现代水文学(新1版)第15章-水文学与城市化
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第十五章 水文学与城市化
15.1 城市与城市化 15.2 城市水文效应与水环境 15.3 城市水问题及解决措施 15.4 城市水文学主要内容及研究进展
研究生适用教材： 现代水文学（新1版）. 中国水利水电出版社，2019
15.1 城市与城市化
15.1.1 城市和城市特点
城市是人口集 中、工商业发达、
① ②
③
①
1939.7.10-12
②
1940.11.22-25
③
1941.9.23-25
④
1953.5.12-19
⑤
1959.4.8-11
⑥
1960.6.23-27
0
10
20
30
40
50
60
70
80
超渗降雨后的时间（S）
城市化过程中，相似暴雨对应单位线对比图
15.2 城市水文效应与水环境
15.2.4 城市水环境及生态环境
地面径流
地下径流
地下径流
(a) 城市建设前
(b) 城市建设后
城市建设前后水循环过程变化示意图
15.2 城市水文效应与水环境
15.2.2 城市气候及降水特征
城市对气候的影响作用及机制：
城市热岛效应 （1）
城市阻碍效应
DDi（iaagg2rra）amm
22
D（Diai3ga）rgarm am
33
城市凝结核效应
流过程时间向前提，径流过程线
形状也发生了一定程度的变化。
60
80 时间 (秒)
15.2 城市水文效应与水环境
15.2.3 城市水文效应
（3）城市径流过程变化及雨洪
城市暴雨形成的洪水 具有流量大、洪峰高、
/)
(100
流 量
40
立
方
英
尺 30
⑤
秒
⑥
20
④
历时短的特点。
10
(译自Moore和Morgan, 1969，并作修改)
城市水环境特点
➢ 基本是完全人工 化“水环境”
➢ 水资源十分宝贵
城市生态环境特点
➢ 以人工生态环境为主的生态环境 ➢ 对人的行为依赖性强，生态环境
比较脆弱 ➢ 对外交流比较强烈的开放系统 ➢ 承载能力是有限的
15.3 城市水问题及解决措施
水资源 短缺问题
水环境 污染问题
城市洪涝 灾害问题
城市水问题
目前
二次工业
革命兴起后
早期
西方认为 城市排水 是城市水
城市化水 文效应被 重点关注
文学的雏
形
近期
城市三大 水问题研 究较多
包括之前所有研究重点， 还以城市防洪排涝和水生 态修复为问题导向，和海 绵城市建设与生态文明城 市建设等热点内容相吻合
在不同发展阶段，城市水文学研究侧重点各有不同
研究认知是在不断进步和逐步深入
15.4 城市水文学主要内容及研究进展
15.4.2 近几年研究进展
城市水文学重点问题
近年来城市水文学 的主要研究进展：
城市化水文效应 城市防洪排涝 城市水资源
城市水环境 城市水生态
15.4 城市水文学主要内容及研究进展
15.4.3 研究展望
重视城市水文 学机理研究 （1）
加强城市水文学 （2） 技术和方法创新
15.2.3 城市水文效应
（2）城市下垫面性质变化的水文效应
流量(毫升/秒) 300
(译自：Roberts和Klingeman，1970)
明显的时间滞后性
透水面面积 200 占0、50%和 100%的单位 线比较图
100
0 50% 100%透水
20
40
规
律
城市建设导致土地覆被发生变化，
不透水地面所占比例增大，使径
15.2 城市水文效应与水环境
15.2.2 城市气候及降水特征
城市降水特征
降水量比郊区 略多
易形成酸雨
15.2 城市水文效应与水环境
15.2.3 城市水文效应
（1）城市气候变化引起的水文效应
基本结论是：由于兴建城市， 导致城区温度、湿度、云雾、辐射、 风速、降水等气象因子发生变化。
这些气象因子都是影响水循环的重要参数， 比如，不同的降水量及降水过程，形成的径流量 大小和过程不同；蒸发量直接影响到降水可以形 成径流的比率；温度、湿度及其它气象因子的变 化也在不同程度上影响径流量及其形成过程。
解决城市水问题的具体措施：
➢ 控制城市人口规模 ➢ 尽量减少城市硬化地面，
增加下垫面的透水性 ➢ 节约用水，合理用水，建
立节水型社会 ➢ 防止水污染，保护水环境 ➢ 城市防洪排涝与生态海绵
城市建设应和谐并举
15.4 城市水文学主要内容及研究进展
15.4.1 城市水文学主要内容介绍
字面理解城市水文学：
人口密集
居民以非农业人口 为 主 的 地区 ， 通 常 劳动力密集
是一个国家或一个
地 区 的 政 治 、 经 济 、 经济相对发达
文化、科技、交通
的中心，也是人类
常常是文化、 技术中心
活动集中区域。
城市 特点
常常是贸易、 商品流通中心
资源消费 相对集中 污染物排放 相对集中 房屋、道路、 各种管网密集
城市 水文模型
以城市地区的水文现
象和水文过程为研究对 城市 象，目的是为建设生态 水生态
环境友好型城市、提高
居民生活水平和促进人
城市
水和谐提供水文学依据。
水环境
城市 水文气象
城市 水文信息
城市 水文学 主要内容
城市化 水文效应
城市水 资源管理
城市 防洪排涝
15.4 城市水文学主要内容及研究进展
15.4.2 近几年研究进展
涉及社会经济问题， 以及一系列资源、能 源、生态环境问题。
15.1 城市与城市化
15.1.3 城市普遍存在的问题
住房问题
B
劳动就业问题 A
Concept
C 交通问题
环境污染问题 E
D 资源短缺问题
15.2 城市水文效应与水环境
15.2.1 城市水循环
蒸发
降水
人工引水消耗 蒸发
降水 屋顶径流
地面径流
展望
提高城市水文 学应用和服务
社会水平 （4）
推进与其他学科 （3） 交叉融合
谢谢！
研究生适用教材： 现代水文学（新1版）. 中国水利水电出版社，2019
15.1 城市与城市化
15.1.2 城市化趋势
城市化的实质是，人类进入工业社会时代，社会经济发展到 一定程度，农业活动比重逐渐下降，非农业活动比重逐步上升。
中等发达国家70% 以上的城市化率
2017
ห้องสมุดไป่ตู้
水平相差甚远 (58.52%)
达到中等发达
国家水平，初 步实现现代化
2050 (70%)
……
中国城市化
降水形成径流量过程线
15.2 城市水文效应与水环境
15.2.3 城市水文效应
（2）城市下垫面性质变化的水文效应
蒸发
植被截留
流 量
地表径流
降水
洼地蓄水
下渗
地下径流
河川径流
（a）
天然流域状态
流 量 蒸发
降水
洼地蓄水
地表径流 河川径流
（c） 完全被硬化地面覆盖状态
时间
（b）
时间
（d）
15.2 城市水文效应与水环境
15.1 城市与城市化 15.2 城市水文效应与水环境 15.3 城市水问题及解决措施 15.4 城市水文学主要内容及研究进展
研究生适用教材： 现代水文学（新1版）. 中国水利水电出版社，2019
15.1 城市与城市化
15.1.1 城市和城市特点
城市是人口集 中、工商业发达、
① ②
③
①
1939.7.10-12
②
1940.11.22-25
③
1941.9.23-25
④
1953.5.12-19
⑤
1959.4.8-11
⑥
1960.6.23-27
0
10
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30
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50
60
70
80
超渗降雨后的时间（S）
城市化过程中，相似暴雨对应单位线对比图
15.2 城市水文效应与水环境
15.2.4 城市水环境及生态环境
地面径流
地下径流
地下径流
(a) 城市建设前
(b) 城市建设后
城市建设前后水循环过程变化示意图
15.2 城市水文效应与水环境
15.2.2 城市气候及降水特征
城市对气候的影响作用及机制：
城市热岛效应 （1）
城市阻碍效应
DDi（iaagg2rra）amm
22
D（Diai3ga）rgarm am
33
城市凝结核效应
流过程时间向前提，径流过程线
形状也发生了一定程度的变化。
60
80 时间 (秒)
15.2 城市水文效应与水环境
15.2.3 城市水文效应
（3）城市径流过程变化及雨洪
城市暴雨形成的洪水 具有流量大、洪峰高、
/)
(100
流 量
40
立
方
英
尺 30
⑤
秒
⑥
20
④
历时短的特点。
10
(译自Moore和Morgan, 1969，并作修改)
城市水环境特点
➢ 基本是完全人工 化“水环境”
➢ 水资源十分宝贵
城市生态环境特点
➢ 以人工生态环境为主的生态环境 ➢ 对人的行为依赖性强，生态环境
比较脆弱 ➢ 对外交流比较强烈的开放系统 ➢ 承载能力是有限的
15.3 城市水问题及解决措施
水资源 短缺问题
水环境 污染问题
城市洪涝 灾害问题
城市水问题
目前
二次工业
革命兴起后
早期
西方认为 城市排水 是城市水
城市化水 文效应被 重点关注
文学的雏
形
近期
城市三大 水问题研 究较多
包括之前所有研究重点， 还以城市防洪排涝和水生 态修复为问题导向，和海 绵城市建设与生态文明城 市建设等热点内容相吻合
在不同发展阶段，城市水文学研究侧重点各有不同
研究认知是在不断进步和逐步深入
15.4 城市水文学主要内容及研究进展
15.4.2 近几年研究进展
城市水文学重点问题
近年来城市水文学 的主要研究进展：
城市化水文效应 城市防洪排涝 城市水资源
城市水环境 城市水生态
15.4 城市水文学主要内容及研究进展
15.4.3 研究展望
重视城市水文 学机理研究 （1）
加强城市水文学 （2） 技术和方法创新
15.2.3 城市水文效应
（2）城市下垫面性质变化的水文效应
流量(毫升/秒) 300
(译自：Roberts和Klingeman，1970)
明显的时间滞后性
透水面面积 200 占0、50%和 100%的单位 线比较图
100
0 50% 100%透水
20
40
规
律
城市建设导致土地覆被发生变化，
不透水地面所占比例增大，使径
15.2 城市水文效应与水环境
15.2.2 城市气候及降水特征
城市降水特征
降水量比郊区 略多
易形成酸雨
15.2 城市水文效应与水环境
15.2.3 城市水文效应
（1）城市气候变化引起的水文效应
基本结论是：由于兴建城市， 导致城区温度、湿度、云雾、辐射、 风速、降水等气象因子发生变化。
这些气象因子都是影响水循环的重要参数， 比如，不同的降水量及降水过程，形成的径流量 大小和过程不同；蒸发量直接影响到降水可以形 成径流的比率；温度、湿度及其它气象因子的变 化也在不同程度上影响径流量及其形成过程。
解决城市水问题的具体措施：
➢ 控制城市人口规模 ➢ 尽量减少城市硬化地面，
增加下垫面的透水性 ➢ 节约用水，合理用水，建
立节水型社会 ➢ 防止水污染，保护水环境 ➢ 城市防洪排涝与生态海绵
城市建设应和谐并举
15.4 城市水文学主要内容及研究进展
15.4.1 城市水文学主要内容介绍
字面理解城市水文学：
人口密集
居民以非农业人口 为 主 的 地区 ， 通 常 劳动力密集
是一个国家或一个
地 区 的 政 治 、 经 济 、 经济相对发达
文化、科技、交通
的中心，也是人类
常常是文化、 技术中心
活动集中区域。
城市 特点
常常是贸易、 商品流通中心
资源消费 相对集中 污染物排放 相对集中 房屋、道路、 各种管网密集
城市 水文模型
以城市地区的水文现
象和水文过程为研究对 城市 象，目的是为建设生态 水生态
环境友好型城市、提高
居民生活水平和促进人
城市
水和谐提供水文学依据。
水环境
城市 水文气象
城市 水文信息
城市 水文学 主要内容
城市化 水文效应
城市水 资源管理
城市 防洪排涝
15.4 城市水文学主要内容及研究进展
15.4.2 近几年研究进展
涉及社会经济问题， 以及一系列资源、能 源、生态环境问题。
15.1 城市与城市化
15.1.3 城市普遍存在的问题
住房问题
B
劳动就业问题 A
Concept
C 交通问题
环境污染问题 E
D 资源短缺问题
15.2 城市水文效应与水环境
15.2.1 城市水循环
蒸发
降水
人工引水消耗 蒸发
降水 屋顶径流
地面径流
展望
提高城市水文 学应用和服务
社会水平 （4）
推进与其他学科 （3） 交叉融合
谢谢！
研究生适用教材： 现代水文学（新1版）. 中国水利水电出版社，2019
15.1 城市与城市化
15.1.2 城市化趋势
城市化的实质是，人类进入工业社会时代，社会经济发展到 一定程度，农业活动比重逐渐下降，非农业活动比重逐步上升。
中等发达国家70% 以上的城市化率
2017
ห้องสมุดไป่ตู้
水平相差甚远 (58.52%)
达到中等发达
国家水平，初 步实现现代化
2050 (70%)
……
中国城市化
降水形成径流量过程线
15.2 城市水文效应与水环境
15.2.3 城市水文效应
（2）城市下垫面性质变化的水文效应
蒸发
植被截留
流 量
地表径流
降水
洼地蓄水
下渗
地下径流
河川径流
（a）
天然流域状态
流 量 蒸发
降水
洼地蓄水
地表径流 河川径流
（c） 完全被硬化地面覆盖状态
时间
（b）
时间
（d）
15.2 城市水文效应与水环境