Page 10 - 水利学报2021年第52卷第1期

是一系列城市水问题的产生根源。变化环境下城市水循环的脆弱性以及由此衍生的城市水灾害、水
资源、水生态、水环境等问题成为水科学研究的热点 ［18］ 。水灾害问题主要指气候变化下的自然水循
环过程演变失衡导致的洪涝灾害事件；水资源问题主要指自然水循环-社会水循环过程演变失衡导致
的缺水问题；水环境问题大多指与水循环伴生的水环境过程演变失衡带来的水污染；水生态问题大
［9］
多指与水循环伴生的水生态过程演变失衡带来的水生态退化 。随着全球气候变化和快速城镇化的发
展，深刻剖析城市水问题的产生根源及发展情势，客观认识未来城市水循环面临的主要矛盾是实现
城市良性水循环的关键。
3.1 城市洪涝 城市洪涝问题是多种因素综合作用的结果。张建云等 ［19］ 、夏军等 ［20］ 、程晓陶等 ［21］ 、
黄国如 ［22］ 、宋晓猛等 ［23］ 分别从流域产汇流、城市化的水文效应、基础设施建设、城市暴雨和水循环
系统角度分析了我国城市洪涝的成因机制。总的来说，气候变化带来极端降水事件增多，城市“热
岛效应”、“雨岛效应”的影响，加之城市扩张使得区域不透水面积迅速增大，雨洪调蓄面积被挤占，
导致城市范围内径流系数和径流量增加，改变了自然水循环过程，导致城市洪涝风险增大。
全球范围内，气候变化与极端降水事件存在显著的相关性 ［24］ 。Hirabayashi 等 ［25］ 和 Dottori 等 ［26］ 构
建的未来气候预测模型显示，全球洪水风险程度以及人员和经济损失将随气候变暖的程度增加而增
加。《中国气候变化蓝皮书（2019）》显示，我国气候系统变暖趋势进一步持续，极端天气气候事件趋
多趋强，气候风险水平呈上升趋势。不同增温情景下气候系统的响应及极端水文事件响应的差异及
其应对策略是全球面临的紧迫挑战，亦是我国实现可持续发展战略的迫切需求。
城市“热岛效应”是指城市的温度显著高于周围乡村 ［27］ ，城市“雨岛效应”是指城市的短时强降雨
显著高于周围乡村 ［28］ 。城市“热岛”与“雨岛”的共同作用，导致了城市极端降雨事件频发，进而引发
城市洪涝。
快 速 城 市 化 带 来 城 市 土 地 利 用 变 化 导 致 城 市 范 围 的 径 流 量 激 增 ， 加 剧 城 市 洪 涝 风 险 ［29］ 。 徐
宗 学 ［30］ 利 用 水 文 模 型模拟了城市化对北京市暴雨洪水过程的影响规律。柳杨等 ［31］ 研究了城镇化背景
下我国城市洪涝灾害的演变特征。程晓陶 ［32 ］ 对城镇化和气候变化大背景下我国面临的洪涝风险形势
进行了系统分析和判断。在过去的几十年里，城市化对洪涝、干旱和河流整体状况的影响已经得到
了广泛的认识，但这种影响的量化和预测在水文学领域仍然是一个挑战。
3.2 水资源短缺 城市水资源的数量和质量对维持城市社会经济发展具有重要意义。随着经济的发
展和城市化进程，水资源需求日益增长（图 3），加上全球气候变化带来的极端干旱事件增多，诸多城
市面临缺水挑战。扩大的水资源供需矛盾造成城市自然-社会水循环矛盾越加尖锐。
从供水角度来说，城市可利用的水资源量受区域降水禀赋的影响。陆咏晴等 ［33］ ，使用区域降水
量，降水时间和空间不均匀性以及气候变化导致的极端干旱评估了我国各城市的水资源压力。总体
而言，我国城市水资源呈现北少南多的特点，气候变化下，区域水资源不平衡状况会进一步扩大。
从需水角度来说，城市化对水资源的需求是刚性的。Yang 等 ［34］ 通过构建系统动力学模型，模拟
了社会经济增长对城市需水的影响。陈似蓝等 ［35］
以水资源需求场为理论基础，以海河流域的城市
为例定量剖析了城市社会经济用水需求对自然水
循环的干扰和驱动原理。栾勇等 ［36］ 通过构建分布
式城市需水预测模型，模拟不同城市功能区的需
水总量及其空间分布。我国仍处于社会经济和城
市化快速发展阶段，刚性用水需求在今后较长一
个时期会持续增加，需求结构会进一步演进。
3.3 水污染 污染源排放是发生水污染的首要条
件。城市化早期，人口密度低，人类排放的污染
物相对较少，水体自净能力足以抵消人类活动对
水环境的影响；随着城市化快速发展，人口迅速 图 3 2000—2019 年我国城镇化率及用水总量的变化过程

— 6 —