城市化对城市雨洪形成的影响分析研究
城市化对城市雨洪形成的影响分析研究 城市化对城市雨洪形成的影响分析研究 【摘 要】随着我国经济建设的飞速发展,城市化的进程也逐 渐加速推进,致使我国城市建成区域的地表下垫面结构和功能随之发 生了很大程度的变化。基于此,本文分析了城市化对水环境的影响, 并对城市雨洪控制的意义进行了论述。 【关键词】城市化;城市雨洪;影响 1、城市化对水环境的影响 1.1城市化对城市气候的影响 随着我国经济建设的飞速发展,城市化的进程也逐渐加速推进, 致使我国城市建成区域的地表下垫面结构和功能随之发生了很大程 度的变化,城市地表垫层的不断硬化等变化促使城市区域的气候特征 发生了一定的变化。城市化建设过程中,地表覆被的变化使地表上辐 射发生了变化,城市生产生活中大量的能源消耗增加了大气中的热量, 改变了原来的热、水循环过程和大气质量。对城市化带来的气候变化 进行的总结表明:城市化地区的污染物浓度要比农村地区高5〜25倍, 辐射少5%〜30%,云量多5%〜10%,年平均气温高0. 5〜3. 0°C,湿度 少6%,降雨量多5%〜10%,见表1.1。[1] 表1. 1城市化对城市气候的影响 1.2城市化后降雨的变化 1.2. 1城市热岛现象 城市中分布有大量人工热源,同时城市空气中二氧化碳与其他颗 粒量大于农村,使城市气温明显高于农村地区。城市空气层发生热力 对流,在空气中水汽充足时,容易形成对流降水。 1. 2. 2稳定滞缓的降水系统阻碍现象 因为城市不同的建筑物高度各不相同,城市区域的粗糙程度要比 城市郊区的粗糙程度大,在引起湍流的情况下对稳定滞缓的降水系统 也有一定的阻碍作用,使城市地区降强度增大和降雨时间变长。 1. 2. 3城市凝结核现象 城市工业生产中排放的污染物,凝结核达到一定程度的情况下会 吸收水汽形成大小均匀的云滴,使大云滴逐渐增大,最终形成降雨。 城市化对城市降雨的影响见图1. Io 1. 3城市化对城市降雨径流的影响 城市建设的不断发展,各种不透水材料的使用导致城市地表路面 的下垫层发生了很大改变,对城市水循环的影响明显。城市化前,蒸 发量占降雨量的40%,地面径流量占降雨量的10%,入渗地下水量占 降雨量的30%,屋顶径流量占降雨量的13%,入渗地下水量占降雨量 的32%。城市下垫层改变的影响因素是被不透水的水泥、沥青和不透 水砖等代替原有的大面积水域、林地、草地和农田,从而隔断了降雨 与土壤之间的水分通道,导致入渗和蒸发量的减少,同时增加了雨水 径流量,进而增加了城市排水压力和城市雨洪灾害的发生几率。 城市化对城市区域降雨径流形成的影响: 1. 3. 1城市地表径流量增加 随着城市的不断发展,城市地面类型和特点发生了很大的变化, 使得城市建成区域的地表径流系数增大。城市区域原有的植被、绿地 等可以对雨洪径流量进行吸收、渗透,城市地表对雨洪径流的自然下 渗大大减弱,城市降雨大部分都形成了地表径流o根据周玉文(1997) 在北京市百万小区所做的实验,在一小时内新旧沥青路面的降雨损失 分别为草地的6%和12%,为裸露土地面降水损失的14%和26% [2]o 1. 3. 2城市地表径流汇流时间缩短 城市发展过程中,硬化地面和不透水路面、混凝土路面等硬化地 面的面积不断急速增加,致使城市地表的粗糙率减小、雨洪径流的入 渗量减少、降雨后地面汇流时间缩短。城市建成区域的面积越来越大、 城市自身的自然调蓄能力的不断下降、不同区域城市雨洪量在短时间 内出现迅速叠加,加大了城市建成区域内的城市防洪压力。见图1.2 城市化前后城市雨水径流过程线,表明在降水历时与降雨量相同的条 件下,出现了汇流时间缩短、洪峰流量加大、出现洪峰时间提前。 图1. 2城市化过程中径流产流过程变化对比示意 1. 3. 3城市雨洪径流污染负荷增加 城市路面、屋面、空气中集聚的污染物,被雨洪排入河流,城市 河流水体流速的增大,增加了悬浮固体与污染物的量,同时加剧了地 表、河床冲刷,使径流中固体污染物含量增加,水质急剧恶化。枯水 期,径流减少,污染物浓度变大;汛期,河流流速变大,增大了固体 与污染物的量,使下游污染物荷载量明显增加。 2、城市雨洪的控制 2.1城市雨洪控制的定义 城市雨洪控制,国外一般称之为城市雨水管理,它采用多种措施, 作用于城市建成区的屋顶、庭院、道路、绿地、广场等不同性质表面 所产生的雨水径流,实现消减洪峰流量、降低降雨径流量、延长雨洪 汇流时间,改善城市局部气候,美化城市生态环境,地下水回灌,控 制地面沉降等目的。同时雨水可供冲洗厕所、冷却、制冷、洗车等生 活和工业用途[3]。它涉及水文、管理、环境和生态等相关学科,具 有实现资源利用和自然灾害防治的双重效果,可以作为解决城市雨水 洪涝灾害、干旱缺水及城市水环境污染等问题的一个重要措施。 2. 2城市雨洪控制的意义 2. 2. 1城市雨洪控制减少城市内涝 城市内涝灾害主要来至城市暴雨。调蓄、储存雨洪,减少了暴雨 汇流的速度与径流量,消减洪峰,避免或减少洪涝灾发生的几会和造 成的损失程。城市雨洪控制的目的就是调蓄、储存与利用时空分布不 均匀的雨洪资源,使其由“废水”转成有效资源水。在时间、空间差 内可以实现错峰、调蓄、消峰的控制作用。 2. 2. 2城市雨洪控制实现雨洪资源化 我国大部分城市地区水资源短缺尤为明显,在北方地区,城市缺 水大都是以资源型缺水,即北方地区城市社会与人口发展规模速度超 过本地水资源的承载能力;南方城市中,其主要表现为工程型短缺或 水质型短缺。北方城市地区,不仅降雨量少,而且集中在夏、秋季, 特别是暴雨。导致大量的雨洪资源不能有效的资源化增加城市水资源 量,同时还可能导致城市发生洪涝灾害的危险增大。城市雨水控制的 目标就是采用工程性和非工程性控制技术措施对城市雨洪加以生态 化、资源化的控制利用。 2. 2. 3城市雨洪控制是城市生态修复的需要 城市化的加快、城市人口的增多,“注重经济,忽视环境”的观 念,城市生态环境不断受到破坏。由于城市硬化路面的增加造成土壤 含水量降低,热岛效应加剧;硬化路面代替了原有的植被和土质,加 速雨洪径流的汇集,使洪峰形成加速,城市雨洪灾害急剧。 2. 2. 4增加城市适宜的水域面积,扩大城市水域空间的面积 我国现阶段城市的传统防洪理念和工程技术措施,只重视雨洪径 流的快速外排,忽视城市内部就地源头滞留、下渗等各种生态化的就 地消化,城市建成区域的排水设计标准普遍较低,内涝频发。在城市 规划时,应重视保留城市原有河流、湖泊及湿地,尽量恢复原有城市 水体的调蓄空间,恢复漫堤。 3、小结 随着城市化的推进,城市下垫面结构与功能也相应发生改变,进 而影响了城市水环境。 城市地区的雨洪灾害,由于城市地区水文特性的改变引发雨洪特 征的改变,同时包括城市化发展中其他因素。 城市雨洪控制具有非常重要的现实意义:①城市雨洪控制减少城 市内涝。②城市雨洪控制实现雨洪资源化。③城市雨洪控制是修复城 市生态的需要。 【参考文献】 [1]吴普特,冯皓等.中国雨水利用国].郑州:黄河水利出版社, 2008. :2]王紫雯等.城市水涝灾害的生态机理分析和思考以