行業(yè)和生產工藝的發(fā)展,改善工業(yè)生產工藝水平,提高工業(yè)水重復利用率。 3)積極推行用水定額管理和階梯式水價機制,利用水價管理機制對于水資源浪費現象進行有效的懲罰。4)積極推廣與普及生活節(jié)水器具,特別應加強公共事業(yè)單位和服務業(yè)生活用水節(jié)水器具的普及。

5.3 加強水環(huán)境的綜合整治

1)要增加城市透水層面積,改善水文條件。在雨水管道系統(tǒng)設計、用地規(guī)劃和地面覆蓋上考慮雨水滲透。雨水滲透控制措施包括滲水路面、滲水渠道、人工濕地以及植樹種草等。合理、充分地利用雨水涵養(yǎng)地下水源,既能緩和城市水資源危機,又能增加土壤中的含水量、調節(jié)氣候,從而減少所需雨水排水系統(tǒng)容量,降低雨水排水系統(tǒng)的投資和運行費用,減輕城區(qū)水澇災害和水體污染。

2)完善排水管渠系統(tǒng),充分利用城市污水和雨水資源。要恢復清澈的河水和生態(tài)平衡系統(tǒng),必須杜絕工業(yè)廢水、生活污水及其它污染源進入水體,因此需要建設和完善污水收集系統(tǒng)、改造合流制管道系統(tǒng)、建設污水處理廠,同時注重雨水調蓄設施、城市防洪設施的建設與維護。城市雨(污)水經妥善處理后可作低質用水,如用作工業(yè)冷卻用水和雜用水(廁所沖洗水、洗車水、灑水、消防用水、空調用水等)。

3)采取有效措施,防止城市酸雨。要減少尾氣排放量,制訂各類汽車的廢氣排放標準,呼吁使用“綠色汽車”,即用天然氣、氫氣、酒精、甲醇、電等清潔能源作為汽車動力,以減少二氧化碳和二氧化硫等酸性氣體的排放。加強植樹栽花等城市綠化工作,根據城市環(huán)境規(guī)劃,選擇種植一些吸收 SO2和粉塵能力較強的植物,如石榴、菊花、桑樹、銀杉等,以凈化空氣。城市綠化,不僅可以防止酸雨,也可有效地降低城市熱島效應。

[1]周翠寧,任樹梅,楊培嶺,等.城市化對降雨特征影響研究[J].水利水電技術,2007,38(10):62-65.

[2]李樹平,黃廷林.城市化對城市降雨徑流的影響及城市雨洪控制[J].中國市政工程.2002,(3):35-37.

[3]金光炎.水文水資源分析評價 [M].北京:中國水文科學出版社,2008.