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        城市化建設(shè)對(duì)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(guān)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(dòng)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(guò)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(hào): X824 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A DOI編號(hào): 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(duì)城市區(qū)域的自然生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了影響。一是在城市建設(shè)過(guò)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(shí)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(duì)流激烈,突發(fā)降雨的概率變大,城市化的建設(shè)對(duì)城市水文系統(tǒng)的影響已成為全人類關(guān)注的焦點(diǎn)。

        1 城市化建設(shè)對(duì)洪水特性的影響

        在城市化建設(shè)過(guò)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(chǎng)、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(duì)雨水的攔蓄作用被逐漸減弱。在地面停留時(shí)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(guò)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(duì)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(shí)變短、洪水過(guò)程線變得“尖瘦”,洪水量前期增長(zhǎng)速度越來(lái)越快,達(dá)到洪峰后,洪水開始退落,其速度越來(lái)越快,即洪水來(lái)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(duì)產(chǎn)匯流特性的影響

        在城市化建設(shè)過(guò)程中,道路、建筑物、廣場(chǎng)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(lái)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(méi)有。在小雨強(qiáng)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(qiáng)時(shí),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(duì)應(yīng)流域的產(chǎn)匯流方式也不盡相同。在同等雨強(qiáng)條件下因?yàn)橄聣|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(qiáng)下墊面的下滲能力,從而減少?gòu)搅髁考皬搅飨禂?shù)。因此在海綿城市方向,以及地表調(diào)蓄能力對(duì)產(chǎn)匯流特性的影響等方面得以利用。

        同時(shí),城市化的建設(shè)也會(huì)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(qiáng)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(zhǎng),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(qiáng)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(shí)隨著坡度增加而增大,當(dāng)坡度超過(guò)一定數(shù)值時(shí),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(qiáng)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(qiáng)的增大而增加。在同一下墊面的情況下,產(chǎn)流時(shí)間和匯流時(shí)間隨著坡度增加而減小,因?yàn)樵黾恿似露?,更有利于雨水的匯集,從而形成坡面徑流。同時(shí)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(duì)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(duì)產(chǎn)匯流特性的影響等。但研究地形及城市化對(duì)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(guò)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(duì)地形及城市化的響應(yīng)。四是城市化后,對(duì)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(yùn)動(dòng)方程的變化。

        參考文獻(xiàn)

        [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(shí)驗(yàn)研究[J].天津理工大學(xué),2016,32(06):48-51.

        [2]王杰,王妍,許曉梁,等.坡度對(duì)坡面降雨產(chǎn)流規(guī)律的影響[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào),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(yàn)研究[D].西安:西安理工大學(xué),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(yàn)研究[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電,2012(02):38-40.

        [5]董國(guó)強(qiáng),楊志勇,于贏東.下墊面變化對(duì)流域產(chǎn)匯流影響研究進(jìn)展[J].南水北調(diào)與水利科技,2013,11(03):111-117.

        作者簡(jiǎn)介:李海忠,在讀碩士研究生,研究方向:水文水資源。

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