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变化环境下城市水文学的发展与挑战I 城市水文效应 变化环境下城市水文学的发展与挑战Iperiod;城市水文效应 ２０１４年７月一 第２５卷第４期一 ＡＤＶＡＮＣＥＳＩＮＷＡＴＥＲＳＣＩＥＮＣＥ水科学进展Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．４Ｊｕｌ．，２０１４ 变化环境下城市水文学的发展与挑战 Ｉ 城市水文效应 张建云１，２，宋晓猛１，２，王国庆１，２，贺瑞敏１，２，王小军１，２ （１．南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京一 ２１００２９；２．水利部应对气候变化研究中心，江苏南京一 ２１００２９） 摘要：全球气候变化和快速城市化导致的城市水循环过程变化是当前城市水文学研究的热点问题三 为综合理解城市水循环演变过程，结合城市水文学的发展历程，剖析水循环过程对快速城市化进程的响应机制三 总结了国内外城市化水文效应的主要成果，包括城市化对水循环过程二 洪涝灾害二 水生态系统以及水资源的影响三 系统归纳了城市化水文效应的评估方法和技术手段三 针对现有研究中的不足，指出变化环境下城市化水文效应研究面临的主要挑战及关键技术难题，提出未来研究的重点方向，如城市化降水效应的机理二 不透水面的分布及有效性评估二 城市化与水生态系统的响应关系与综合城市水资源管理及需水预测等三 关键词：城市水文学；水循环；水环境；水生态；水资源；水文模型 中图分类号：ＴＶ１１；Ｐ３４３ ９；Ｇ３５３ １１一一 一 文献标志码：Ａ一一 一 文章编号：１００１?６７９１（２０１４）０４?０５９４?１２ 近百年来，以平均气温升高和降水变化为主要特征的气候变化和以城市化发展为主要标志的高强度人类活动对地球系统产生了深远的影响，其中水循环与水安全（水资源二 水环境二 水生态）是受气候变化和人类活动影响最直接和最重要的领域之一［１?２］三 全球气候变暖和人类活动直接影响了水循环要素的时空分布特征，增加了极端水文事件发生的概率，使得城市暴雨洪涝问题日益增多，在一定程度上影响了区域的水安全以及国家的中长期发展战略三 因此，变化环境下水循环与水资源脆弱性成为水科学研究的热点问题，其中城市发展与水安全成为关注的焦点［３?５］三 现有预测结果表明，未来５０ １００年全球气候将继续向变暖的方向发展，这一增温对全球生态系统和社会经济将继续产生重大而深远的影响［６］三 同时，根据联合国人居署发布的‘２０１１ 世界人口状况报告“ 指出［７］，到２０１１年底全球约５０％的人口居住在城市，预计到２０５０年城市人口将从２０１１年的３６亿增长到６３亿，总人口将从７０亿增长到９３亿，即未来城市化进程将继续加快，城市人口持续增加［８］，特别是发展中国家和地区城市人口增长最为显著［９］三 然而城市化作为衡量一个国家发展水平的重要标志，在一定程度上增大了人类社会与生态环境之间的相互作用，从而引发一系列的社会?环境?生态问题三 如城市扩张使得区域不透水面积迅速增大，改变了城市水循环过程，导致径流系数和径流量增加二 极端降水事件增多二 城市暴雨洪涝风险增大［１０］；其次，生活污水和工业废水增加，引起水质恶化以及水生态系统退化［１１］等环境问题；由于城市人口增加导致需水增加，供需关系发生改变，从而影响城市供水安全等［１２］三 因此，城市水文学研究需之一，如国际水文科学协会（ＩＡＨＳ）主导的２０１３ ２０２２年科学计划主题确定为 Ｐａｎｔａ Ｒｈｅｉ ：变化环境下的 收稿日期：２０１４?０１?０７；网络出版时间：２０１４?０５?２９ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ ｃｎｋｉ ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／３２ １３０９ Ｐ１８０３ ０１６ ｈｔｍｌ 基金项目：国家重点基础研究发展计划（９７３计划）资助项目（２０１０ＣＢ９５１１０３）；国家自然科学基金资助项目作者简介：张建云（１９５７ ），男，江苏沛县人，中国工程院院士，主要从事气候变化二 水文水资源方面研究三 通信作者：宋晓猛，Ｅ?ｍａｉｌ：ｘｍｓｏｎｇ＠ｎｈｒｉ ｃｎＥ?ｍａｉｌ：ｊｙｚｈａｎｇ＠ｎｈｒｉ ｃｎ求愈发迫切，加之全球气候变化的影响，使得变化环境下的城市水文学研究成为当今水科学研究的重点方向 第４期张建云，等：变化环境下城市水文学的发展与挑战一 ５９５水文科学研究计划［１３］，其中城市水文学及社会水文学研究成为水文?社会系统科学问题中的一个焦点［１４?１５］，为城市水文学的发展带来了机遇和挑战三 １　城市水文学的发展历程 的学科，是水文学的一个分支［１６］三 主要内容包括城市化的水文效应二 城市水文气象的观测试验二 城市供水与排水二 城市防洪排涝二 城市水资源与水环境问