第二章 城市化对流域水文、地貌、生物的影响与效应
城市化的水文效应
城市化的水文效应当今，人类对自然环境的作用越来越明显，人为因素对水文效应的影响尤为突出，其中，城市化的程度的提高，直接改变了城市的水文效应。
城市化的最主要特征：1.人口集中和建筑密度增大,大力铺装道路，整治河道，兴建排水管网等；2. 城市社会经济发展对水的需求量增大，废、污水增多，从而对水的流动，循环等产生了影响；3.随着人口增加，对水的需求量也就随之增大，产生了一个寻求充足水源这一水文第一重要的问题。
城市化对水文效应及水特性有如下影响：1. 对水循环的影响（1）从水循环路径看，水资源开发利用改变了江河湖泊的关系，改变了地表水和地下水的赋存环境和补给转化路径。
人工侧支水循环的形成和发展，导致城市天然生态系统与人工生态系统的相应变化，区域水循环也随之而变。
从水循环特性来看，城市土地利用，极大地改变了城市地貌与植被分布，使城市地表水的产汇流特性和地下水的补给排泄特性发生相应变化。
城市化的程度的提高，直接改变了城市的暴雨径流形成条件，使其水文情势发生变化：由于城市地表不透水面积增大，蓄水洼地减少，暴雨天气易形成地表径流，导致暴雨径流总量增大，洪峰流量增高，出现时间提前，汇流时间缩短；河道中水流流速加大，径流过程中悬浮固体及污染物浓度提高。
另外，地区的入渗量减少，地下水的补给量相应减小，干旱期河流基流量也相应减少。
而地表径流增加，使得径流系数增大，增大了对河道和排水沟渠的压力。
城市化后，夏季降水明显增多，特别是大暴雨的次数、总降水量和平均降雨强度都有所增加。
城市污水增多、降雨的径流量变大和流速的增大，使短时间内的大流量径流发生，不可避免地要使洪峰流量增大，从而引起了洪水控制问题。
对地下水收支的影响。
城市化的发展加快了人们对地下空间的利用，如上、下水道及地铁等工程均对地下水的收支产生很大影响。
由于城市人口密集，需水量大，过量开采地下水，而由于地表的阻隔，地下水得不到有效补充，使得其水位降低，水质发生改变，进而影响了水文特性。
浅析城市化对水文环境的影响及措施
浅析城市化对水文环境的影响及措施本文笔者着重分析了城市化对水文地质造成的影响，并给出了相应的解决对策。
标签：城市化；水文地质；影响；措施1、城市化对水文环境造成的影响城市化的发展，不仅对经济、社会造成了巨大的影响，同时对水文地质环境也造成了显著影响。
随着城市化进程的不断加快，水资源问题已经逐渐浮出水面，形势相当严峻。
政府相关部门也在不断加大城市水文的规划建设力度，但是在实施过程中举步维艰、困难重重。
而城镇化建设和人们的生活、社会的进步、经济的发展息息相关，对于城市的可持续发展至关重要。
1.1 对降水的影响。
城市化进程中不断吸收大量的人口、建立密集的建筑群、形成密集的道路交通網等等一系列的活动使得城市形成了一层人工化不透水的下垫层，这种地表与自然地表存在许多差异。
在城市运行过程中，会产生大量的能源消耗，所带来的巨大热量改变了自然界的温度和湿度等气象条件，对城市的水文效应造成了影响甚至是改变。
国内外的相关研究显示，在相同的条件下，城市市区的降雨量比郊区的降雨量明显增多。
1.2 对河流水系的影响。
第一，城市化对河道的结构造成了影响。
这是因为，在城市建设过程中将河道的结构进行了简单化改造。
上文提到的城市不透水下垫层所带来的洪水总量的增加以及径流流速的加快，以及由于疏浚作用导致的河道变宽等都是造成高等级的主河干道发生变化的因素。
除此之外，在城市建设过程中所造成的河道淤积同样对低等级的河道造成了影响，使其变得越来越窄甚至是消失不见。
第二，城市化对河网的形态造成了影响。
城市化程度较高的地区出现了逐步人工化的河网形态、逐步减少的非主干河道、逐步减弱的水网分支等使得河网的形态受到了严重影响。
第三，城市化对水质造成了影响。
城市化进程中，许多小型河流被填埋，使得河流的自净功能降低，不透水率提高，导致径流量的增大以及河道污染物的增多，进而导致城市水质受到影响。
1.3 对暴雨洪水的影响。
第一，城市建设过程中侵蚀了一些洪水滩地以及部分天然河道，降低了其自然调蓄洪水的能力；第二，通过人为的筑堤渠化等手段来避免河道变宽，加快了水流速度，减小了河流的沉积物质；第三，人为的集水区河道导致河道的净流速度以及洪峰峰值增大。
城市化对水文循环的影响分析
城市化对水文循环的影响分析在当今社会，城市化进程正以前所未有的速度推进。
城市的扩张和发展给人们的生活带来了诸多便利和机遇，但同时也对自然环境产生了深远的影响，其中就包括水文循环。
水文循环是地球上水的流动和转化过程，包括蒸发、降水、地表径流、地下径流等环节。
城市化的快速发展改变了土地利用方式、下垫面条件以及人类活动模式，从而对水文循环的各个环节产生了显著的影响。
首先，城市化导致了大量自然土地被建筑物、道路和其他基础设施所覆盖。
城市中的混凝土、沥青等不透水表面迅速增加，这使得降水无法像在自然地面那样渗透到土壤中。
原本可以补充地下水的雨水，现在更多地转化为地表径流，导致径流量增大、流速加快。
在暴雨期间，这种情况尤为明显，容易引发城市内涝，给城市的排水系统带来巨大压力。
其次，城市化改变了蒸发和蒸腾过程。
城市中的植被面积大幅减少，植物的蒸腾作用减弱。
同时，城市中的人工建筑物和道路等表面吸收和储存热量的能力较强，导致气温升高，相对湿度降低，从而使得蒸发量增加。
但总体来说，由于蒸腾作用的减少，区域内的水分散失总量可能会有所降低。
再者，城市化影响了降水的分布和强度。
城市中的高楼大厦、工厂烟囱等会产生大量的人为热和污染物，形成城市热岛效应和雨岛效应。
城市热岛效应使得城市上空的空气对流增强，增加了大气的不稳定性，从而可能导致降水的频率和强度增加。
而且，城市的下垫面粗糙度较大，对气流的阻滞作用明显，也会影响降水的分布。
另外，城市化还对地下水的补给和水质产生了影响。
由于不透水表面的增加，地下水的补给量减少，地下水位下降。
同时，城市中的工业废水、生活污水等如果未经妥善处理就排放，会污染地下水，导致地下水水质恶化。
为了减轻城市化对水文循环的不利影响，我们可以采取一系列措施。
例如，在城市规划中增加绿地和水体的面积，提高城市的透水性能，推广雨水收集和利用系统，加强污水处理和排放管理等。
增加绿地和水体面积有助于增加蒸腾作用，调节局部气候，同时也能在一定程度上缓解城市热岛效应。
《城市化过程对地理环境的影响》 知识清单
《城市化过程对地理环境的影响》知识清单城市化是人类社会发展的必然趋势，也是经济发展和社会进步的重要标志。
然而，城市化的快速推进在给人们带来诸多便利和机遇的同时，也对地理环境产生了深远的影响。
一、城市化对气候的影响1、热岛效应随着城市规模的扩大和人口的增加，城市中的建筑物、道路等大量的人工表面吸收和储存了更多的太阳辐射能，同时城市中的工业生产、交通运输和居民生活等活动也释放出大量的热能。
这使得城市的气温明显高于周边郊区，形成了热岛效应。
热岛效应不仅会影响城市居民的生活舒适度，还可能导致局部的气象灾害，如暴雨、雷电等的发生频率增加。
2、雨岛效应城市化过程中，由于城市的地面硬化率高，雨水难以渗透到地下，导致地表径流迅速增加。
同时，城市中的建筑物和空气污染物会使大气中的水汽凝结核增多，从而增加了城市的降雨量。
这种现象被称为雨岛效应。
雨岛效应可能会引发城市内涝等问题，给城市的排水系统带来巨大压力。
3、大气污染城市中的工业生产、交通运输和能源消耗等活动会排放大量的污染物，如二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等，这些污染物会导致城市的空气质量下降，引发雾霾等大气污染问题。
大气污染不仅会影响人们的身体健康，还会对气候产生负面影响，如导致酸雨的形成。
二、城市化对水文的影响1、地表径流变化城市的建设使得大量的土地被硬化，如铺设道路、建设建筑物等，这减少了雨水的下渗，导致地表径流迅速增加。
同时，城市的排水系统通常是为了尽快排除雨水而设计的，这使得雨水在短时间内大量流入河流，造成河流水位的急剧上升，增加了洪水发生的风险。
2、水污染城市中的工业废水、生活污水和雨水径流中携带的污染物会进入水体，导致河流、湖泊和地下水的污染。
水污染不仅会影响城市的供水安全，还会破坏水生态系统，威胁水生生物的生存。
3、水资源短缺随着城市人口的增加和经济的发展，城市对水资源的需求不断增长。
然而，城市化过程中的水污染和不合理的水资源利用导致水资源短缺问题日益严重。
城市化对流域生态环境的影响及其管理教学设计
城市化对流域生态环境的影响及其管理教学设计随着城市化的加速发展，越来越多的农村人口进入城市，使城市化进程呈现出愈发迅猛的趋势。
城市的快速发展却给流域生态环境带来了极大的压力与挑战。
本文旨在探讨城市化对流域生态环境的影响及其管理方法，针对这一问题进行教学设计，以期能够提高学生的环境保护意识和解决问题的能力。
一、城市化对流域生态环境的影响1. 水源减少城市化进程中，城市的不断扩张对流域内的水资源造成了很大的影响。
城市化改造会破坏原有的山脉、湖泊、河流等水源，使得水源面积减少，水流量减少。
城市化还会增加工业和民用的用水量，使得流域内的水资源供不应求。
2. 灌溉用地减少城市化改造不仅会破坏水源，还会破坏农用地。
随着城市快速扩大，原本被用于农业灌溉的土地将被开发成商业、住宅、工业等建筑物，而这些建筑物需要大量的土地和水源。
这意味着农业生产所需的灌溉用地将会大幅减少，从而导致农业产量下降。
3. 污染放大城市化进程中，伴随着工业、交通等的发展，环境污染也随之而来。
城市的排污、垃圾处理、道路施工等破坏了环境，使污染物进入水源、土壤、空气等环境中，带来对环境质量的破坏。
水污染、空气污染与固体污染，都会对流域产生严重影响。
4. 生态系统失衡城市化破坏了城市周边的自然生态系统，导致野生动植物数量减少，生物多样性下降，生态系统失衡。
这样的环境变化对整个流域的生态系统带来负面影响，使得生态系统无法自我修复，进而导致一系列环境问题。
二、城市化对流域生态环境的管理1. 加强水资源管理政府部门应该加强对水资源的管理，采取多种措施促进水资源的恢复与保护，包括改进水处理技术、节约用水、规范用水行为等。
政府还应制定完善的法规和管理制度，保障水资源的安全供给。
2. 优化土地使用方式城市化建设需要大量的土地，政府应该合理规划和利用土地资源，实行合理的土地使用政策和土地变更审批制度，可以避免重复建设，充分利用土地。
同时，政府应该大力支持农业发展，保留农用土地，为农业灌溉提供支持。
《城市化过程对地理环境的影响》 知识清单
《城市化过程对地理环境的影响》知识清单城市化是人类社会发展的必然趋势，也是经济发展和现代化的重要标志。
然而，城市化的快速推进也给地理环境带来了诸多影响，这些影响涉及到自然环境、生态系统、资源利用等多个方面。
一、对气候的影响城市化使得城市的下垫面发生了巨大的变化。
城市中大量的建筑物、道路等人工表面取代了自然的植被和土壤，导致地表的粗糙度增加，风速减小，空气流通不畅。
同时，城市中的建筑物和道路吸收了更多的太阳辐射，使得城市的气温高于周边的郊区，形成了“城市热岛效应”。
此外，城市化还会影响降水的分布和强度。
城市中的高层建筑和污染物会干扰气流的运动，使得降水在城市内部的分布不均匀。
一些城市可能会出现局部暴雨增多的情况，而另一些地区则可能降水减少。
二、对水文的影响城市化改变了地表径流的特征。
城市中的道路、建筑物等不透水表面增加，使得雨水无法像在自然环境中那样迅速渗透到地下，而是形成地表径流快速汇集。
这不仅增加了洪水发生的风险，还导致地下水位下降，水资源短缺。
城市污水的排放也对水文环境造成了严重的污染。
大量的生活污水、工业废水未经有效处理就排入河流、湖泊等水体，使得水质恶化，水生生物的生存受到威胁。
三、对土地利用的影响城市化进程中，大量的农田、林地和草地被征用用于城市建设，导致土地资源的紧张和生态功能的丧失。
城市的扩张往往是无序的，缺乏合理的规划，造成土地的浪费和利用效率低下。
同时，城市化还会引发土地的沉降问题。
过度开采地下水用于城市的生产和生活，导致地下含水层的压力减小，地面出现下沉现象，给城市的基础设施建设和居民的生活带来安全隐患。
四、对生态系统的影响城市化破坏了原有的生态平衡。
城市中的植被减少，生物多样性降低，许多野生动植物失去了栖息地，生态系统的服务功能受到削弱。
城市中的污染物排放和人类活动的干扰也对生态系统的稳定性产生了负面影响。
生态系统的自我调节能力下降，容易引发各种生态问题，如病虫害的爆发、水土流失等。
城市化对水文生态系统的影响及对策研究——以西安市为例
城市化对水文生态系统的影响及对策研究——以西安市为例城市化对水文生态系统的影响及对策研究——以西安市为例一、引言随着城市化进程的加快，城市面积的不断扩张对水文生态系统造成了重大影响。
城市化带来的土地利用变化、城市排水系统建设等都直接影响着水文生态系统的稳定性和可持续发展。
作为一个典型的中等城市，西安市正面临着城市化对水文生态系统造成的挑战。
本文将分析西安市城市化进程对水文生态系统的影响，并提出相应的对策。
二、影响1. 土地利用变化城市化进程中，大量土地被用于城市建设，农田、森林等水文生态系统重要组成部分面临着雷打不动的改变。
西安市的城市扩张使得原有的农田面积不断减少，同时城市建设过程中也会对原有植被和生态系统带来破坏。
2. 水资源利用与排放城市化过程中，水资源的需求急剧增加。
这不仅导致了地下水位下降，影响地下水资源的持续供应，还加大了对周边水源的压力。
同时，城市化过程中也增加了城市排水系统建设的需求，大量污水被排入江河湖泊等水体，直接污染了水环境。
3. 暴雨洪涝风险随着城市化的推进，大量的水泥、砂石等硬化材料的使用导致了城市的地表径流迅速增加，水文循环被破坏，导致暴雨洪涝的风险增加。
西安市在城市化过程中也面临着日益严重的暴雨洪涝问题，造成了城市交通的瘫痪、财产损失等。
三、对策1. 合理规划土地利用在城市化进程中，应该充分考虑土地利用的合理性，充分保护农田和生态系统。
政府部门可以出台相关政策，限制城市扩张速度，合理拓展城市区域，确保城市与农田、森林之间的平衡发展。
2. 建设水资源保护体系针对城市化过程中水资源利用过度的问题，应建立完善的水资源保护体系。
加大对地下水的保护力度，采取措施限制地下水的开采量，同时加强水资源管理和监测，提高水资源利用效率。
3. 推动生态修复工程针对城市化过程中生态系统受到的破坏，应加大生态修复工程的推动力度。
政府可以投入资金和技术力量，开展森林植树造林、湿地保护恢复等工程，提高城市生态系统的健康程度，并提高城市生态系统对水文系统的调节功能。
城市化对流域水文地貌生物的影响与效应
径流与城市不透水地表的关系（Relationship Between Imperviousness, Drainage Density, and Runoff）
流域城市化前后的水文过程比较 (A comparison of hydrographs before and after urbanization)
水量平衡方程： P Ia F Q
（4）流域产流量的计算
SCS模型
SCS模型是美国农业部水土保持局（Soil Conservation Service， 简称SCS）在本世纪50年代初研制的小流域设计洪水模型。SCS模型有许 多优点，这些优点是它得到广泛应用的基础：在降雨径流关系上，SCS型考虑流域下垫面的特点，在水文
模型参数和遥感信息之间建立了直接的联系。
• 降雨量Total rainfall (depth) • 持续时间Duration • 降雨强度Average and peak intensity
降雨深-持续时间-重现期
1 inch 英寸=25.4 millimetres 毫米
（2）径流形成过程Conversion of Precipitation to Runoff
Land use
Residential（居住区） Commercial（商业区） Industrial（工业区） roads Institutional公共管理与公共服务用地 open-pace (cemeteries, parks, and undeveloped land) others
Land cover
1.1 城市流域的土地利用与土地覆盖(Land-use and
Land-cover Composition of Urban Watershed)
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降雨深-持续时间-重现期
1 inch 英寸=25.4 millimetres 毫米
（2）径流形成过程Conversion of Precipitation to Runoff
水文循环hydrologic cycle
关键过程Key points in the hydrologic cycle
Interception, transpiration, and evapotranspiration Infiltration, soil moisture, and ground water Runoff
北京市南沙河流域土地地利用分布
1.2 Hydrologic and Geomorphic Changes
（1） 降雨（The Storm in Stormwater）
• 降雨量Total rainfall (depth) • 持续时间Duration • 降雨强度Average and peak intensity
关键过程（Key points in the hydrologic cycle）
Interception, transpiration, and evapotranspiration Infiltration, soil moisture, and ground water Runoff
（4）城市化对河流地貌的改变 Changes in Geomorphology from Urbanization
Changes to channel morphology
1.3 城市地表径流污染（Pollutant Loading in Stormwater）
（1）城市地表径流污染物类型与来源(principal pollutant groups and their sources)
1.3城市地表径流污染（Pollutant Loading in Stormwater）
1.4城市化的生物响应（Biological Responses to Urbanization）
1.1 城市流域的土地利用与土地覆盖(Land-use and
Land-cover Composition of Urban Watershed)
模型结构简单，使用方便。产流方面就只有一个参数。
流域产流涉及的物理过程
降雨-径流基本关系 F Q S P Ia
水量平衡方程：
P Ia F Q
产流计算公式： (P I a )2 Q ，P I a P Ia S Q0 ，P I a
初损经验公式： I a 0.2S
Hydrologic soil groups
Infiltration rates of soils vary widely and are affected by subsurface permeability as well as surface intake rates. Soils are classified into four HSG’s (A, B, C, and D) according to their minimum infiltration rate, which is obtained for bare soil after prolonged wetting.
流域特征包括：
• 流域面积 • 河网密度
• 流域形状
• 流域高度 • 流域方向
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
武汉市
城市发展对环境产生5个方面的影响：
生境、水文、水质、能量、生物相互作用 Five features that are affected by urban development and,
in turn, affect biological conditions in urban streams
（2）土地利用/土地覆盖 Land-use/land cover of Urban Watershed
are therefore important considerations when studying local receiving water problems, the sources of these problems within the watershed, and the stormwater control opportunities.
COD
浓度(mg/L)
12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 21:25 21:55 22:25 22:55 23:25 23:55 30 25
21:25 21:55 22:25 22:55 23:25 23:55 8 7 6 5 4 3 2 1 0 21:25 21:55 22:25 22:55 23:25 23:55
径流与城市不透水地表的关系（Relationship Between Imperviousness, Drainage Density, and Runoff）
流域城市化前后的水文过程比较 (A comparison of hydrographs before and after urbanization)
SCS模型：
模型制作者引入下式以确定 S ：
S
25400 254 CN
1 inch 英寸=25.4 millimetres 毫米
其中CN（Curve Number）是一个无量纲参数。CN值是 反映降雨前流域特征的一个综合参数，已将土壤前期 湿润程度（Antecedent moisture condition, 简称 AMC）、土壤类型和土地利用现状等因素综合在一起。
式中：P为一次降雨的降雨总量（mm）； 产流实际计算公式： ( P 0.2S ) 2 Q ，P 0.2S P 0.8S Q0 ，P 0.2S
Q 为径流量（mm）； Ia 为初损（mm），是产生地表径流 之前的降雨损失； F 为后损（mm），是产生地表径流 之后的降雨损失； S 为流域当时的可能最大滞留量 （mm），是后损F的上限。
（4）流域产流量的计算
SCS模型
SCS模型是美国农业部水土保持局（Soil Conservation Service， 简称SCS）在本世纪50年代初研制的小流域设计洪水模型。SCS模型有许 多优点，这些优点是它得到广泛应用的基础：
在降雨径流关系上，SCS模型考虑流域下垫面的特点，在水文 模型参数和遥感信息之间建立了直接的联系。 它可以应用于无资料流域。 它能考虑人类活动（如土地利用方式及管理水平、水利工程 措施、水土保持活动及城市化等）对径流的影响，也就是说 它能针对未来土地利用情况的变化，预估降雨径流关系的可 能变化。
TN
TP
浓度(mg/L)
20 15 10 5 0 21:25 21:55 22:25 22:55 23:25 23:55
时间(hh:mm)
汉阳大道 琴台路 万家巷
时间(hh:mm)
墨水湖北路
14个地表汇水单元水质特征
Case study
Comparison of Nitrogen and Phosphorus Export from Watersheds with Different Land Uses
Nutrient export influenced by the following factors •Land use •Impervious area •Sanitary infrastructure •Fertilizer application •Input •Retention •Stormwater transport
Chapter 2 城市化对流域水文、地貌、生物的影响与
效应（Hydrologic, Geomorphic, and Biological Effects of
Urbanization on Watersheds） 1.1城市流域的土地利用与土地覆盖组成 （Land-use and Land-cover Composition of Urban Watershed） 1.2水文与地貌的变化（Hydrologic and Geomorphic Changes）
Urban land
•lower concentrations of sediment and nutrients •a much larger annual runoff volume •greater pollutants discharge •Heavy metals •Toxic pollutants •Hydrocarbons •……
Land use Residential（居住区） Commercial（商业区） Industrial（工业区） roads Institutional公共管理与公共服务用地 open-pace (cemeteries, parks, and undeveloped land) others
Land cover Roofs Roads Parking Areas Storage areas Other paved areas Landscaped Undeveloped areas
•Overland flow •Subsurface flow •Saturated overland flow
（3）城市化对径流的影响Impacts of Urbanization on Runoff
Decrease •Evapor-tanspiration •Infiltration, Groundwater, Low flows Increase •Surface Runoff flood Increases
（1） 流域的基本概念（Watershed concept）
A watershed is defined as the contributing drainage area connected to an outlet or waterbody of interest, for example a stream or river reach, lake, reservoir, or estuary 由分水线所包围的河流集水区。分地面集水区和地下集水区两类。如 果地面集水区和地下集水区相重合，称为闭合流域；如果不重合，则 称为非闭合流域。平时所称的流域，一般都指地面集水区。