城市水文学研究综述.pdf

2014 年 第 59 卷 第 36 期：3581 ~ 3590 《中国科学》杂志社 评 述 SCIENCE CHINA PRESS 城市水文学研究综述 ①② ①② ① ① ①② ① 刘家宏 , 王浩 , 高学睿 , 陈似蓝 , 王建华 , 邵薇薇 ① 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室, 北京 100038; ② 水利部水资源与水生态工程技术研究中心, 北京 100044 * 联系人, E-mail: liujh@; gaoxr@ 2014-07-29 收稿, 2014-09-01 接受, 2014-11-13 网络版发表 国家自然科学基金资助 摘要 城市水文学是水文学的一个重要分支, 20 世纪80 年代正式独立成为一门学科. 城市水文 关键词 学发展早期重点关注城市供排水工程设计等水文计算问题. 随着全球城市化进程的推进, 城市 城市水文学 水文过程演化及其伴生效应日益凸显, 城市水循环机理发生了深刻变化. 城市“雨岛效应”、“干/ 城市化 湿岛效应”等现象日益明显, 城市暴雨内涝、水污染等事件频繁发生, 这些新问题使城市水文学 雨岛效应 干湿岛效应 研究出现了新任务和新领域. 目前城市水文学基础研究大体可分为两大主要方向: 城市化的水 文过程及其伴生效应识别与描述; 城市水文过程机理解析与模拟计算. 城市化的水文效应方面 的研究较多, 对“雨岛效应”产生机理的认识也较统一, 但对城市“干/ 湿岛效应” 的研究结论在不 同地区并不一致. 城市化伴生效应方面, 近些年对水环境以及水生态效应的研究得到了重视和 加强, 建立了城市水质模型和生态承载力理论等. 城市水文过程机理解析与模拟方面, “ 自然侧” 的降水-产汇流研究比较系统, 已建立了包括城市屋面、硬化地面、城市绿地等复杂城市下垫面 的降水-蒸发-径流定量模拟模型; “社会侧”对城市用水规律和需求预测研究比较充分, 然而对城 市人工取用水的耗水机理研究较少. 总的来看, 城市水文学未来的发展需从城市耗用水机理、城 市水文极端事件模拟与综合应对, 以及城市群叠加水文效应的定量评估和预测等方面寻求突破. 根据联合国人口署的预测, 2030 年世界上每个 效应愈发强烈, 严重影响城市居民的生活和城市生 发展中国家或地区的城市化率都将超过50%; 2050 年 态、环境安全. 例如, “雨岛效应”使得城市内涝问题 将有 2/3 的人口居住在城市[1]. 目前全球正处于城镇 日益显著. 据不完全统计, 2013 年, 中国城市发生严 化快速发展期, 由此引发的城市水问题愈发突出, 城 重内涝次数 11 次, 约 600 万人次受到不同程度的影 市水文学研究需求也愈加迫切[2]. 20 世纪 90 年代初, 响, 死亡10人, 直接经济损失近百亿元. 城市化快速 地球城市面积约 100 万 km2 , 占地球陆地面积的 推进会带来用水的高度集中, 导致区域水量耗散通 0.67%[3]. 1990 年以来, 世界城市面积平均每年以5% 量增大, 水循环过程特征发生显著改变. 2012 年与 的速率增长, 目前城市面积约占全球陆地面积的 2000 年相比, 中国城市用水量从1423.1 亿m3 增加到 3%[4]. 根据中国 657 个城市的统计数据, 近 10 年来 2228.7 亿 m3, 城