城市水文学

一、定义：水文学〔hydrology〕是地球物理学和自然地理学的分支学科。

研究存在于大气层中、地球外表和地壳内部各种形态水在水量和水质上的运动、变化、分布，以及与环境与人类活动之间的相互联系和作用。

是关于地球上水的起源、存在、分布、循环、运动等变化规律，以及运用这些规律为人类服务的知识体系。

城市水文学〔urban hydrology〕研究发生在大中型城市环境内部和外部，受到城市化影响的水文过程，为城市建设和改善城市居民生活环境质量提供水文依据的学科，又称都市水文学，是水文学的一个分支。

二、主要内容：包括城市化的水文效应、城市化对水文过程的影响、城市水文气象的观测实验、城市供水与排水、城市水环境、城市的防洪除涝、城市水资源、城市水文模型和水文预测以及城市水利工程经济等。

是一门综合性很强的学科。

三、作用&意义对城市发展规划、城市建设、环境保护、市政管理以及工商企业的发展和居民生活都有重大意义。

四、主要特点1.综合性2.动态性五、研究的基本问题城市水文气象、城市暴雨径流及防洪、排水，城市水资源及供需平衡，以及城市水质评价及水污染控制。

在城市防洪和排水工程的规划设计中，首先需要解决安全性和经济性的关系。

以往都用超过某一量级的洪水流量发生的频率或重现期作为设计标准。

近年来的研究认为,设计标准不仅要考虑重现期,而且要考虑风险率和可靠度。

风险率是某一重现期的水文要素在工程运行期间可能出现的概率。

可靠度可用安全因素来反映，安全因素为设计值与实际观测值之比值。

由于局部短历时大强度的暴雨是形成洪水的主要原因，因此，城市区域设计暴雨一般只须研究超过短历时〔5～60min〕点暴雨规律。

但对于较大的城市集水区，或研究城市非点污染源的迁移扩散，则还应当确定计算暴雨的时空分布。

第一章城市化对水文的影响第一节城市化对水文的影响一、城市化定义：随着一个国家或地区的工业、商业和文化事业的发展，人口不断地向城市集中和城区面积的扩张，这一过程称之为“城市化”。

二、城市化过程农村阶段：土地处在耕作或放牧状况。

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。

中期城市：住房、商贸中心、学校、工厂等建筑物大规模地发展和建设阶段。

后期城市：使已残留很少的原有植物缩减为零，地面完全由人工建筑和一些其他设施所覆盖。

三、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,主要表现为三个方面城市水文问题,即城市水源资源紧缺、水质污染控制和洪水控制问题。

1.城市水源紧缺随着人口增加，对水的需求量也就随之增大，产生了一个寻求充足水源这一水文第一重要的问题。

2.洪水控制问题城市污水增多、降雨的径流量变大和流速的增大，使短时间内的大流量径流发生，不可防止地要使洪峰流量增大，从而引起了洪水控制问题。

3.水质污染控制问题城市化扩大时，枯水流量减小，城市污水的增加及雨水径流水质恶化，引起水源水质恶化。

另外，固态及液态致病污染物的处置对地下水水质也可能产生不利影响，产生了水质污染控制问题。

四、城市化过程对当地水文的影响主要表现〔1〕城市地貌和排水系统的改变〔2〕水资源的重新分配〔3〕水环境的改变〔4〕大气环境的改变构成城市的供水、排水、防洪、水环境等水文问题一、城市热岛：与周围乡村相比，城市气温明显偏高。

其特征往往是城市中心气温最高，而向周围乡村逐步递减，在郊区递减速度较快。

城市气温明显高于周围乡村的现象称为“城市热岛”。

二、造成城市热岛的原因主要为：〔1〕人为热源；〔2〕建筑材料的热容性；〔3〕建筑结构峡谷形式增加接受辐射的面积；〔4〕大气污染增强了吸收太阳辐射能力。

凝结核〔condensation nucleus 〕：大气中的水汽能在其上凝结而成小水滴的悬浮微粒。

第三节城市化对径流特性的影响1．大规模建造房屋，铺砌道路，使下垫面不透水性大大增加，其结果是下渗量和蒸发量减少，而地表径流和径流总量增加，洪峰流量加大；2．城市排水系统管网化，使暴雨径流尽快地就近排入水体，使洪水汇流速度增加，洪量更为集中；3．对城市汇水河道整治与改建，整治后的特点是河道直线化，断面规则化，呈梯形或矩形，边坡用砖石衬砌。

增加了河道输水能力，使洪量集中；4．侵占天然河道洪水滩地，减小了洪水滩地储洪容量和泄洪能力，使城市遭遇大洪水时，河道调蓄能力减弱，洪水浸溢积聚城市地面而形成积水；5．设立各种类型的控制性闸坝，进行人工调节，影响城市径流过程；6．来自城市外的引水和城市本身污水排放，造成径流水量和水质的变化。

降水量是指在一定时间内，降落到水平面上，假定无渗漏，不流失，也不蒸发，累积起来的水的深度.次降雨量是指某次降雨开始至结束连续一次降雨的总量。

用雨量计或雨量器测定，以mm为单位。

第二章城市防洪与排水措施第一节城市地区的洪水问题第一，城市本身暴雨引起的洪水。

第二，城市上游洪水对城区的威胁；第三，城市本身洪水下泄造成的下游地区洪水问题。

一、防洪工程措施城市上游洪水的防洪工程措施：1．疏通和治理城市上下游河道，增加河道过水能力，或者使河流改道，直接进入城市下游区域；2．建造堤防和防洪墙保护城市，阻挡洪水侵入，傍临大江大河的城市大部分采用这一措施;3．在城市上游修建防洪水库储蓄洪水，以到达削减洪峰的目的。

为了防止水库失事造成严重后果，还应制定水库失事的应急措施；4．在城市上游建造分洪区分洪。

减缓稀遇大洪水对下游城市的威胁。

城市下游的防洪措施：1、疏通和整治汇水河道；2、建造下游河道堤防；3、减小上游城市下泄洪量和洪峰流量。

排水综合治理措施:1．建立人工蓄洪池塘。

2．设立等高绿地。

3．采用透水铺面。

4．利用屋顶蓄水滞水。

5．采用透水性排水管道。

6．地下水回灌。

城市防洪与排水非工程措施1.植树绿化;2.洪水预报和警报;3.洪水调度;4.洪水保险;5.水利管理条例;6.城市水利规划.第三章排水管网设计流量计算等流时线法的优点：1、无须已知设计流域的径流资料；2、城市排水系统调蓄能力不大。

等流时线法的缺点:1、需要对进行广泛的调查或勘测，绘制等流时线工作非常繁复；2、为考虑管渠调蓄作用。

第五章城市雨洪水质模型第二节雨洪管理模型〔ＳＷＭＭ〕在城市排水系统的规划与设计中，不但考虑正常运用条件，而且要考虑到在非常条件下，即系统内出现回水、环流和超载等各种特殊情况时，系统的运行状态，以便对排水系统进行综合评价。

还需研究生活污水、生产废水，以及暴雨径流污染冲刷对城市径流和承受水体水质的影响，确切了解城市水质变化规律，为城市污水处理设施的设计和污水处理方式的规划提供合理的依据。

正是为了这一目的，美国环境保护局研制了雨洪管理模型，简称ＳＷＭＭ。

ＳＷＭＭ把排水系统划分成地面径流子系统，地下输送子系统，污水处理子系统和承受水体子系统四部分。

三、模块功能介绍：1.“径流”程序块；2.“输送”和“扩充输送”子程序块３．“蓄水”子程序块；４．“承受水体”子程序块。

第三节蓄水、处理、溢流模型〔ＳＴＯＲＭ〕蓄水、处理、溢流模型简称ＳＴＯＲＭ。

它是美国陆军工程兵团水文中心１９７６年研制的,是一个水量水质模型。

ＳＴＯＲＭ程序共分四大部分：径流形成、水质处理、蓄水与溢流、土壤侵蚀。

沃林福特模型〔１〕修正推理方法〔２〕过程线方法〔３〕优化方法〔４〕模拟方法第六章城市防洪规划第一节城市防洪标准一、确定设计标准的基本原则:城市防洪标准关系到防洪工程规模、投资及建设期限等问题。

在确定城市防洪工程设计标准时，除了进行保护范围内的安全效益与工程造价比较外，还应考虑以下几项基本领项：〔１〕充分调查研究历次洪水的成因及灾害情况。

〔２〕根据防护对象在国民经济中的作用、受洪水威胁的程度、洪水所造成的淹没损失、工程修复难易程度以及人口多少等。

〔３〕根据城市防洪建设的需要与投资的可能，全面规划，分期实施，对近远期工程分别定出不同的防洪标准。

〔４〕在同一城市中，可以根据市区、工业区、郊区等不同防护对象的重要性，采用不同的防洪标准。

〔５〕对超过设计标准的洪水，应采取对策性措施〔如分洪、滞洪、临时扒口、水库调洪等〕。

〔６〕与流域防洪规划相适应，不得低于流域防洪标准。

第二节城市防洪总体规划的原则一、城市防洪总体规划的基本原则:〔１〕做城市防洪总体规划时，要贯彻全面规划、综合治理、防治结合、以防为主的方针。

在充分发挥堤防作用的同时，进行全面规划、综合治理，因地制宜，因害设防，以到达提高防洪标准、保护城市工业生产和人民生命财产安全。

〔2〕城市防洪总体规划不仅要与流域防洪规划相配合，与城市总体规划相协调，而且还要兼顾市政建设各有关部门的要求。

〔3〕根据城市大小及其重要性，在充分分析防洪工程效益的基础上，合理选定城市防洪标准。

重要城市，对超过设计标准的特大洪水要作出对策性方案。

〔4〕要充分发挥城市防洪工程的防洪作用，并考虑与流域防洪设施的联合运用。

修建水库和分〔蓄〕洪工程时，要尽可能地考虑综合利用。

〔5〕从实际出发，因地制宜，就地取材，提高投资效益。

〔6〕区别轻、重、缓、急，近、远期相结合，全面规划，分期实施。

随着城市不断发展，逐步提高城市防洪设施的抗洪能力。

〔7〕结合城市特点，考虑保护环境、美化城市。

〔8〕强调非工程措施的防洪作用。

二、沿江河城市防洪总体规划:１．以城市防洪设施为主，与流域防洪规划相配合首先应以提高城市防洪设施标准为主，当不能满足城市防洪要求或达不到技术经济合理时，需要与流域防洪规划相配合〔如修建水库，分洪蓄洪等〕，并纳入流域防洪规划。

对于流域中可供调蓄的湖泊，应尽量加以利用，采取逐段分洪、逐段水量平衡的原则，分别确定防洪水位。

对于超过设计标准的特大洪水，规划上要作出必要的对策性方案。

２．泄蓄兼顾，以泄为主市区内河道一般较短，河道泄洪断面往往被市政建设侵占而减小，影响泄洪能力，所以城市防洪总体规划应按泄蓄兼顾，以泄为主的原则；尽量采用加固河岸，修筑堤防，河道整治等措施，加大泄洪断面，提高泄洪能力。

在无法以加大泄量来满足防洪要求或技术经济不合理时，才考虑修建水库或滞洪区来调蓄洪水。

修建水库和滞洪区还应考虑综合利用，提高综合效益。

３．因地制宜，就地取材城市防洪总体规划要因地制宜，从当地实际情况出发，根据防护地段保护的重要性和受灾损失等情况，可以分别采取不同防洪标准。

建筑物选型要表达就地取材的原则，并与当地环境相协调。

４．全面规划，分期实施总体规划要根据选定的防洪标准，按照全面规划，分期实施，近、远期结合，逐步提高的原则来考虑。

对现有工程应充分利用，加以续建、配套、加固和加高。

根据人力和财力的可能性分期分批实施，尽快完成关键性工程设施并及早发挥作用，为后续治理工作奠定基础。

５．与城市总体规划相协调〔１〕滨江河堤防作为交通道路、园林风景时，堤宽与堤顶防护应满足城市道路、园林绿化要求，岸壁形式要美观。