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城市化是人类社会发展的必然趋势,也正在成为一个国家走向现代化的重要标志。目前我国正处于城市化加速发展阶段。伴随着城市化进程的不断加快,城市化改变了区域的自然状况,并且对城市水文效应、水资源需求及城市水质的影响越来越显著,这些都日益引起人们的关注。城市化对水文效应的影响一方面体现在降水方面,一方面体现在径流方面:(1)降水:由于城市下垫面的改变以及人类的生产生活共同作用使大气边界层的特性发生变化,从而影响了城市地区的降水,城市地区“雨岛效应”明显的反映出来。(2)径流:由于城市的发展,大面积的天然植被和耕地被街道、工厂、住宅等建筑物代替,下垫面的滞水性、渗透性、热力状况均发生了明显变化,城市地区径流系数明显增大,产汇流水文过程也发生了相应的变化,与一般流域存在很大差异。
太湖流域经济发展迅速、城市化规模大,是我国四大城市高度密集的地区之一。本文选取太湖流域典型的城市化地区作为研究区域,希望通过分析其城市化带来的降雨及径流变化来探讨研究人类活动所带来的环境条件的改变所引发的水文效应变化,以便在城市规划设计、环境保护、水资源的利用以及城市排水系统中应采用相应的对策,并为其他城市化水平和速度相对落后的地区提供经验借鉴。
本文首先对目前国内外城市化对降水、径流的研究进展作了分析,在探讨了城市化对降水、径流的影响特点的基础上,选择位于太湖流域东部,城市化快速发展的苏州作为研究区域。因为在太湖流域的东部地区,降水主要以降雨的形式为主,所以主要研究苏州城市化进程对降雨特征(降雨年内分配、降雨量、降雨频次等)的影响;选取位于太湖流域西南部,降雨径流资料较完整的西苕溪流域作为研究区域,探讨以GIS作支持的长期影响(L-THIA)模型对流域径流模拟的适用性,并在此基础上研究目前安吉的城市化发展对流域径流产生的影响。
通过分析苏州城市化进程对降雨特征的影响,得到以下结论:(1)城市化对苏州的年雨量、汛期雨量和最大日雨量的都有不同程度的增加作用,其中对最大日雨量的影响最显著,其次为汛期雨量,年雨量。(2)城市化使的苏州降雨的年内分配出现集中的趋势。(3)城市化使得不同类型降雨发生次数都有增加,其中暴雨发生次数增加的最为显著,城市化使小雨、中雨、大雨雨量没有显著增加,暴雨雨量相对增加较明显。
通过应用L-THIA GIS模型对西苕溪流域径流进行模拟,得到以下结论:(1)L-THIA GIS充分利用GIS技术的空间分析能力,利用栅格化建立数字化下垫面,保有下垫面的各种属性特征,并能够对这些属性特征进行分析提取,对下垫面性质的模拟有很大的帮助。(2)运用L-THIA GIS模拟得到径流深度与观测值得相对误差为9.2%,证明模型在西苕溪流域可以进行径流模拟。(3)1972-1985年径流系数是0.57,1986-2003年径流系数变为0.63,增加了10.5%。说明安吉的城市化进程对西苕溪流域的径流产生了一定的影响。目前,安吉的城市面积占到流域面积的15.3%,说明目前安吉的城市化规模已经能够对西苕溪流域的径流产生影响。