城市化对小流域降雨-径流关系的影响+--分布式水文模型whdm其应用

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1、～一＾与永・自然祀谜发畏城市化对小流域降雨～径流关系的影响——分布式水文模型ｗＨ叫及其应用唐莉华张思聪吕贤弼惠士博摘要：城市化进程的加快使得流域下垫面条件发生了很是的变化，从而影响了城市洪水过程和径流总量．为了分析土地利用变化对城市洪水的影响，本文建立了基于物理机理的分布式水文模型ＷＨＤＭ（ＷｅｎｙｕｈｅＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＨｙｄｒｏＩｏｇｉｃ８ＩＭｏｄｅｌ），并应用到温榆河一个小流域上，对整个水文过程（包括植被截留．土壤八渗，坡面径流以及河道汇流等）进行了描述．模型中应用了ＧＩＳ技术来处理走量数据．根据模拟计算结果可知．增加城镇面积或者提高不遗水面积比例，都会使得洪峰．

2、洪量增加，峰现时问也会提前。关键词：城市化，ｗＤＨＭ，城镇面积比倒，不透水面积比例，ＧＩｓ一、前言由于城市化已经改变了流域下垫面条件，因此城市发展使得降雨一径流关系发生了实质性的改变。同时，城区的雨洪利用措施、修建城市排水河道、有计划地利用洼地及砂石坑滞蓄洪水，甚至恢复必要的湿地以减轻洪水峰值等，这些措施都反映了应当用新的治水理念——人与洪水和谐相处的思想进行洪水控制和水资源管理。为此，研究开发分布式水文模型，可为预测下垫面变化对降雨径流的影响和城市暴雨洪水管理提供有用的技术支持。分布式水文模型由于能够详细而较准确地描述变化条件下的下垫面情况，因此在水文研究中有着十分重要的地位

3、。同时，数值计算方法和地理信息系统ＧＩＳ（ＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ）技术的发展也为分布式水文模型的进一步发展提供了有力工具。因此分布式水文模型成为当前水文研究的热点。本文建立了模拟洪水过程的分布式水文模型删（ＷｅｎｙｕｈｅＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＨｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌＭｏｄｅｌ），来分析研究小流域的城市化发展（包括城镇面积的变化和城镇不透水面积比例变化）对降雨一径流关系的影响。研究结果可以为城市防洪提供参考。二、模型结构舳孙模型是对单场暴雨的产汇流过程进行动态描述，包括植被截留、土壤入渗、地表径流和河道汇流等子过程ｏ。ＷＤｍＩ的各个子模块简单描

4、述如下。（－－）植被截留。采用Ｈｏｒｔｏｎ入渗方程来描述植被的降雨截留过程。只＝Ｐｃ＋（Ｒ一只）・８一“（１）其中只，只和岛分别表示｝时刻的截留强度，最终截留强度（稳定状态）及初始截留强度，单位均为：ｍｍ／ｈ；ａ是经验系数。公式中的参数与降雨强度、植被高度以及林灌类型有关，通常根据试验结果确定。（二）土壤入渗ｏ４６２００４北京禳市承孔建设与发展函际学术疆讨会｛｛会文集落到地表的降雨首先被土壤吸收，超过土壤入渗能力的部分在地表形成径流。土壤入渗采用国际地下水模型中心（ＩＧ删Ｃ）提供的一维模型ＨＹＤＲＵＳ来计算。在ＨＹＤＲＵＳ模型中，控制方程如下：拼ａｚ～（２）式中ｈ表示负压

5、水头，（１１１）；Ｃ＝ｄ０／ｄｈ是比水容量，（１ｌｍ），０表示含水量；Ｋ是导水率，（ｍ／ｓ）：ｓ包砂表示根系吸水系数，（ｍ／ｓ）；ｚ表示土壤深度，（ｍ），假定向下方向为正；ｆ表示时间，（Ｓ）・（三）地表径流当通过林灌的降水超过入渗能力，或者土壤水完全饱和时，地表单元上就会产生地表径流。采用一维运动波模型描述地表径流，控制方程如下：堕Ｏｔ＋鲁＿ｒ（。氐＝Ｓ‘（３）（４）其中＾表示地表水深，（ｍ）；口表示地表单宽流量；（ｍ２／ｓ）；，（０是在ｆ时刻的净雨，（ｍ／ｓ）：Ｓｏ是地表坡度，（ｍ／ｍ）；且是摩阻坡度，（ｍ／ｍ）。方程（４）可以写成如下的曼宁公式：ｇ：４．ｖ：Ａ．ｉ．Ｒ２／

6、３ｓｙ２（５）其中口是曼宁系数，（ｍ１”）；Ｐ表示流速，（ｍ／ｓ）；』是坡面流的单宽面积；（ｍＶｍ）：亓是水力半径，（帕）。采用ＭｃＣｏｒｍａｃｋ预报一校正差分方法求解方程组ｏ。（四）河道汇流在河道犯流子模块中采用一维动力波方程描述洪水演进过程，控制方程即Ｓａｉｎｔｇｅｎａｎｔ方程，见式（６）和（７）。丝＋塑：口‘研－８９Ｑ－＋昙（卢争刊ｓｏ－Ｓ／）（６）（７）其中目表示单宽流量，（ｍＶｓ）；』表示河道水流的单位宽度，（脚）；口是旁侧入流，在此模型中即为坡面汇流单元的出流和降雨输入，（ｍ／ｓ）：，９０河床坡度：，Ｓｔ摩阻坡度；ｇ是重力加速度，（ｍ／ｓ２）。在河网汇流节点上

7、水量平衡方程为：∑Ｑ＝０（８）ｉ＝１其中０表示相交于ｊ节点的予流域或支流的流量，包括流入和流出，（ｍ３Ｉｓ）；ｎ是相交于ｉ节点的子流域和支流的总数。ｃ票：旦ＯｚＩｆⅨ垫一五１Ｊ一ｓ（副）’缸镥一一＾与承・宜然和谐发曩动力波方程求解也采用ＭｃＣｏｒｍａｃｋ预报一校正差分方法。删模型已经用温榆河流域１９９８年和２０００年的洪水资料进行了率定和检验．计算结果与实测结果之间的误差不超过２０％。本文应用ｗＤ删模型研究小流域中城镇面积的变化及城镇中不透水面积比例的变化对降雨一径流关系的影响。三、研究