城市水文學(xué)概述城市水文學(xué)是水文學(xué)的一門新興分支學(xué)科，它著重研究城市及周圍地區(qū)的水分循環(huán)，水的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律以及水與城市人群的相互關(guān)系。城市化地區(qū)人口集中，工廠與建筑物林立，地面透水性能降低，廢水濃度和排放量增大，排水速度加快等因素勢(shì)必引起城市地區(qū)水體環(huán)境（水量和水質(zhì)）的變化，從而產(chǎn)生城市地區(qū)特有的水文問題。如城市地區(qū)的給水水源問題，城市及其下游的洪水排放問題，城市地面積水問題和城市水體的污染控制問題等，使水文變化規(guī)律和水資源的開發(fā)管理有著密切不可分割的關(guān)系。20世紀(jì)60年代起，城市水文和水資源的研究在英、美等發(fā)達(dá)國(guó)家有了很大的進(jìn)展。

　　我國(guó)徑流總量不算少，居世界第六位，但由于入口眾多、幅員遼闊，人均水資源量?jī)H2500～2600m³／年，居世界各國(guó)之中后，加之人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境的破壞，大部分地表水和相當(dāng)一部分地下水遭受嚴(yán)重的次生污染，致使我國(guó)的水質(zhì)污染發(fā)展很快，很大程度上劇了水資源的不足。由于城市化使原來非常緩慢的自然進(jìn)程大大加速，使水資源不足和水質(zhì)惡化問題在城市地區(qū)顯得尤為突出。我國(guó)現(xiàn)有城市中，因水源不足或水質(zhì)惡化而缺水的城市近2／3，給城市生產(chǎn)、生活造成極大影響。為適應(yīng)21世紀(jì)我國(guó)城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，我們必須以新的觀點(diǎn)來研討城市地區(qū)的水文問題。

　　1.1 城市水文學(xué)的特征及研究方法

　　城市水文學(xué)的主要特征有兩個(gè)：綜合性和動(dòng)態(tài)性。

　　雖然水文現(xiàn)象都是關(guān)于水的物理—化學(xué)—生物系統(tǒng)綜合作用的結(jié)果，然而由于城市地區(qū)空間和時(shí)間的尺度都很小，其水文要素的響應(yīng)過程十分敏感；另一方面，城市化使環(huán)境的改變十分顯著。這兩方面原因要求城市水文研究更精細(xì)，且須考慮過程中所涉及的各項(xiàng)影響因素及其相互之間的作用，這就需要建立具有物理基礎(chǔ)的、分布式的模擬模型來替代在流域水文學(xué)中常用的、經(jīng)驗(yàn)性的和集總式的模型。

　　在城市水文研究過程中，還得打破水文工作中一些傳統(tǒng)的分科界限，如水量與水質(zhì)，地表水文與地下水文，市區(qū)水文與流域水文等分科界限。城市水文工作往往是把這些內(nèi)容綜合在一起，很難劃分。城市水文觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)的站網(wǎng)布設(shè)、測(cè)驗(yàn)手段、儀器設(shè)備、測(cè)驗(yàn)方法等，都必須充分考慮上述各個(gè)方面的需求，體現(xiàn)出城市水文的綜合性特征。

　　城市水文學(xué)的另一特征是“動(dòng)態(tài)性”。由于城市地區(qū)人口和物質(zhì)高度集中，社會(huì)經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)高度發(fā)展，使水環(huán)境發(fā)生異常迅速的變化。一個(gè)自然流域的演變是緩慢的，一般是以地質(zhì)年代為尺度的，可將其水文過程作為“準(zhǔn)平穩(wěn)過程”來進(jìn)行研究。在解決各種實(shí)際問題時(shí)，都是針對(duì)某種穩(wěn)定的水平進(jìn)行研究，并認(rèn)為整個(gè)環(huán)境處在一種相對(duì)平衡的狀態(tài)。而城市化的過程是一個(gè)不斷發(fā)展的過程，水及其環(huán)境都處在“動(dòng)態(tài)”中，分析研究城市地區(qū)的徑流量、水質(zhì)及雨洪過程都需要考慮這種動(dòng)態(tài)性。具體來說，必須考慮在資料觀測(cè)期間內(nèi)城市環(huán)境已有的變化，及其對(duì)各種水文要素響應(yīng)過程的影響。因此，需要同時(shí)量測(cè)或調(diào)查與城市化有關(guān)的資料，并不斷更新，在這方面航空和衛(wèi)星攝像已得到廣泛應(yīng)用。另一方面，還得考慮城市化以后的發(fā)展趨勢(shì)，研究環(huán)境演變的規(guī)律，作為建立各種預(yù)測(cè)模型的基礎(chǔ)。

　　從城市地理學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，城市化過程體現(xiàn)在土地利用情況的變化上。城市水文研究常常調(diào)查土地利用變化對(duì)水質(zhì)和水量的影響。我們可應(yīng)用三種基本手段來檢驗(yàn)這些變化：

　�。�1）上下游對(duì)比。上下游對(duì)比要求把城市地區(qū)河流的上游與同一條河流下游所收集的數(shù)據(jù)加以比較，這一方法必須注意上下游之間是否有支流匯入和地質(zhì)變化。應(yīng)用上下游對(duì)比方法，研究流域城市土地利用的變化，可以得出十分清楚和基本確切的論據(jù)。

　�。�2）前后期對(duì)比；前后期對(duì)比方法是把城市區(qū)域土地利用變化的前后數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。這一方法所得成果的缺陷是研究者不能截然分開一個(gè)時(shí)期暴雨對(duì)另一時(shí)期暴雨的影響，拉扎羅1976年曾采用非參數(shù)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法以試圖消除降水的影響。

　�。�3）流域?qū)Ρ�。流域�(qū)Ρ确椒ū仨殞?duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上流域的水文數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。其中一個(gè)流域是城市，另一個(gè)流域是農(nóng)村。兩流域同期數(shù)據(jù)的每一個(gè)變化都可作為土地利用變化的指標(biāo)。如果應(yīng)用恰當(dāng)，流域?qū)Ρ确椒〞?huì)產(chǎn)生有益的結(jié)論。然而，相比較的流域氣候必須相似，地質(zhì)條件應(yīng)當(dāng)相同。而且，在整個(gè)研究期間，農(nóng)村土地利用必須穩(wěn)定、少變。

　　1.2 城市化對(duì)降雨的影響

　　1.2.1 城市化對(duì)降水量的影響

　　城市化對(duì)降水量的影響，不僅是城市水文學(xué)，而且也是城市氣候?qū)W中的一個(gè)重要課題。在城鄉(xiāng)降水觀測(cè)資料的基礎(chǔ)上，可通過對(duì)比分析的方法，研究城市化對(duì)城區(qū)降雨的影響。

　　（1）城市化前后對(duì)比。特拉維夫市附近有8個(gè)能長(zhǎng)期觀測(cè)記錄的氣象站。因該市位于地中海氣候區(qū)，每年從11月份開始降水。11月份降水量占全年降水總量的12％。1901-1930年特拉維夫尚未城市化，而1931—1960年其城市化發(fā)展速度甚快。單就11月份降水量而論，后30年比前30年增加了16％。各站的年降水量，近30年來增加了5％一17%左右。

　　帕露波對(duì)意大利那布勒斯城的降水歷史資料進(jìn)行分析時(shí)指出，在1886—1945年這一長(zhǎng)時(shí)期中，那布勒斯的降水量沒有明顯的變化，但是近30年即19461975年，隨著那布勒斯城市化的發(fā)展，降水量比前一時(shí)期增加了17％左右。

　�。�2）同時(shí)期城市與郊區(qū)的平行對(duì)比。莫斯科、慕尼黑和美國(guó)的芝加哥、厄巴拉及圣路易斯等城市的降水量都比其附近郊區(qū)多。其年平均降水量的城鄉(xiāng)差別如表8—1所示。德國(guó)的不來梅市市中心與相距1．5km的港區(qū)相比，15年平均年降水量相差+16~，6，蘇聯(lián)莫斯科市1910—1962年與郊區(qū)庫(kù)茲巴斯站相比相差／11％。

　　引起城市降水量變化除有城市化因素外，還有地形和區(qū)域氣候的變化因素。因此，對(duì)歷史資料作對(duì)比時(shí)，必須濾去區(qū)域氣候變化這一因素的影響。