城市人工水體綜合效應與調控

“城市人工水體建設叢書”序
前言
第1章 緒論
1.1 現代城市人水和諧的理念
1.2 城市人工水體建設的科學問題
1.2.1 氣象效應
1.2.2 水文地質、工程地質的影響
1.2.3 防洪功能
1.2.4 水生態環境保護
1.2.5 水質演化和保護
1.2.6 水資源綜合利用
第2章 城市水系統模型群耦合模擬技術
2.1 鄭東新區水系
2.1.1 地理位置
2.1.2 鄭東新區概念規劃概述
2.1.3 龍湖水系概述
2.2 研究內容描述
2.3 模型群耦合模擬系統
2.4 研究方法與關鍵技術
2.4.1 研究方法
2.4.2 關鍵技術
第3章 陸地水體的氣象效應
3.1 陸地水體的氣象效應研究現狀
3.1.1 陸地水體氣象效應的觀測研究進展
3.1.2 陸地水體氣象效應的理論研究進展
3.1.3 陸地水體氣象效應的數值模擬研究進展
3.2 陸地水體氣象效應的動力學和熱力學理論
3.2.1 陸地水體的動力學理論
3.2.2 陸地水體的熱力學理論
3.3 陸地水體氣象效應觀測事實
3.3.1 水系對氣象因子的影響分析
3.3.2 水陸的交互影響分析
3.4 水體環境效應的數值模擬方法
3.4.1 陸地水體環境效應的二維非靜力平衡數值模擬
3.4.2 城市水體環境效應的三維數值模擬
3.5 龍湖水體氣象效應的數值模擬應用研究
3.5.1 龍湖水體氣象效應敏感性數值試驗方案設計
3.5.2 龍湖水體氣候效應結果分析
第4章 人工水體的地下水效應與地質災害分析
4.1 地下水運動描述
4.2 研究區工程地質條件分析
4.2.1 滲透穩定性問題
4.2.2 邊坡(基坑)穩定性分析
4.3 淺層地下水數值模擬與預測
4.3.1 水文地質模型概化
4.3.2 數學模型及求解
4.3.3 模型校正與驗證
4.3.4 成湖方案的預測與優化
4.4 人工水體地質災害分析
4.4.1 湖體開挖後的滲漏問題
4.4.2 農田浸沒及次生鹽漬化問題
4.4.3 湖體開挖的穩定性問題
第5章 城市雨洪模擬
5.1 城市化及城市洪澇災害的特點
5.1.1 城市化的水文響應
5.1.2 城市洪澇災害
5.2 城市區產流計算模型與方法
5.2.1 水面產流計算
5.2.2 水田產流計算
5.2.3 旱地產流計算
5.2.4 城鎮產流計算
5.2.5 總產流量計算
5.3 城市區匯流模型與方法
5.4 城市雨洪模型簡介
5.4.1 蓄水、處理、溢流模型
5.4.3 沃林福特模型
5.4.4 伊利諾排水模型
5.5 龍湖水系與城市防洪關系研究
5.5.1 研究內容
5.5.2 研究路線
5.5.3 計算方法
5.5.4 龍湖水系規劃
5.5.5 計算結果
5.5.6 主要研究結論
第6章 城市水系生態系統構建
6.1 水生態系統構建的基本理論
6.1.1 水陸交錯帶理論
6.1.2 湖泊生態系統氮、磷循環理論
6.1.3 水生態系統能值轉換理論
6.1.4 系統動力學思想
6.2 水生態系統構建的技術體系
6.2.1 水生態系統設計的指導思想
6.2.2 水生態系統設計的技術路線
6.2.3 龍湖生態系統概念設計
6.3 龍湖水生生態系統具體方案設計
6.3.1 環湖帶生態設計方案
6.3.2 湖體生態系統設計方案
6.4 水環境生態保護效益分析
6.4.1 湖岸帶子系統生態保護效應
6.4.2 湖體子系統生態保護效應
6.4.3 龍湖水環境生態保護工程系統效益分析
6.5 生態風險分析
6.6 水環境保護應急方案
6.6.1 應急技術措施
6.6.2 應急組織措施
6.7 龍湖生態工程實施與運行管理
6.7.1 龍湖生態工程的概述
6.7.2 龍湖水環境輔助生態措施
6.7.3 龍湖生態工程實施技術支撐
6.7.4 龍湖水生態保護系統運行管理方法
6.7.5 研究結論
第7章 水環境要素演化規律分析
7.1 水量水質聯合模擬數學理論和方法
7.1.1 河網非穩態水量水質數學模型
7.1.2 二維非穩態水量水質數學模型
7.1.3 水質參數的分析
7.2 龍湖水系水環境要素模擬問題描述
7.2.1 水環境要素模擬標準
7.2.2 污染源調查與分析
7.2.3 水文設計條件分析
7.3 工程調控措施
7.4 龍湖水體工程調控措施的應用及影響分析
7.4.1 龍湖水體研究問題概述
7.4.2 工程調控措施對龍湖湖體的水環境影響分析
7.4.3 工程調控措施對港汊的水環境影響分析
7.4.4 不同湖深方案綜合調控措施的水環境影響分析
7.4.5 推薦方案
第8章 水資源綜合利用
8.1 城市水資源利用的研究動態及發展狀況
8.1.1 城市污水和雨水利用的可行性研究
8.1.2 國外城市污水及雨水資源利用的發展概況
8.1.3 國內城市污水及雨水資源利用的發展概況
8.2 城市水資源綜合利用途徑
8.3 城市水資源綜合利用方案研究
8.3.1 城市雜用水利用
8.3.2 生態景觀利用
8.3.3 農業灌溉利用
8.3.4 地下水回灌利用
8.3.5 工業利用
8.4 鄭東新區水資源綜合利用
8.4.1 研究背景
8.4.2 城市生活污水資源利用
8.4.3 龍湖水體資源綜合利用
8.4.4 雨水資源利用
8.4.5 研究結論與建議
第9章 城市水文化建設
9.1 水文化內涵
9.1.1 水文化概念
9.1.2 水文化內容
9.1.3 水文化特征
9.2 水文化建設
9.2.1 水文化建設原則
9.2.2 水文化建設方法
9.2.3 水工生態修復工程
9.3 水文化發展
9.3.1 天人合一
9.3.2 自然循環大系統保護
9.4 龍湖水文化建設研究實例
9.4.1 歷史文化的傳承
9.4.2 歷史與現代文明的交融
參考文獻

水是人類文明的搖籃，四大文明古國都誕生于河流沿岸。隨著科學技術的快速發展和生產力水平的迅速提高，人類控制河流的能力遠遠超過歷史上任一時期的水平，在利用河流造福人類的同時，也對河流健康造成了傷害。河流干涸、缺水嚴重、環境惡化、洪澇災害頻繁等一系列水安全問題已嚴重威脅人類的生存和發展。在經歷了無數次的失誤和挫折之後，人類終于認識到，與河流的關系應該是既要改造和利用，又要主動適應和保護。“人水和諧”治水理念在這種認識下不斷發展和成熟起來。

黃河流域原為茂密的森林和稀疏草原，數千年間已被開墾為農田，氣候亦隨之變化，廣大地區逐漸退化為半干旱或半干旱半濕潤地帶，尤以黃土高原為甚。半個世紀以來的工農業發展和人口膨脹大大加重了環境生態負擔，生態建設刻不容緩。

改革開放初期，鄭州曾以“綠城”飲譽全國，可是後來城市擴展擠佔綠地，地下水超采，植被退化，河流干枯，生態建設嚴重滯後。城市生態綠地空間的減少大大降低了自然系統的生態效益，市區空氣環境質量特別是懸浮顆粒物和降塵常年處于污染狀態，氮氧化物、二氧化硫等常有不同程度的污染，生態環境的保護與建設難以適應時代的發展。合理調控和利用水資源，統籌人、城市和自然和諧發展，是21世紀鄭州建設以人為本生態城市的迫切要求。

水是城市的靈魂，歷史證明依山傍水的城市（即山水城市）能最大限度地符合人類聚居功能和城市綜合文明，因而能夠長盛不衰。中國古代人居環境的形成和建築的發展，從生境相地，到邑、郊、野、林結構模式，最後到山水城市，具有天、地、人合一的東方特有的哲學和文化，是城市文明可持續發展的可靠途徑。鄭州市鄭東新區的規劃和建設為鄭州市總體規劃的修編完善、建設宜居城市提供了契機。新的城市總體規劃提出建立生態走廊的概念，遏制鄭州水環境和空氣質量日趨惡化的現狀，改善城市環境生態。其主要內容就是把鄭州西南嵩山一帶的丘陵、森林和鄭州東北的黃河生態濕地通過流經市區的河流相連接，沿大小河流兩岸布建河川生態公園，從而形成貫穿全市、環抱城郊的生態走廊和城市森林，形成城市尺度上的生態綠地空間，最終使城區人工綠化、大小水域和林園逐漸演化為仿真的自然生態系統，實現藝術景觀、自然環境與生態效益的統一。

鄭東新區規劃對原鄭州總體規劃進行合理修正，提出整治水系、開挖龍湖，通過水系水域綠化構造河川生態網絡，營造山水林園城市的方案。龍湖，位于鄭東新區北部，規劃水域面積6平方公里左右。該地低窪易澇，長年積水，歷史上沼澤遍布，現狀多為魚塘。鄭東新區規劃挖湖築山、依山造景、因勢改造為湖的方案科學合理、經濟易行，符合中國園林一池三山和籠山為苑的傳統山水意匠手法，是平原城市因藉自然進行城市設計、改善人居環境的優秀作品。通過龍湖水系廣大水面不斷蒸發而產生的水汽通量激發局地濕循環，調節小氣候，造成適宜的生活濕度、溫度環境，並通過開朗明靜的湖泊風光產生深邃久遠的景觀心理效應，豐富市民的精神家園。

龍湖工程也是鄭東新區的供水工程。龍湖引沉沙後的黃河水作為主要水源，輔以地表徑流、降雨和適量的地下水等自然補給，水質良好、水量充足可靠。四季湖水經過精確模擬分析和實時監控進行循環排泄，確保湖體水質長年達到或接近身體可接觸水平。更換的湖水一部分將直接排入賈魯河，為其提供可靠的稀釋水源，改善賈魯河水質（賈魯河為淮河上游主要支流之一，淮河近十年來水質污染嚴重，已成公害），大部分經必要處理後可作為新區生態綠地灌溉用水、市政衛生清潔用水和工農業用水。水資源的循環利用將有效地降低城市用水成本。由于龍湖供水對一般品質用水有了保證，鄭東新區可以實現分質供水，建立從直飲水、生活用水到循環用水不同品質的供水體系。這種多重復合式的供水一用水方式對于鄭東新區實現國際接軌、提高城市品位和生活品質、建立節水型社會有著重要的現實意義。

城市水系統組成復雜，受人類活動影響最大。本叢書結合河南省鄭州市鄭東新區重大工程研究項目“龍湖水資源保護與運行方式研究”，針對城市人工水體建設中存在的一系列科學問題，從系統論的觀點出發，提出了模型群耦合研究的思想。以城市水系為紐帶，綜合運用工程、生態與管理措施，集成中尺度天氣數值分析，地表水、地下水、水量水質模擬技術，探索城市水環境要素的演變規律，分析城市水系在防洪、水資源利用、生態環境保護、文化建設等方面的作用，構成了人水和諧現代城市建設的關鍵技術和理論方法體系，為城市人工水體建設提供技術指導。叢書共分5冊，包括:《城市人工水體的綜合效應與調控》、《城市人工水體的氣象效應與局地環境變化》、《城市人工水體水文效應與防災減災》、《城市人工水體的水資源效應與利用》、《城市人工水體水環境生態效應與保護》。

該項研究由河海大學作為主持單位，聯合了清華大學、南京大學、中國地質大學、國家環境保護總局南京環境科學研究所、華北水利水電學院等單位共同完成，研究成果為鄭東新區的規劃建設提供了科學依據。在研究過程中，得到了鄭州市人民政府、鄭東新區管理委員會、黃河水利委員會勘測規劃設計研究院、中國水利水電科學研究院、河南省水文局、河南省環境科學研究所、鄭州市建設委員會、鄭州市規劃局、鄭州市水利局、鄭州市環保局、鄭州市公用事業局、鄭州市市政局、鄭州市水利勘測設計研究院、鄭州市市政設計院、鄭州市自來水總公司、鄭州市白廟水廠、鄭州市柿園水廠等單位的大力支持與幫助，在此對他們一並表示衷心的感謝!

“城市人工水體建設叢書”
編寫委員會
2008年3月