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城市化河流生态水文效应研究最新章节

花匠小妙招
2024-11-08 22:15

前言

随着城市化进程加快，城市河道硬化、取直化、闸坝分割化、污水直排等人类活动，使得水系结构形态发生改变，同时土地利用方式改变，造成了水循环的下垫面产汇流条件以及地表水、地下水相互转化关系发生畸变，极度改变了城市河湖水系水文情势规律，对河湖水生态系统健康带来了巨大伤害。

本书以城市化快速发展的郑州市为研究区域，通过对郑州市20多年来不同时期河网水系变化进行评价，探讨城市化影响下河流水系的结构特征和河网连通性等变化特征；通过分析郑州市降雨径流水文特征，综合评价城市化对河流水文情势改变程度；基于河流生态需水量评价理论方法，提出了郑州市河湖生态需水方案，并结合闸坝调度运行方式，提出了调度运行方案；最后对郑州市生态水系建设运行情况以及水系综合利用方案进行了评价。

本书撰写工作分工如下：王鸿翔负责第1、3、4、5章部分内容的撰写工作；付意成负责第2、3、4、6章部分内容的撰写工作；李振全负责第2、5、6、7章部分内容的撰写工作。王鸿翔负责全书的统稿工作。

本书在编写过程中得到了众多人士的帮助和支持。感谢华北水利水电大学徐建新教授给予指导。另外，华北水利水电大学硕士研究生郭科、张爱民、王乃贺、苗森、查胡飞、李越、李萌萌等参与了本书部分内容的编写工作。作者在撰写本书的过程中参考和引用了大量国内外专家和学者的研究成果，在此向他们表示感谢！

本书研究工作得到了2017年度国家自然科学基金“水电工程影响下黄河下游重要湿地生态水文过程演变及调控机制研究”（51779094）、2016年度国家自然科学基金“城市化河流生态水文效应及调控机制研究”（51609085）、2015年河南省基础与前沿研究计划项目“水利工程对城市河流生态水文影响机理及调控模拟模型研究”（152300410113）、国家重点研发计划“京津冀水资源安全保障技术研发集成与示范应用”课题八“京津冀水资源协同管理机制创新与制度设计（2016YFC0401408）”以及“智慧水利——河南省高等学校学科创新引智基地”等课题联合资助。

由于作者水平所限，书中疏漏之处在所难免，恳请各位读者对本书的不足之处给予批评指正。

作者
2018年7月

1.1 研究背景及意义

城市化是全球社会、经济发展的必然趋势，对促进社会、经济发展，提高人们生活质量和城市文明水平具有重要作用。我国的城市化发展已经成为影响21世纪人类社会发展进程的关键因素之一，并引发了一系列环境问题。在城市化地区，城市工业废气、废水、废渣的大量排放对城市大气、土壤、水环境产生了不同程度的影响，已严重威胁到城市生态环境。此外，城市化过程中不断增加的非透水性地面、地下排水管网的铺设以及闸坝水利工程建设，改变了城市水文过程，使得城市水生态系统中生态过程、生态功能发生改变。城市水生态系统已成为城市发展的制约因素，如何解决城市化带来的水生态问题，寻求解决水污染及水资源不足问题的有效途径，正日益成为政府决策者和专家学者共同关注的问题。

在城市的形成和发展过程中，河流作为最关键的资源和环境载体，关系到城市的生存和发展，是影响城市风格和美化城市环境的重要因素。同时，城市河流作为城市区域重要的生态系统和景观类型，在维持城市生态环境可持续发展方面具有不可替代的作用。城市河流在城市污染物的迁移转化、调节城市微气候、涵养城市水源、补给城市地下水、为人类提供休闲娱乐场所等诸方面发挥着重要作用，同时城市河流又是维持城市景观多功能性的重要因素之一。随着全球城市化进程的加快，河流生态环境受到现实的或潜在的威胁。城市化一方面直接造成河流丧失和景观破碎化；另一方面城市建设用地、水泥路面等不透水面积的增加改变了城市水文过程，大大增加了城市暴雨径流频率及强度；另外，为了拦蓄洪水和满足城市水景观需求，在城市河道上大量修建闸坝等拦蓄工程，极大改变了河流水文过程以及水生物过程。这些变化也使河流对污水的净化功能减弱，降低了生物多样性，使水文过程由坡面流向渠道流转变，加剧了城市河流水污染和河流生物栖息地的破坏，城市化进程已严重威胁到河流各种生态功能的发挥。其中，河流水文过程是气候因素和下垫面条件共同作用的结果，城市化发展导致了流域下垫面土地利用类型与河流水系的变化，使得流域内降雨径流规律发生改变，从而引起流域内生态水文过程变化及一系列水问题。 [1] 因此，基于城市河流水系变迁特点，开展城市化河流生态水文效应及其调控机制研究，对于协调城市化进程与河流生态保护之间的关系，进而维持城市河流生态功能可持续性具有重要意义。

郑州地处中华腹地、九州之中，是中华人文始祖轩辕黄帝故里，河南省省会，河南省政治、经济、教育、文化、科技中心，国家级战略“中原经济区”中心城市、中部崛起龙头城市和综合交通枢纽中心。改革开放以来，郑州经济得到了长足的发展，但随着城市化进程的快速推进，大量天然河流水系遭到破坏，导致河网水系数量锐减，由此引发了河流水质恶化、河道生境破坏、生物多样性降低、洪涝灾害频发等一系列水文、水资源与水环境问题，严重影响着郑州的城市品位和市民的生活品质，制约着郑州经济社会的可持续发展。为了解决这些问题，实现“水通、水清、水美”目标，2006年以来，郑州市开始实施生态水系规划建设研究。规划按照“水通水清水美、健康安全、生态环保、人水和谐”的理念，以郑州周边6纵6横12条河渠、7中5小12座水库、3个湖泊、两块湿地为规划主线，建设完善的城市供水系统，确保供水安全；沟通规划区内河湖水系，加强水循环，改善城市生态环境；推进中水回用，提高水资源的利用率；融城市水系、绿化建设为一体，最终实现“水通、水清、水美”目标。根据规划要求，生态水系建成后全市水面面积将由现在的11.4km 2 增加到33.5km 2 ，人均水面面积将由现在的3.9m 2 增加到6.8m 2 。到2020年，把郑州建设成河湖水景辉映，森林水域交融，碧水蓝天与绿色城市融合，人水和谐共生的“水域靓城”。在快速城市化背景下，城市河流水系承受着自身生态过程不断演变和多尺度人类影响等诸多问题，其水生态环境状况在一定程度上反映了城市化对其的影响程度，而城市土地利用状况可以反映人类活动的影响强度。因此，针对郑州市河流水系变化特征，开展城市化影响下河流水系生态水文动态响应机制研究，揭示不同时空尺度下，城市河流生态水文指标与人类活动影响之间的动态响应关系，提出有利于城市河流生态保护与合理开发利用的生态安全调控体系，对城市河流水生态保护具有重要的理论和实践意义。