城市化与暴雨洪灾
早在1950年代，美国就有一些人开始提出，城市化增加了流域内暴雨的流量。这很容易理解：在田野或者森林里，地面吸收雨水并减慢水流；然而，一旦建筑商用不能渗水的硬化地表面替换了自然植被，一场大雨就会迅速变成滔滔的洪流。有报告表明，一些开发了的流域内，溪流、小河和沟渠泛滥的次数更多了。尽管洪涝增加的报告看起来貌似有理，但城市化与洪水之间的联系还需要系统的研究。
水资源与城市发展
美国地质调查局着手研究城市化与洪水之间联系的问题。几十年来，该机构的水资源部从全国数百个地点收集关于溪流流量的数据。尽管水文学的研究领域植根于农村地区，但该局的水文专家现在却认识到，需要对快速发展的大都市区内的水资源的作用加以考虑。1961年，该局开始出版“城市发展的水文影响”这一开创性的系列研究成果。为了给规划者提供信息，该局设立了一个“城市水资源”研究项目，并且出版了系列报告“城市环境中的水资源”。
这一水文学系列报告的第一本出版物——《城市发展和水情》简洁地解释了该调查最新的关注点。“在过去的半个世纪里，城市和郊区的人口增长异常迅猛，并且这一趋势还在继续……与此同时，这种增长导致的社会、政治和经济问题已经变得日益复杂。这其中的许多问题，其主要根源在于人类对土地和水的需求，以及随着人口密度的不断提高，人类占用这些资源，替代了原野和森林对土地的影响。该报告初步评估了城市居民的各种活动对其水资源的某些影响，它们既包括对地表水也包括对地下水的影响。”
该研究涵盖了很多主题。城市和郊区消耗的水资源总量，这些水资源来自哪里？能否证明这些水资源能够充分满足城市和郊区不断增长的人口的需要？城市化对蓄水层有什么影响？使用化粪池和浇灌草坪会显著地改变地表水和地下水的水流吗？在大都市区的流域内，是什么对水质构成了最严重的威胁？全国已开发土地中位于洪泛区的比例是多少？城市和郊区遭遇洪灾风险的可能性更高吗？
暴雨排水问题凸显
出于某些原因，参与调查的水文学家们对暴雨排水问题予以了特别的关注。研究这个问题有很高的经济价值。如果溪流洪峰的增加是开发的结果，那么，洪水的历史记录对排水系统的设计者就没什么价值。为了减少洪灾损失，工程师和规划者需要更多地了解城市化对暴雨期间流量和流速可能造成的影响。这个问题还是全面理解城市水文的基础，因为径流影响着地下水的供给和河流的特征。径流还会影响地表水和地下水的水质。
1950年代中期，地质调查局开始探究一些地方的径流问题，他们很快就扩展了研究。到1970年，该机构的工作人员已经完成了对十几个流域的研究，这些流域位于加利福尼亚、纽约、弗吉尼亚、马里兰、密歇根、伊利诺伊、北卡罗来纳和密西西比快速发展的地区。径流调查分为两种类型。在一些研究中，研究者对位于同一个流域内的城市和乡村地区河流的流量进行了对比。在其他研究中，调查人员分析了开发前后的水情。不管是哪种类型，这些研究都显示出，随着郊区的开发，洪水发生的可能性出现了戏剧性的增长。土地利用方式的改变使径流量增至2倍、3倍甚至4倍。暴雨径流的速度也急速增加。因为在更短的时间内，流过土地的水量要远比以前多，可能就造成了更频繁、更具有破坏性的洪灾。
在某种程度上，发生洪水的可能性的增加，仅仅是由于不透水地面的增加。通过分析郊区化区域的航空照片，调查局的一些研究人员能够相当精确地估计出被建筑物和路面覆盖区域的变化。这种增加通常是广泛而迅速的。在加利福尼亚的一个流域内，不透水表面积从1945年的4%跃升至1958年的19%。在一些郊区，不透水面积甚至达到了30%。
但是，不透水面积的变化不是唯一重要的可变因素。尽管调查局的水文学家希望提供一个通用的测量城市化对径流影响的方法，但这一任务证明是不可能的：洪峰的增加从来不仅仅是公路、人行道和建筑屋顶面积增加的结果。实际上，新近郊区化所在的流域里的径流依赖于各种因素，其中包括开发商的设计决策。的确，尽管调查人员很少强调建筑商的作用，但是径流报告中的事实却成为了对战后发展模式的严峻挑战。
建筑商清除小区范围内天然的排水沟，他们填平溪流、小河及沟渠，以创造出平整的建筑地基。在华盛顿郊区一个发展迅速的县所处的流域里，到1960年代末，建筑商已经破坏了60%的溪流。但是让溪流消失殆尽是有问题的。“在最通常的城市开发中”，地质调查局1971年的一份通函解释说，“土地被清除了大部分植被，并以规则的网格模式分成长方块儿。这种开发方式破坏了许多更小的排水沟，它们必须由封闭的雨水管道所替代。虽然雨水管道通常足以排放小雨和中雨形成的径流，但在偶尔下大暴雨时，雨水管道中的水就会溢出，并会淹没街道和地下室。”
调查报告表明，甚至当一个小区的雨水管道能够正常发挥作用时，人工排水系统也会导致下游出现问题。雨水通常被排放到最近的河流中，所以当大雨过后，排水系统迫使该河流承受巨大的负荷。在铺设了雨水管道的地区，雨水不是被土地吸收，或蒸发或流进排水沟渠中，而是在几分钟或几小时内奔泻到河流之中。因此，排水系统在一个地方解决问题时，却在其他地方造成了新的问题：增加的水流使得位于下游社区的住宅更容易遭受洪水的袭击。
尽管地质调查局对洪水问题最感兴趣，但径流的调查研究表明，将河流用作排雨出口，可能会产生各种环境影响。郊区雨水的温度有时比流经的河流的温度高华氏10度（1.2℃）——这一差别足以威胁某些鱼类的生存。
城市水文学
美国地质调查局的研究促使城市水文学发展成为一个独特的研究领域。对快速城市化地区的洪水特征的研究尤其重要。1969年，美国土木工程师协会发表了一篇相关文章，被引用的著作中有1/5是地质调查局的报告。在一份有关城市化流域雨水径流的主要研究成果的编年指南里，在前15项研究成果中，有10项是由调查局的水文学家完成的。到1960年代末，这些调查研究的主要结论已经在专业领域内得到广泛的接受：城市化进程增加了径流的流量与流速。因此，地质调查局的研究工作鼓励了工程师和城市规划者们去考虑“一种可能性，即通过谨慎地调整土地开发和排水方法，以减少来自城市化地区的雨水径流的峰值”。
如何减少郊区建设带来的洪涝风险？除了少数例外，美国地质调查局并没有给予直接的回答，他们仅仅描述和分析城市化流域的水文变化。到1960年代末，该机构才开始为城市规划师和开发商出版指南，这些出版物经常包括一些关于改善排水状况的建议。
例如，在1968年出版的《城市土地规划的水文学》这一指南中，该调查局的水文学家卢纳·利奥波德提出了在新开发区减缓和储存雨水的六种方法。建筑商不应该修建硬化的雨水槽，而要利用街边洼地来暂时储存雨水。建筑商可以通过在溪流中筑坝，在小区中修建小型蓄水池——农场的池塘为此提供了范例。此外，建筑商还可以修建池塘、喷水池或排水洼地来提供河道之外的蓄水场地，或保留自然的排水系统。
利奥波德的一些建议变成了一种新的开发典范——“蓝—绿色开发”，它指将雨水储存与户外休闲空间结合起来，绿色在这里是指代户外休闲空间，而蓝色则指代雨水。这个词语是由联邦住宅管理局的一位官员在1960年代提出来的，并很快得到了土木工程师和景观设计师们的支持。“与其在城市化地区修建大型的人工排水渠道，”地质调查局关于城市环境中的水的系列报告之一的作者们解释道，“开发商还不如保留自然的排水沟渠和洪泛区，并通过筑坝或是将筑坝和挖坑结合起来修建人工湖。这些人工湖既可以用于休闲，又有景色宜人的环境，还可以作为暂时储存雨水的场所。”到1970年代初期，从得克萨斯州埃尔帕索县的低成本的小区到著名的伍德兰兹（Woodlands）“新镇”等，许多项目的开发都受到了这种思想的影响。
（［美］Adam Rome/文 高峻/译 作者系美国宾夕法尼亚州立大学历史学副教授、环境史学家）
来源：《中国社会科学报》 2011年07月14日
