城市化對(duì)水資源的影響分析及對(duì)策

劉同僧,季志恒,何 平

(1.河北省廊坊水文水資源勘測(cè)局,河北 廊坊 065000;2.河北省保定水文水資源勘測(cè)局,河北 保定 071000)

城市化是世界各國(guó)發(fā)展的共同趨勢(shì),城市缺水已成為全球關(guān)注的問題。由于城市化增加了房屋和道路等不透水面積及排水設(shè)施,改變了徑流形成的條件,使地下水得不到足夠的補(bǔ)給,破壞了自然界的水循環(huán)。城市化還帶來了局部氣候變化、耗水量增加和水質(zhì)污染等問題。

1 城市化對(duì)氣候的影響

由于城市化增加了房屋和道路等不透水面積,綠化面積減少,用人工表面代替了土壤和草地等自然地面,改變了下墊面的組成和性質(zhì),從而改變了反射和輻射面的性質(zhì),改變了近地面層的熱交換和地面的粗糙度,導(dǎo)致大氣的物理狀況受到影響,形成了城市熱島。在天氣晴朗無云、大范圍內(nèi)氣壓梯度極小的形勢(shì)下,由于城市熱島的存在,城市中形成一個(gè)低壓中心,并出現(xiàn)上升氣流。從熱島垂直結(jié)構(gòu)看來,在一定高度范圍內(nèi),城市低空都比郊區(qū)同高度的空氣為暖,因此隨著市區(qū)熱空氣的不斷上升,郊區(qū)近地面的空氣必然從四面八方流入城市,風(fēng)向向熱島中心輻合。

城市排出的大量各種氣體和顆粒物,會(huì)顯著地改變城市的大氣組成。因人為造成的大氣污染,顆粒物質(zhì)為霧的形成提供了豐富的凝結(jié)核。這種大氣污染不僅會(huì)使城市大氣中的有害氣體含量增高,而且還會(huì)使城市的云量、霧量和降雨量也都增高。城市中鱗次櫛比的建筑物群,增加了下墊面的粗糙度,減少了風(fēng)速,為霧的形成提供了合適的風(fēng)速條件。又由于城市熱島環(huán)流,郊區(qū)農(nóng)村帶來的水汽,使低空輻合上升凝結(jié)成霧的機(jī)率增大[1]。

2 城市化對(duì)雨洪徑流的影響

2.1 城市化對(duì)降水的影響

城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大,在一定程度上改變了城市地區(qū)的局部氣候條件,又進(jìn)一步影響到城市的降水條件。在城市建設(shè)過程中,地表的改變使其上的輻射平衡發(fā)生了變化,空氣動(dòng)力糙率的改變影響了空氣的運(yùn)動(dòng)。工業(yè)和民用供熱、制冷以及機(jī)動(dòng)車增加了大氣中的熱量,而且在燃燒中把水汽連同各種各樣的化學(xué)物質(zhì)送入大氣層中。建筑物能夠引起機(jī)械湍流,城市作為熱源也導(dǎo)致熱湍流,因此城市建筑對(duì)空氣運(yùn)動(dòng)能產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。而城市上空形成的凝結(jié)核、熱湍流以及機(jī)械湍流可以影響當(dāng)?shù)氐脑屏亢徒涤炅?。城市中的降水量一般比郊區(qū)多 5%～15%[2]。

2.2 城市化對(duì)徑流的影響

隨著城市化的發(fā)展,樹木、農(nóng)作物、草地等面積逐步減小,工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)和居民區(qū)的面積不斷增加。城市化過程也使相當(dāng)部分的流域(例如小的河道、湖泊和濕地)為不透水地表所替代,減少了蓄水空間。由于不透水地表的入滲量幾乎為零,使徑流總量增大,使得雨水匯流速度大大提高,從而使洪峰出現(xiàn)時(shí)間提前,同時(shí)使入滲量減小,地下水補(bǔ)給量相應(yīng)減小,枯水期河流基流量也將相應(yīng)減小。排水系統(tǒng)的完善,如設(shè)置道路邊溝、雨水管網(wǎng)和排洪溝等,增加了匯流的水力效率。城市中的天然河道被裁彎取直、疏浚和整治,使河槽流速增大,導(dǎo)致徑流量和洪峰流量加大。與郊區(qū)相比,城市在降雨后,徑流量急劇增高,很快出現(xiàn)峰值,然后又迅速降低,其徑流曲線非常陡峻,急升急降。

3 城市化對(duì)地下水資源的影響

3.1 地下水嚴(yán)重超采

由于地表水資源短缺,地下水資源就成為城市生產(chǎn)和生活的主要供水水源。隨著城市化規(guī)模越來越大,水資源利用量亦越來越大。為滿足城市正常的生活和生產(chǎn),不得不集中大量開采地下水,因此,目前地下水超采嚴(yán)重,不但涉及大中城市,而且也有小城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)。地下水的嚴(yán)重超采,不僅有可能導(dǎo)致地下水枯竭、影響城市供水,而且還會(huì)造成地面沉降、建筑物破壞等一系列環(huán)境地質(zhì)問題[3]。

3.2 地下水資源的補(bǔ)給減少

城市建筑物及瀝青、混凝土路面的增多,使不透水面積的比例增大,一般可達(dá) 80%以上。對(duì)于各種屋面、混凝土和瀝青路面,其地表徑流系數(shù)為0.90左右,也就是說,僅大約 10%的雨水滲入土壤。降雨后,雨水除少數(shù)的截留與蒸發(fā)外,大部分通過地下雨水管道系統(tǒng)排出,成為地面徑流,因此,降雨補(bǔ)給地下水的資源量大為減少。如果地下水埋深較小(≤4 m),地下水尚可少部分補(bǔ)給,如果地下水埋深較大,幾乎不能產(chǎn)生補(bǔ)給。

3.3 地下水的污染加重

城市中工業(yè)生產(chǎn)過程中排出的污水、居民的生活污水等,如果不經(jīng)處理,排入河道或湖坑都會(huì)間接污染地下水。向透水地面傾倒污水、垃圾堆放被雨水沖淋、污水管道泄漏以及污染物經(jīng)雨水沖刷,均可造成對(duì)地下水的污染。

目前,塑料袋在人民生活中仍廣泛應(yīng)用,然而留在土壤中的大量殘膜,經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的地下溶解,其化學(xué)溶解物對(duì)地下水資源的水質(zhì)也有一定影響。

4 酸雨對(duì)水質(zhì)的影響

工廠、汽車、居民每天要耗用眾多的煤和石油,它們?cè)谌紵^程中會(huì)釋放出大量的 SO2,SO2遇水形成亞硫酸。高溫燃燒形成的 NO,排入大氣后,大部分轉(zhuǎn)化為NO2,NO2遇水成為硝酸或亞硝酸。SO2和NO2加上大氣中還有其他至酸物質(zhì),降雨時(shí),雨水呈現(xiàn)出酸性。

對(duì)于pH≤5.6的雨水稱為酸雨。近年來,酸雨在我國(guó)分布較廣,許多大中城市已出現(xiàn)了嚴(yán)重的酸雨現(xiàn)象,尤其是工業(yè)型大城市。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示,南方部分城市的酸雨多年平均 pH為4.5～5.5,上海個(gè)別地區(qū)曾測(cè)到強(qiáng)酸雨,其 pH值為2.1[3]。在北方城市,酸雨也時(shí)有發(fā)生。酸雨亦能隨風(fēng)移入附近農(nóng)村。

酸雨不僅使地表水體酸化,也能通過土壤滲入地下,酸化地下水資源。這種呈酸性的水還可影響魚類和生物的繁殖和發(fā)育,能傷害植物的嫩枝以及腐蝕城市建筑物和地下管道。酸雨還會(huì)引起人類呼吸系統(tǒng)的疾病,影響人體健康。

5 城市化對(duì)水資源影響的對(duì)策

5.1 適當(dāng)?shù)拈_源

雖說水資源是可再生資源,但是在時(shí)間和空間上往往不具備快速可再生的能力,所以要根據(jù)本地的實(shí)際情況來開源。1)修建水庫(kù)調(diào)節(jié)水資源在時(shí)間上的分布不均;2)充分開發(fā)利用雨洪資源、再生水,以限制開采地下水;3)開展調(diào)水工程,解決水資源空間上分布不均。

5.2 開展節(jié)流

大力倡導(dǎo)節(jié)約用水,推進(jìn)節(jié)水型城市、節(jié)水型社會(huì)建設(shè)。 1)積極推廣防滲管道輸水、噴灌、滴灌、微灌、膜下灌等節(jié)水灌溉技術(shù),推廣節(jié)水種植模式,提高農(nóng)業(yè)用水的利用率。2)應(yīng)限制高耗水行業(yè)和生產(chǎn)工藝的發(fā)展,改善工業(yè)生產(chǎn)工藝水平,提高工業(yè)水重復(fù)利用率。 3)積極推行用水定額管理和階梯式水價(jià)機(jī)制,利用水價(jià)管理機(jī)制對(duì)于水資源浪費(fèi)現(xiàn)象進(jìn)行有效的懲罰。4)積極推廣與普及生活節(jié)水器具,特別應(yīng)加強(qiáng)公共事業(yè)單位和服務(wù)業(yè)生活用水節(jié)水器具的普及。

5.3 加強(qiáng)水環(huán)境的綜合整治

1)要增加城市透水層面積,改善水文條件。在雨水管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)、用地規(guī)劃和地面覆蓋上考慮雨水滲透。雨水滲透控制措施包括滲水路面、滲水渠道、人工濕地以及植樹種草等。合理、充分地利用雨水涵養(yǎng)地下水源,既能緩和城市水資源危機(jī),又能增加土壤中的含水量、調(diào)節(jié)氣候,從而減少所需雨水排水系統(tǒng)容量,降低雨水排水系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用,減輕城區(qū)水澇災(zāi)害和水體污染。

2)完善排水管渠系統(tǒng),充分利用城市污水和雨水資源。要恢復(fù)清澈的河水和生態(tài)平衡系統(tǒng),必須杜絕工業(yè)廢水、生活污水及其它污染源進(jìn)入水體,因此需要建設(shè)和完善污水收集系統(tǒng)、改造合流制管道系統(tǒng)、建設(shè)污水處理廠,同時(shí)注重雨水調(diào)蓄設(shè)施、城市防洪設(shè)施的建設(shè)與維護(hù)。城市雨(污)水經(jīng)妥善處理后可作低質(zhì)用水,如用作工業(yè)冷卻用水和雜用水(廁所沖洗水、洗車水、灑水、消防用水、空調(diào)用水等)。

3)采取有效措施,防止城市酸雨。要減少尾氣排放量,制訂各類汽車的廢氣排放標(biāo)準(zhǔn),呼吁使用“綠色汽車”,即用天然氣、氫氣、酒精、甲醇、電等清潔能源作為汽車動(dòng)力,以減少二氧化碳和二氧化硫等酸性氣體的排放。加強(qiáng)植樹栽花等城市綠化工作,根據(jù)城市環(huán)境規(guī)劃,選擇種植一些吸收 SO2和粉塵能力較強(qiáng)的植物,如石榴、菊花、桑樹、銀杉等,以凈化空氣。城市綠化,不僅可以防止酸雨,也可有效地降低城市熱島效應(yīng)。

[1]周翠寧,任樹梅,楊培嶺,等.城市化對(duì)降雨特征影響研究[J].水利水電技術(shù),2007,38(10):62-65.

[2]李樹平,黃廷林.城市化對(duì)城市降雨徑流的影響及城市雨洪控制[J].中國(guó)市政工程.2002,(3):35-37.

[3]金光炎.水文水資源分析評(píng)價(jià) [M].北京:中國(guó)水文科學(xué)出版社,2008.