氣候變化與長三角城市水安全（許有鵬）近年來隨著我國城市化進程的加快， 城市水源短缺、洪澇災害加劇以及水環(huán)境惡化等城市水安全問題日益引起人們的關注，城市水安全問題已經(jīng)成為當前較為關注的一個熱點領域。長江三角洲地區(qū) 20世紀80年代以來洪澇災害加劇、 水環(huán)境惡化現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，這與該區(qū)氣候背景、下墊面條件、 自然地理狀況以及人類活動的改變密切相關。 氣候變化、城市化發(fā)展以及土地利用、覆被變化使得研究區(qū)水循環(huán)過程發(fā)生較大改變， 而城市化所引起的河流水系變化則對洪水過程產(chǎn)生顯著影響， 同時河流水系衰減與河道淤積也使得河流自凈能力下降。 因而，探討該地區(qū)氣候變化背景下的城市化發(fā)展與水安全問題具有重要的意義。未來長三角洪澇和干旱發(fā)生的幾率會更高長江三角洲地區(qū)北起通揚運河， 南抵杭州灣，西至鎮(zhèn)江，東到海邊，范圍包括江蘇、浙江兩省的 15個地級市及上海市，是我國工業(yè)化和城市化最發(fā)達的地區(qū)，人口稠密、經(jīng)濟發(fā)達。長三角地處平原河網(wǎng)地區(qū)， 河道比降小，水流渲泄不暢，同時還受天文、氣象等因素的共同影響， 易澇、易洪的特征比較明顯。該地區(qū)在氣候上屬于亞熱帶季風氣候， 常遭受梅雨、臺風暴雨、風暴潮以及長江中下游地區(qū)洪水的襲擊， 容易出現(xiàn)外洪、內－1－澇或外洪內澇同時并發(fā)的水災。長江三角洲地區(qū)是對氣候變化響應比較敏感而強烈的地區(qū)。20世紀80年代以來，長江中下游升溫 0.2~0.8 攝氏度，其中增溫最高的地區(qū)位于長江三角洲。 以該地區(qū) 5個代表城市為例， 近50年來，長江三角洲地區(qū)氣溫有上升趨勢，尤其在20世紀90年代顯著升高。90年代各城市的平均氣溫普遍比前40年高出約0.96攝氏度。上海升溫速度最快，為0.73攝氏度每10年，其它4個城市的氣溫增加率平均為0.23攝氏度每10年。通過對上海、杭州和南京3個氣象站的分析，該區(qū)年均氣溫有顯著升高趨勢，且在90年代初期發(fā)生明顯突變。區(qū)域氣溫升高對水文水資源變化造成了深刻的影響，首先表現(xiàn)在對降水的影響上，氣溫升高使水循環(huán)加快，從而有助于降水量增多。其次是對洪澇災害的影響。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會指出，全球變暖導致極端降水事件的增加比降水量的增加更為顯著，因此未來長江三角洲發(fā)生大洪澇的可能性增大。再次，氣溫升高還會影響區(qū)域水資源的變化，水資源的變化受到降水和溫度變化的共同影響。據(jù)對長江三角洲的研究發(fā)現(xiàn)，溫度升高1攝氏度引起當?shù)厮Y源的減少量，相當于降水量減少3.3%引起的水資源減少量。目前該區(qū)降水總量的變化趨勢不明顯，而通過季節(jié)降水量的－2－分析來看，夏季降水明顯增加， 其余季節(jié)降水量表現(xiàn)出一定的下降趨勢，說明降水集中于夏季的程度有增大的趨勢，這將會進一步加劇該區(qū)水資源時間分布不平衡的矛盾，對區(qū)域洪旱災害的防治也存在不利影響，極端降水卻都呈現(xiàn)顯著增長趨勢，未來長江三角洲洪澇和干旱發(fā)生的幾率會更高，極端氣候造成的危害將更為嚴重。城市化對長三角水環(huán)境的影響不可小視城市化對降水的影響。本文以城市化發(fā)展最為迅速的蘇州市為例，探討該地區(qū)城市化對降水特征的影響。蘇州全市地勢平坦，大部分為平原區(qū)，氣象條件和地形影響基本一致。首先，采用方差譜密度等方法對兩個站點1953年~2000年的日降雨時間序列特征進行分析，結果表明兩個站點年降雨時間序列均不存在明顯突變、變化趨勢和周期成分。其次，通過對年雨量、汛期雨量以及最大日雨量的對比分析，發(fā)現(xiàn)城市化對年雨量、汛期雨量和最大日雨量的都有不同程度的增加作用，其中對最大日雨量的影響最為顯著，其次為汛期雨量和年雨量；同時，研究結果表明城市化使汛期雨量和最大日雨量的頻率參數(shù)增大，且不同時期蘇州站的汛期雨量、最大日雨量的變差系數(shù)（Cv）均大于望亭站，說明受城市化的影響，城區(qū)的Cv值明顯增大，而且蘇州站汛期雨量所占的比重有微弱的上升趨勢； 最后，通過對不同類型的降雨資－3－料進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，城市化使得不同類型降雨發(fā)生次數(shù)都有增加，且以暴雨發(fā)生次數(shù)的增加最為顯著。城市化對暴雨洪水影響。隨著城市化的發(fā)展，城市的生產(chǎn)活動和特殊地面結構共同作用于大氣，使大氣邊界層的特性發(fā)生變化，從而形成了城市熱島效應、雨島效應。與此同時，城市化地區(qū)眾多天然河流水系消失， 削弱了河道的蓄洪能力， 加快了地表徑流速度，縮短了匯流時間，導致暴雨后干流河道水量快速增加和地表積水現(xiàn)象，使得該區(qū)域夏季城市洪澇災害的發(fā)生頻率與強度呈現(xiàn)逐漸增加趨勢。通過對南京地區(qū)降水量的統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，二十世紀二三十年代，南京市汛期降水量約為433.4毫米，年降水量平均約850.7毫米，發(fā)生大雨、暴雨的頻率為每年5.2次；而到了二十世紀九十年代，汛期降水量增加為850.7毫米，年降水量增加為1111.3毫米，發(fā)生大雨、暴雨的頻率也相應增加為每年7.8次。顯而易見，南京地區(qū)汛期降水量、年降水量及發(fā)生大雨、暴雨的頻率均有增加的趨勢，1970年后尤為明顯。而城市降水量的增大，使區(qū)域出現(xiàn)峰高量大的暴雨洪水機會增加，加劇了南京市的防洪壓力。同時隨著城市不透水面積的不斷增加，加上城市管網(wǎng)排水能力脆弱，使得現(xiàn)有排水能力難敵特大暴雨，相應洪澇災害發(fā)生的可能性也進一步增大。－4－此外，我們在該地區(qū)西苕溪流域內分別選取了 4～15平方公里的城市化集水小區(qū)，以及鄰近以森林區(qū)、農(nóng)業(yè)耕地區(qū)等不同類型覆蓋單元集水小流域，開展同期降雨徑流的對比觀測，并通過暴雨洪水模型模擬分析比較，探討城鎮(zhèn)化對水文過程的影響。通過城鎮(zhèn)化小流域近年降雨徑流對比實驗觀測，進一步驗證城鎮(zhèn)化地區(qū)洪峰加大，洪水過程歷時縮短等城市化區(qū)的水文特征變化規(guī)律。城市化對河網(wǎng)水系和水環(huán)境的影響。 城市化的發(fā)展直接或間接地改變著城市水環(huán)境，河道的裁彎取直、硬化與渠化等，改變了天然河流的自然形態(tài)；城市不透水表面的擴展，侵占了河流系統(tǒng)的活動空間，生態(tài)環(huán)境遭破壞；城市化、工業(yè)化的結果，產(chǎn)生大量廢棄物，污染河流水環(huán)境，破壞城市水生態(tài)系統(tǒng)平衡，使水域生態(tài)功能降低。如南京市作為一個沿江城市，曾經(jīng)擁有眾多的支流水系，秦淮河、金川河、護城河以及清溪河、進香河、珍珠河等，河網(wǎng)縱橫交織，水系發(fā)達。但城市化的快速發(fā)展，對城市天然河流水系產(chǎn)生了嚴重影響，許多支流小河道由于城市用地的擴展而被侵占縮窄或以涵管的形式埋入地下，河流長度、面積縮小，河流的數(shù)量也在持續(xù)減少。到20世紀90年代末，只剩下秦淮河、金川河和楊吳城濠等水體，據(jù)不完全統(tǒng)計，十年內南京城區(qū)就消失城市－5－較大河流 20條，全長超過 15公里。傳統(tǒng)的河流渠化、 硬化以及裁彎取直等治理工程導致河道完全人工化，形式規(guī)則單一，河流的自然形態(tài)消失，河網(wǎng)結構簡單化，其功能特性也因此發(fā)生相應的變化。隨著城市化步伐的加快，河流兩岸土地的開發(fā)利用，城市河流遭到嚴重損害，大量廢污水直接排放入河，遠遠超過了河水的自凈容量，造成河道水質和河床底質的污染，研究區(qū)大部分河流目前基本已沒有底棲動物存活，許多對人類有益物種也迅速消失。近年來整個長江三角洲地區(qū)枯水期平原河段基本都為Ⅳ～Ⅴ類水，特別是城區(qū)段河道水質狀況大部分在劣Ⅴ類以上。盡管近年來該地區(qū)水質狀況有所好轉，但仍然存在水環(huán)境保護措施滯后等問題。由此可見，在城市化發(fā)展過程中走先污染后治理的道路，有悖于自然規(guī)律，且恢復原有生態(tài)環(huán)境的代價也是昂貴和巨大的。城市化發(fā)展應以保障城市水安全為前提城市化發(fā)展對該地區(qū)所帶來的社會、 經(jīng)濟效益固然可觀， 然而城市化給水資源、 水環(huán)境及水生態(tài)帶來的危害卻不容忽視。 因此，該地區(qū)城市化發(fā)展進程中必須堅持可持續(xù)發(fā)展的原則， 開發(fā)與保護并重，加強水污染防治及水資源、水環(huán)境、水生生態(tài)系統(tǒng)的保護，尤其要注重城市飲用水源地保護工作，從而實現(xiàn)經(jīng)濟、－6－社會和環(huán)境的協(xié)調發(fā)展。城市水安全將主要考慮的是由于城市水資源短缺、 水質污染以及洪澇干旱災害造成的城市水安全問題， 并重點關注城市的供水安全、城市的水質安全和城市的防災安全。 水安全其實也是由于水多、水少、水臟而帶來的社會性水安全問題。要實現(xiàn)城市化地區(qū)水安全，必須進行水資源優(yōu)化配置， 確保水資源的持續(xù)利用。水資源優(yōu)化配置則是要在一個特定流域或區(qū)域內，工程與非工程措施并舉，對有限的不同形式的水資源進行科學合理的分配，其最終目的就是實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，保證社會經(jīng)濟、資源、生態(tài)環(huán)境的協(xié)調發(fā)展。 要實現(xiàn)該地區(qū)水資源優(yōu)化配置， 首先，應對該地區(qū)宏觀經(jīng)濟狀況與城市化的發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護以及水資源利用綜合加以考慮，將需水、供水和水質保護并重，并深入分析三者相互依存、相互制約的關系。其次，要采用大系統(tǒng)多目標的決策方法，綜合反映不同配置方案對該地區(qū)各方面的影響，將城市地區(qū)發(fā)展規(guī)劃與水資源開發(fā)保護相結合。 此外，要在合理配置決策分析中保持水的需求與供給間的平衡，污水的排放與水污染治理間的平衡，以及水投資的來源與分配間的平衡，并動態(tài)協(xié)調各部門之間的關系。只有這樣，才能保障該地區(qū)的水安全。長江三角洲地區(qū)因為氣候變化加劇了水循環(huán)過程、 增加了洪－7－澇災害風險。而快速城市化對區(qū)域水文水資源造成了顯著的影響。城市化使得不同類型降雨的雨量、次數(shù)都有增加，且以暴雨發(fā)生次數(shù)的增加最為顯著；城市化使得徑流深度和徑流系數(shù)都有顯著增加，使得河網(wǎng)密度和水面率下降，滯蓄澇水能力明顯下降，且河網(wǎng)水質持續(xù)惡化。這些結論將為該地區(qū)水資源的優(yōu)化配置、水安全保障以及區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展提供支持。長江三角洲地區(qū)水量豐富，水資源條件得天獨厚，但由于城市化高速發(fā)展，人口的大量聚集，人均占有水量并不多，加之用水結構尚未穩(wěn)定，城