浅论城市化与水环境安全的关系

RESOURCES ENVIRONMENT AND DEVELOPMENT NO．4．2010浅论城市化与水环境安全的关系刘耀龙陈圆圆王军沈静（华东师范大学资源与环境科学学院地理信息科学教育部重点实验室，上海，200062）摘要：城市化进程带来人口、产业、物业向城市集中，导致人口密度增大，需水量增大，工业废水、生活污水排放量增多，出现水质性水资源短缺；工业的发展增加大气污染的强度，各类污染物通过酸雨、干湿降尘等方式进入水体，导致区域水质恶化；景观格局的变化直接改变了区域雨洪径流条件，导致区域旱涝灾害增强。

以上海市崇明岛为例，分析城市化对区域水环境安全的负效应。

关键词：城市化；水环境；水质污染；水灾害；安全城市化是一个复杂的空间形态变化和社会、经济发展过程[1]。

城市化进程带来城市人口膨胀和规模扩张，城市工业化程度的不断提高和工业郊区化的转移，对区域地理环境改变产生了深远影响，尤其是对水体环境造成十分大的压力[2]。

城市化过程最突出的特征是人口、产业、物业向城市集中，以及由此导致的人口密度增大，区域景观格局变化，如土地利用性质改变，建筑物数量增加等状况。

城市社会经济的发展和人口增多使得区域水的需求量增大，工业废水、生活污水排放量相应增多，出现水质性水资源短缺问题[3-5]。

此外，工业的发展增加大气污染的强度，各类污染物通过酸雨、干湿降尘等方式进入水体，导致区域水质恶化[6-7]。

景观格局的变化集中地表现为自然、农业用地减少，建筑、公告设施用地的极具增加。

城市道路及地下水管网建设使的区域下垫面不透水面积增加，直接改变了当地的雨洪径流形成条件，直接导致区域旱涝灾害增强[8-9]，间接影响水质状况和水资源安全。

城市化过程对水的时空分布、水分循环及水的理化性质、水环境产生了方方面面的影响，反映到水环境安全问题上就表现为水资源短缺、水质恶化和水灾害频发等效应（图1）。

1城市化与水资源短缺城市人口的不断集中，城市居民生活用水量随着生活方式、卫生要求、经济条件的改善而成倍增加。

经济既是城市化的驱动力，也是城市化集聚效应的受益者，经济发展和工业迅速发展分不32资源环境与发展2010年第4期开，城市工业用水的增长率与工业产值的增长有一定的关系。

因此，经济发展不仅增加了工业用水的需求量，同时增加了工业废水的排放量。

很多地区都不能实现生活污水和工业污水的完全达标排放，引起严重水质污染，从而导致水质型缺水，上海就是严重的水质型缺水城市；城市化引起的建设用地不断扩大，不透水地面持续增加，导致地表水下渗量大幅减少，引起河道和地下水补给量减少，加重了水资源短缺。

以上海市崇明岛为例，地表水的补给来源主要有二种，其中，约90%为理论进潮量，本地径流量仅占10%左右，二种补给来源的地表水总量为33.6×108m3。

就可利用地表水的总量来说，崇明岛主要城镇水资源较为丰沛；但扣除过境水量，本地径流的人均占有量则很低。

因此，崇明可利用地表水总量呈现"既多又少"的特点，崇明在枯水期咸水倒灌严重，也会加剧可用水资源的短缺。

崇明各镇的经济水平还很低，正处于工业化发展阶段，随着社会经济的发展，工业用水及其用水比重将会进一步增加。

而工业用水重复率低、浪费严重等现象又普遍存在，水资源供需矛盾将更加突出。

目前城市居民生活用水供给量集中，虽然城市生活用水所占比重不高，但水质要求高，水量增长快。

此外，崇明生态岛建设推动农业产业结构的调整以及农业现代化的发展，将对水质提出了更高的要求。

过去崇明各镇的水利几乎没有考虑生态环境用水，导致在开发过程中出现部分生态环境被破坏的现象，今后这部分用水也要纳入供水系统内容，减少由此带来的对生态环境的负向作用。

2城市化与水污染城市化进程的深入，引起人口的集聚，镇区人口密度增大，生活用水需求增大，排放的生活废污水也随之增多，如果不加处理直接排放或排放不达标，则严重影响河道水质。

城市化促进工业迅速发展，引起工业"三废"的大量增多，直接和间接地导致河道水质和底泥的污染。

城市化进程必然引起城市建成区面积的扩大，农业用地的减少，引起土地利用方式的变化，不透水地面比例的上升，从而增大地面径流，而地面径流把地表的污染物大量携带进入河道水体，引起水质的恶化。

据统计，2002年全国工业和城市污水排放量为631亿吨，经过集中处理达标的只占23%，由于近80%污水未经有效处理就直接排入自然水体，己造成了全国近50%的河段遭受污染，90%以上的城市水域严重污染，近60%的重点城市水源不符合饮用水标准。

上海市崇明岛素以"气净、土净、水净"而著称，然而近年来随着工农业生产的发展和人口的增长，废污水排放量和污染物的增加，河道淤积状况的加剧，导致岛内地表水水质有一定程度的下降，出现了一些新的变化。

通过对对崇明主要城市的河道水体水质和河道沉积物的采样分析得出，崇明主要城市的河道水质目前已经不能达到III类水标准，河道底泥重金属含量与国家土壤二级标准相比，三个城市超国家二级标准比率分别为，城桥镇71%，堡镇60%，陈家镇40%。

与此同时，城市垃圾处理率低，对水系统造成的二次污染也极为严重。

小城市的垃圾无害处理设施无法跟大中城市相比，大量未经处理的生活垃圾堆放在城郊等地，成为严重的二次污染源。

一些垃圾污水由城郊渗入地下，严重污染地下水，在一些环境容量小、人口密集和乡镇企业相对集中的小城市，水环境污染的问题尤为突出。

崇明各城市目前的垃圾处理率也很低，由此引起的二次污染虽没有进行过统计，但情况也不容乐观。

3城市化与水灾害城市的兴建和发展，大面积的天然植被和土壤被街道、工厂、住宅等建筑物代替，河流改道，湖、池、塘被填平，使得水面率变小，下垫面不透水面积增加，地面径流增大，降低原有土壤吸水和蓄水的能力和植被对降雨的载留能力，导致地下水补给量减少，洪涝灾害发生的可能性增大。

城市原有的天然地表水系统被打乱，构成了新的地表自然一人工水循环系统，如城市供水系统、排水系统和城市污水处理系统等。

城市化前蒸发量占40%，地面径流量占10%，入渗地下水占50%；城市化后，蒸发量占25%，地面径流占30%，屋顶径流占13%，入渗地下水占32%[10]。

在地下水补给量已大大减少的情况下，有些城市超量开采地下水，引起地下水位下降，地下水资源日趋枯竭，不仅加33RESOURCES ENVIRONMENT AND DEVELOPMENT NO．4．2010深了水资源危机，而且使地面沉降漏斗面积不断扩大，造成地面沉降、建筑物倾斜、倒塌、沉陷、地下水管道破裂、海水倒灌等恶果。

另外，对河道进行改造和治理，如截弯取直、疏浚整治，导致河道汇流速度增大，汇流时间缩短，进而导致洪峰流量增大，由于峰现时间提前，产流量和产流系数增加，加大了城市洪涝灾发生的可能性。

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最显著[11-13]。

崇明的自然灾害有风灾、水灾、雹灾、雷击灾、旱灾和病虫灾，偶尔有弱地震或受地震影响；其中，水灾的危害最强烈。

城市化水平的提高，必然加剧水灾害的发生。

如何减少灾害的发生，如何将受灾损失减到最低，都是崇明城市在发展中要面对的问题。

目前崇明还没有地面沉降这类的问题，但是咸水入侵的问题在枯水期也很严重，如果处理不好，也会变成新的灾害。

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该小组以2005年为基准年，利用部门分析法对2005年至2020年能源利用及有害元素排放发展趋势开展了情景分析。

重点研究了各省区燃煤大气典型有害痕量元素（汞、砷、硒等）排放量。

按经济部门、燃料类型、燃烧方式和污染控制技术对排放源进行分类，确定各类排放源的排放因子和能源消费量。

研究各省区生产原煤、洗精煤、焦炭和型煤的痕量元素含量，建立各省区间原煤、洗精煤、焦炭和型煤的传输矩阵，从而确定各省区消费原煤、洗精煤、焦炭和型煤的有害元素含量。

研究人员结合各省区内各类排放源的排放因子、燃料消费量和燃料中痕量元素含量，计算出其排放量，进而给出各省区和全国燃煤大气典型有害痕量元素污染排放清单。

此外，该小组还将对各地区的有色金属冶炼、钢铁、水泥生产、废物处置、生物质燃烧等非燃煤源导致的典型有害痕量元素排放情况进行估算，进而与燃煤源排放清单相加，即可获得中国人为源导致的大气典型有害痕量元素污染物排放清单，并进一步通过网格化处理，利用GIS技术得到中国有害痕量元素的空间分布特征。

该研究有助于了解和掌握我国典型有害元素排放现状、趋势、时空分布特征等，可作为进一步开展有害元素的环境空气质量模拟和生态环境及人体健康影响的基础，并可为国家和地方政府制定相关法律、法规及技术经济政策提供科学依据。

（资料来源：科技日报）34。