武漢市城市水文的發(fā)展與思考

胡波 周明華 陳曉琪

【摘要】城市水文學(xué)作為水文學(xué)的一個(gè)分支，顧名思義，就是研究發(fā)生在城市系統(tǒng)水循環(huán)過(guò)程中和水資源利用問(wèn)題的學(xué)科， 其研究?jī)?nèi)容可概括為兩大方面：城市化的水文及其伴生效應(yīng)和城市水文過(guò)程機(jī)理與模擬；涵蓋 4大主要研究?jī)?nèi)容：城市化的水文效應(yīng)、城市化伴生的水環(huán)境及水生態(tài)效應(yīng)、城市水文過(guò)程機(jī)理、城市水循環(huán)模擬.根據(jù)城市水文學(xué)的定義和研究方向引申出通過(guò)發(fā)展城市水文工作可為城市如何解決治理好城市防洪排澇、城市水環(huán)境、城市水資源、城市水生態(tài)4大城市化水問(wèn)題，并提供科學(xué)的依據(jù)和治理決策.

【關(guān)鍵詞】城市水環(huán)境；城市水資源

1、武漢市城市概況與發(fā)展前景

武漢市作為湖北省的省會(huì)，歷來(lái)是湖北省的政治經(jīng)濟(jì)文化中心，同時(shí)因地理位置優(yōu)越，也是中部地區(qū)城市發(fā)展的中樞，城市化發(fā)展迅速。在人口數(shù)量方面，自改革開(kāi)放以來(lái)城市人口數(shù)量與年劇增，由1978年的548.29萬(wàn)人，增長(zhǎng)到2012年的1002萬(wàn)人，在城市建設(shè)用地方面，武漢市在建國(guó)初期，城市化呈現(xiàn)比較合理的帶狀組團(tuán)式發(fā)展格局，20世紀(jì)80年代，城市開(kāi)始以長(zhǎng)江為軸線發(fā)展，20世紀(jì)90年代以來(lái)，開(kāi)始了大規(guī)模的城市進(jìn)程。到2012年武漢市下屬13個(gè)區(qū)，建成總面積達(dá)507.04Km2.

武漢市地處長(zhǎng)江與漢江交匯處，全市水域面積達(dá)到2217.6Km2，約占全市面積的1/4，全市境內(nèi)河流眾多，水域面積廣，全市5Km以上的河流共165條，境內(nèi)總長(zhǎng)2166.4Km，河道水面面積471.31Km2。除去眾多河流外全市共有湖泊166個(gè)湖泊水域面積達(dá)到779.56 Km2，占全市水域面的36.8%，被譽(yù)為‘百湖之市其中中心城區(qū)有湖泊40個(gè)。

根據(jù)武漢市總體發(fā)展目標(biāo)到2020年，武漢市將建成為經(jīng)濟(jì)實(shí)力雄厚、科技教育發(fā)達(dá)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、服務(wù)體系先進(jìn)、社會(huì)就業(yè)充分、空間布局合理、基礎(chǔ)設(shè)施完善、生態(tài)環(huán)境良好的現(xiàn)代化城市，成為促進(jìn)中部地區(qū)崛起的重要戰(zhàn)略支點(diǎn)和龍頭城市、全國(guó)‘兩型社會(huì)建設(shè)典型示范區(qū)，為建設(shè)國(guó)際性城市奠定基礎(chǔ)。

2、武漢城市水文效應(yīng)與成因

城市化最突出的特征是產(chǎn)業(yè)、物業(yè)、人口向城市集中。導(dǎo)致市內(nèi)土地利用性質(zhì)變化，人口密度增大、建筑物增加、道路面積擴(kuò)大。城市下墊面的變化直接改變了降雨、徑流的形成和發(fā)生條件。城市人口增多、經(jīng)濟(jì)發(fā)展，需水量大大增強(qiáng)、廢污水排放隨之增強(qiáng)，進(jìn)而對(duì)誰(shuí)的時(shí)空分布、水循環(huán)過(guò)程、水環(huán)境狀況、水體生態(tài)變化也相應(yīng)的產(chǎn)生各種影響。

2.1 武漢市城市水文效應(yīng)概況

武漢市地處北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，受東南季風(fēng)及江淮靜止鋒的影響，氣溫和降水的季節(jié)差異較大。年降水量為1150—1450mm，且降水的分配具有明顯的季節(jié)性，一般集中于4-8月，約占全年降水量的65%，特別是初夏受江淮靜止鋒的影響，梅雨特征明顯，短時(shí)期內(nèi)降水集中，同時(shí)加之城市“熱島效應(yīng)”的影響，土地利用覆被變化發(fā)生的改變，不透水面積增加等。導(dǎo)致武漢市城區(qū)內(nèi)雨量增加，徑流系數(shù)增大，匯流時(shí)間縮短，洪峰量加大，峰線時(shí)間提前，城區(qū)內(nèi)澇嚴(yán)重。曾出現(xiàn)了如“2011.6.18”、“2013.7.7”特大暴雨，以及由暴雨伴隨造成的城市內(nèi)澇，以至每年梅雨季節(jié)時(shí)武漢市市民最為關(guān)注的城區(qū)是否又現(xiàn)“看?！笔r。

武漢河流湖泊眾多，水域面積大，水資源總量豐富，但同時(shí)武漢也面臨著許多城市在快速發(fā)展過(guò)程中都面對(duì)的水體污染嚴(yán)重、水質(zhì)整體下降、水生態(tài)水環(huán)境變差等問(wèn)題，上世界70、80年代大部分水域水質(zhì)優(yōu)良水環(huán)境較好，但伴隨著城市的發(fā)展，大量的城市生活污水、工業(yè)廢水等未經(jīng)處理直接排放，超過(guò)了河流和湖泊的自凈能力，水質(zhì)惡化嚴(yán)重。已處于“水質(zhì)型缺水”狀態(tài)的邊緣狀態(tài)。如2000年長(zhǎng)江、漢江武漢段有各類排污口63處，年廢污水排放總量近百億噸，主城區(qū)排污口密集，約占長(zhǎng)江段總數(shù)的70%，各排污口污染物超標(biāo)排放嚴(yán)重，超標(biāo)項(xiàng)目數(shù)、超標(biāo)率等都高于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)階段武漢市水資源已處于供需不平衡的狀態(tài)，水資源的供給雖能基本滿足對(duì)水資源的需求，但在室內(nèi)區(qū)域分布上具有不均衡性，水資源的攻擊主要集中在遠(yuǎn)城區(qū)，中心其次，開(kāi)發(fā)區(qū)和旅游風(fēng)景區(qū)最少，且水資源的供給類型主要依賴城市提水工程；在水資源的需求和使用上，也主要集中在遠(yuǎn)城區(qū)，在水資源的使用途徑上，也主要集中在工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上

2.2 武漢城市水文效應(yīng)成因分析

2.2.1 武漢市內(nèi)澇成因

武漢市內(nèi)澇成因的主要原因一是由于武漢市現(xiàn)有排水系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)偏低，不能適應(yīng)現(xiàn)在氣候變暖背景下極端天氣多發(fā)和城市化快速發(fā)展對(duì)于城市排水的需要。二是由于武漢城市化的快速發(fā)展使城還是不透水面積大為增加，雨水匯流時(shí)間變短，洪峰流量變大，增加了城市內(nèi)澇發(fā)生的概率。最后城市化的發(fā)展使水體銳減，特別是近年來(lái)湖泊面積的減少，導(dǎo)致湖泊對(duì)地表徑流的調(diào)蓄能力僅為40年前的30%，從而使湖泊的調(diào)蓄能力大大降低。以上這些原因是造成武漢市城市內(nèi)澇發(fā)生的主要因素。

2.2.2 武漢市水質(zhì)污染成因

武漢市水域面積較大，水體種類多樣，城市的發(fā)展帶來(lái)了江河沿岸污染集中、湖泊富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重以及城市污水處理能力不足，其主要成因是一是城市人口的急劇增長(zhǎng)以及人們生活水平的提高使生活污水的排放量與日俱增，生活廢水的比例開(kāi)始大于生產(chǎn)廢水的比例。二是城市排污管網(wǎng)建設(shè)滯后，道路排水工程與城市建設(shè)的時(shí)間差異使大量未經(jīng)處理的工業(yè)廢水、生活廢水直接匯入河流湖泊，嚴(yán)重影響了緣由水體水質(zhì)狀況。

2.2.3 武漢市水資源量不平衡成因

武漢市城市水資源量的不平衡的成因主要由一是城市快速發(fā)展，使大量人口聚集。城市居民的生活水平往往高于農(nóng)村地區(qū)，人均水資源消耗量也相對(duì)較高，城市居民生活用水量逐年增長(zhǎng)。二是武漢市已成為我國(guó)重要的工業(yè)基地，像冶金、鋼鐵、醫(yī)藥、化工產(chǎn)業(yè)需要消耗大量的水資源，不斷的擴(kuò)大這樣的行業(yè)增長(zhǎng)也使需水量隨之膨脹。

3、武漢市城市水文工作開(kāi)展的構(gòu)想

3.1 高標(biāo)準(zhǔn)、高起點(diǎn)，統(tǒng)一規(guī)劃城市水文工作

城市水文工作的開(kāi)展應(yīng)統(tǒng)一指導(dǎo)和統(tǒng)籌規(guī)劃好工作的開(kāi)展，應(yīng)編制有前瞻性、完整性和可操作性的武漢市城市水文發(fā)展規(guī)劃。城市水文工作來(lái)源于城市，服務(wù)于城市，規(guī)劃的編制應(yīng)按照武漢市現(xiàn)有城市發(fā)展規(guī)劃理念及規(guī)劃成果，收集先關(guān)城市水文數(shù)據(jù)，摸清城市地下管網(wǎng)覆蓋率，河流、湖泊污染緣由等情況。結(jié)合武漢市水文現(xiàn)狀，武漢市“十三五”水利發(fā)展規(guī)劃，按近、中、遠(yuǎn)期做好武漢市區(qū)域內(nèi)中心城區(qū)、遠(yuǎn)城區(qū)的武漢市水文發(fā)展規(guī)劃。并分布實(shí)施。有序推進(jìn)整個(gè)武漢市的城市水文觀測(cè)、分析、研究工作。

3.2 完善城市水文站網(wǎng)、夯實(shí)城市水文工作

不管是流域水文還是城市水文，水文工作的開(kāi)展基礎(chǔ)離不開(kāi)合理的站網(wǎng)建設(shè)，城市水文站網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)將城市水文工作的特點(diǎn)和當(dāng)?shù)爻鞘兴男?yīng)相結(jié)合，城市水文工作。武漢市在城市水文站網(wǎng)的布設(shè)上應(yīng)遵循區(qū)域城市水文效應(yīng)來(lái)開(kāi)展站網(wǎng)建設(shè)，即在市內(nèi)老舊城區(qū)的橋梁、涵洞、低洼路段建設(shè)一批以漬水預(yù)警為主的漬水監(jiān)測(cè)站，在市內(nèi)人流密集區(qū)域建設(shè)一批以宣傳城市水文工作發(fā)布水雨情信息與一體的水文信息站，在城市重點(diǎn)水功能區(qū)和湖泊、河流近岸區(qū)建設(shè)一批以監(jiān)測(cè)水體污染情況的水質(zhì)監(jiān)測(cè)站，在城市水網(wǎng)、重點(diǎn)湖泊公園等處建設(shè)一批控制水生態(tài)變化的水生態(tài)監(jiān)測(cè)站，在新城區(qū)或遠(yuǎn)郊城區(qū)建設(shè)1到2個(gè)以城市水文發(fā)展研究為主的監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)站。經(jīng)過(guò)這樣的站網(wǎng)布局可以合理有效的對(duì)武漢市市內(nèi)的城市水文效應(yīng)進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)和深度研究。

3.3 開(kāi)創(chuàng)適應(yīng)城市水文發(fā)展的站點(diǎn)運(yùn)行管理模式

城市水文站點(diǎn)穩(wěn)定的運(yùn)行，是保障城市水文信息獲取的基礎(chǔ)，現(xiàn)代化的城市發(fā)展迅速，城市變化日新月異，水文監(jiān)測(cè)工作已不可能繼續(xù)沿用流域水文時(shí)的那樣‘以點(diǎn)帶面、定點(diǎn)監(jiān)測(cè)“的站點(diǎn)運(yùn)行管理模式。城市水文工作的站點(diǎn)運(yùn)行管理模式必須要走以“遙測(cè)為主、巡測(cè)應(yīng)急為輔”的新模式，這樣的模式即節(jié)省了站點(diǎn)建設(shè)成本，加強(qiáng)了站點(diǎn)運(yùn)行管理，也提高了水文監(jiān)測(cè)響應(yīng)速度。

3.4 利用先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備提升城市水文監(jiān)測(cè)能力

提升水文信息監(jiān)測(cè)能力，離不開(kāi)先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)手段，和先進(jìn)的監(jiān)測(cè)設(shè)備。如可通過(guò)視頻監(jiān)控、大屏發(fā)布等信息化技術(shù)與雷達(dá)水位計(jì)、電子水尺等設(shè)備進(jìn)行城市漬水信息的監(jiān)測(cè)與發(fā)布，運(yùn)用管道流量計(jì)、RG-30、ADCP多普勒流速儀等對(duì)城市下水管網(wǎng)、排水泵站處的排水能力和雨洪災(zāi)害影響時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)和判斷，運(yùn)用多參數(shù)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀結(jié)合GIS系統(tǒng)對(duì)城市重點(diǎn)區(qū)域的水環(huán)境污染狀況進(jìn)行監(jiān)控和評(píng)價(jià)，還可通過(guò)如SWMM、INFOworks等模型對(duì)城市地區(qū)暴雨洪水的地表徑流過(guò)程地表徑流量和污染負(fù)荷量進(jìn)行估算與預(yù)測(cè)。

3.5 建立城市水文信息發(fā)布制度

在城市水文監(jiān)測(cè)實(shí)施過(guò)程中，充分利用城市交通便利、通訊網(wǎng)絡(luò)先進(jìn)、新聞媒體眾多的優(yōu)勢(shì)，大力采用現(xiàn)代化信息采集技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目在市區(qū)內(nèi)全覆蓋。如通過(guò)運(yùn)行成熟的自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)加大屏發(fā)布技術(shù)在漬水點(diǎn)附近將對(duì)社會(huì)大眾有用的水文信息發(fā)布，通過(guò)電視、廣播、網(wǎng)絡(luò)手段適時(shí)發(fā)布重點(diǎn)水功能區(qū)、湖泊水質(zhì)狀況等。以實(shí)現(xiàn)城市水文服務(wù)于武漢市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的目的

3.6 找準(zhǔn)城市水文研究方向，著力解決城市水問(wèn)題

武漢市在城市水文的研究方面，應(yīng)針對(duì)武漢市城市水文特點(diǎn)進(jìn)行特定的研究，應(yīng)從城市水文過(guò)程的解析與模擬和城市伴生效應(yīng)兩方面尋求研究和突破。城市水文過(guò)程的解析與模擬可對(duì)城市復(fù)雜下墊面的降水-蒸發(fā)-徑流的定量模擬、城市產(chǎn)匯流集成模擬、城市暴雨洪水源頭控制等問(wèn)題進(jìn)行分析和模擬。城市伴生效應(yīng)主要是針對(duì)水環(huán)境和水生態(tài)承載力的研究，可建立對(duì)城市水質(zhì)模型、水體納污能力、水環(huán)境過(guò)程演變、水生態(tài)修復(fù)模擬、水生態(tài)承載力指數(shù)等

4、結(jié)束語(yǔ)

水是人類賴以生存不可或缺的物質(zhì)，世界上有水的地方，就有水文的存在。同樣，一個(gè)城市的快速發(fā)展也離不開(kāi)城市水文。武漢城市水文因武漢的發(fā)展而存在，而武漢要更好的發(fā)展也離不開(kāi)武漢城市水文為其保駕護(hù)航，二者相輔相成，缺一不可。作為一門新興學(xué)科，武漢城市水文的發(fā)展任重而道遠(yuǎn)。