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1、快速城市化进程中的城区不透水面问题综合研究以成都理工大学为例赵银兵 刘一桦 刘旭生 刘莹 张丽萍 朱俊（成都理工大学 旅游与城乡规划学院 四川 成都 610059）摘要：随着全球城市化的快速发展，不透水面面积急剧增加，导致城市出现热岛效应等许多问题。本文以成都理工大学为研究对象，通过对成都理工大学不透水面现状进行分析，探讨由此带来的一系列问题，提出解决措施，为范围更广区域的不透水面提供分析依据。关键词：不透水面 成都理工大学 热岛效应 城市水循环一前言1.1 研究背景和意义随着我国城市化进程的加快，城市道路、建筑物等不断修建，不透水面面积迅速增加。根据下垫面的透水性差异，可将其分为透水面和不透
2、水面。不透水面是指天然或者人为的能够阻止地表水渗透到地表以下的物质，诸如屋顶、沥青、或水泥道路以及停车场等具有不透水性地表面 1。作为衡量城市化程度和城市生态系统健康的重要指标之一，不透水面受到了越来越多的关注。自然地理环境的改变导致了城市气候的变化，城市热岛效应加剧、城市地下水位的变化和城市水循环的改变；由于不透水面面积的增加，引发了城市诸多环境问题，如水污染、大气污染等。因此，了解城市不透水面的变化，掌握城市不透水面的分布已经成为一个重要的研究课题，具有很强的现实意义。1.2 研究区概况1.2.1 研究区范围本文以成都理工大学为研究对象，通过对成都理工大学不透水面的现状进行分析，探讨不透水
3、面是如何影响成都理工大学生态环境、排水系统等，寻求解决这些问题的措施。研究区主要以成都理工大学老校区和珙桐园为重点。1.2.2 自然地理概况成都理工大学位于四川省成都市成华区二仙桥东三路 1 号，沪蓉高速公路起点、多条重要交通干线交汇处，有着优越的地理位置，学校校园占地 2745 亩，建筑面积 81 万平方米。图 1-1 成都理工大学地理位置成都市属亚热带季风气候，四季分明，夏无酷暑，冬无严寒，年平均气温 16 摄氏度，年日照时间 1071 小时，年降雨量 1000 毫米左右。成都气候最显著的特点是多云雾、空气潮湿、日照时间短。1.3 研究内容和研究方法1.3.1 研究内容本文研究数据主要来源
4、于 Google Earth，数据获取时间为 2010 年 11 月 15 日，当天的影像云雾较少，影像清晰。通过遥感、GIS 和 Auto CAD 技术，提取了成都理工大学不透水面空间特征，制作了成都理工大学高程图。主要研究内容如下：1.调查成都理工大学不透水面现状通过 Google Earth 卫星图像与 Auto CAD 制图相结合，提取出成都理工大学不透水面空间分布特征。2.调查成都理工大学排水系统现状通过实地调查，绘制出成都理工大学排水系统布置图，包括雨水和污水排水系统。3.分析不透水面与城市热岛效应、城市水循环和城市生态环境的关系在研究了成都理工大学不透水面现状后，分析出不透水面对
5、城市热岛效应、城市水循环和城市生态环境的影响，寻求解决不透水面带来的问题的措施。1.3.2 研究方法1.在计算机辅助设计软件 Auto CAD 下，制作成都理工大学透水面与不透水面分布图、排水系统布置图和现状用地功能分区图。2.通过在 Google Earth 上定点，利用地理信息系统软件 Mapgis 绘制出成都理工大学高程分级图，为日后的解决方案提供决策。二成都理工大学不透水面现状、空间特征及产生原因2.1 成都理工大学不透水面现状通过 Auto CAD 软件绘制出成都理工大学透水面与不透水面分布图，计算得出成都理工大学不透水面比例为 40%左右。图 2-1 成都理工大学透水面与不透水面分
6、布图同时我们也调查了成都理工大学排水系统，绘制出了成都理工大学排水系统图，包括污水管网图和雨水管网图。图 2-2 污水管网图 图 2-3 雨水管网图从 Google Earth 截取成都理工大学历史卫星图像，我们发现成都理工大学不透水面比例逐年递增。2003 年至 2010 年，学校九教、研究生宿舍、银杏宿舍、银杏食堂、珙桐宿舍等一大批建筑物修建起来，学校操场、篮球场、网球场等一批体育设施也相继落成，相配套的道路也逐步完成，使得成都理工大学不透水面面积大幅度增加。图 2-4 2003 年 5 月 1 日卫星图像 图 2-5 2008 年 2 月 29 日卫星图像图 2-6 2010 年 11
7、月 15 日卫星图像2.2 成都理工大学不透水面空间特征从成都理工大学透水面与不透水面分布图我们可以看出，成都理工大学不透水面主要分布在学校体育场、学生和教职工宿舍、教学楼以及配套的道路设施，而学校砚湖及周边绿化区域是典型的透水面。在空间上呈现透水面集中分布于校园中心，以不透水面向外围扩散的趋势。同时建筑较为密集，在宿舍区里没有大面积的绿化带，从而在空间上形成了较为密集的不透水区域。2.3 成都理工大学不透水面产生原因2.3.1 土地利用类型转化2003 年，成都理工大学附近有大量的农田、城市闲置地，随着城市化进程的加快，成都理工大学对土地需求日益增加，这些土地转化为了居住用地和城市交通用地等
8、，使得成都理工大学不透水面面积急剧增加。图 2-7 成都理工大学现状用地功能分区图2.3.2 规划原因我们在 Google Earth 上选取了成都理工大学范围内 280 余个点，通过 Mapgis 绘制出成都理工大学高程分级图.从高程分级图我们可以看出，成都理工大学地形呈现出中间高，四周低的特点。图 2-8 选取的点图 2-9 成都理工大学高程分级图成都理工这种中间高四周低的地形，尤其是主要排水通道“东风渠”的高程高于学校主要不透水面区域的地形很容易在夏季暴雨时期形成内涝，降雨形成的地表径流无法及时排出对学校的正常运行带来不便，因此成都理工大学的排水系统等基础设施面临着巨大考验，也要求我们合
9、理布局透水面缓解排水压力。三不透水面和城市热岛效应、水循环和生态环境的关系城市不透水面面积增大，带来了许多问题，经过我们研究发现，不透水面对城市热岛效应、城市水循环、城市生态环境等有着密切关联。3.1 不透水面和城市热岛效应简单的说，城市热岛效应是指城市中的气温明显高于外围郊区的现象 2。随着城市不透水面面积的急剧增加，城市地面导热率也随之增加，从而进一步导致城市热岛效应的不断加剧。近几年，成都城市化进程不断加快，成都理工大学作为发展重点区域其土地利用类型快速变化，随着土地利用类型的改变，城市下垫面性质也发生了极大的改变。大量建筑物和道路的修建，导致不透水面面积快速增加，对成都理工大学的热环境
10、产生了很大的影响。因此，成都理工大学不透水面的空间分布和城市热岛效应有很强的关系。3.2 不透水面和城市水循环城市水循环就是水在城市取、用、排三个环节及其相关水体之间相互转化的过程，是对自然界水循环的加强 3。经过我们实地考察，不透水面面积的增加，对城市水循环改变较大。城市化进程加快，建筑物大量修建，不透水面面积扩大，水文循环发生了明显的变化，排水系统由各种不透水的管道组成 3，蒸发量减少，下渗减少，地表径流增大，给城市排水系统带来了极大的压力，城市局部发生内涝灾害的概率大大增加。在一些河堤大坝，不透水面面积的增大，导致洪水洪峰流量增大，给城市的防洪安全带来了极大的隐患。就如成都理工大学在 2
11、011 年夏季就遭遇了罕见的“看海”现象，其实质是地势较低的不透水运动场在暴雨时期排水系统承载力小于实际形成的地表径流。图 3-1 成都理工大学运动场“看海” 图 3-2 成都理工大学夏季地表径流3.3 不透水面和城市生态环境不透水面面积的增大对城市的排水系统造成了严重的影响，城市化进程的加快，城市用水量不断增加，排水量亦不断增加，各类污水排放将会对环境造成不小的压力，城市水污染不断加重。此外，城市用水很多取自地下水，过度开采地下水，造成低下水位降低，城市出现地面沉降的现象。在前面我们研究发现，绿化透水面在一定程度上既可以作为城市景观又可以减少地表径流的形成，但由于城市用地的紧缺，城市绿地尤其
12、是公共绿地越来越少，面积越来越小。由于不透水面面积的增加，下渗减少，会增加地表径流，使城市地表污染物直接以径流的方式流入河流，进而加剧河流污染，降低水质。四结论与解决措施本文主要研究了成都理工大学不透水面的现状和分布特征，分析了不透水面和城市热岛效应、城市水循环和城市生态环境的关系，并以此提出我们的解决措施。4.1 结论4.1.1 成都理工大学不透水面及管网现状和分布特征（1）成都理工大学不透水面比例在 40%左右。随着城市化进程加快，这一比例还在不断增加中。（2）成都理工大学不透水面主要分布在学校体育场、学生和教职工宿舍、教学楼以及相配套的道路设施。（3）成都理工大学地下管网主要布局为雨污分
13、流。（4）由于学校不断扩大，管网建设、维修、改造频繁，造成重复建设、重复投资的巨大浪费，还造成管网相互交叉干扰、局部老化等，影响地下管网的安全运行。（5）管网布局和透水面有机结合不够充分，造成局部地区排水承载力不够。4.1.2 不透水面和城市热岛效应、水循环和生态环境的关系（1）通过对成都理工大学整个区域的研究，我们发现，不透水面面积的增加会加剧城市热岛效应。（2）不透水面对城市水循环影响很大，不透水面面积的增加使得蒸发量减少，下渗减少，地表径流增大，城市内涝出现的概率增加。（3）不透水面面积的增加会使城市水污染加剧，城市地下水位降低，城市出现地面沉降现象。4.2 解决措施要合理进行城市规划，
14、首要解决的是要处理好城市透水面和不透水面的关系，从而使城市整体机能平衡持续发展，而城市透水面和不透水面的关系又分为“地下” 、 “地上”两方面：“地上”部分即合理加大城市透水面总体比重，从外在布局上出发解决地面压力，加大地表径流；“地下”部分即管网布局，一套优良的管网系统是加强水循环、改良生态环境的良好保证 4。4.2.1 加大透水面总体比重不透水面和地表温度存在明显的正相关关系，热岛效应加剧，减少水泥路、沥青等不透水路面的铺设，推广透水混凝土、透水砖等透水材料是解决现实使用问题和环境问题的较好选择。在欧洲、美国和日本等发达国家，透水混凝土材料等得到了广泛的应用，不透水路面比例大大降低，在保护
15、地下水、维护生态平衡、缓解城市热岛效应等方面取得了良好的效益。而我国的透水路面建设处于起步阶段，在今后的市政工程建设应该大力推广使用透水材料，缓解不透水面带来的一系列影响 5。对于成都理工大学来说，有大量的花园小径，这样的行人通道如果利用透水板材不仅美观同时也有效地改善了生态环境。其次，由于我校道路普遍是混凝土道路，因此透水性非常差，在此基础上可以有效改善道路材料。图 4-1 透水砖 图 4-2 透水混凝土在校园中，因为车辆较少，校园的停车场应推广“绿色停车场” 6。所谓绿色生态停车场，就是在尽量不减少停车数量的前提下对停车场环境予以充分的绿化，做到停车与绿化兼顾。其具体做法很多比如：铺设草皮
16、或草坪砖，增大绿地面积，即保证停车要求又可以有效下渗雨水。 图 4-3 透水停车场 图 4-4 校园透水小道面对城市化过程中不透水面的增加，我们应如何协调好不透水面与透视面的关系从而改善生态环境状况是目前迫切解决的问题。大量的建筑提供给人活动，在建筑等不透水面周围我们可以通过管道收集降雨形成的径流，并且在不透水面周围预留出合理的透水面绿化带，这样，在降雨时这部分透水绿化带不仅可以自动下渗其表面接收的雨水，同时可以将透水面的径流引入透水面通过透水面的下渗来减小排水管网的压力。图4-5 建筑旁的透水面 图4-6 建筑旁的透水绿地在环保方面也可以减少河流的污染。雨水的生态化利用传输通道及储存介质，如人工湿地、集水塘等，对雨水中污染物具有一定的自然净化能力。在雨水的下落、
