水文论文范文精选

1水库水文分析

1.1径流新屯水库坝址年际径流采用降雨径流法计算，结合《贵州省地表水资源》成果，按照枯水调查分析成果控制。计算新屯水库坝址径流特征值统计成果列表如表1。

1.2设计暴雨及洪水采用面积加权平均法计算望谟河流域（敢赖以上）多年平均降水量，经初步分析计算，望谟河流域多年年平均最大一日降水量均值为106.4mm，相应年最大24小时降水量均值为119mm，Cv取0.45。结合贵州省水文水资源局最新的有关等值线图，本次设计采用的设计暴雨参数为：确定多年平均年最大24h降水量均值（H24h=1.12H1日）为119mm，Cv为0.45，Cs/Cv为3.5。新屯水库坝址集水面积35km2，几何特征值θ=17.4<30且25≤F<300km2。根据“雨洪法”计算公式及相关参数计算，新屯水库坝址设计洪水计算成果表2所示。

本次设计在新屯水库坝址上游纳过水库调查到2011年历史洪水，洪峰流量为220m3/s，比拟到坝址处洪峰流量为243m3/s，重现期为20年一遇。根据雨洪法洪水计算成果，新屯水库坝址断面20年一遇洪水洪峰流量为247m3/s，比本次工作调查到20年一遇洪水大1.6%。由于设计流域集水面积小，洪峰流量不大，历史洪水位差异不大，洪水位的准确性及河道糙率的取值大小对洪峰流量的影响较大，本次设计采用雨洪法计算的20年一遇洪水洪峰流量比历史洪水大1.6%，本次洪水设计成果基本合理。

2工程建设规模符合性论证

2.1水资源利用规划符合性论证根据《望谟县国民经济和社会发展第十二五规划纲要》，人口自然增长率控制在9‰左右，因此本工程现状水平年2010年至规划水平年2020年供水区域内的人口自然增长率取9‰。经预测，规划水平年设计供水人口8万人。设计用水量按照《村镇供水工程技术规范》（SL310-2004）的规定进行计算。根据需水量预测，2020年新屯水库供应区内望谟镇人饮总需水量为3.667万立方米/天（最高日），年均总需水量为1338万立方米/年。人均需水量为167.25m3（/人•年），人均综合用水量458L（/人•天），日变化系数1.3。根据《室外给水设计规范》（GB50013-2006），结合生活用水现状，综合考虑社会经济发展、居民生活消费水平提高、节水器具普及、水资源管理水平不断提高、水价政策及水价调整、暂住人口变化等因素，供水范围2020年综合生活人均净用水量为458L/人.d。用水定额在南方地区村镇是属于合理水平。因此新屯水库P=95%城镇供水488万立方米，纳坝水库P=95%城镇供水679万立方米，新屯水库和纳坝水库联合起来能满足望谟县城需水量，供水规模符合规划要求。

2.2防洪规划符合性论证望谟县防洪能力需达到50年一遇的防洪要求。橄榄桥～两库区间考虑为同频率洪水，新屯水库和纳坝水库考虑为相应洪水。区间50年一遇洪峰流量为653m3/s，故上游两库总安全控制下泄量为40m3/s。经计算，纳坝水库控制下泄流量为23.5m3/s，新屯水库下泄流量为16.5m3/s。根据本流域的洪水特性，本次拟定8月～次年5月为汛后洪水，正常蓄水位730m，对应的库容560万立方米，汛限水位720m，对应的库容321万立方米，防洪高水位731m，对应的库容589万立方米，防洪库容268万立方米，满足望谟县城市防洪要求。

3结束语

1水文频率|计算方法

绘制水文频率曲线，可以用来解决经验频率曲线的延长问题，在水文行业中，理论评论曲线是一种p—m型曲线，包括3个变量（X3，Cv，Cs），这三个变量决定p—m型曲线的整体走向与变化规律。但水文变量的具体数值是未知的，一般只有通过样本资料才能推出三个统计参数，由于三个统计参数的随机性，所以抽样可能存在误差性，促使由样本资料推测而来的三个统计参数绘制的p—m型曲线没有完全反映出整体的分布规律。实践工作的开展过程中，技术人员一般采用抽样的统计参数及p—m型曲线的样本来做实验，一般通过多次实验以减少误差，进一步得到更好的p—m型曲线频率分布图。在水文频率计算中用到的方法叫做适点配线法，又称适线法。适线法也不能精确的绘制出p—m型曲线频率分布图，目前这种误差还难以计算。所以，技术人员在水利工程设计上就要多方面结合考虑，不仅要观察统计参数的变量，还要结合水文、地质等环境因素，只有整体结合考虑，才能计算出最精确的p—m型曲线频率分布图。

2水利工程设计标准

2.1兴利标准

水利工程今后可为社会发展、国民经济造福良多、例如养殖畜牧业、航空运输业、电厂发电、农民灌溉、人类生活供水等。水利工程兴建规模足够大，同时水文频率相对较小时，就能将水利工程优势发挥到极致，但由于这样投资成本巨大，可行性不大。例如大众所熟知的三峡大坝水利工程，它作为我国最大的水利发电工程，可实现大规模供电，但相应投资额度也较大。为保证工程的合理投资与投资收益，不可避免要分析论证以及研究与探讨。假如，投资额度大于供电收益，那么工程规模扩大不可行，反之供电效益大于投资额度，那么工程规模可以扩大。所以，传统设计理念认为在工程设计过程中，应保证一个区域供水用量充足，此举大可不必，而应在合适的供水用量值里选一个最佳值，将供水适度值和区域用水协调值，两者结合起来才能保障供水范围更广，用水时间更长，这也是确保设计用水的合理性、科学性的有效措施。如果设计保证率过高就会使投资额度变大、供电效益减少。是以，水利工程在设计过程中，水文频率是必须考虑的重点环节。

2.2防洪标准

防洪是水利工程的另一重要任务，在于将现有的人力资源和科学技术相结合，实现防治洪涝灾害的一项设计标准。防洪对象较多，例如，农村、城市、机场、矿地等场所，这些地方大多没有防治洪涝灾害等措施，所以国家需重点兴建堤防、水库等水利工程旨在防治洪涝灾害，避免人类生命财产受到威胁。防洪设计标准应结合地区的地形地貌进行设计，做到对水利工程的有效利用。在长期降雨量较大以及洪水量级较大的地区，应大规模兴建水利工程。设计人员在设计防洪工程时还应考虑工程的经济性，结合水文、地质等环境因素，使水利工程在后期预期收益大于投资额度，节约成本，促进我国水利工程事业的发展。

3结语

1工程水文在水利工程设计中的任务

工程水文是水利工程设计中必需的重要基础资料，并贯穿了水利工程设计规划、项目建议书、可研、初设各阶段。在水利工程设计前期必须编制工程水文分析计算报告，而且必须通过水文水资源局主管部门审查通过。工程水文的任务是为水利工程设计提供以下各方面相关资料:河流水系概况、气象、水文基本资料、径流、洪水、泥沙、冰情、水质及水面蒸发等，这基本涵盖了工程水文所涉及的所有内容，尤其是泥沙、径流及洪水资料在确定水利工程规模方面起到了重要作用，而水库工程是较典型水利工程，以下就泥沙、径流、洪水资料在某水库工程设计中的应用作为论述。

2工程水文在水库工程设计中的运用

2．1水库基本概况

该水库为山区水库，主要任务是以工业、城镇生活供水和灌溉为主，兼顾防洪。要求灌溉服从工业和城镇生活用水。水库所在河流上游2．5km处有国家基本水文站，具有1962～2010年49年完整的、经审编的实测水文资料，主要观测项目有水位、流量、悬移质输沙率、水温、降水、水面蒸发、气温、水质监测等。

2．2泥沙资料在水库工程设计中的运用

水库建成后，并不是全部容积都可用来进行径流调节，因为泥沙的沉积迟早会将部分库容淤满，因此要根据河流泥沙资料计算水库死水位，由此推出死库容。

(1)泥沙基本资料:水库所在河流上设置有水文站点，河流实测悬移质泥沙资料从1962年开始，共收集了该站1962～2010年共49年实测输沙率及输沙量资料。水库多年平均入库悬移质输沙量为1．53×104t，多年平均入库推移质输沙量为0．38×104t，以悬移质干容重1．3t/m3计，推移质干容重1．8t/m3计，折算成体积，该水库多年平均入库悬移质输沙量为1．18×104m3，多年平均入库推移质输沙量为0．21×104m3，则库(V/WS)为2058，属于泥沙问题不严重的水库。

一、环境熏陶，培养全民爱水、节水的文化观念

一切生命活动都起源于水，哪里有水，哪里才有生命，是水促成了环境美。水对我们既然如此重要，全民就应该及早行动起来节水和爱水，努力打造节水型社会。通过营造具有感染性的水文化环境，从提高思想认识入手，在居民社区、公共场所，开展水法律法规、张贴标语及黑板报等形式进行宣传，组织“水与人类文明”、“水与文学”、“水与艺术”、“水与社会”、“水与地域文化”等系列演讲或讲座，开展“世界水日”、“中国水周”、节水器具创新制作比赛，编演水文化类文艺节目等，加大全民节水知识的认识程度。在浓厚水文化氛围，全民必然受到潜移默化的影响，逐步形成有关水的习惯、理念、文化素养和主体价值意识。

二、开展全民科教认知教育，加强水资源及生态环境的保护

我市不仅水资源匮乏，水污染现象也及其严峻。在2013和2014年中国30个省份生态文明水平排名中，河北省连续排名位居最后，具体到城市，2007年度衡水市废污水排放总量为1．03亿吨。域内河流监测断面水质级别均为严重污染，没有任何利用价值;衡水湖洼内为轻污染，衡水湖冀州为中污染，衡水湖水库为重污染。地表水污染呈逐年加重趋势。衡水市、沧州市等全国6城市因水环境功能区水质达标率较低被国家环保部曝光批评。2008年度全市地表水质总体为重度污染，重污染河段是100%;衡水湖在河北省14个生活用水水源地(湖库)中，水质综合情况倒数第一。造成水质污染的主要原因有:一、工业污染。工业废水和生活污水通过渗坑、渗井渗入地下，是造成地下水中亚硝酸盐氮、氨氮、高锰酸盐指数超标的重要原因。二、农业面源污染。农业种植长期大量农药、化肥的施打使得残留物质经灌溉水或大气水的淋浇而渗入地下，造成地下水水质污染。三、工业废渣、生活垃圾等经处理堆放，降雨后有害物质带入地下;生活污水中含合成洗涤剂量大等，这些是造成水污染的重要途径。

三、水文化教育常驻学校，培养具有爱水意识的下一代

小到幼儿园的孩子，大到大学生，都应开展水文化教育。孩子是祖国未来的创造者，从娃娃抓起，教育下一代具有节水爱水意识，是保障水文化传承的关键。学生是最容易接受美好事物的，也不会受利益的影响。一旦在孩子从头脑中扎下根深蒂固的水文化，就会不自觉地从行为上惜水爱水。水文化校园教育可分为课上和课外两方面。一、课上:不同的课程都可以融入水文化教育。如:思想品德课讲节约水资源，语文课引导孩子写爱水的文章，生活与劳动课和孩子一起探讨费水再利用方法，美术课和学生用绘画语言表达爱水的情感，常识课根据水的专题进行爱水教育和行动宣传等;二、课外:开展丰富多彩的爱水活动，节水小调查、爱水标语设计、爱水自编报、黑板报评比等。大学生可开展更有深度的考察水利工程、开展水利调查、参观水利景观、采访水利名人等社会实践活动。

四、发挥网络平台的宣传作用，扩大水文化教育的社会覆盖面

在互联网普及的今天，要把网络变成为宣传水文化的一块新阵地。通过建立专门的水文化宣传教育网站，开辟网上宣传教育课堂、网上水文化论坛等，通过或正式、或轻松的形式全社会都来认识水、了解水的发展、珍惜水资源，保护水资源环境。水资源保护虽然迫在眉睫，但在中国还是一个新兴的教育活动。文化事业与水资源的关系密不可分。推动水文化的发展繁荣是水利事业实现可持续发展的需要。文化的功能理论因背负了社会治理的使命而更具活力;另一方面，社会治理的实践也会因文化的支撑而更加有效。作为用水的主体之一的人对水资源的未来走向起着制约性的角色，只有全面切实的将节水意识、水文化教育渗透到生活中，从转变认知开始，逐步引导行为的改变，才是改善的根本途径。

1水岩化学作用过程

水岩化学作用过程的化学机理主要是指地下水和岩石之间发生的各种化学反应，如溶解作用，水合作用，水解作用，酸性腐蚀等，下面就这些影响因素进行详细论述。

1.1溶解作用在长时间的地下水和岩石的接触过程中，在岩石中存在的一些钠、钾等离子以及一些含酸的盐类可以直接溶于地下水，随着时间的积累，这些含有了腐蚀性物质的水会对岩石的结构造成不利的影响。而且，由于在岩石内部，尤其是那些颗粒之间都不可避免的存在大量的裂纹，然而存在于岩石空隙中的不同溶液可以逐渐渗透到岩石的颗粒中，并发生不同的化学反应。除此之外，在水溶液中含有的二氧化碳等气体也会对岩石的溶解产生不利的影响。同时，岩石的组成成分以及岩石所处的温度和湿度条件的变化都会对岩石的溶解造成不同程度的影响。

1.2水解作用由于在地下水中存在有大量的氢离子和氢氧根离子，因此使地下水成为了具有极强腐蚀性的溶液，正是由于这两种离子的存在，很容易使弱酸或是弱碱的盐类矿物质发生解离，解离物可以和水中的这两种离子结合生成新的物质，使岩石原有的结构和成分发生变化。岩石的水解作用是普遍存在的一种水岩化学作用。而且，随着水解过程的不断进行，会产生大量的粘土物质，进而对斜坡的稳定性造成不利影响。

1.3氧化还原作用由于地下水也存在一定的流动性，使得地下水中含有一定量的游离氧。而氧化作用发生的先决条件就是存在有游离的氧离子。因此，水岩作用过程通常发生在地下水面以上的地表岩层，而在游离氧较少的地区，主要发生还原反应。

1.4离子交换作用由于在地下水溶液中存在有多种的阴离子和阳离子，在这些离子中那些结合能力强的离子可以将岩石中含有的一些离子置换出来，进而产生新的物质。最为常见的是，水中含有的氢离子可以将岩石中含有的钾离子和钠离子置换出来，进而导致岩石的溶解。地下水和岩石之间的水化作用严重破坏了岩石的结构，并降低了岩石的强度。1.5其他因素这些因素主要包括酸性腐蚀和化学沉淀等。所谓酸性腐蚀就是在水中含有的酸性物质对岩石的腐蚀作用，其主要是含有的弱酸性盐类物质导致的岩石的溶解。而所谓的化学沉淀则是指因为水分的蒸发和伴随着温度的变化，使某些物质从岩石中脱落，破坏岩石结构的稳定性。除此之外，化学沉淀也是导致矿床形成的一个关键性因素。

2水岩化学作用与斜坡水文地质之间的联系

2.1水岩化学作用和斜坡风化分带之间的关系在气候湿热等地区，水岩化学作用会严重影响斜坡的演化过程。我们知道土壤层和落叶层是组成土层的两个重要部分，但是在实际条件下，在土壤层的下层还有一层由氧化物质和粘土物质等成分组成的残坡积层。而水岩化学作用是土层形成的关键。经过漫长时间的转化，腐岩带可以形成土层，而腐岩带则是由风化岩带逐渐形成的，风化岩带的主要特征是含有众多的核心石。风化岩带出现的高度非均匀质的特性，使得岩石的结构变得不稳定，而导致这一现象出现的重要因素就是水岩化学作用。

一、水理性质

（1）水透性

该性质指流水在重力影响下对岩石的穿透能力。岩土层渗透能力的强弱主要和岩土层大大小小的缝隙相关。越松散的岩土层缝隙越多越大，所以水透性比较强。坚硬的岩土层通常缝隙很少，所以水透性通常很差。

（2）持水性

该性质强调在分子层面上，岩土层的颗粒和分子依靠分子力和万有引力能够在重力影响下保持水分子能力的强弱。

（3）给水性

该性质同样受重力影响，指在重力影响下水含量很大的岩土层能够从缝隙中释放的水量大小，称为给水度。给水度是水文地质中非常重要的参数和性质，该性质不单单对土地的疏干时间长短有较大影响，还很大程度上决定了基坑的涌水量。

（4）胀缩性

一、水文科技发展历程及成就

1.水文发展定位更加明确长期以来，由于历史原因和水文知识结构的限制，水文工作一直被狭隘地定位于为水利服务。这样一种定位并没有认识到水文工作在国民经济建设中的地位和作用，不能完全适应改革开放发展形势和需要，在一段时期内严重影响了我国水文事业的健康、持续发展。“十一五”期间，我国提出了“大水文”的水文水利发展理念，立足水文是水利水文的同时，也强调了其是社会各行各业的水文，实现了“行业水文”到“社会水文”的转变，倡导水文工作在立足水利的同时，要面向全社会服务。

2.水文基础理论知识结构更加完善我国重点扶持一些高校和科研单位建立水文水资源实验室，深入研究水文现象的物理过程，并通过雷达测雨、卫星遥感资料传递、放射性示踪测流等现代科技手段获取水文信息。对全国范围内水资源的评价和水质研究，有利于合理配置和高效利用水资源，根据人类活动和自然条件的变化对水文影响进行评价，也有利于水资源的可持续利用，并为其提供了坚实的科学基础支撑。另外，随着信息论、控制论、系统论、随即理论、灰色系统理论、模糊数学等新理论和新方法的引进与渗入，水文科技也出现了诸如系统水文学、环境水文学、模糊水文学、随机水文学、水文遥感等新的研究方向与分支，使得水文科学理论和知识结构更加丰富和完善。

3.水文应用技术更加先进“应用水文是运用水文学和有关学科的理论和方法，研究各实际水文问题的解决途径和方法”的科学，为水利等工程建设提供水文预报服务和水文设计数据，并为国土整治、农业、林业等的规划提供水文依据。近年来，在水文科学技术理论知识的支撑下，我国水文应用技术也更加先进，水文监测自动化技术和水平有了很大的提高，水文生产条件得到改善，水文监测精度和时效性及其数据处理与服务能力都有了较大提高。学科完善和理论的进步也推动了水文分析与计算能力、水文预报技术、水资源评价分析能力等提高，在实际工程建设中发挥了重要作用。

4.水文科技发展存在的问题我国水文科技发展在取得重大进展的同时，由于其在一定程度上不能适应新时期社会发展对水文科技的新要求，在其发展过程中还存在着一系列问题，主要表现有；水文新设备自主研发能力较低，信息采集手段和方法相对落后；水文预测方法和理论研究仍需加强，如洪水资源化研究、无资料地区的水文预报等；对大尺度水文问题研究、环境变迁中的水文问题和全球尺度的水文问题等研究的较少；区域水文研究不平衡，对于寒区、干旱区、牧区和森林等地区的水文问题研究相对薄弱；水文基础研究相对薄弱，科技投入不足，新方法新技术的推广应用研究比较缓慢；缺乏依靠科技进步的经济激励机制和法制制约，水文科技人才结构不够完善。水文科技发展中存在的问题有其历史原因，也有着一定的现实条件和技术支撑的限制。解决这些问题需要全面推进、重点突出，并且需要一个长期的过程。

二、水文科技发展的策略

1.加强水文基础科学研究结合人类利用，把固体地球、水圈、生物圈、大气圈组合成耦合系统，在这一复杂的整体中对水资源的利用和承载机理进行研究，为解决水环境保护、水灾害防治、水资源利用和配置等提高可靠的理论依据和基础资料。深入研究水文基本规律、水文计算方法、产汇流理论等，分析人类活动和自然变化对水文过程的胁迫效应，开展城市水文学和生态水文学等方面的研究，并进一步加强与水文相关学科的理论研究。

2.加大水文科技投入力度水文科技不止是为水利行业服务，而是服务于全社会各行各业，因此对于水文科技的研究属于社会公益性质的研究，是以获取宏观范围内经济社会效益为目标的，需要国家给予稳定的经费投入和支持。加大水文科技投入力度，对于保证水文科研人员提高创新能力和保持水文科研队伍的稳定起着至关重要的作用，是促进水文科技发展的基本保证。

摘要：在宋代绘画史上，院体画同文人画一直是两个争论的焦点。尤其在绘画史上更为人关注，对这两种传统画的意识和技法在根源上的本质特征做进一步的剖析，对当前国画的发展是有所裨益的。

关键词：宋代山水院体画文人画

Abstract:YuantidrawingandscholardrawingaretwofocusfordisputesonapaintingofSungDynastypainting.Evenonthepaintinghistory,theanalysisofthesetwotraditionalpaintingconsciousnessesandtheskillmethodsintheessencecharacteristic,willhavebebenefittothedevelopmentofthecurrentChinesepainting.

Keywords:ThelandscapepaintingofSungDynastyYuantiDrawingScholarDrawing

山水至宋代，兴旺的景象为前所未有。它向着多方向发展，表现形式与表现方法也更为多样。由于社会经济的发展和上层建筑等多种因素的需要，使得院体画与文人画在这一时期都得到了进一步的发展，院体画与文人画的思潮方兴未艾，必定会在宋代的画论之中有所反映。而宋代画论反过来从理论上使院体画与文人画更加完善。本文就将试着从宋代院体画与文人画在山水画方面入手，管窥和阐释两者的异同及对宋代绘画的影响。

关于院体画与文人画

提到宋代山水画必然要以院体画和文人画两大中国画系为中心来论述。而这时的院体山水画与文人山水画都有了很大的发展，并日益完善。所以很有必要先谈一谈院体画与文人画。

院体画，是指宫廷画家和由宫廷设置的画院画家的画。据张彦远《历代名画记·叙画之兴废》载：“汉武创置秘阁以聚图书。汉明雅号丹青，别开画室，又创立鸿都学以集奇异，天下之奇异云集。”但这只能算是后来宫廷设置画院的滥觞，正式的画院出现于五代的南唐和西蜀。两宋时期，院体画形成完备的理论和形式。这类作品为迎合帝王宫廷需要，多以花鸟、山水、宫廷生活及宗教内容为题材，作画讲究法度，重视形神兼备，风格华丽细腻。因时代好尚和画家擅长有异，故画风不尽相同而各具特点。鲁迅说：“宋的院画，萎靡柔媚之处当舍，周密不苟之处是可取的。”（《且介亭杂文•论“旧形式的采用”》）

摘要摘要：影响工程水文设计成果合理性的因素，主要有基础资料、技术思路、方法技巧等。对同一工程来讲，不同设计者，因对水文资料处理、采用方法不同，最终成果差异很大。为了保证工程水文计算成果的合理性，本文提出一个评价工程水文设计成果合理性的基本思路及方法，和同仁携手探索。

摘要：设计成果可靠性一致性代表性差积累积

工程水文设计受基础资料、推理、环境、人为因素等方面的客观和主观的干扰，或多或少存在成果评判上的差异，这就决定了对工程水文设计成果的合理性分析，必须认真核查，才能保证成果的真实性。水文工作者多年来在这方面累积了丰富的经验，但是，在具体工作中时常出现重视计算，而在分析上下功夫不够的现象，给工程水文设计成果带来一定风险。为使水文设计成果精度和工程设计同步，笔者根据近几年来在成果审查中反复出现的新问题，谈几点熟悉，和同仁们商榷。

1、评价的主要对象

1.1资料的可靠性

基础资料的可靠性，是指设计中所引用的基本资料、数据、时期等，都要满足两条要求摘要：一是十分可靠;二是适应探究对象精度要求。

基础资料未经过严格复核、审查，就会给工作带来很多麻烦。例如摘要：台勒外丘克河拜城站2002年7月23日0时的流量数据，数据库中显示其值为8.59m3/s，而原始资料记载该值为204m3/s。该错误不仅影响了瞬时流量甚至洪峰流量，而且使时段洪量相差甚大。

由此可见摘要：基础资料必需具有足够的可靠性，才能保证成果的合理性。

1城市水文学研究现状

1.1城市化的水文效应研究

综合已有研究,将城市化过程中对区域水循环和水文过程产生的影响以及由此引发的水文现象称为城市化水文效应.从水文过程的本身来看,城市化带来的水文过程效应主要包括:城市降雨过程特征突变、城市耗散强度增大以及城市产汇流过程畸变等.对于城市降雨过程,众多研究表明,城市市区内的降水量显著高于郊区降水量,城市周围降水时空趋势性分布十分明显.其主要原因是城市化对水分和能量收支的影响,这些影响被称之为城市“热岛效应”、“雨岛效应”、城市“干/湿岛效应”等.其中,城市“雨岛效益”和“干/湿岛效应”与城市“热岛效应”密切相关.在城市“热岛效应”方面,Gedzelman等人、Champollion等人、Bottyan和Unger、Nadir基于城区和郊区的气温观测数据分别研究了美国纽约、法国巴黎、匈牙利塞巨(Szged)、苏丹喀土穆等城市的热岛效应,发现纽约城市热岛效应最强,城区和郊区的气温差最高可达8℃.张景哲等人、周淑贞对北京、上海的“热岛效应”做了系统研究.在“热岛效应”定量模拟方面,日本学者Kimura和Takahashi,Toshiaki和Kazuhiro建立了人工热排放(包括汽车尾气、工业废热、人工取暖等)的精细模拟模型,绘制了较为详细的逐日和年际人工热排放变化图.香港城市大学Chan教授建立了考虑热岛效应的城区温度变化修正曲线.在“雨岛效应”方面,黄国如和何泓杰,王栋成等人在济南的研究表明:“雨岛效应”导致城市增雨率约为10%;曹琨等人选取1959~2007年上海市龙华站降水、气温资料及青浦、嘉定降水资料,运用累积曲线、距平统计和相对偏差对比等方法对上海地区降水量进行统计分析,发现“雨岛效应”主要集中于汛期5~10月,市区降水平均年增长率为郊区的1.6倍;目前,在国际上关于“雨岛效应”具有2个基本观点:一是城市化导致城区高强度降水增加;二是城市化及其工业污染产生的气溶胶导致城区降水减少.第一种观点的代表性研究在墨西哥城,Jauregui和Romales通过1941~1985年的数据分析,发现夏季城区“>20mm/h”的高强度降水明显增加,而同时期郊区雨量站的降水没有显著变化.第二种观点的代表性人物是Daniel,他基于NOAAAVHRR数据和历史降水数据分析得出“城市化和工业污染导致区域降水量减少”.这两派观点看似矛盾,实际具有科学上的内在一致性,城区点上极端(高强度)降水增加,是以面上其他区域降水的减少为代价的,因为区域水汽通量条件并没有发生大的变化,“点”上多必然导致“面”上少.在“干/湿岛效应”方面,目前的研究主要集中在对长时期、大范围气象观测资料的对比分析上,Katharine等人基于全球1973~2003年系列5°5°分辨率的逐月地表湿度分布数据分析发现,城市化及其他人类活动导致地表水汽含量(绝对湿度)明显增加.Brown和Degaetano基于美国145个气象站的逐小时湿度数据分析了美国1930~2010年的地表湿度演变趋势,发现绝对湿度普遍增加,相对湿度在城市和郊区表现不一样,东部、中部和西部表现也不一样,大体是东部城市呈现“干岛”,西部城市呈现“湿岛”.顾丽华等人利用4个气象站1961~2005年水汽压、相对湿度的资料,对南京市的城市干岛和湿岛效应进行了全面、细致的研究,发现南京在平均相对湿度和水汽压上表现为明显的干岛效应,随着城市规模的发展,南京城市干岛效应总体为增强的趋势;在浙江丽水和福建厦门,潘娅英等人和张少丽等人的研究也得到了“城市干岛”的结论.在城市蒸散发研究方面,已有研究认为,由于城市化进程使植被、土壤等下垫面条件被不透水硬地面替代,持水下垫面的减少会导致蒸发量的减少.倪广恒和敬书珍基于遥感技术研究了城市蒸散发过程与土地利用/覆盖的响应关系;吴炳方和邵建华基于遥感影响建立了区域蒸腾蒸发量的时空推演方法,该方法在流域大尺度范围内应用较好,但其空间分辨率较低,对城市区的模拟精度受到限制,而且也没有考虑城市人工取用水的蒸发耗散.Qin等人将下垫面分为5类(耕地、城乡居工地、陆生植被区、水生植被区、未利用土地),分别提出了各项ET的理论与计算方法,在城市耗水计算中综合运用了用水定额、耗水系数和水量平衡法.在耗水率计算方面,李彦东认为“工业和生活用水的蒸发耗水率不超过10%”.孟凡贵在博文“制度性干旱”的附文中()测算北京市区工业和生活蒸发耗水仅为133mm,由此推断城市单位面积水耗远比农田小,对水源的贡献远比农田大,这一计算忽略了城市中水回用及复杂的循环转化消耗过程,结果偏小.“制度性干旱”的观点一度引起学术界的争论.中国科学院南京土壤研究所张佳宝研究员()在接受《科学时报》采访时说:“(孟凡贵)之所以能得出一些令人触目惊心的结论,是因为该文在计算各项水资源消耗量时有一些问题”.以上争论从一个侧面反映了学术界和社会公众对蒸发耗水的关注.总体来看,目前城市蒸散发对自然侧、大尺度的研究较多,对考虑城市耗用水过程的综合蒸散发过程的研究还比较少.

1.2城市化伴生的水环境及水生态效应

从历史的发展来看,城市化和工业化往往导致城市环境恶化,生态受到较大破坏.中国目前处于工业化中后期和快速城市化时期,城市环境和生态质量逐渐成为制约社会可持续发展的重要因素.其中,水环境和水生态是城市生态环境体系的重要组成部分.2007年,经济合作与发展组织(OECD)的“中国环境报告”指出,中国在经济迅速发展的同时,环境质量水平大幅度下滑,“与世界上最贫穷的国家近似”.根据中国人民共和国环境保护部《2013中国环境状况公报》,中国已有超过30%的主要河流、70%的湖泊和20%的沿海水域遭到严重污染,尤其是河流流经城市段的污染最为严重.同时,城市区域地下水污染问题不容忽视,地下水水质优良的比例仅占37.3%.水环境和水生态恶化不仅对居民饮用水安全构成威胁,也是城市实现可持续发展,经济稳定增长的绊脚石.因此,近些年来,城市化、工业化伴生的水环境与水生态效应相关研究成为城市水文学领域的热点之一.在城市水环境方面,以水环境承载力研究为着眼点,Zacharof等人,Schütze等人在此基础上提出了水环境纳污能力计算、水环境过程演变模拟等模型和污水处理系统的实施监控方案.水环境纳污计算模型可以定量求解水环境承载力,对城市建设决策,可持续发展提供有力依据.郭怀成和唐剑武以山东临淄为例,建立了该区水环境系统动态预测与决策模型,由模型获得定量化水环境承载力,以研究城市水环境与社会、经济综合协调发展战略及对各协调策略进行评价.崔凤军采用系统研究方法,利用城市水环境承载力指数分析城市水环境,对策略变量做出预测、优化,并利用系统动力学模拟手段进行了实证研究.左其亭等人提出了计算城市水环境承载能力的“控制目标反推模型”(COIM模型),同时以郑州市为应用范例,介绍城市水环境承载能力计算模型应用及水环境调控对策制定.水环境和水质过程演变研究主要从污染物性质,污染事件的过程与方式等方面认识环境恶化与水质劣变过程的演化机理,同时提出相关防治对策.张学勤和曹光杰就城市水质问题提出了节约用水、控制点源和面源污染、加强城市绿地建设、生态修复城市水体等改善城市水环境质量的具体措施.任玉芬等人通过对不同城市下垫面的分析,研究了屋面和路面等不透水面以及绿地3类城市主要下垫面形式的降雨径流污染.Zheng等人通过动态建模方法,研究城市雨水径流多环芳香烃(PAH)的污染评估.Gnecco等人研究了在城市表面的降雨污染,分别调查了屋顶和路面污染情况.结果显示在路面径流中最显著的污染物为溶解形式的Cu,Pb和Zn的重金属;关于屋顶径流,锌浓度是非常高的.Vizintin等人使用结合过程的模型,测定考虑城市水循环的城市冲积含水层地下水污染.在城市水生态方面,相关研究结合城市生态建设管理实践,通过水与其他生态要素的统一分析,为城市生态可持续发展提供决策依据与科学建议.早期的城市生态建设规划主要考虑城市结构、形态设计等,忽视了能源的节约和环境的保护,直到20世纪90年代初,城市水问题、水环境和水生态的研究才逐渐受到重视.Kattel等人认为,城市生态是一个联合的整体,是建筑、土地利用、城市绿地、道路、湿地、栖息地及岛屿等不同的组合聚集在一起形成的,维持城市生态,保障城市可持续发展十分重要.Gbel等人提出了拟自然的城市水文生态管理方法,并评估了这种管理模式下城市地下水的响应规律.王沛芳等人提出了水安全、水环境、水景观、水文化和水经济五位一体的城市水生态系统建设模式.Wang等人研究了青岛崂山区水资源和生态环境的综合管理,对于城市居民区的废水排放,为预防水体富营养化和藻类的营养物质汇集,人工湿地和沿岸水生植物形成了缓冲地带.周文华等人以北京市为例,探讨了城市水生态足迹的内涵和4种典型城市水生态足迹的发展轨迹,提出了基于城市生态需水量的水生态足迹的核算方法.刘武艺等人定义了基于城市水生态系统健康的生态承载力,提出了“基于城市水生态系统健康的生态承载力-压力量化模型”,并根据理论模型设计了计算模型.综上所述,城市水环境与水生态效应研究不单单局限于水资源本身,需要结合城市整体建设规划,考虑经济和社会因素.在水环境治理方面,水环境承载力具备了一定的研究基础,今后主要的研究方向应该侧重于污染物的运移转化,以及污染事件和水质劣变过程机理的认识和模拟等方面.水生态研究作为城市生态建设的重要部分,则紧密结合了经济、社会等各类因素.城市生态需水量、城市生态承载力等研究都已开展.在城市生态建设日益得到重视的情况下,水生态学的研究将以可持续发展为目标,为统筹规划、综合管理提供理论依据.

1.3城市化水文过程机理研究

城市化水文过程机理研究是城市水文研究的另一重要分支,这部分研究可划分为“自然”和“社会”2个方面.“自然”方面重点研究天然降水在城市复杂下垫面上的运动转化和消耗过程;“社会”方面则集中于城市供用水方式和排水过程特征等领域.“自然”方面早期主要关注城市暴雨洪水及市政排水设计等工程问题,中国部分高校为此开设了“城市水利工程”专业.近期关注城市水文内在机理与模拟预测等基础科学问题,包括不同城市下垫面的降雨-径流关系、城市产汇流集成模拟、城市暴雨洪水的源头控制(Perrine等人),代表性成果包括Smith等人,Ragab等人,Amaguchi等人,Naftaly等人,Thomas等人,Yang等人,Ramier等人.研究结果表明,城市化对天然水循环的影响作用主要集中在以下几个方面:

(1)城市化进程改变了天然的下垫面条件,隔断了地表、土壤与地下的水文联系,在一定程度上改变了区域的产汇流特性;