城市化对印度恒河流域水文水资源的影响

城市化对印度恒河流域水文水资源的影响（2-5）摘要:从农村地区向城市的大规模移民和人口的增长一直在加速，这种现象在恒河流域从未间断，城市化正以前所未有的速度增长。城市的聚集造成了城市地下水补给的剧烈变化，也调整了现有的补给机制。城市的绝大部分都依赖于河流水和地下水的供给，因此都建造在非承压水层或半承压含水层之上；而城市里的废水与固体废弃物的处置都排向了河流与地表。废物的产生量不可避免地增加。当小的天然河道与低洼地区被废物填满时，地表水的排污系统也出现了紊乱。恒河流域总的水潜能包括地表水潜能与地下水潜能，其值分别为525.02km3，170.00km3。该流域供养了42%的印度人口。流域的许多区域，其地下水位线约以平均每年0.2m的速度下降，并且有水质恶化的趋势。水的需求已经增加了很多倍，大部分地区都高度依赖于地下水来满足对水的需求不断增加，但不幸的是，地下水降解的数量和质量都不容乐观。研究表明，气候变化可能会增加温度2～6◦C，可以减少降水量达16%，可降低50%地下水的补给。在人口稠密的恒河流域，城市排水量系统在城市基础设施的投入中占据很大比重，并且需要基于可持续发展的水管理的综合方法，这种方法也是一种关于城市化所引起的水的保护、污染的水教育。关键字城市化·人口增长·恒河流域土壤盐分·水质·气候变化·城市基础设施1前言城市化与环境恶化之间存在诸多直接和间接联系，原因是人口数量不断增加，而人们所依赖的可用自然资源却是不变的。供水、卫生设施以及排水是城市化进程中的重要因素,这些因素不仅直接影响水资源，而且对城市水文循环也会产生影响。城市的不透水性（道路硬化）不仅使下渗率降低，同时也增加了直接径流量，导致洪水频发，这种情况在恒河流域部分地区屡有发生。恒河流域从古代社会就已经视为人类活动采水范围的区域，一直延续至今。恒河流域被认为是恒河、布拉马普特拉河和梅克纳河流域（大约1086000kｍ2位于中国、尼泊尔、印度和孟加拉）的组成部分。恒河流域在印度境内的流域面积大约为862769km2，约占印度整个国土面积的26.2%（中央水务委员会（CMC），2009年）。恒河流域北连喜马拉雅山脉,西接印度河流域和阿拉瓦利（Aravalli）山脉，南连温迪亚（Vindhyas）平原和乔塔那格浦尔（Chhotanagpur）平原，东接布拉马普特拉（Brahmaputra）山脉。恒河流域包括森林茂密的喜马拉雅丘陵、森林稀疏的什瓦里克丘陵、以及肥沃的恒河平原。中部的恒河平原位于喜马拉雅山脉南侧。喜马拉雅山脉由山脉、丘陵以及高原组成。流域内山谷与冲积平原交错分布。这些地区大部分为森林覆盖，流域内土壤类型包括沙、壤土、粘土及其组合,如砂质壤土、粉质粘土等。恒河流域涵盖北方邦、中央邦、比哈尔邦、拉贾斯坦邦、西孟加拉邦、哈里亚纳邦、喜马偕尔邦以及德里区。流域人口已超过5亿人口，是人口最稠密的河流域。表1展示了恒河流域：联邦辖区内的流域汇水区面积与人口数量的统计量。世界流域地表年水资源蕴藏量估计为525.0km3，其中可利用水资源量为250.0km3。流域可耕种面积约为5800万hm2，占全国可耕种总面积的29.5%(GFCC，2009年)。图1是恒河流域的区位与流域范围。表1是基于1981年—1991年的遥感卫星，目视解译了恒河流域区域范围与人口数据，并利用印度森林调研数据计算出流域区域统计信息。（MOEF1995；2001年印度人口普查）联邦人口（卢比）截止2001年总人口流域面积（km2）北方邦1391.12174532421294411喜马偕尔邦4.6160772486201哈里亚纳邦129.662108298933422德里94.21127829761483拉贾斯坦邦214.8756473122115845中央邦379.4260385118200252比哈尔邦803.2682878796136925西孟加拉邦547.938022117163136图1是恒河流域的区位与流域范围图。在恒河流域,人口增长压力不断增加，在现有技术发展水平情况下，可利用水资源为当前人口提供足够用水的能力受到严重影响。结果是贫困加剧，社会经济环境进一步恶化。在研究了人口增长压力和水资源之间的关系之后，本文提出了应该采取的措施，指出了主要人口问题和水资源问题,并根据人口压力和用水之间的联系分析了现状。因此，理解它们之间的自然属性、相互作用的强度，对于我们提出有效的干预措施是至关重要的。2对城市水文循环的干扰和影响由于城市化干扰了蒸发、蒸腾以及下渗过程，因此不仅妨碍了水文循环，同时也是污染自然资源的重要因素。城市化导致城市大部分地表失去透水性，供水主要依赖城市外部水源,这些都是城市化进程中遇到的常见问题（林德（lindh），1983年）。同时，城市化还导致地下水补给频率和补给量发生重大改变(福斯特（Foster）1999年)。由于天气(温度、湿度以及风速)、蒸发(蒸腾)和下渗特征，土地利用和土地覆盖、地下水特征、区域内物理和地理特征以及水质的变化，使恒河流域内的水文循环经历了量和质的变化。过度的城市化、工业化以及人口增长极大地改变了流域地貌，同时流域水文循环也发生了重大改变，例如，天然植被排水模式遭受大规模破坏，储存地表水的天然洼地减少，土壤吸收降水能力降低，不透水面积大量增加(道路、人行道、屋顶以及车道)等。除了人类活动改变了流域土地覆盖之外，人们对天然水量进行的调节也在很大程度上改变了流域水文循环。目前恒河流域就是这类变化的一个生动示例，在该流域，山区森林遭到大规模砍伐，土地利用和土地覆盖的变化改变了洪涝和干旱的规模和频率。特别是印度北方，由于人口急剧增长，森林砍伐导致水土流失，从而引发了越来越多的洪水灾害。就洪涝问题而言，恒河流域东部比西部严重，北部比南部严重。受洪水影响最严重的有比哈尔邦、北方邦和孟加拉邦。这些地区的河流径流量和洪峰流量都很大。流域水文循环的改变越来越大，受到的人为控制也越来越多。由于流域内大规模地建设大坝、大堤等，使地表径流量（直接径流量）减少，蓄水量增加，这样就加大了蒸发率并抬升了某些地区的地下水位。而且该流域受灌溉的影响也很明显。利用人工河道进行地表水或地下水引水大幅度增加，从而增加了径流量并加大了蒸发，使自然水文过程发生改变。恒河流域土地利用的变化也对区域水文循环产生了重大影响。由于土地利用变化后果的显现需要一个过程，尽管目前人们还不清楚这些后果是什么，但是已经可以感受到它们所带来的气候变化。在流域内城市中，可以观察到对水文循环的干扰和影响。天然的土地覆盖被混凝土和不透水地面所取代，导致下渗以及蒸发(蒸腾)大幅度降低。这样就增加了市区的降水径流，导致积水和洪涝。2.1对水质的影响除了水文和地貌发生变化以外，城市化还直接或间接影响着受纳水体的水质，主要表现为水温升高、污染物增多、地下水下渗速度发生巨大改变。恒河流域的人口为3.6亿左右，约占印度人口的40%。居民生活用水、农业灌溉用水和工业用水水源既包括地表水,也包括地下水。由于市区和工业区污染程度日益严重，地表水和地下水水质急剧下降。与地下水相比，地表水污染情况更为严重，特别是恒河与亚穆纳河，河流以及支流沿岸大中城市未经处理的生活污水和工业废水被直接排入河道。恒河流域有很多大城市和大量的村镇，其产生以及排出的污水和废水数量惊人，而这些污水和废水的绝大部分最终经天然排水系统流入到了河流。恒河与亚穆纳河的大部分支流已经变成了排放城市生活污水以及工业废水的通道。城市化对恒河流域水文的影响（印度）地点地质建造氟化物浓度参考北方邦松巴得拉区太古宙花岗岩和片麻岩杂岩体0.483-6.7Rajuetal.(2009)北方邦马图拉市第四纪沉积0.1-2.5北方邦阿格拉市第四纪沉积0.1-17.5Misraetal.(2006),MisraandMishra(2007)北方邦瓦拉纳西市第四纪沉积0.2-2.1Guptaetal.(1999)Rayetal.(1983)德里前寒武纪石英岩0.2-32.5Susheelaetal.(1996)比哈尔邦太古宙片麻岩杂岩体0.1-2.5Rayetal.(2000)中央邦坚迪栋里太古宙花岗岩和1.5-4.0Chatterjeeand片麻岩杂岩体Mohabey(1998)中央邦什夫普里太古宙花岗岩和片麻岩杂岩体0.2-6.4Nawlakheetal.(1995)北方邦温瑙第四纪沉积0.8-13.9Jhaetal.(2009)拉贾斯坦邦钙质片岩，角闪岩，钙质片麻岩和黑云母片岩（皆为前寒武纪）0.1-11.6MadhavanandSubramanian(2003)西孟加拉邦第四纪沉积0.1-1.8KunduandMandal(2009)旁遮普邦第四纪沉积—PillaiandStanley(2002)除了地表水，流域内众多市区地下水水质也在恶化。对该流域不同地区的水质进行的研究表明，氟化物、硝酸盐、盐等的浓度在增大。地下水氟化物浓度过高是恒河流域的主要问题，几乎所有水体中都存在氟化物，但是浓度差异很大，有些水体只含有微量氟化物，而有些水体中的浓度则很高（伽希瑞（Gaciri）和戴维斯（Davies），1993年）。天然水体中的氟化物浓度取决于诸多因素，如ｐＨ值、温度、含氟矿物的溶解度、含水层物质阴离子交换能力(氢氧根离子交换氟离子)以及水与特殊建筑物的接触时间。当氟浓度超过1.5ｍｇ/Ｌ时，可能会导致牙齿及骨骼氟中毒。由于使用了氟污染水，大约有6200万印度人患有慢性氟中毒，其中包括600万儿童。流域内的北方邦、比哈尔邦、中央邦以及西孟加拉邦受氟污染的情况最为严重。表2和表3列出了不同研究人员的研究成果,其中表2的数据为恒河流域各邦氟中毒地方病居民区的数量。过度的城市化进程导致的严重生活污染和工业污染（萨根尔（Sargaonkar）等，2008年），可以用各种水质指标表示，包括Cl、电导率、TDS、硬度、Na、Mg、以及SO4。流域中上游部分地区的地下水甚至还受到了砷污染（沙哈（Saha），2009年）。表3流域各邦氟中毒地方病居民区数量(迪奈什，2001年)邦氟超标居民区数量邦氟超标居民区数量比哈尔邦12中央邦201哈里亚纳邦334喜马偕尔邦448旁遮普邦700北方邦16560西孟加拉邦21