城市防洪能力分析研究

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1、城市防洪能力分析研究第一章绪论1.1问题的提出及研究的意义城市是人类集中生活与工作的地方，暴雨排水系统是现代化城市的重要基础设施之一，对城市居民的生产、生活，城市的经济发展水平，城市品位等都有着极其重要的影响。[3]随着暴雨造成的洪、涝灾害近年来在城市中发生频率的增大，人们在对暴雨提高警惕的同时，也越来越重视城市排水设施建设。落后的排水系统不仅影响了城镇居民的正常生活，而且严重制约了城市的经济发展，成为阻碍城市化进程的绊脚石。要使城市能够快速、健康发展，就必须对城市雨水排水系统的规划、设计和管理提出创新思维模式。提高排水系统的排水能力，加大、

2、加粗排水管道是最直接而有效的途径。但是，把整个城市范围内排水设施的排水管道均加粗，不仅需要有大量的资金投入，而且从工程的角度出发，这种方法也是不现实的。因此，改善城市的排水系统，必须在科学、合理的前提下进行，既要能保证城市的安全，在遇到设计重现期的暴雨时，保护城市免受洪涝灾害的影响；又要注意节约资金，本着环保、经济、节能的原则，在确保城市安全的前提下，尽量降低投资成本。国家制定的《防洪标准》(GB5020194)以及《室外排水设计规范》（GB500142006）是目前我国最新的确定城市防洪标准和排涝标准的依据，自实施以来，在统一规定城市防洪、

3、排涝标准、规范等方面起了重要作用。..1.2国内外研究现状产、汇流计算旨在探讨不同气候和下垫面条件下降雨径流形成的物理机制。[5]1933年，美国的著名水文学家Horotn提出了下渗理论，这是最早的产、汇流理论，[6]自此，产、汇流理论开始形成并逐渐丰富和完善。在产流理论方面：1935年，美国著名水文学家Horotn提出的产流理论，解释了流域中的超渗地表径流、地下径流的产流机理。1951年，美国学者Kohler和Linsley提出了Linsley法，阐述了土壤的洼蓄量随降雨按指数形式逐渐衰减的规律。1972年，美国农业部的水土保持局提出了流域

4、产流计算的SCS模型，实现了流域产流理论上的一次飞跃。汇流理论方面：1931年，前苏联水文学家韦利卡诺夫提出了等流时线汇流原理，为之后衍生的流域汇流的计算方法奠定了基础。假定到流域出水口距离相等的点的汇流时间相同，则这些点连成的线就是等流时线，一个流域内可以有多条等流时线，不在同一条等流时线上的汇流质点，汇流时间的长短也不相同；1932年，美国水文学家L.K.Sherman提出单位线法。[7][8]单位线指单位净雨深（一般采用10mm）在流域的出口断面形成的地面径流过程线，此方法在水文计算和水文预测、预报中得到了较为广泛的应用。[9]在上述理

5、论的指导下，1945年，美国水文学家C.O.Clark将等流时线和线性水库两种概念相结合，提出了瞬时单位线法。[10]此方法体现了流域的汇流特性，抓住了流域汇流中最本质的东西流域响应，是单位线法发展过程中的一次重大飞跃。[11]1959年，爱尔兰水文学家J.E.Nash推导出了瞬时单位线公式，并提供了用矩法求式中参数的方法，使瞬时单位线有了函数的表达形式。[12]上述这些计算流域汇流的方法，直到现在仍在被各国广泛应用。..第二章城市暴雨产流计算2.1产流模式根据下垫面对降雨再分配作用的不同，可将流域的产流机制划分为两种模式，一种蓄满产流模式，

6、另一种为超渗产流模式。蓄满产流又称饱和产流或超渗产流，多发生在湿润地区。[23]这些地区雨量丰沛，地下水位一般较高，包气带较薄，而且植被较好，表土发育，地面下渗率较大，因此，汛期降雨后土壤的包气带缺水（未达到田间持水量）很容易得到满足，当下渗雨量达到土壤所能稳定保持的最高含水量后，下渗率就趋于稳定。在包气带未蓄满前，降雨将全部被土壤吸收并补给包气带，没有径流产生。而当包气带蓄满后，降雨量将全部形成径流。其中，降雨量高于稳定下渗率的那部分雨量形成地面径流，以稳定入渗率0f下渗的那部分雨量形成地下径流。由此可得，降雨在流域形成的总径流量应为地面径

7、流与地下径流之和。计算蓄满产流模式下流域产流量的方法主要有：降雨径流相关图法、流域容量曲线法等。超渗产流多发生在干旱、半干旱地区或湿润地区的干旱季节，[24]这些地区的降雨次数较少、雨量小、包气带很厚（可达几十米甚至上百米），而且植被条件差、土壤结构密实、下渗能力较小，降雨不容易填满包气带的缺水量。但在降雨过程中，土壤包气带中的下渗峰面会随着雨水的不断下渗而逐渐下移，且下渗率也会随时间不断减小，当下渗强度减小到低于降雨强度时，来不及下渗的雨水就会产生地面径流。需要注意的是，虽然在这种情况下有地面径流产生，但土壤中的包气带并未达到蓄满状态，因此

8、，下渗的降雨量也只是暂时存储于包气带中，不会形成地下径流。由此可知，超渗产流模式下没有净雨。计算超渗产流模式下流域产流的方法一般为：初损后损法。2.2流域产流模型S