湘潭城市水文淺析

沈倩娜

（湘潭水文水資源勘測局 湖南湘潭 411100）

湘潭城市水文淺析

沈倩娜

（湘潭水文水資源勘測局 湖南湘潭 411100）

隨著湘潭市城市化進程的逐步推進，城市雨洪災害，水生態問題等越來越突出，在分析湘潭城市化對水文效應影響的基礎上，研究應對湘潭城市水文效應的策略，既是傳統水文面臨的新課題，也能對湘潭城市化進程提供一些非常有效的技術支持。

城市水文；水文效應；水生態

湘潭位于湖南省的中部偏東地區，東西橫寬108km，南北縱長81km，總面積5005.8km2。2015年末常住人口為281.3萬人，建成區79.2km2，根據水文氣象監測資料，湘潭市區歷年平均降水量為1405.4mm，其中汛期（4～9）月歷年平均降水量為901.5mm，全年出現暴雨（日降水量≥50.0mm）天數平均為4d。湘潭市每年主汛期都有漬水內澇發生，容易發生城市雨洪災害，在一定程度上影響了湘潭市水安全以及城市安全。因此，基于城市化水文效應成為湘潭傳統水文研究的熱點。

1 湘潭城市水文的研究現狀

目前，湘潭市區現有水文站1處，雨量站4處，水位站2處，無地下水監測站，市區內湘江有馬家河、鐵牛埠、湘潭水文站、昭山四處水質監測斷面，以及涓水河口、漣水河口兩處支流水質監測斷面。隨著湘潭市工業化、城市化的進一步推進，人口、產業、物業持續向城市中心集中，城市人口增加，土地利用性質改變，建筑物增多，道路鋪裝，不透水面積增大，河道治理，排水管網建設，治污排污等直接影響了地面雨洪徑流形成條件和其它水文要素，城市水文現象受其強烈影響而發生明顯變化，從而對水的流動、循環、分布，水的物理化學性質及水與環境的相互關系，都將產生復雜的影響，城市水文與日益增長經濟社會對水文的需求矛盾越來越突出，而目前湘潭市在城市水文研究方面基本還是空白。

2 湘潭城市化對水文效應的影響

湘潭市建成區的不透水面積增加成為影響湘潭城市水文過程的重要因素，其不僅阻礙地表水下滲，還切斷城市區域地表水與地下水之間的水文聯系。伊博（Imbe）指出水資源保護與開發、防洪、供水、生態環境修復與保護、控制污染、改進熱環境是城市化引發水文效應過程中應解決的主要問題[1]。湘潭城市水文效應主要表現在以下幾個方面：對城市建成區降水影響；對建成區河網水系的影響，對水環境生態系統的影響。

2.1 對城區降水的影響

湘潭城市化過程中，不斷的吸納人口、不斷擴建道路、不斷的新建建筑群，形成了不透水的城市下墊面，這種人工化的地表，與自然狀態下的反射、水熱收支狀態下的地表，存在很大差異。而城市運行時，能源消耗的過程產生了大量的熱量，這改變了自然狀態下的溫度、濕度等氣象條件，形成了特殊氣候，因此影響了湘潭地區城市水文效應。相關學者對阿拉伯干旱地區以及美國東部地區的降雨情況，進行了研究并發現，城市化后降雨量較之前增加了12～14百分點，這與城市下墊面及地形變化有一定的關聯。而國內，在對長三角地區進行的研究也得出了類似結論。在相同的條件下（如氣象、下墊面等因素），城市建成區降雨增量明顯大于郊區[2]，就湘潭本地而言，通過對比分析2014年城市中心區湘潭站及6km外城市邊緣區花園站的九場主要降雨，發現位于中心城區的湘潭站場均將于普遍比位于郊區的花園站偏多，偏多程度在6.06～28.9%之間，九場降雨累計降雨量湘潭站較花園站偏多12.7%。由此可知，城市化對降雨量的影響在湘潭是符合以上規律的，如表1所示。

表1 湘潭站與花園站降雨對比表

2.2 對城區河網水系的影響

湘潭城區有漣水河、涓水河、爭光河、護潭河、花園河、紫荊河、向陽渠等幾條河流渠道注入湘江，其中在城市建成區中湘江設有水文站，爭光河、花園河設有水位站。湘潭城市化對于這些城區河流水系的影響主要表現在以下三方面：①對于河道結構的影響。這主要表現在城市建設對河道的改變，使其結構的日趨簡單化，很多河段經過截彎取直、河道疏浚后已經不是天然河道了，在湘潭建成區內，所有河流都受到城市建設的影響，湘江、漣水、涓水都受風光帶建設影響河堤內阻水物增多，爭光河、護潭河、花園河、紫荊河、向陽渠等幾條河流均經過人工改道，截彎取直，大型建筑影響。有的低等級河道由于下水管網的逐步完善，城市建設忽略以及河道淤積等原因，逐漸變窄或消失，如圖1所示為2003年湘潭水系圖，圖2所示為2016年湘潭水系圖，可以明顯看到紅圈處為這13年來市區河道有劇烈變化的地方。②對于河道產匯流的影響。隨著城市的不斷發展，天然流域地表具有良好的透水性，雨水降落時，一部分被植物截留蒸發，一部分降落地面填洼，一部分下滲補給地下水，一部分涵養在地下水位以上的土壤孔隙內，其余部分產生地表徑流，匯入收納水體[3]。而城市化后，不透水下墊面面積的不斷發展，使得城市地區的水文過程發生巨大變化，引起的徑流流速、洪水總量增加，洪峰出現時間提前，洪水過程陡漲陡落，地下徑流減小，如圖3所示。③對水質的影響，相關研究表明，對徑流的利用率超過20%時，會對水質造成了較大影響。同時，城市擴張過程中對于小型河流水系的填埋，致使河流水系本身的自凈能力降低，而在人口集中的城市建成區除了產生的生活污水、工業污水對水環境造成污染外，降雨沖刷不透水下墊面將陸面上或下水管網中積留的污染物排入河流中，也會導致河網水系受到污染，如2013年8月19日，久旱之后突降暴雨，之后湘江湘潭段出現了大規模死魚事件。

圖1 2003年湘潭市區水系圖

圖2 2016年湘潭市水系圖

圖3 城市化前與城市化后降雨對城市河流流量影響圖

2.3 對城市生態的影響

湘潭市一個老工業城市，城市化發展過程中，在湘江沿岸興建了一批的大型工礦企業，城市工業廢水和生活污水增多，加之城市內河流水系減少，河道淤積或消失等問題，降低了河流蓄水排澇和納污自凈能力，使得河流污染負荷加大，河流水質不斷惡化。此外諸多研究結果顯示城市化地區水環境變化與徑流利用率、水面比例、河網密度、不透水下墊面面積、土地利用類型等因素有關，其中土地利用類型和不透水面積對水質影響尤為重要[4]，通過監測部分城區河段斷面水質顯示由于湘江沿線工礦企業較多，時常會導致重金屬含量相對較高，爭光河、護潭河、紫荊河等河道因城區生活污水的排放時常導致化學需氧量、生物需氧量相對較高，而花園河、向陽渠因河流流經農業區，時常會導致氮、磷含量相對較高。這些影響改變了流域原有生態系統結構，流域生態功能退化，生物種類多樣性減少。流域水文循環的過程涉及到地下水、土壤水、地表水、大氣水以及植物需水，城市建設一旦破壞了流域生態系統，將可能需要上百年的時間進行恢復。

3 應對湘潭城市水文效應的水文規劃對策

湘潭城市化的過程中城市行為對水文環境的干擾和影響對城市水文研究提出了新的要求，由于觀測資料的不足，導致湘潭城市水文研究進展遲緩，城市水文研究所發揮的作用未能完全體現，因此，要密切結合現有水文工作的特點，發揮現有水文研究的優勢，著力擴展監測范圍，提高監測自動化水平，完善監測研究體系。讓城市水文的研究隨著湘潭城市化而逐步發展，并為湘潭城市化過程提供可靠的資料和分析。

（1）著力擴充監測站網，水文基礎資料是開展城市水文的基礎，就湘潭市目前的城市水文工作開展情況看，當前首要的問題是從實際出發，在市區各主要河流布設相應的水文站、降雨量觀測、地下水觀測、城市污水水質監測以及蒸發等基本站網，盡早開始水文觀測，積累基礎資料。

（2）將城市水文的研究對象從地緣向水緣轉變，就湘潭而言，湘江干流在流入湘潭前已經流經永州、衡陽、株洲三市，漣水在湘潭匯入湘江之前也已經流經婁底，流域是一個具有聯動關系的整體，從取水問題上分析，流域上游的跨區域調水、中游的攔水往往導致下游的斷水；從城市污水及地表徑流排放上分析，其水文區段越接近源頭，在流域影響范圍越廣、危害越大，這點更加顯而易見。另一方面，區域經濟發展不平衡問題可以在流域不同水文區段上找到一定的規律和原因。一般流域的上游處于水源保護地區，水文環境豐富、地形復雜，不利于大規模開發建設，但其資源、能源豐富，若礦產資源豐富，容易出現不計環保成本的野蠻式開采；而下游地區交通便利、經濟發達、人口密集，容易產生更多的生活污水。湘江流域上游郴州是有色金屬之鄉，礦產開采和冶煉所產生的廢水量很大，而株洲作為老牌重工業城市，是全國有名的工業污染區，廢渣廢土廢水等堆積排放量較大，由此可知，湘江水文要素對湘潭產生的影響極有可能不是起源于湘潭本地，因此，研究應對城市水文效應的規劃還需將整個流域納入考慮。

[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]許有鵬，丁瑾佳，陳瑩.長江三角洲地區城市化的水文效應研究[J].水利水運工程學報，2009（4）.

[3]張建云，宋曉猛，王國慶，賀瑞敏，王小軍.變化環境下城市水文學的發展與挑戰[J].水科學進展，2015（7）.

[4]徐光來，許有鵬，徐宏亮．城市化水文效應研究進展[J]．自然資源學報，2010，25（12）.

S715

A

1004-7344（2016）15-0111-02

2016-4-27

沈倩娜（1986-），女，助理工程師，本科，主要從事水文勘測預報方面工作。