湘潭城市水文浅析

沈倩娜

（湘潭水文水资源勘测局 湖南湘潭 411100）

湘潭城市水文浅析

沈倩娜

（湘潭水文水资源勘测局 湖南湘潭 411100）

随着湘潭市城市化进程的逐步推进，城市雨洪灾害，水生态问题等越来越突出，在分析湘潭城市化对水文效应影响的基础上，研究应对湘潭城市水文效应的策略，既是传统水文面临的新课题，也能对湘潭城市化进程提供一些非常有效的技术支持。

城市水文；水文效应；水生态

湘潭位于湖南省的中部偏东地区，东西横宽108km，南北纵长81km，总面积5005.8km2。2015年末常住人口为281.3万人，建成区79.2km2，根据水文气象监测资料，湘潭市区历年平均降水量为1405.4mm，其中汛期（4～9）月历年平均降水量为901.5mm，全年出现暴雨（日降水量≥50.0mm）天数平均为4d。湘潭市每年主汛期都有渍水内涝发生，容易发生城市雨洪灾害，在一定程度上影响了湘潭市水安全以及城市安全。因此，基于城市化水文效应成为湘潭传统水文研究的热点。

1 湘潭城市水文的研究现状

目前，湘潭市区现有水文站1处，雨量站4处，水位站2处，无地下水监测站，市区内湘江有马家河、铁牛埠、湘潭水文站、昭山四处水质监测断面，以及涓水河口、涟水河口两处支流水质监测断面。随着湘潭市工业化、城市化的进一步推进，人口、产业、物业持续向城市中心集中，城市人口增加，土地利用性质改变，建筑物增多，道路铺装，不透水面积增大，河道治理，排水管网建设，治污排污等直接影响了地面雨洪径流形成条件和其它水文要素，城市水文现象受其强烈影响而发生明显变化，从而对水的流动、循环、分布，水的物理化学性质及水与环境的相互关系，都将产生复杂的影响，城市水文与日益增长经济社会对水文的需求矛盾越来越突出，而目前湘潭市在城市水文研究方面基本还是空白。

2 湘潭城市化对水文效应的影响

湘潭市建成区的不透水面积增加成为影响湘潭城市水文过程的重要因素，其不仅阻碍地表水下渗，还切断城市区域地表水与地下水之间的水文联系。伊博（Imbe）指出水资源保护与开发、防洪、供水、生态环境修复与保护、控制污染、改进热环境是城市化引发水文效应过程中应解决的主要问题[1]。湘潭城市水文效应主要表现在以下几个方面：对城市建成区降水影响；对建成区河网水系的影响，对水环境生态系统的影响。

2.1 对城区降水的影响

湘潭城市化过程中，不断的吸纳人口、不断扩建道路、不断的新建建筑群，形成了不透水的城市下垫面，这种人工化的地表，与自然状态下的反射、水热收支状态下的地表，存在很大差异。而城市运行时，能源消耗的过程产生了大量的热量，这改变了自然状态下的温度、湿度等气象条件，形成了特殊气候，因此影响了湘潭地区城市水文效应。相关学者对阿拉伯干旱地区以及美国东部地区的降雨情况，进行了研究并发现，城市化后降雨量较之前增加了12～14百分点，这与城市下垫面及地形变化有一定的关联。而国内，在对长三角地区进行的研究也得出了类似结论。在相同的条件下（如气象、下垫面等因素），城市建成区降雨增量明显大于郊区[2]，就湘潭本地而言，通过对比分析2014年城市中心区湘潭站及6km外城市边缘区花园站的九场主要降雨，发现位于中心城区的湘潭站场均将于普遍比位于郊区的花园站偏多，偏多程度在6.06～28.9%之间，九场降雨累计降雨量湘潭站较花园站偏多12.7%。由此可知，城市化对降雨量的影响在湘潭是符合以上规律的，如表1所示。

表1 湘潭站与花园站降雨对比表

2.2 对城区河网水系的影响

湘潭城区有涟水河、涓水河、争光河、护潭河、花园河、紫荆河、向阳渠等几条河流渠道注入湘江，其中在城市建成区中湘江设有水文站，争光河、花园河设有水位站。湘潭城市化对于这些城区河流水系的影响主要表现在以下三方面：①对于河道结构的影响。这主要表现在城市建设对河道的改变，使其结构的日趋简单化，很多河段经过截弯取直、河道疏浚后已经不是天然河道了，在湘潭建成区内，所有河流都受到城市建设的影响，湘江、涟水、涓水都受风光带建设影响河堤内阻水物增多，争光河、护潭河、花园河、紫荆河、向阳渠等几条河流均经过人工改道，截弯取直，大型建筑影响。有的低等级河道由于下水管网的逐步完善，城市建设忽略以及河道淤积等原因，逐渐变窄或消失，如图1所示为2003年湘潭水系图，图2所示为2016年湘潭水系图，可以明显看到红圈处为这13年来市区河道有剧烈变化的地方。②对于河道产汇流的影响。随着城市的不断发展，天然流域地表具有良好的透水性，雨水降落时，一部分被植物截留蒸发，一部分降落地面填洼，一部分下渗补给地下水，一部分涵养在地下水位以上的土壤孔隙内，其余部分产生地表径流，汇入收纳水体[3]。而城市化后，不透水下垫面面积的不断发展，使得城市地区的水文过程发生巨大变化，引起的径流流速、洪水总量增加，洪峰出现时间提前，洪水过程陡涨陡落，地下径流减小，如图3所示。③对水质的影响，相关研究表明，对径流的利用率超过20%时，会对水质造成了较大影响。同时，城市扩张过程中对于小型河流水系的填埋，致使河流水系本身的自净能力降低，而在人口集中的城市建成区除了产生的生活污水、工业污水对水环境造成污染外，降雨冲刷不透水下垫面将陆面上或下水管网中积留的污染物排入河流中，也会导致河网水系受到污染，如2013年8月19日，久旱之后突降暴雨，之后湘江湘潭段出现了大规模死鱼事件。

图1 2003年湘潭市区水系图

图2 2016年湘潭市水系图

图3 城市化前与城市化后降雨对城市河流流量影响图

2.3 对城市生态的影响

湘潭市一个老工业城市，城市化发展过程中，在湘江沿岸兴建了一批的大型工矿企业，城市工业废水和生活污水增多，加之城市内河流水系减少，河道淤积或消失等问题，降低了河流蓄水排涝和纳污自净能力，使得河流污染负荷加大，河流水质不断恶化。此外诸多研究结果显示城市化地区水环境变化与径流利用率、水面比例、河网密度、不透水下垫面面积、土地利用类型等因素有关，其中土地利用类型和不透水面积对水质影响尤为重要[4]，通过监测部分城区河段断面水质显示由于湘江沿线工矿企业较多，时常会导致重金属含量相对较高，争光河、护潭河、紫荆河等河道因城区生活污水的排放时常导致化学需氧量、生物需氧量相对较高，而花园河、向阳渠因河流流经农业区，时常会导致氮、磷含量相对较高。这些影响改变了流域原有生态系统结构，流域生态功能退化，生物种类多样性减少。流域水文循环的过程涉及到地下水、土壤水、地表水、大气水以及植物需水，城市建设一旦破坏了流域生态系统，将可能需要上百年的时间进行恢复。

3 应对湘潭城市水文效应的水文规划对策

湘潭城市化的过程中城市行为对水文环境的干扰和影响对城市水文研究提出了新的要求，由于观测资料的不足，导致湘潭城市水文研究进展迟缓，城市水文研究所发挥的作用未能完全体现，因此，要密切结合现有水文工作的特点，发挥现有水文研究的优势，着力扩展监测范围，提高监测自动化水平，完善监测研究体系。让城市水文的研究随着湘潭城市化而逐步发展，并为湘潭城市化过程提供可靠的资料和分析。

（1）着力扩充监测站网，水文基础资料是开展城市水文的基础，就湘潭市目前的城市水文工作开展情况看，当前首要的问题是从实际出发，在市区各主要河流布设相应的水文站、降雨量观测、地下水观测、城市污水水质监测以及蒸发等基本站网，尽早开始水文观测，积累基础资料。

（2）将城市水文的研究对象从地缘向水缘转变，就湘潭而言，湘江干流在流入湘潭前已经流经永州、衡阳、株洲三市，涟水在湘潭汇入湘江之前也已经流经娄底，流域是一个具有联动关系的整体，从取水问题上分析，流域上游的跨区域调水、中游的拦水往往导致下游的断水；从城市污水及地表径流排放上分析，其水文区段越接近源头，在流域影响范围越广、危害越大，这点更加显而易见。另一方面，区域经济发展不平衡问题可以在流域不同水文区段上找到一定的规律和原因。一般流域的上游处于水源保护地区，水文环境丰富、地形复杂，不利于大规模开发建设，但其资源、能源丰富，若矿产资源丰富，容易出现不计环保成本的野蛮式开采；而下游地区交通便利、经济发达、人口密集，容易产生更多的生活污水。湘江流域上游郴州是有色金属之乡，矿产开采和冶炼所产生的废水量很大，而株洲作为老牌重工业城市，是全国有名的工业污染区，废渣废土废水等堆积排放量较大，由此可知，湘江水文要素对湘潭产生的影响极有可能不是起源于湘潭本地，因此，研究应对城市水文效应的规划还需将整个流域纳入考虑。

[1]Imbe M，Ohta.Takano N.Methodological approach to improve the hydrologicalwater cycle in urbanized areas，Proceedings of the Second International Conference on Innovative Technologies in Urban Storm Drainage. France，1995.

[2]许有鹏，丁瑾佳，陈莹.长江三角洲地区城市化的水文效应研究[J].水利水运工程学报，2009（4）.

[3]张建云，宋晓猛，王国庆，贺瑞敏，王小军.变化环境下城市水文学的发展与挑战[J].水科学进展，2015（7）.

[4]徐光来，许有鹏，徐宏亮．城市化水文效应研究进展[J]．自然资源学报，2010，25（12）.

S715

A

1004-7344（2016）15-0111-02

2016-4-27

沈倩娜（1986-），女，助理工程师，本科，主要从事水文勘测预报方面工作。