下垫面人类活动的影响：探究与分析

在山东省气候变化所引起极端洪水灾害对山东省水安全提出了严峻的挑战，全球气候变暖使海平面上升也会增加风暴潮的强度，加重了致灾程度。山东省除气候变化对水安全的影响外，随着经济的发展，近些年来山东省由于城市化进程加快，下垫面发生了巨大变化也间接增加了防洪风险。

（一）城市化建设

城市是政治、经济、科学和文化集中的地方。随着社会经济的不断发展，山东省的城市化程度愈来愈高，城市不断向郊区和邻近的农村扩展。

1.城市化历程

新中国成立60年来山东城市化发展历程同时结合人口与经济数据，大致可将山东城市化历程分为发展起伏阶段、快速发展阶段、稳定阶段三个阶段（王成超，2004）

（1）发展起伏阶段。新中国成立后，山东省的城市化水平仅为5.7%，低于全国平均水平10.6%。随着经济的恢复和人口的增加，原有的城市得到改造，城市化水平迅速提高。1957年城市化水平提高到8.3%，这是由于中国完成了社会主义改造，开启了社会主义工业化，山东省加快了对老企业的改造和新企业的兴建。“二五”前期，在“大跃进”背景下，大量农村人口流入城镇，新城市增长迅速。在片面发展经济和不合理的城市化目标下，山东过度城市化，城市化水平增加到10%左右。接着三年的自然灾害，出现“逆城市化”现象，城市化率下降到1963年的7.77%。1966—1978年，山东省根据国家政策，不仅严格控制城镇人口，大批知识分子上山下乡，城市人口大量迁出，而且通过户籍管理制度严格限制农民进城转变户籍。这一期间又出现了第二次“逆城市化”，直到知识青年返城，山东省城市化水平才仅由7.8%增长到8.8%。

（2）快速发展阶段。1990—2000年山东省城市数量增长41%；地级及以上的城市数量从11个增长到17个，增长54%；县级及以上的城市从23个增长到31个，增长34.7%。经济的突飞猛进加快了城镇建设的速度，使城镇人口大量增加，城市化水平从1990年的27.3%提高到2000年的38%，平均年增长1.07个百分点。鉴于山东省人口的大基数及大农村人口比例，城市化水平每提高一个百分点，就意味着将大量的农村人口转入城市。近10年，由于1140万农村剩余劳动力转入城市，使山东省城市化水平的稳步提高（高强，2008）。

（3）稳定阶段。2000年以后山东省进入稳定发展阶段，山东省建设厅和山东省统计局共同编写的《2007山东省城镇化发展报告》显示，2007年山东省城市化水平为46.75%，在全国排名第13位，同时山东省城市化质量指数达到58.34，比2006年统计监测值提高4.1个百分点，增幅较大。可见，一方面是从1.5%到0.65%，山东城市化增长速度在逐渐趋缓；另一方面是从54.24%到58.34%，山东的城市化质量在全面提升。显示山东近年来在经济和城市发展方面的成熟姿态，也表明山东城市化演进摆脱“冒进”式发展，逐步实现“又快又好”的发展势头（高强，2008；刘春涛，2009）。

表1-7-7　山东省城市化进程

图1-7-8　山东省2020年城镇化率预达63%

2.城市化现状对水安全影响

目前，山东省共有建制市48个，自20世纪80年代以来，城市用地呈加速增大态势，每年增大率均在5%以上，据《山东省土地利用总体规划研究》中相关成果，城市用地已达359.3万hm2。城市的增加、城市的扩大，对水资源情势影响主要包括以下几点^[4]：

（1）增加局地降水量。城市内每天有大量的烟尘排入大气中，这些微粒有的作为凝结核吸附空气中的水分，致使城市上空云量增加；城市中人为热的大量释放，使市区局地升温，有上升气流。城市上空凝结核比较丰富，并有上升气流和较多的云量，致使降水量增加。以济南市为例，从近几十年的降水情况看，几次灾害性的暴雨，其暴雨中心大多都出现在城区。如1987年8月26日暴雨，暴雨中心在城区，且降水梯度自暴雨中心到外围递减迅速。降水是当地水资源的主要来源，降水量增加，必然导致当地水资源量加大（赵辉，2009）。

（2）随着城市的增加和扩大，不透水面积也在增大。城市内不透水面积的比例有的可达80%以上。不透水面积的增大，一方面会导致地表水资源量的增加，另一方面也会降低降水对地下水的补给量，特别是在地处地下水补给径流区的岩溶山丘区，不透水面积的增加会导致岩溶地下水补给量明显减少。另外，城市化导致的汇流速度加快、峰现时间提前、峰量增加等地表径流汇流特征的改变，也会影响下游河道与两岸地下水之间的补排关系。上述几方面的共同作用会造成水资源的构成及其相互转化规律的改变。

（3）会使下游水质变差。这有两方面的原因，一是城市地区工业生活等污废水大量增加，有的未经处理直接排放到河流水体；二是城市地区雨洪径流水质较差。

（二）土地利用

山东省位于我国东部沿海黄河下游，东临海洋，（胡业翠，2003）西接华北平原，是一个海陆兼临的省份。泰沂山脉横亘中央，地形地貌复杂。在全省土地面积中，山地丘陵占29%，平原占55%，洼地、湖沼占8%，其他占8%。根据地形特征，可以分为泰沂山区、胶东半岛低山丘陵区和鲁西北、鲁西南平原区三大部分。

1999年末全省实有耕地面积6.64×106hm2，同1949年相比，净减少了2.09×106hm2，平均每年减少一个中等县的面积。耕地在减少，而人口却在急剧增加，1999年总人口达8883万人，相当于1949年的2倍，人均占有耕地面积由0.192hm2减少到0.075hm2，低于全国平均水平。山东省土地利用率是88.9%，高于全国72.6%的平均水平，这在东南各省中也是较高的，此外山东省土地垦殖率和土地利用程度也较高，相关研究表明均占全国第二位。随着经济的发展，城镇建设和交通设施的改进，土地资源与经济发展之间的矛盾越来越突出，土地自然质量下降，水土流失、土地污染等问题日益严重，土地资源的利用问题己成为影响山东省农业可持续发展的关键因素（胡业翠，2003）。

全省各类土地利用状况如表1-7-8和图1-7-9所示（山东统计信息网）。

表1-7-8　各市土地利用情况（2012年）　单位：hm2

农用地面积为11580155hm2，占土地总面积的73.33%。与2005年农用地面积1157800hm2，占土地总面积73.65%相比，有些许下降。园地面积为731619hm2，占土地总面积的4.63%；牧草地面积为5762hm2，占土地总面积的0.36%；建设用地为2735369hm2，占土地总面积的17.3%。

图1-7-9　2012年山东省土地利用现状

全省农用地以耕地为主，园地分布相对均一，林地主要分布于山地丘陵区，牧草地分布相对集中，主要分布在东营和滨州等市。依据山东省土地利用总体规划（2006—2020年），全省建设用地的空间分布基本与经济发展水平一致，济青沿线城市群经济较为发达，工业化、城市化速度较快，建设用地比重较高，是城镇建设用地集中分布的区域。此外，德州、聊城、菏泽、临沂、济宁等市建设用地的比重也比较大，由于农村居民点的用地面积较大或水利设施的用地面积较多等原因，建设用地比重也较大。

全省未利用地主要分布在黄河三角洲的东营市、滨州市及潍坊市北部。其中东营市由于土壤盐碱化程度高，滩涂和苇地的面积比重大。此外，地处于山地丘陵区的济南、莱芜、泰安、临沂等市也有较大比重的未利用地分布。

（三）水利工程建设

1.山东省水利工程现状

水是人类生存发展的命脉，水利是国民经济的基础设施和基础产业。自新中国成立以来，为满足社会经济发展的需要，在合理开发利用水资源方面，山东省投入了大量的人力、物力和财力，坚持不懈地开展了大规模的水利基础设施建设，兴建了大批的供水工程，为全省的经济社会发展做出了巨大贡献。

目前全省地表水供水工程中共有蓄水工程（包括大、中、小型水库及塘坝）47314座，总库容168.64亿m3，兴利库容89.47亿m3，其中，淮河流域及山东半岛有蓄水工程35659座，总库容149.85亿m3，兴利库容78.08亿m3；黄河流域有蓄水工程4875座，总库容17.14亿m3，兴利库容10.06亿m3；海河流域有蓄水工程6780座，总库容1.66亿m3，兴利库容1.34亿m3（杜剑，2010）。

按工程规模分，全省共有大型水库32座，总库容83.66亿m3，兴利库容39.64亿m3。其中，淮河流域及山东半岛有大型水库29座，总库容79.43亿m3，兴利库容37.77亿m3；黄河流域有大型水库3座，总库容4.24亿m3，兴利库容1.87亿m3。

全省共有中型水库152座，总库容40.48亿m3，兴利库容21.76亿m3；小型水库5450座，总库容33.51亿m3，兴利库容20.26亿m3；塘坝41680座，总库容10.99亿m3，兴利库容7.82亿m3。

全省共有大型提、引水工程3处，中型提、引水工程21处，小型提、引水工程10715处。黄河水是山东省的主要客水资源，引黄事业已具有相当大的规模，引黄范围达11个市的68个县（市、区）。在黄河两岸建有引黄涵闸63座，设计引水能力2423m3/s，已建引黄蓄水平原水库88座，设计总库容7.8亿m3。

2.水利工程对水资源的影响

各类蓄水工程建成运行后，下垫面条件发生了深刻变化，水资源情势随之也发生变化。

大量蓄水工程的兴建对地表径流量的影响主要表现在如下两个方面：

（1）改变了下游河道河川径流量的年内年际分配。

下面以莒县站为例，说明蓄水工程的兴建对河川径流量的调节作用。莒县站位于沭河中上游，于1951年5月建成，此时上游基本上没有大中型蓄水工程。1959—1960年两年中上游建成了沙沟、青峰岭和小仕阳三座大型水库。根据对莒县站以上历年降水资料的分析，上游水利工程建成前1958年和建成后1961年降水量、年内分配及前期土湿都较为接近，现对这两年莒县站实测径流量进行分析，见表1-7-9。

表1-7-9　莒县站以上蓄水工程建成前和建成后实测径流量对比表

由表中数据可知，1958年径流量的年内分配与降水较为一致：汛期6—9月降水量占69.6%，相应径流量占80.4%；汛前3—5月径流量仅占2.3%。而1961年径流量的年内分配与降水不尽一致：汛期6—9月降水量占72.9%，但由于上游水利工程的蓄水作用，汛期径流量明显偏少，仅占56.3%；汛前3—5月由于上游蓄水工程放水致使莒县站径流量较1958年明显偏多，占全年的30.5%。很明显可以看出，水利工程的兴建对下游河道河川径流量的年内分配具有明显的调节作用。另外，1958年和1961年年降水相当，而年径流相差两倍之多，很明显1961年实测径流量当中，很大一部分水量来自上游水利工程前一年调蓄水量。大型水库多具有多年调节能力，因此，蓄水工程的建成运行也改变了下游河道实际来水量的年际分配。

（2）各类蓄水工程建成运行后，原来的陆面变成了水面，因此蒸发量也随之加大。与此同时，地表产水量相应加大。蒸发量的加大增加了库区周围的空气湿度，降低了蒸发能力，可能会相应减少产汇流的损失，增加区域的地表产水量。总的来说起来看，蓄水工程兴建前后，库区局地水量损耗增加，但从整个流域范围，地表水资源量的增减还应考虑当地径流特性、河流、水库形态、用水、水库调度运用方式等多种因素进行具体分析。

蓄水工程对地下水的影响主要有两种情况，一种是利用蓄水工程调控下泄水量，增加河道过流时间，增加了河流对两岸地下水的补给。另一种是蓄水工程拦蓄的水大部分被引用，除汛期弃水外，下游河道基本无水，减少了河流对沿岸地下水的补给。从山东省实际情况看，后一种情形较为多见。另外，平原水库渗漏对当地地下水会产生一定补给。

（四）采矿等建设项目

山东省境内矿产资源丰富，种类繁多，已发现各类矿藏128种，主要矿产资源有石油、煤炭、黄金、石墨、菱镁矿、自然硫、石膏、铁、铝等，建立在这些具有优势的矿产资源基础上，山东省已成为全国重要的能源、黄金基地，以及石墨、菱镁矿、滑石等矿产品外贸出口生产基地（刘帅，2009）。

山东矿山企业开采回采率、选矿回收率和共（伴）生矿产综合利用率水平总体较高。萤石、耐火黏土、金刚石、水泥用灰岩、膨润土开采回采率分别达到95.61%、75.05%、90.00%、97.19%、95.24%；煤炭（采区）、金矿开采回采率分别为81.24%和93.22%；铁矿、熔剂用灰岩、重晶石、石墨、滑石开采回采率分别为68.8%、92.13%、71.43%、91.00%、85.18%。铁矿、金矿、金刚石、石墨选矿回收率分别为77.85%、93.15%、90.00%、78.00%。油气资源尾矿、油页岩、耐火黏土、高岭土、硫铁矿及金、银、铜、铅、钴等共（伴）生矿产综合利用程度提高，其中金、银、硫铁矿的综合利用比率达60%～70%，铜、铅、钴等的综合利用比率达30%左右，一些难利用及低品位矿石（金矿、贫铁矿及铝土矿等）的开发利用也有所进展。小型矿山和小矿数量多，分别占全省矿山总数的74.45%和16.33%，而大型和中型矿山仅占9.22%。矿山企业规模化、集约化水平较低，矿山数量多、规模小、布局散的局面还没有得到根本扭转。尤其是石膏、饰面用花岗岩、水泥用灰岩、建筑石料等矿产，大矿小开、一矿多开等问题仍较为突出（刘治春，2009年）。

随着人类开发活动的增加，采矿、种植经济林等各种人为影响加剧，山洪灾害及其诱发的各种其他灾害不断增加，使得灾害的范围、频次、危害程度呈现逐步扩大的趋势。同时山东省工业生产工艺落后，高耗水、低产出的工矿企业仍大量存在，节水措施不力，有的企业还处于一次性直流水的状况，全省平均工业用水重复利用率在60%左右，万元工业增加值综合用水量119m3，与发达国家相比还有相当大的差距。水资源浪费严重，有效利用程度低，这进一步加剧了水的供需矛盾^[5]。