重庆市河堰村景观改变对水环境的影响

王华清，王志芳，王惠民

(1.北京土人建筑与景观设计研究院，北京 100080;2.北京大学建筑与景观设计学院，北京 100080;3.四川省双流县规划管理局，四川双流 610200)

1 引言

农村水环境是指分布在广大农村的河流、湖泊、沟渠、池塘、水库等地表水体，土壤水和地下水的总称。许多学者针对农村水环境恶化的原因进行了分析。研究集中在对污染源的关注，基本得出了共识，认为其原因包括农村企业排放污染物、农药化肥的大量使用、养殖场产生的污染物、污水灌溉导致的二次污染、农村居民生活污水和生活垃圾带来的污染以及水土流失加重了污染［1～17］。

从土地覆盖变化对水环境的影响方面，研究通常在流域尺度上，研究土地覆盖变化、土地利用类型、土地利用结构对非点源污染的影响［18～20］。土地利用变化/土地覆被变化会引起地表物理过程的变化，导致区域环境的演变。不合理的土地利用是水土流失、营养物及农药流失的主要原因，土地利用类型和土地利用强度不同，营养元素及悬浮物进入水体的总量不同，对流域水体水质造成影响;不同土地利用方式的生态环境影响效应不同［21～24］。

本文旨在在村落尺度上，研究城市化过程带来的土地利用和景观改变对农村水环境的影响，关注受污染水体在汇流过程中的变化和这些变化引发的进一步水环境恶化。

2 河堰村景观与水环境现状

河堰村位于重庆市渝北区东南部的龙兴镇，拥有居民374户，人口1020人。属浅丘、河谷地貌，海拔高度在160～280m之间。村内80%的土地有梯田覆盖，梯田坡度在10～25度之间。因地势低洼处易遭洪水淹没，村民的农户建筑多依地势以组团形式分布在山脊和丘陵上。3条公路贯穿村落连接了所有居民点组团，公路分布在海拔281～188m之间。

河堰村位于御临河流域，年降水量约1100mm，虽雨量充沛，但年内分配极不均匀，旱涝常常交替发生。御临河流经村落，村内有26口水塘位于居民点与梯田附近，提供生活与灌溉用水。村落内坐落着一座小二型水库，兴建于60年代，主要提供灌溉用水;3条排水渠将公路与御临河相连，平均长度约450m，坡度在10～20度之间。水资源存在缺乏的现象，水库中的水来源于降水和自来水厂，村落附近两条河流已经断流，多数堰塘已经消失。仅存的水塘水面面积正在逐年缩小，淤积现象普遍。由于农村新型污染物的出现，水体污染日益凸显。

3 河堰村景观与水环境变迁

3.1 土地硬质化与景观变迁

土地硬化在河堰村主要体现在道路用地的增加与庭院用地硬质化。早在民国时期，河堰村已经开始出现少量石板路，作为乡村之间的人行便道。60年代初，零星改造了一些路段，新建了一批碎石路面。90年代中期，村里建起了第一条公路，之后修建的几条公路、机耕道和便民道把分散的居民点连接起来。21世纪，水泥开始大量进入村庄，原有的机耕道和便民道均利用水泥重新铺设。居民开始自发运用水泥铺设居民点内部的道路。在整个道路建设的过程中，不透水表面面积大量增加。村子内部没有统一的下水设施，为快速排放生活污水，断流的河道被渠化，新的排水沟渠正在出现。这些变化均对地表水过程产生重要影响。

民国时期的居民住宅主要是土、瓦、草平房，80年代开始出现砖混结构楼房和混凝土预制板楼房。总体上，各家各户的宅基地呈现“散点状”，有些甚至一户一个点，一家一条路。新旧住宅分散在田地间，各类用地相互混杂，镶嵌分布。这一时期，农村普遍出现了村民利用自家庭院建设晒坝的行为。晒坝的主要功能是晾晒粮食，之前这一功能是通过集体打谷场实现的。这时的晒坝材料通常是三合土，即由石灰、粘土、细砂组成。90年代水泥在村子里得到了大量运用，庭院开始由水泥铺设，进而晒坝的功能发生了转变，村民认为水泥地面不但硬度高，且防水，村民开始利用庭院来停放摩托车等车辆。

3.2 地表水过程变化

3.2.1 水量:基于SWMM的河堰村雨水径流量模拟

为了分析土地硬质化与景观变迁对地表水的影响，研究采用SWMM模型对70年代，1988年、以及2010年的降水地表径流情况进行了模拟。2010年与1988年卫星图像是以马里兰大学和国际科学

图2 80年代河堰村土地利用图Fig.2 Land use of Heyan Village in 1980s

图3 2010年河堰村土地利用现状Fig.3 Land use of Heyan Village in 2010s

坡度＜5坡度5～10坡度＞10道路、硬化数据平台提供的遥感数据为基础经解译等数字化过程而来。因早于1988年的数据精度不足，解译效果不理想，70年代土地利用图是根据卫星图像与实地调研中的访谈信息推测描绘而来 (见图1、图2、图3)。

降水数据是SWMM模拟过程中的主要驱动变量。雨水径流容积和速率直接取决于降水程度及其在汇水面积上的时空分布。SWMM中每一子汇水面积连接到一个雨量计对象，它描述了汇水面积降雨输入格式和源头。本研究案例所用降雨数据为2h单一降雨事件，记录时间间隔为5min，一共3场不同重现期标准降雨，重现期T分别为10年，20年和50年。降雨数据结合芝加哥雨形公式和重庆暴雨强度公式计算所得［25］。模型总体参数设置情况见表1。

表1 SWMM模型参数设置Tab.1 Parameters for SWMM simulation

研究计算了不同设计暴雨强度下，70年代，1988年、2010年3个时期的降水径流量与出流量情况，结果见表2。

表2 3个时期的降水模拟分析结果Tab.2 Results of rainfall simulation in three different times

由表2可见，80年代，水库的新建截留了上游雨水径流，最大径流量到达时间提前，径流深度降低，径流总量减少。2010年代，道路等不透水表面面积增加，最大出流量到达时间提前，地表径流量与出流量有所增加，径流速度加快。在设计暴雨标准下，水库上游贡献给水库的降雨径流总量比70年代增加约2000m3。同时这部分径流携带的大量污染物随地表水过程汇入水库。对于汇入御临河的水源来说，水库修建之前汇入的大部分为雨水，水库与沟渠系统建设以后，汇入河流的雨水量减少，同时生活污水污染物浓度增加，致使水体污染严重。

3.2.2 水质

图4 河堰村污染迁移过程示意图Fig.4 Schematis diagram of pollutant transport process

图5 庭院院坝硬化的农户数Fig.5 Families with hard surface yard

土地硬质化或者说水泥在河堰村的大量运用，加速了水质的恶化。河堰村的土地利用变化使源景观比例迅速上升 (参见图4)。源景观比例指典型性污染源景观占景观总面积的比例，用公式表示为:源景观比例=(居民地+道路用地+工业用地+水田面积)/景观总面积。源景观比例是决定流域水质状况的主要因素，这一比值的提升标志着水质状况的恶化［26］。

随着农村生活水平的提高，农村出现的新型污染物正在加重河堰村的污染。同时，由于有效的排水设施的缺乏，排水过程缺乏有效的控制，污水缺乏有效处理。如图5所示，降水经过农村道路和庭院硬化地表积累了生活污染物，又经路带沟和沟渠等进入御临河。河堰村排水采用直排式排水模式，目的是将农田中由降雨和灌溉产生的水通过田间排水网汇集，经排水沟渠直接排泄至御临河。排水渠系改变了农田污染物 (农药、化肥、除草剂等)的转移途径，在迅速排水的同时，加速了污染物的空间扩散［27］。

在污染物迁移路径上，原有的地表植被等具有截污作用的景观系统被不透水地表代替，地表水过程加速，大量污染物随地表水过程加速向御临河转移。农村土地与水体的自净功能受到抑制，污染现象更为严重。另外，水库建设截留了河堰村上游的清洁雨水，同时下游村庄中的生产生活污染物增加，污染物浓度上升，加重了水质污染现象。

4 河堰村地表水过程改变的影响因素

为了进一步研究河堰村地表水环境变迁的背后机制和影响因素，研究随机抽取160户农户进行访谈，对河堰村农户庭院硬化，农村生产生活用水、排水以及农村对村落水环境感知等方面进行了调查，有效访谈记录116份。

4.1 居民点散点分布导致的硬化增加

在河堰村，随着宅基地的增加，土地被建筑物分割成为零乱的小块，破碎化现象明显。我国区域交通建立在“县县通高速”、“村村通水泥”的评价标准上，居民点与居民点之间，居民点与农田，居民点与公路间的泥土或石板路被水泥路替代。村庄分布散、规模小、布局乱，直接造成农村基础设施建设量大，成本增加，这与河堰村所处山地地形关系密切。山区地形导致了整个村庄居民点用地比例低、规模小、密度也相对较小［28］。

2006年，龙兴镇开展国家农业综合开发土地综合治理项目，新建设机耕道7条4.11 km，人行便道35条16.76km。破碎化的居住点之间全部由不透水道路连接，显著增加了河堰村不透水表面的面积。道路径流系数的增加导致地表径流汇流时间缩短，增加了地表产流，进而造成土壤侵蚀，土地生产力下降，降低了自然植被对污染物的自净能力，最终导致农田和坑塘的污染［29，30］。上世纪80年代，农户庭院逐渐亦开始硬化，庭院中原有的乡土植物被大量破坏，庭院农业营养物质的循环链被打破。村民为了使用方便，将生活污水随意泼洒在院坝里。居住地附近的水塘因收集菜地和庭院的降雨径流而受到不同程度的污染。城市基础设施与生态基础设施同步建设是减少快速城市建设带来的环境问题的有效途径。

4.2 河床渠化引起的地表水过程改变

2012年，两江大道的修建导致龙脑山被斩为两段，小溪失去了水源，下游彻底断流，河床裸露，丧失了原有的生态功能，小溪与周围农田的生态关系彻底瓦解。农地整理过程中，小溪河床被固化渠化，逐渐被村民抛弃视为丢弃垃圾的场所，并为农田的营养元素、沉积物和农药残留物的空间转移提供了通道。此外，公路路带沟的修建使公路产生的积水汇入其中，自来水厂、食品工厂硬质铺地产生的雨水集聚也汇入路带沟中，路带沟的出口是农田排水系统。降水时，村内工厂和道路产生的雨水径流污染会转移至农田排水沟渠，最后汇入御临河中。

4.3 村民卫生意识的提升与环保意识的不足

在调研的116户农户中，住宅位于山脊上的村民有35家，靠近御临河边的有40家，在堰塘、水库周围的有41家。所调查的116户农户全部用上了自来水。但自来水并不是他们取水的唯一来源(参见图6)，居住在山脊上的少数村民也取堰塘之水用于生活。御临河边和堰塘周围的村民取山坪塘、御临河水用于洗衣。大多数农户选择自来水作为主要生活用水，村民们普遍认为自来水的水质是有保障的，比堰塘水、河水更为清洁。然而正是由于村民们越来越少地依赖堰塘水与河水用于生活用水，村民们也更为忽视自然水环境的重要性，开始不关心堰塘与河流是否因自己的行为而产生污染。一方面是卫生意识的提升，另外一方面是环保意识的不足，共同导致了水环境的改变，这一点也体现在新建房屋与庭院院坝的硬质化上。

图6 距离各类水源地远近的农户用水现状Fig.6 Water use situation of residents with different water resurtes

在调查过程中，许多居民表达了水泥院坝比三合土院坝或者没有院坝更为清洁，村民们更倾向于运用水泥院坝来晾晒粮食。一些房屋的新建是由于居民对自己的生活环境有更为清洁和干净的需求。

4.4 村民的无意识与模仿行为

在调查“出于何种目的将庭院硬化”时，得到的答案五花八门。上世纪80年代硬化庭院的房主是出于晒谷子和方便行动的原因将庭院硬化的;90年代硬化庭院的房主大多数到是为了晒谷子和方便行动，少数人是为了停放摩托车;21世纪硬化庭院的大多数房主提到光鲜、具有城里气息，可停放机动车辆。在这些人中，他们还普遍提到看到邻居硬化了自己也不由自主地将庭院硬化。村民的模仿行为或农村社会规范引发了不透水表面的增加［31］。

5 结论

在过去的50年中，河堰村人水关系发生了较大的变化。历史上，人们在利用堰塘、河流等水资源的过程中，伴随着旱涝灾害的影响，人们在与灾害打交道的过程中形成了相应的水文化。包括人们对水的观念，日常、宗教生活、农业生产、节庆活动等相关的社会习俗、规范、管理制度、治水技术等文化现象［32］，它对于平衡人水关系起到了积极的作用。如今这种文化资源正在逐渐消失。

在河堰村，这种人水关系的失衡是由多种因素共同造成的:

(1)“村村通公路，户户通水泥”是农村建设的标准。农村居民点的散状分布增加了村里公路的里程数，也就相应增加了农村的硬质地表面积;上世纪80年代以来，农户庭院经历了，从三合土硬化到水泥铺地的硬化过程，硬化地表不仅缩短了雨水汇流的时间，同时还加速了污染物向水体的转移。农户庭院的硬化同时是农民具有卫生意识的体现，而卫生意识与环保意识的不协调，导致了农村环境的污染。

(2)河堰村山体的开发和现代农田水利工程的建设，如水库、山坪塘和排灌沟渠等不仅改变了村落的自然地形，还改变了自然的水文过程。水库截留了上游的清洁雨水，下游村庄污染物的清洁水溶剂减少，污染物浓度升高。水体自净能力降低，当有外界因素干扰，如污水的汇入等，超出水环境承载力时，就会发生水体的腐败现象。

(3)农村人口大量向城市流动，使得人们从观念到行为上与水环境的关系逐渐疏远。政府对当地生产、生活的介入使当地居民逐渐丧失了独立维护环境和应对灾害的能力，政府替代当地村民而成为水环境管理的主体，传统地方性知识也随之逐渐瓦解和消失，导致了人水关系的巨大变化。

［1］ 易 雯.广东农村水环境污染原因分析及其防治对策［J］.环境科学动态，2003，(1):32-34.

［2］ 李贵宝，王东胜，谭红武，等.中国农村水环境恶化成因及其保护治理对策［J］.南水北调与水利科技，2003，1(2):29-33.

［3］ 杨继富，李久生.改善我国农村水环境的总体思路和建议［J］.中国水利，2006，(5):21-23.

［4］ 赵 静，王 超，王沛芳.农村水环境污染及治理对策研究［J］.江苏环境科技，2005，18(3):40-42.

［5］ 杨国丽.农村水环境存在的问题及治理对策［J］.水利电力科技，2006，32(4):39-41.

［6］ 万 红.大同农村水环境污染原因分析及防治对策［J］.环境科学与管理，2006，31(3):32-33.

［7］ 王宇晓，孙建蕾，马克团，等.当前农村水环境存在的问题及解决的办法［J］.现代农业，2007，(5):37.

［8］ 罗盛焕.改善农村水环境的对策措施［J］.广东农业科学，2008，(9):135-137.

［9］ 谢 霞.农村水环境污染产生原因及防治对策［J］.江西化工，2008，(4):072.

［10］ 白玉华，郭 岩，张 岩.我国农村水环境面源污染原因及对策分析［J］.给水排水，2009，(1):21-25.

［11］ 杨世鹏，张骏芳.天津市农村水环境现状及加强水环境治理的措施与建议［J］.安徽农学通报，2009，15(15):152-154.

［12］ 黄登楼.浅析苏北地区农村水环境恶化成因及治理对策［J］.中外企业家，2009，(6):177，188.

［13］ 韩 莉，张爱丽.农村水环境现状与解决对策［J］.河南水利与南水北调，2009，(1):034.

［14］ 肖 勤.农村水环境污染现状及其治理对策［J］.畜牧与饲料科学，2009，30(1):123-124.

［15］ 王景和.我国农村水环境污染现状及原因［J］.现代农业科技，2010，(11):279-279.

［16］ 冯 欣，师晓春.农村水环境污染现状及治理对策［J］.环境保护与循环经济，2011，(5):40-42.

［17］ 徐国梅，张 雷.农村水环境面源污染的思考与几点对策［J］.环境科学与管理，2011，(5):005.

［18］ 张殿发，王世杰，李瑞玲.土地利用/土地覆被变化对长江流域水环境的影响研究［J］.地域研究与开发，2003，22(1):69-72.

［19］ 刘瑞民，杨志峰，沈珍瑶，等.土地利用/覆盖变化对长江流域非点源污染的影响及其信息系统建设［J］.长江流域资源与环境，2006，15(3):372-3.

［20］ 贺世杰，高忠玲.土地利用/土地覆盖变化对生态环境的影响［J］.鲁东大学学报 (自然科学版)，2007，(2):19.

［21］ 阎伍玫.巢湖流域不同土地利用类型地表径流污染特征研究［J］.长江流域资源与环境，1998，(8):274-277.

［22］ 苑韶峰，吕 军.流域农业非点源污染研究概况［J］.土壤通报，2004，35(4):507-511.

［23］ 岳 隽，王仰麟，李正国，张 源，等.河流水质时空变化及其受土地利用影响的研究——以深圳市主要河流为例［J］.水科学进展，2006，(5):359-364.

［24］ 于兴修，杨桂山.西苕溪流域土地利用/覆被变化及其水环境效应研究［C］.土地覆被变化及其环境效应学术会议论文集，2002.

［25］ 邱兆富，曾晓岚.重庆主城暴雨强度公式推求［J］.重庆建筑大学学报，1999，21(6):16-19.

［26］ 李玉凤，刘红玉，郝敬锋，等.农村小流域景观结构与水质耦合关系分析——以仪征市陈集镇为例［J］.生态与农村环境学报，2010，26(1):15-19.

［27］ Collavini F，Bettiol C，Zaggia L，et al.Pollutant loads from the drainage basin to theVeniceLagoon(Italy)［J］.Environment Internationa，2005，31(7):939-947.

［28］ 刘仙桃，郑新奇，李道兵.基于 Voronoi图的农村居民点空间分布特征及其影响因素研究——以北京市昌平区为例［J］.生态与农村环境学报，2009，25(2):30-33.

［29］ Trombulak S C，Frissell C A.Review of ecological effects of roads on terrestrial aquatic communities［J］.Conservation Biology，2000，14:18-30.

［30］ Forman R T T，Sperling D，Bissonette J A.Road Ecology Science and Solutions［M］.Beijing:Higher Education Press，2008.30.

［31］ Nassauer J I，Wang Z，Dayrell E.What will the neighbors think?Cultural norms and ecological design［J］.Landscape and Urban Planning，2009，92(3):282-292.

［32］ 郑晓云，皮泓漪.人水关系变迁与可持续发展——云南大盈江畔一个傣族村的人类学考察［J］.中南民族大学学报(人文社会科学版)，2012，32(4):47-53.