城市化建设对流域的影响

摘要：城市流域是水文循环的基本单元，也是人类活动的载体。其产汇流形式受降雨、下垫面、坡面坡度、植被等多种因素的影响。但是随着城市化的建设，流域发生了巨大的变化。不仅体现在流域的洪水过程线的改变，甚至改变了流域原始的产汇流特性。

关键词：城市化；洪水特性；产汇流特性

中图分类号： X824 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.24.094

城市化的建設虽然为人们的生活提供便利，但是也对城市区域的自然生态环境带来了影响。一是在城市建设过程中，不断向外扩张，使得原始的农田、天然河道及森林变成不透水的水泥路面、房屋屋顶等硬化区域。比较原始地面，这些区域下渗和蒸发大大被削弱，使得径流量增加。二是由于城市建设，大量的地下管道替代地面汇流和河道汇流，由于管道汇流使得汇流路线变短，速度变快，使得洪水总量集中，洪峰增大，洪水历时缩短，洪峰重现期提前。三是全球气候变暖，自然灾害逐年递增，加之城市“热岛效应”使城市上空大气对流激烈，突发降雨的概率变大，城市化的建设对城市水文系统的影响已成为全人类关注的焦点。

1 城市化建设对洪水特性的影响

在城市化建设过程中，原始流域的农田、绿地、蓄水湖泊及天然河道等不透水区域被道路、建筑物、广场、屋顶等硬化地面所替代，因此使得地面下渗率、蒸发系数及其径流系数等影响洪水特性的因素发生重大改变。流域下垫面对雨水的拦蓄作用被逐渐减弱。在地面停留时间变短，导致流域的下渗量及其蒸发量减少，因此城市建设改变了流域原本的水文循环。在城市化建设过程中，其地面的糙率变小，改变了流域各子汇水区域的曼宁系数、原始的洼地与沟壑被填埋后，地面的洼蓄值发生改变，以上的变化对城市洪水特性产生了巨大的影响。

由于城市建设，大量的地下管道被使用，导致流域的汇流方式发生改变，从而河流洪水特性也发生改变。城市化以后，与原始流域比，洪水峰值增大、洪水历时变短、洪水过程线变得“尖瘦”，洪水量前期增长速度越来越快，达到洪峰后，洪水开始退落，其速度越来越快，即洪水来得也快、去得也快，这种洪水表现在山区流域尤其显著。

2 城市化建设对产汇流特性的影响

在城市化建设过程中，道路、建筑物、广场等硬化地面的面积大大的增加，导致流域原始的产汇流方式发生了改变。从原来的蓄满产流和超渗产流等基本的产流方式变成单一的地面产流方式，使得原流域的产流系数和汇流参数发生了变化。主要体现在下垫面的改变和坡度的变化。下垫面被硬化后，其下渗能力被减弱甚至没有。在小雨强的情况下，不同下垫面的径流系数相差不大，而在较大的雨强时，硬化程度大的下垫面的径流系数大，这样使得产流量增大，产流系数变大。所以，不同的下垫面所对应流域的产汇流方式也不尽相同。在同等雨强条件下因为下垫面类型的不同，其粗糙度及地表下渗率不同，导致其净雨量差异较大，进而造成地表不同的产汇流情况。查找下垫面与产汇流特性的文献可以得出，增加下垫面的植被覆盖度可以增强下垫面的下渗能力，从而减少径流量及径流系数。因此在海绵城市方向，以及地表调蓄能力对产汇流特性的影响等方面得以利用。

同时，城市化的建设也会改变城市地貌特征及其地形，坡面径流深与坡度之间关系在小雨强条件下呈良好的抛物线关系，表现为坡度的增大，使得坡面径流深也相应增长，但是在坡度达到一定数值以后，径流深与坡度反而呈负相关。相比在大雨强条件下，坡面径流深与坡度之间的相关性也可用抛物线相关方程进行描述。产流率和径流系数在坡度较小时随着坡度增加而增大，当坡度超过一定数值时，产流率和径流系数随着坡度增加反而减小。但在大雨强条件下，产流率和径流系数随着坡度增加均减小。所以径流系数并非随着雨强的增大而增加。在同一下垫面的情况下，产流时间和汇流时间随着坡度增加而减小，因为增加了坡度，更有利于雨水的汇集，从而形成坡面径流。同时也可以减少下渗量，从而加快径流的形成和提前达到径流量峰值。

3 总结和展望

关于地形及下垫面变化对产汇流影响的研究很多，包括海绵城市方向，以及地表调蓄能力对产汇流特性的影响等。但研究地形及城市化对产流条件的影响仍有以下方面可以探讨。一是地形及城市化后，下垫面发生改变，其物理特性也发生了变化，所以需进一步研究不同下垫面的产流类型。二是在产流过程中，随着坡度的变化，其产流模式的改变及汇流方式的变化。三是应具体研究产汇流条件对地形及城市化的响应。四是城市化后，对于山城小流域，由于城市雨水管网的汇入等综合因素的影响其河道流量演算的运动方程的变化。

参考文献

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作者简介：李海忠，在读硕士研究生，研究方向：水文水资源。