城市化地区雨洪模拟与雨洪资源化利用的研究

《城市化地区雨洪模拟与雨洪资源化利用的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、河海大学硕士学位论文城市化人口密度增加需水量增加l废污水增加建筑物密度增加不透水面积增加llI排水系统改变l际靠习I地下水补给量减少ll暴雨水质恶化I径流量增加l流速增大基流减少I受纳水体质量下降II洪峰流量增大

2、．—_

3、汇流时间缩短水资源问题I污染控制问题lI洪水控制问题图1．1城市化的水文效应1．1．1．2城市化对水文过程的影响城市化对水文过程的影响主要体现在对城市降雨的影响，对流域下垫面的影响和对雨洪径流的影响等方面。(1)对城市降雨的影响随着城市化程度的提高，大量农村人口向城市聚居，工业、商业高速发展，污尘排放量显著增加，使城市温度明显偏高，形成热岛效应，造成市区降水量增多

4、【5】o美国的ⅦayP．sin曲教授对城市气候和降雨变化进行了研究M1，结果表明城市化地区的降雨量比农村地区的降雨量多5％～10％，李蝶鹃和刘俊教授对天津市区的降雨进行了研究，研究结果表吲7】：城市化对市区暴雨出现频次有显著增加的影响，城市化影响使市区各时段设计暴雨量较郊区明显增加，城市工业、市政建设的高速发展使市区的年降水量明显增加，同时城市化的影响使汛期的小雨明显增加，降雨年内分配呈现微弱的均化趋势。(2)对流域下垫面条件的影响城市化后流域下垫面条件的改变主要表现在不透水面积的增加和河道断面流速的改变两个方面。流域的天然下垫面一般植被良好，下渗能力较大，但城市2第一章绪论化使其

5、改变为楼房的屋顶、道路、街道、高速公路、机场、停车场、公园及建筑工地等，不透水面积大量增加，使天然的径流过程改变为具有城市特性的径流过程【sJ。城市化对天然河道进行改造和治理，天然河道被截弯取直，疏浚整治，设置路旁边沟，雨水管网，排洪沟渠，增加了河道汇流的水力学效应。同时河道漫滩被挤占，使河槽过水断面减小，行洪能力减弱。据估计，盲目地利用河滩地和不断扩大不透水面积，百年一遇的洪水可增加6倍【3】。(3)对雨洪径流的影响城市化后，由于不透水地表增多，植被减少，降雨的下渗量、蒸发量减小，增加了有效雨量，使地表径流增加，径流系数增大。城市雨水管网的铺设，天然河道的疏通整治使雨水流向排水管

6、网更为迅速，河道汇流的水力效应增加，汇流速度增大，汇流时间缩短，加之天然河道的调蓄能力减小，使得城市区内产汇流过程发生变化，进而导致雨洪径流、洪峰流量增大，峰现时间提前，行洪历时缩短、洪水总量增加，洪水过程线呈现峰高坡陡。据Espey等的研究【4J，城市化地区洪峰流量为城市化前的3倍，涨峰历时缩短1／3，暴雨径流量的洪峰流量为城市化前的2～4倍，这取决于河道的整治情况和城市的不透水面积的比重及排水设施等。城市化前后的雨洪过程变化如图1．2所示[91流量Q图1-2城市化前后的雨洪过程对比时间t河海大学硕士学位论文1．1．2传统城市雨洪计算方法及不足【10】目前城市地区的雨洪计算方面，

7、常见的有推理公式法、单位线法、等流时线法等，国内普遍多采用推理公式法，并将其作为常规的城市雨水管道设计方法。1、推理公式法在城市雨水径流计算方法中，推理公式法是世界上应用最广泛的方法，它本质上是推求洪峰流量的方法。其基本形式为：Qr=CirA(1-1)式中：Qr——重现期T年的洪峰流量，m3／s；c——取决于土地利用情况的径流系数；‘——重现期T年的设计雨强，mm／h。其历时等于流域的汇流时间，可由城市暴雨公式计算；4——流域面积，km2。由式可知，推理公式方法的基本原理是在稳定降雨强度下，当汇水面积最大、最远点的雨水流到设计断面时，将出现最大流量。或者说，当降雨历时等于集水时间(

8、就是汇水面积上最远点的水流到设计断面的时间)时，会出现最大流量。由于推理公式法比较简单，所需资料不多，而且对于较小城市流域，往往是能满足精度要求的，因而一直是雨水道径流计算的主要方法，但也存在许多问题：(1)该法假定降雨强度在整个历时内是常数，汇流面积随时间是线性增加的。但实际上雨强是不断改变的，当历时较长时尤其如此。同时，当流域面积较大，形状复杂时，汇流面积随时间的增加往往是非线性的。(2)该法假定设计暴雨历时等于流域的汇流时间，用汇流时间代入暴雨公式中求设计雨强。而降雨是随机事件，其历时很可能超过推理公式中应用的汇流时间。(3)径流系数反映了降雨损失情况，它与许多因素有关，如雨

9、强大小、降雨历时、土壤下渗能力、地表坡度以及流域的地面性质，而用推理公式进行实际计算时，往往只考虑到地面性质，从而给计算带来误差。(4)土壤前期湿度条件很可能对洪峰流量有显著的影响，而应用推理公式法4第一章绪论却不能反映这种影响。(5)应用推理公式法，不能推算出流量过程线。这样，当需要设计雨水调节池，抽水泵站等水工建筑物和进行水质研究时，该法就不能胜任。2、单位线法包括经验单位线和瞬时单位线两种方法。它的主要问题在于：(1)单位线法是黑箱子模型，并不联系流域上实际的水