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1、第七章第七章 城市降雨径流城市降雨径流内 容：7.1 7.1 城市化与城市水文城市化与城市水文过过程程7.2 7.2 城市化与城市暴雨径流城市化与城市暴雨径流7.3 7.3 城市水文城市水文资资料的收集料的收集7.4 7.4 城市城市设计设计暴雨暴雨7.5 7.5 城市降雨径流的水城市降雨径流的水质质特性特性7.6 7.6 城市降雨径流的水城市降雨径流的水质质控制控制重 点：城市暴雨径流的特点城市暴雨径流的特点暴雨径流水暴雨径流水质质的特点的特点城市化城市化对对降雨径流的影响降雨径流的影响城市径流水城市径流水质质控制的基本原控制的基本原则则7.1 7.1 城市化与城市水文过程城市化与城市水文过
2、程城市化改变两个方面城市化改变两个方面 原来的地貌情况原来的地貌情况原来的地貌情况 流域的排水性能流域的排水性能流域的排水性能城市化提出两类问题城市化提出两类问题 新排水系统的设计新排水系统的设计新排水系统的设计 由于城市发展引起的水流状况改变所造成的下游地区防护由于城市发展引起的水流状况改变所造成的下游地区防护由于城市发展引起的水流状况改变所造成的下游地区防护三个水文问题三个水文问题 城市水源紧缺问题：用水量大增城市水源紧缺问题：用水量大增城市水源紧缺问题：用水量大增 水质污染问题：污染物水质污染问题：污染物水质污染问题：污染物 洪水控制：径流过程线时间尺度减小洪水控制：径流过程线时间尺度减
3、小洪水控制：径流过程线时间尺度减小7.1 7.1 城市化与城市水文过程城市化与城市水文过程城市化的发展对水环境所产生的直接或间接影响城市化的发展对水环境所产生的直接或间接影响, ,主要表现为三个城主要表现为三个城市水文问题，即城市水源资源紧缺、水质污染控制和洪水控制问题市水文问题，即城市水源资源紧缺、水质污染控制和洪水控制问题城市水资源短缺城市水资源短缺 随着人口增加，随着人口增加，随着人口增加，对对对水的需求量也就随之增大，水的需求量也就随之增大，水的需求量也就随之增大，产产产生了一个生了一个生了一个 寻寻寻求充足水源求充足水源求充足水源这这这一水文第一重要的一水文第一重要的一水文第一重要的
4、问题问题问题洪水控制问题洪水控制问题 城市城市城市污污污水增多、降雨的径流量水增多、降雨的径流量水增多、降雨的径流量变变变大和流速的增大，使短大和流速的增大，使短大和流速的增大，使短时间时间时间内内内的大流量径流的大流量径流的大流量径流发发发生，不可避免地要使洪峰流量增大，从而引起生，不可避免地要使洪峰流量增大，从而引起生，不可避免地要使洪峰流量增大，从而引起了洪水控制了洪水控制了洪水控制问题问题问题。 。 。水质污染控制问题水质污染控制问题 城市化城市化城市化扩扩扩大大大时时时，枯水流量减小，城市，枯水流量减小，城市，枯水流量减小，城市污污污水的增加及雨水径流水的增加及雨水径流水的增加及雨水
5、径流 水水水质恶质恶质恶化，引起水源水化，引起水源水化，引起水源水质恶质恶质恶化。另外，固化。另外，固化。另外，固态态态及液及液及液态态态致病致病致病污污污染染染 物的物的物的处处处置置置对对对地下水水地下水水地下水水质质质也可能也可能也可能产产产生不利影响，生不利影响，生不利影响，产产产生了水生了水生了水质污质污质污 染控制染控制染控制问题问题问题。 。 。7.1 7.1 城市化与城市水文过程城市化与城市水文过程7.2 7.2 城市化与城市暴雨径流城市化与城市暴雨径流城市化进程城市化进程 农农农村村村阶阶阶段：土地段：土地段：土地处处处在耕作或放牧状况在耕作或放牧状况在耕作或放牧状况 早期城
6、市：大量修建城市型房屋，但仍有相当部分土地被早期城市：大量修建城市型房屋，但仍有相当部分土地被早期城市：大量修建城市型房屋，但仍有相当部分土地被原有植物所覆盖原有植物所覆盖原有植物所覆盖 中期城市：住房、商中期城市：住房、商中期城市：住房、商贸贸贸中心、学校、工厂等建筑物大中心、学校、工厂等建筑物大中心、学校、工厂等建筑物大规规规模地模地模地发发发展和建展和建展和建设阶设阶设阶段段段 后期城市：使已残留很少的原有植物后期城市：使已残留很少的原有植物后期城市：使已残留很少的原有植物缩缩缩减减减为为为零，地面完全零，地面完全零，地面完全由人工建筑和一些其他由人工建筑和一些其他由人工建筑和一些其他设
7、设设施所覆盖施所覆盖施所覆盖7.2 7.2 城市化与城市暴雨径流城市化与城市暴雨径流城市暴雨径流特点城市暴雨径流特点 城市化程度的提高，直接改城市化程度的提高，直接改城市化程度的提高，直接改变变变了城市的暴雨径流形成条件，了城市的暴雨径流形成条件，了城市的暴雨径流形成条件，使其水文情使其水文情使其水文情势发势发势发生生生变变变化化化 - - - 暴雨径流暴雨径流暴雨径流总总总量增大，洪峰流量增高，出量增大，洪峰流量增高，出量增大，洪峰流量增高，出现时间现时间现时间提前提前提前 - - - 河道中水流流速加大，径流河道中水流流速加大，径流河道中水流流速加大，径流过过过程中程中程中悬悬悬浮固体及浮
8、固体及浮固体及污污污染物染物染物浓浓浓度提高度提高度提高7.2 7.2 城市化与城市暴雨径流城市化与城市暴雨径流城市暴雨径流特点城市暴雨径流特点 相同暴雨及滞洪条件下城市化相同暴雨及滞洪条件下城市化对对径流量的影响径流量的影响 此外，河道中流速的增大，增加了此外，河道中流速的增大，增加了悬悬浮固体和浮固体和污污染物的染物的输输送量，亦加送量，亦加剧剧了河床冲了河床冲刷。刷。 城市内涝灾害城市内涝灾害7.2 7.2 城市化与城市暴雨径流城市化与城市暴雨径流7.2 7.2 城市化与城市暴雨径流城市化与城市暴雨径流城市暴雨径流特点城市暴雨径流特点 城市化程度的提高，直接改城市化程度的提高，直接改城市
9、化程度的提高，直接改变变变了城市的暴雨径流形成条件，了城市的暴雨径流形成条件，了城市的暴雨径流形成条件，使其水文情使其水文情使其水文情势发势发势发生生生变变变化化化 - - - 暴雨径流暴雨径流暴雨径流总总总量增大，洪峰流量增高，出量增大，洪峰流量增高，出量增大，洪峰流量增高，出现时间现时间现时间提前提前提前 - - - 河道中水流流速加大，径流河道中水流流速加大，径流河道中水流流速加大，径流过过过程中程中程中悬悬悬浮固体及浮固体及浮固体及污污污染物染物染物浓浓浓度提高度提高度提高发发生生这这些些现现象的原因可从以下方面来分析：象的原因可从以下方面来分析： - - - 不透水面不透水面不透水面
10、积积积增加增加增加： ：城市化的城市化的进进程，增加了城市的不透水表面，使相当程，增加了城市的不透水表面，使相当部分的流域部分的流域为为不透水表面所覆盖，如屋不透水表面所覆盖，如屋顶顶、街道、人行道、街道、人行道、街道、人行道、车车车站、停站、停站、停车车车场场场等。不透水区域的下渗几乎等。不透水区域的下渗几乎等。不透水区域的下渗几乎为为为零，洼地蓄水大量减少，造成零，洼地蓄水大量减少，造成零，洼地蓄水大量减少，造成产产产流速度流速度流速度和径流量都大大增加和径流量都大大增加和径流量都大大增加 - - -汇汇流流时间缩时间缩短短：排水管渠系：排水管渠系统统的完善，如的完善，如设设置道路置道路边
11、边沟沟、密布雨水、密布雨水、密布雨水 管网和排洪沟等，增加了管网和排洪沟等，增加了管网和排洪沟等，增加了汇汇汇流的水力效率。流的水力效率。流的水力效率。导导导致径流量和洪峰流量加致径流量和洪峰流量加致径流量和洪峰流量加 大，出大，出大，出现现现洪洪洪峰流量的峰流量的时间时间提前提前7.2 7.2 城市化与城市暴雨径流城市化与城市暴雨径流 总总总之，随着城市之，随着城市之，随着城市规规规模的不断模的不断模的不断扩扩扩大，在一定程度上改大，在一定程度上改大，在一定程度上改变变变了城市地区的局部气候了城市地区的局部气候了城市地区的局部气候条件，由于条件，由于条件，由于这这这些气候要素的些气候要素的些
12、气候要素的变变变化，又化，又化，又进进进一步影响到城市，特一步影响到城市，特一步影响到城市，特别别别是大都市的是大都市的是大都市的降雨条件。城市化降雨条件。城市化降雨条件。城市化对对对城市暴雨降水的影响：城市暴雨降水的影响：城市暴雨降水的影响：7.3 7.3 城市水文资料的搜集城市水文资料的搜集降水和其他气象资料降水和其他气象资料 第一第一第一类类类是用于建立、率定和是用于建立、率定和是用于建立、率定和检验检验检验城市水文模型的降雨城市水文模型的降雨城市水文模型的降雨资资资料，料，料，一般是集中在研究区域，要求与其他水量水一般是集中在研究区域，要求与其他水量水一般是集中在研究区域，要求与其他水
13、量水质资质资质资料配套料配套料配套进进进行，行，行，记录记录记录年限可不要求很年限可不要求很年限可不要求很长长长，但要求，但要求，但要求观测观测观测比比比较较较精精精细细细 第二第二第二类类类是用于是用于是用于进进进行行行长长长期模期模期模拟拟拟所需的所需的所需的长长长期降雨期降雨期降雨资资资料，料，料，这这这部分部分部分资资资料主要是依靠国家基本站网提供料主要是依靠国家基本站网提供料主要是依靠国家基本站网提供河道及管渠流量资料河道及管渠流量资料 河道流量：雨洪排水河道流量：雨洪排水河道流量：雨洪排水设计设计设计 管渠流量：与水管渠流量：与水管渠流量：与水质质质参数有关的研究中参数有关的研究中
14、参数有关的研究中水质监测资料：样品的采集和流量资料基本同步水质监测资料：样品的采集和流量资料基本同步 悬悬悬浮沉浮沉浮沉积积积物指物指物指标标标 无机物指无机物指无机物指标标标 细细细菌指菌指菌指标标标 有机物指有机物指有机物指标标标7.3 7.3 城市水文资料的搜集城市水文资料的搜集土地利用情况资料土地利用情况资料 土地利用特征与流量水土地利用特征与流量水土地利用特征与流量水污污污染物染物染物质质质的含量有一定的关系的含量有一定的关系的含量有一定的关系 土地利用特征包括流域物理性土地利用特征包括流域物理性土地利用特征包括流域物理性质质质方面的方面的方面的资资资料，气候因素以及料，气候因素以及
15、料，气候因素以及环环环境状况等境状况等境状况等 美国地美国地美国地质调查质调查质调查局和局和局和环环环保局城市研究大保局城市研究大保局城市研究大纲纲纲中中中经经经常使用的自然地常使用的自然地常使用的自然地理特征包括理特征包括理特征包括222222项项项内容内容内容城市水文测验系统城市水文测验系统 常常常规测验规测验规测验系系系统统统：水位：水位：水位观测观测观测和不定期用流速和不定期用流速和不定期用流速仪观测仪观测仪观测流量流量流量 特特特别别别研制的城市水文研制的城市水文研制的城市水文监测监测监测系系系统统统：在排水管道上：在排水管道上：在排水管道上7.4 7.4 城市设计暴雨城市设计暴雨选
16、择设计暴雨的一般假定选择设计暴雨的一般假定 若所若所若所设计设计设计的的的给给给水排水系水排水系水排水系统统统的承受能力能抵御的承受能力能抵御的承受能力能抵御该该该次降雨事件，次降雨事件，次降雨事件，则则则系系系统统统的运行就能的运行就能的运行就能满满满足足足设计设计设计要求要求要求最常用的虚拟事件最常用的虚拟事件 依据依据依据历历历史史史资资资料分析雨深料分析雨深料分析雨深- - -历时历时历时- - -频频频率关系得到的率关系得到的率关系得到的 适用于排水工程适用于排水工程适用于排水工程设计设计设计和和和给给给水中的取水工程水中的取水工程水中的取水工程设计设计设计 对对对于城市雨水排除系于
17、城市雨水排除系于城市雨水排除系统统统，其，其，其设计频设计频设计频率和重率和重率和重现现现期的期的期的选选选定，在原定，在原定，在原则则则上可根据工程的造价和运行的上可根据工程的造价和运行的上可根据工程的造价和运行的费费费用，以及由于雨洪超用，以及由于雨洪超用，以及由于雨洪超标标标所所所引起的引起的引起的损损损失金失金失金额额额，得出，得出，得出经济经济经济上最合理的上最合理的上最合理的设计频设计频设计频率率率 设计设计设计暴雨必暴雨必暴雨必须须须能适用于推求排水管网各个能适用于推求排水管网各个能适用于推求排水管网各个节节节点点点处设计处设计处设计洪峰流洪峰流洪峰流量的要求（量的要求（量的要求
18、（设计设计设计相相相应应应各种各种各种历时历时历时的的的设计设计设计暴雨量）暴雨量）暴雨量） 城市城市城市设计设计设计暴雨一般不考暴雨一般不考暴雨一般不考虑虑虑雨量在空雨量在空雨量在空间间间分布的不均匀性分布的不均匀性分布的不均匀性直接应用某次实测历史降雨资料直接应用某次实测历史降雨资料 可用于滞蓄水可用于滞蓄水可用于滞蓄水库库库的的的设计设计设计或用于着重考或用于着重考或用于着重考虑虑虑水水水质质质的工程的工程的工程设计设计设计7.5 7.5 城市降雨径流的水质特性城市降雨径流的水质特性城市径流中污染物的来源和种类城市径流中污染物的来源和种类 降水：降雨和降雪降水：降雨和降雪降水：降雨和降雪
19、对对对径流径流径流污污污染物的染物的染物的贡贡贡献，尤其是工献，尤其是工献，尤其是工业业业区降雨中区降雨中区降雨中硫的含量很可能是雨洪径流的主要部分硫的含量很可能是雨洪径流的主要部分硫的含量很可能是雨洪径流的主要部分 - - -降水降水降水污污污染物背景染物背景染物背景值值值 - - -降水通降水通降水通过过过大气而引起的湿沉降大气而引起的湿沉降大气而引起的湿沉降 土地表面（地表土地表面（地表土地表面（地表污污污染物）：雨洪径流染物）：雨洪径流染物）：雨洪径流污污污染的主要部分。地表染的主要部分。地表染的主要部分。地表污污污染染染物的含量与物的含量与物的含量与许许许多因素有关，如：大气沉降、交
20、通量、土地利用多因素有关，如：大气沉降、交通量、土地利用多因素有关，如：大气沉降、交通量、土地利用类类类型、人口密度、季型、人口密度、季型、人口密度、季节节节和和和风风风力等力等力等 下水道系下水道系下水道系统统统：沉：沉：沉积积积池中的沉池中的沉池中的沉积积积物和合流制排水系物和合流制排水系物和合流制排水系统统统漫溢出的漫溢出的漫溢出的污污污水水水7.5 7.5 城市降雨径流的水质特性城市降雨径流的水质特性地表污染物的聚集和去向地表污染物的聚集和去向 污污污染物的集聚染物的集聚染物的集聚过过过程：影响因素程：影响因素程：影响因素- - -大气沉降、交通量、土地利用大气沉降、交通量、土地利用大
21、气沉降、交通量、土地利用类类类型、型、型、人口密度等人口密度等人口密度等 污污污染物的冲洗：染物的冲洗：染物的冲洗：过过过程与程与程与污污污染物性染物性染物性质质质有关；最有关；最有关；最终终终随雨洪径流随雨洪径流随雨洪径流进进进入雨入雨入雨水口，通水口，通水口，通过过过排水管网向下运排水管网向下运排水管网向下运动动动 污污污染物的染物的染物的输输输送：地表送：地表送：地表污污污染物被雨滴或径流冲走，染物被雨滴或径流冲走，染物被雨滴或径流冲走，带带带到下水道系到下水道系到下水道系统统统中，再通中，再通中，再通过过过管网排入受管网排入受管网排入受纳纳纳水体。水体。水体。对对对于小型排水管网，于小
22、型排水管网，于小型排水管网，污污污染物的沉染物的沉染物的沉降、降解可忽略；降、降解可忽略；降、降解可忽略；对对对于大型排水管网，于大型排水管网，于大型排水管网，计计计算流域算流域算流域污污污染物染物染物过过过程必程必程必须须须与雨洪径流与雨洪径流与雨洪径流计计计算算算结结结合起来合起来合起来污染物的种类：污染物的种类：悬悬悬浮固体（浮固体（浮固体（SSSSSS）、）、）、CODCODCOD、重金属、富、重金属、富、重金属、富营营营养化物养化物养化物质质质（ （ （N NN、 、 、P P P、 、 、K K K）、）、）、细细细菌和病毒、油脂菌和病毒、油脂菌和病毒、油脂类类类物物物质质质、酸、
23、酸、酸类类类物物物质质质等等等7.6 7.6 城市降雨径流的水质控制城市降雨径流的水质控制城市径流水质控制的基本原则城市径流水质控制的基本原则 避免避免避免污污污染物的沉染物的沉染物的沉积积积：最：最：最经济经济经济和最好的控制方法是和最好的控制方法是和最好的控制方法是污污污染源控染源控染源控制制制 减少与减少与减少与导导导水系水系水系统统统直接相直接相直接相连连连的不透水面的不透水面的不透水面积积积（直接将径流排入（直接将径流排入（直接将径流排入雨洪排水系雨洪排水系雨洪排水系统统统的那部分面的那部分面的那部分面积积积）：减）：减）：减缓缓缓暴雨径流流速、增大降暴雨径流流速、增大降暴雨径流流速
24、、增大降雨就地入渗的可能性雨就地入渗的可能性雨就地入渗的可能性 链链链式式式处处处理：理：理： 污污污染源控制染源控制染源控制- - -减少直接相减少直接相减少直接相连连连的不透水面的不透水面的不透水面积积积- - -地地地块组块组块组控制（洼地、控制（洼地、控制（洼地、下渗地、湿地、滞洪区等）下渗地、湿地、滞洪区等）下渗地、湿地、滞洪区等）- - -区域控制（滞洪区、滞洪水区域控制（滞洪区、滞洪水区域控制（滞洪区、滞洪水库库库） ） ）7.6 7.6 城市降雨径流的水质控制城市降雨径流的水质控制渗滤渗滤 洼地和渗洼地和渗洼地和渗滤带滤带滤带：减小径流流速，增大下渗机率：减小径流流速，增大下渗
25、机率：减小径流流速，增大下渗机率 多孔路面：广泛多孔路面：广泛多孔路面：广泛应应应用于停用于停用于停车场车场车场7.6 7.6 城市降雨径流的水质控制城市降雨径流的水质控制渗滤渗滤 渗渗渗滤滤滤沟：适用于公路的中沟：适用于公路的中沟：适用于公路的中间间间、停、停、停车场边缘车场边缘车场边缘以及狭窄的以及狭窄的以及狭窄的风风风景景景区，避免堵塞区，避免堵塞区，避免堵塞 渗水池：一种滞水渗水池：一种滞水渗水池：一种滞水设设设施，将施，将施，将拦拦拦蓄的径流渗入地下蓄的径流渗入地下蓄的径流渗入地下7.6 7.6 城市降雨径流的水质控制城市降雨径流的水质控制渗滤渗滤 洼地和渗洼地和渗洼地和渗滤带滤带滤
26、带 多孔路面多孔路面多孔路面 渗渗渗滤滤滤沟沟沟 渗水池渗水池渗水池7.6 7.6 城市降雨径流的水质控制城市降雨径流的水质控制滞洪措施滞洪措施 扩扩扩展功能的滞洪区：在前后两展功能的滞洪区：在前后两展功能的滞洪区：在前后两场场场暴雨之暴雨之暴雨之间间间要完全排空要完全排空要完全排空 可使可使可使颗颗颗粒状粒状粒状污污污染物沉淀，溶解性染物沉淀，溶解性染物沉淀，溶解性污污污染物排出染物排出染物排出 滞洪池：始滞洪池：始滞洪池：始终终终蓄有一定的水量蓄有一定的水量蓄有一定的水量 通通通过过过沉淀作用去除沉淀作用去除沉淀作用去除悬悬悬浮性浮性浮性污污污染物，通染物，通染物，通过过过生化作用去除溶解
27、生化作用去除溶解生化作用去除溶解性性性污污污染物染物染物 水量水水量水水量水质质质控制的多用途滞洪区控制的多用途滞洪区控制的多用途滞洪区 多用途滞洪区分多用途滞洪区分多用途滞洪区分级设计级设计级设计出流口，使控制水出流口，使控制水出流口，使控制水质质质的的的设计设计设计水量能水量能水量能很很很缓缓缓慢地从出流口排出；提供所需的蓄水容慢地从出流口排出；提供所需的蓄水容慢地从出流口排出；提供所需的蓄水容积积积和最大出流，和最大出流，和最大出流，达到防冲刷和防洪目的达到防冲刷和防洪目的达到防冲刷和防洪目的 区域性和就地滞洪区域性和就地滞洪区域性和就地滞洪设设设施的比施的比施的比较较较：建：建：建设设设区域性滞洪区域性滞洪区域性滞洪设设设施比建施比建施比建设设设大量的就地滞洪大量的就地滞洪大量的就地滞洪设设设施更施更施更经济经济经济、更容易、更容易、更容易维护维护维护；区域性滞洪；区域性滞洪；区域性滞洪设设设施要有管理部施要有管理部施要有管理部门门门事先事先事先规规规划，需要划，需要划，需要财财财政政政拨拨拨款款款
