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        城市化建設對流域的影響

        2018-12-18 18:18:14李海忠
        吉林農(nóng)業(yè) 2018年24期
        關鍵詞:城市化

        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,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。

        關鍵詞:城市化;洪水特性;產(chǎn)匯流特性

        中圖分類號: X824 文獻標識碼: A DOI編號: 10.14025/j.cnki.jlny.2018.24.094

        城市化的建設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。一是在城市建設過程中,不斷向外擴張,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,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,自然災害逐年遞增,加之城市“熱島效應”使城市上空大氣對流激烈,突發(fā)降雨的概率變大,城市化的建設對城市水文系統(tǒng)的影響已成為全人類關注的焦點。

        1 城市化建設對洪水特性的影響

        在城市化建設過程中,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,導致流域的下滲量及其蒸發(fā)量減少,因此城市建設改變了流域原本的水文循環(huán)。在城市化建設過程中,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,大量的地下管道被使用,導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 城市化建設對產(chǎn)匯流特性的影響

        在城市化建設過程中,道路、建筑物、廣場等硬化地面的面積大大的增加,導致流域原始的產(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,導致其凈雨量差異較大,進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系在小雨強條件下呈良好的拋物線關系,表現(xiàn)為坡度的增大,使得坡面徑流深也相應增長,但是在坡度達到一定數(shù)值以后,徑流深與坡度反而呈負相關。相比在大雨強條件下,坡面徑流深與坡度之間的相關性也可用拋物線相關方程進行描述。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到徑流量峰值。

        3 總結和展望

        關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。三是應具體研究產(chǎn)匯流條件對地形及城市化的響應。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。

        參考文獻

        [1]華亞,汪志榮,韓志捷,等.城市典型下墊面降雨產(chǎn)匯流特性模擬實驗研究[J].天津理工大學,2016,32(06):48-51.

        [2]王杰,王妍,許曉梁,等.坡度對坡面降雨產(chǎn)流規(guī)律的影響[J].河海大學學報,2017,45(04):372-376.

        [3]武晟.西安市降雨特性分析和城市下墊面產(chǎn)匯流特性試驗研究[D].西安:西安理工大學,2004:113-114.

        [4]王永磊,陳淑芬,李梅,等.均勻降雨條件下不同下墊面產(chǎn)匯流特性試驗研究[J].中國農(nóng)村水利水電,2012(02):38-40.

        [5]董國強,楊志勇,于贏東.下墊面變化對流域產(chǎn)匯流影響研究進展[J].南水北調與水利科技,2013,11(03):111-117.

        作者簡介:李海忠,在讀碩士研究生,研究方向:水文水資源。

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