城市化对重庆市水源系统的影响

王 俊， 宋晶晶， 裴 玲

(1.重庆大学 资源及环境科学学院；重庆 400030；2.重庆市计量质量检测研究院 材料中心；重庆 401121；3.重庆大学 三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆 400030)

随着人口的快速增长和经济发展，世界范围内城市化进程正在不断加速[1]。城市化的突出表现是城市人口密度增加，工业发展加快，农业用地转化为非农业用地，从而导致城市用地的扩大[2]。城市化水平已成为衡量经济繁荣和社会进步的标志之一，世界范围内的城市化水平1990年为13.6%，1950年为28.2%，2000年这一比例已经超过50%[3]。我国自改革开放以来，城市化水平也得到迅速提升，由1978年17.92%提高到2011年51.27%[4]。在经济迅猛发展和社会加快进步的同时，人类对自然资源大规模的开发利用[5]，造成了资源枯竭、环境污染和生态破坏，严重威胁到了人类的生存环境。

城市的快速发展，使得自然地形地貌不断被改变，从而影响了城市水循环，进而导致了水在空间分布上发生变化。随着城市化的发展，原有的植被、土壤被街道、广场、建筑等所替代。不透水路面由于没有持水性[6]，一方面造成降雨对土壤水含量和地下水补给量减少，另一方面使得雨水产流快、汇流时间短，峰大流急，给城市防洪带来较大困难[7，8]。城市下垫面的改变使得在城市中形成特殊局地气象环境，城市发展带来的气候变化已为大量观测和模拟研究所证实[9]。随着城市规模不断扩大，使得城郊发展相对减弱，城市气温高于郊区，城市热岛效应更加明显，如任春艳[10]等发现西北地区大城市存在显著的热岛效应、雨岛效应、干岛效应和暗岛效应。另外，在城市的发展中，由于对天然河道的占据，使得城市在遭遇大洪水时河道调蓄能力削弱，排涝能力减弱[11，12]。同时，城市化伴随的工业发展，使污水产排量大幅增加，对地表水环境和可利用水资源量均会产生影响[13]。因此，研究城市化进程对区域水系统的影响，有利于合理地进行城市建设、防洪、排污等规划，对促进社会经济可持续发展具有重大意义。

重庆市是我国西南地区和长江上游的经济中心城市，在带动我国西南区域经济和城市体系发展中起着不可替代的龙头作用[14]。自1997年设立为中央直辖市以来，重庆市的城市化发展速度快速提升。据统计，重庆市1999年城镇化率为34.3%，建成区面积为419.04 km2[15]，2011年城镇化率为55%，建成区面积为1 325.44 km2[16]，年均增长分别为1.7%和10.26%。以重庆市直辖以来的城市发展进程为例，分析了城市化对区域水资源、水环境等的影响，为城市化过程的水环境保护策略制定提供依据。

图1 重庆市水系图

1 重庆市水资源概况

重庆地区河流众多，均属长江水系(图1)。据统计，流域面积大于50 km2的河流有374条。全市地表水资源贫乏，过境水资源丰富，地下水资源甚少，分别占水资源总量的11.06%、86.09%和2.85%。全市人均水资源占有量为1 600 m3，为全国均值的2/3，不足世界均值的1/6，属于中度缺水城市[17]。区域水资源年内分配不均，就季节分配而言，夏季径流量占年均径流量的42.2%，秋季占28.0%，春季和冬季分别占24.7%、5.1%。由于大气环流和地形的差异，从年径流深分布规律而言，北、南、东部多，西部少。

图2为2000-2009年重庆供水量年际变化图。从水资源消耗来看，重庆市供水总量由2000年的56.5 406亿m3增加到2009年85.3 032亿m3 [18，19]。由于经济迅猛发展，对水资源需求量的增加，地表水供水量呈现出上升的趋势，地下水供水量较为平稳，年均供水量分别为67.69亿m3和1.87亿m3，分别占总供水量的97.3%和2.7%。主要以地表水资源为主，地下水供水量所占比例极小。

图2 2000-2009年重庆市供水量年际变化图

图3 2011年重庆主城区与郊区平均气温变化情况

2 城市化对地表水资源的影响

2.1 城市化对地表水循环的影响

2.1.1 降水量

城市化对城市的气温、能见度、湿度等都有影响，并且带来一系列的城市气象问题，如“城市热岛”、“城市雨岛”、“城市干岛”等城市特有现象[20]，不同区域城市化所表现出的气候和环境问题是不同的。图3为2011年重庆市主城区与郊区的平均气温变化情况。其中郊区气温为南川、大足、梁平、黔江、石柱、忠县等6个工业发展相对缓慢区县的气温平均值。从图3可以看出，主城区每个月的平均气温均高于郊区，春夏秋冬四季分别高出：1.72、2.33、1.44、1.67 ℃，且夏季城市热岛效应最为明显。全年城市气温比郊区平均高出1.8 ℃。由此可见，重庆市的城市热岛效应较为明显，城市中心气温显著高于郊区。

热岛效应对水气蒸发、空气对流运动产生了显著影响，主要体现在城市降雨增多。表1为重庆1951-2010年年降水量数据。

分析重庆1951年以来的年降水量数据，可以发现：

(1) 以1951-2010年年平均降水量为标准来衡量，降水量大于该标准称为“降水量偏多年份”，从“降水量偏多年份”分布的概率来看：1951-1970年期间，重庆共有8个年份降水量偏多，占总年数的13%；1971-1990年期间，共有10个年份降水量偏多，占总年数的17%；1991-2010年期间，共有9个年份降水量偏多，占总年数的15%。由“降水量偏多年份”的概率分布变化可见，年降水量偏多年份以每隔20年降水量比较，无较大差别。

(2) 从实际降水量看：从每隔20年年均降水量分析得知，年均降水量呈增加趋势，且1991-2010年年均降水量增加明显；相比于1951-2010年年均降水量，1951-1970年和1971-1990年年均降水量低于该值，而1991-2010年年均降水量高于该值；且近60年的年降水量最大值发生在1991-2010年这一时期，即1997年的年降水量1 508 mm。

(3) 从发生暴雨频率看：2007年，重庆部分地区遭遇115年以来最大暴雨袭击，最大降雨量达400 mm[21]。据2009年重庆水资源公报记载[19]，2009年境内共发生了9次暴雨，且11条河流出现超警戒或保证水位的洪水，暴雨洪水导致全市39个区县遭受洪涝灾害，水利工程遭到破坏，经济损失惨重。

表1 1951-2010年重庆年降水量数据

2.1.2 径流量

局部性暴雨增多，不仅威胁到城市防洪系统，而且也会增大地表径流量。图4为1999-2009年地表径流量变化图，从图4可以看出，城市化进程的加快，并未导致径流量增加，反而使其呈减少趋势。分析其原因，重庆自直辖以来，努力实现着经济与环境并重的目标，在发展经济的同时，注重环境保护，大面积植树造林，森林覆盖率逐年递增，对暴雨持水性能增强，因而径流量并无递增趋势。

2.1.3 蒸发量

城市蒸散发是水循环过程中受城市下垫面状况和气候变化直接影响的环节之一[22]。城市的快速建设，使得土壤、植被等被不透水路面替代后蒸发性质发生变化，导致蒸发量减少，同时，多个城区水系在建设中被填埋或被覆盖，硬质路面或建筑的修建使得地表水蒸发量减少。如图5所示，重庆市蒸发量从2005年1 156.6 mm降低到2010年1 071. 3 mm，整体呈递减趋势，说明重庆城市化快速发展对蒸发量产生了影响。

图4 1999-2009年重庆市地表径流量年际变化图

图5 2005-2010年重庆市蒸发量年际变化

图6 1995-2010年重庆市排水量年际变化

2.2 城市化对地表水水质的影响

重庆市人口增多，工业迅猛发展，污水排放量增大。图6为1995-2010年重庆市排水总量年际变化曲线图，从图中可以看出，重庆市污水排放总量呈波动增长变化，平均每年以4.3%的速度增加。生活污水排水量呈平缓增加的趋势。工业废水排水量在总排水量中占较大比例，且在1997-1998年迅速增长，这是由于1997年重庆成立直辖市后，社会经济大力发展，大量资源投入到工业生产中，因此导致了工业废水排放量增加。1998年后，由于技术发展和节水政策的实施，使得在保持经济高速增长的同时，节约生产用水量，从而工业废水排水量得以下降。

城市地表水环境质量因人类对水需求量增大而受到严重的影响，大量实例可以说明对污水处理不当会导致地表水质退化[23，24]。图7为2000、2009年重庆市“三江”水质监测结果。从图7可以看出重庆市最主要的3条地表水体的水质在2009年II类水域基本消失，所有监测断面均为III类。同时，主要次级河流水质满足III类断面的比例为69.2%，满足水域功能要求的断面比例为70.8%，主要超标的项目有粪大肠菌群、总磷和总氮等[19]。库区一级支流污染较重的河流中，仍存在水质为V类和劣V类。水污染严重的主要原因在于源头减排控制力度不够、城市水处理基础设施建设滞后、管网建设不匹配[25]等。

3 城市化对地下水资源的影响

图7为1999-2009年重庆市地下水量年际变化图。由图9可知，2000、2001、2006年的地下水量出现了严重的下降，这是由于重庆市在这3年内均发生了较为严重的干旱，导致了地下水量的大幅度下降，但2002、2007年地下水量均恢复到正常水平。从整体趋势来看，地下水量逐年减少，从1999年131.66亿m3降至2009年81.86亿m3。地下水量的减少，一是由于地下水补给量减少，二是由于地下水开采量增加。从图8可知，重庆市地下水年开采量基本保持不变，因此，地下水量的减少主要是由于地下水补给量减少引起的，与城市化进程相吻合。

图7 2000年(a)、2009年(b)重庆市“三江”水质监测结果

图8 1999-2009年重庆市 地下水量年际变化

4 结 论

研究了城市化过程中城市区域降雨量、径流量、蒸发量、地表水水质以及地下水量的影响。发现城市化过程中，城市降雨量呈增加趋势；地表径流量、蒸发量和地下水量均呈下降趋势；地表水水质存在恶化趋势。应重视城市化过程对水系统的作用，加强对城市化水文问题的研究和关注，建立健全城市水系有效的保护机制，从而降低城市化对城市带来的风险，保护、恢复和重建水源系统。

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