城市作为人类重要的聚集地区,是人类实现可持续发展目标的首要领地,也是最具挑战意义的实践与研究领域。城市化是当今世界上最重要的社会经济现象之一。近20年来,由于生产力的发展和人口的增长,人与自然的冲突加剧,城市化地区普遍存在着地下水超采、地沉地裂、雨洪灾害频发、河流流量减小污染严重等水文生态问题。城市化强烈干扰着人居环境的安全,造成水环境恶化,损伤了城市文明的可持续性。因此,开展城市化对水文生态系统的影响及对策研究对城市水资源可持续利用与人居环境的改善具有重要的意义。 本论文在全面总结已有水文生态问题研究成果的基础上,系统分析了城市化地区面临的主要水文生态问题的基本特征及城市化对水文生态系统的作用机制,提出了城市化对水文生态系统影响的有序分析理论和方法,并以西安市作为实例进行了研究。研究过程中采用了实际调查、资料对比、理论分析及计算机模拟相结合等方法。理论联系实际,结合实例分析问题,最后提出对策和建议。 在前人工作的基础上提出了城市水文生态系统的新概念,即城市水文生态系统是一个由城市水文系统和以人为中心的生态系统耦合而成的复合系统。认为城市居民的生产、生活活动以不同的方式对城市水文生态系统施加影响,而大量的人工技术物质决定和影响着城市的水文生态系统的结构和功能。因而,城市水文生态系统更多地表现为自我调节和自我维持能力薄弱,独立性差、依赖性强等特点。 系统总结了城市化对水文生态系统的作用特征,即作用方式的相似性与作用时间的同步性、作用历时的长期性与作用程度的深刻性、作用范围的广泛性与作用方式的多样性、影响作用的双重性、干扰活动的小尺度与作用后果的大尺度。从城市化对地面径流过程、河流水文生态过程、地下水系统变化、酸雨形成及城市地表景观的作用机制上进行了分析,探索了城市化对水文生态系统的作用机制。 应用当代科学的世界观和方法论,提出城市化对水文生态系统影响的有序分析理论与方法,并以西安市作为实例进行研究。用小波分析方法对比分析了城市降水序列和主要河流年径流序列的周期性特征;利用秩次分析法和模糊聚类法对西安降水序列,河流径流序列进行了趋势性和突变性分析,趋势性分析包括地下水水质时间序列。结果表明,西安城市降水序列和主要河流水文序列存在多时间尺度周期;主要河流出山径流序列和入渭径流序列在过去的60年中先后出现了趋势性变化和突变年份,包括地下水水质时间序列的趋势性变化,说明城市化已经对西安市水文生态系统产生了深刻的影响。 探讨了城市人水关系的基本特征,针对城市化地区广泛存在水文生态问题和城市居民的环境保护理念现状,以事实为根据,提出对城市水文生态系统应当实施必要的调控,遵循人与自然和谐发展观、生态伦理观、市场价值观,以适度性理念重构城市水文生态