第二章 城市化对流域水文、地貌、生物的影响与效应

（2）土地利用/土地覆盖 Land-use/land cover of Urban Watershed
are therefore important considerations when studying local receiving water problems, the sources of these problems within the watershed, and the stormwater control opportunities.
降雨深-持续时间-重现期
1 inch 英寸=25.4 millimetres 毫米
（2）径流形成过程Conversion of Precipitation to Runoff
水文循环hydrologic cycle
关键过程Key points in the hydrologic cycle
Interception, transpiration, and evapotranspiration Infiltration, soil moisture, and ground water Runoff
Urban land
•lower concentrations of sediment and nutrients •a much larger annual runoff volume •greater pollutants discharge •Heavy metals •Toxic pollutants •Hydrocarbons •……
（4）城市化对河流地貌的改变 Changes in Geomorphology from Urbanization
Changes to channel morphology
1.3 城市地表径流污染（Pollutant Loading in Stormwater）
（1）城市地表径流污染物类型与来源(principal pollutant groups and their sources)
SCS模型：
模型制作者引入下式以确定 S ：
S
25400 254 CN
1 inch 英寸=25.4 millimetres 毫米
其中CN（Curve Number）是一个无量纲参数。CN值是 反映降雨前流域特征的一个综合参数，已将土壤前期 湿润程度（Antecedent moisture condition, 简称 AMC）、土壤类型和土地利用现状等因素综合在一起。
Hydrologic soil groups
Infiltration rates of soils vary widely and are affected by subsurface permeability as well as surface intake rates. Soils are classified into four HSG’s (A, B, C, and D) according to their minimum infiltration rate, which is obtained for bare soil after prolonged wetting.
流域特征包括：
• 流域面积 • 河网密度
• 流域形状
• 流域高度 • 流域方向
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城市发展对环境产生5个方面的影响：
生境、水文、水质、能量、生物相互作用 Five features that are affected by urban development and,
in turn, affect biological conditions in urban streams
（4）流域产流量的计算
SCS模型
SCS模型是美国农业部水土保持局（Soil Conservation Service， 简称SCS）在本世纪50年代初研制的小流域设计洪水模型。SCS模型有许 多优点，这些优点是它得到广泛应用的基础：

在降雨径流关系上，SCS模型考虑流域下垫面的特点，在水文 模型参数和遥感信息之间建立了直接的联系。 它可以应用于无资料流域。 它能考虑人类活动（如土地利用方式及管理水平、水利工程 措施、水土保持活动及城市化等）对径流的影响，也就是说 它能针对未来土地利用情况的变化，预估降雨径流关系的可 能变化。
径流与城市不透水地表的关系（Relationship Between Imperviousness, Drainage Density, and Runoff）
流域城市化前后的水文过程比较 (A comparison of hydrographs before and after urbanization)
1.3 Pollutant Loading in Stormwater
（2）城市地表径径流污染特征
Agricultural land
•Soil erosion •Fertilizers, pesticides, and herbicides •Bacteria( animal operations ) •Forestry operations
式中：P为一次降雨的降雨总量（mm）； 产流实际计算公式： ( P 0.2S ) 2 Q ，P 0.2S P 0.8S Q0 ，P 0.2S
Q 为径流量（mm）； Ia 为初损（mm），是产生地表径流 之前的降雨损失； F 为后损（mm），是产生地表径流 之后的降雨损失； S 为流域当时的可能最大滞留量 （mm），是后损F的上限。
城市不透水地表对水文过程的影响
径流与城市不透水地表的关系（Relationship Between Imperviousness, Drainage Density, and Runoff）
径流系数Rv=Runoff/rainfall
Rv, which is the volumetric fraction of the rainfall that occurs as runoff
•Overland flow •Subsurface flow •Saturated overland flow
（3）城市化对径流的影响Impacts of Urbanization on Runoff
Decrease •Evapor-tanspiration •Infiltration, Groundwater, Low flows Increase •Surface Runoff flood Increases
1.3城市地表径流污染（Pollutant Loading in Stormwater）
1.4城市化的生物响应（Biological Responses to Urbanization）
1.1 城市流域的土地利用与土地覆盖(Land-use and
Land-cover Composition of Urban Watershed)
COD
浓度(mg/L)
12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 21:25 21:55 22:25 22:55 23:25 23:55 30 25
21:25 21:55 22:25 22:55 23:25 23:55 8 7 6 5 4 3 2 1 0 21:25 21:55 22:25 22:55 23:25 23:55
（3）城市不同土地利用径流污染程度（The comparative importance of urban land-use types in generating pollutants）
（4）汉阳地区城市地表径流水质空间分异性及其影响因素
• • • • • 地处江汉平原 中等规模的老城 处于快速城市化进程中 湖泊密布 多数湖泊富营养化
北京市南沙河流域土地地利用分布
1.2 Hydrologic and Geomorphic Changes
（1） 降雨（The Storm in Stormwater）
• 降雨量Total rainfall (depth) • 持续时间Duration • 降雨强度Average and peak intensity

模型结构简单，使用方便。产流方面就只有一个参数。
流域产流涉及的物理过程
降雨-径流基本关系 F Q S P Ia
水量平衡方程：
P Ia F Q
产流计算公式： (P I a )2 Q ，P I a P Ia S Q0 ，P I a
初损经验公式： I a 0.2S
汉阳地区
北京 武汉
桃花岛
汉 阳 地 区 城 市 径 流 污 染 监 测 点 分 布 图
十里铺
七里庙 五里墩
马仓湖
万家巷
集水区 集水区监测点（6） 地表监测点（14）
降雨观测点（2）
（4）汉阳地区城市地表径流水质空间分异性及其影响因素
路面径流
16000 14000 1200
TSS
1000 800 600 400 200 0
Case study
Comparison of Nitrogen and Phosphorus Export from Watersheds with Different Land Uses
Nutrient export influenced by the following factors •Land use •Impervious area •Sanitary infrastructure •Fertilizer application •Input •Retention •Stormwater transport
Land use Residential（居住区） Commercial（商业区） Industrial（工业区） roads Institutional公共管理与公共服务用地 open-pace (cemeteries, parks, and undeveloped land) others
Land cover Roofs Roads Parking Areas Storage areas Other paved areas Landscaped Undeveloped areas
关键过程（Key points in the hydrologic cycle）
Interception, transpiration, and evapotranspiration Infiltration, soil moisture, and ground water Runoff
（1） 流域的基本概念（Watershed concept）
A watershed is defined as the contributing drainage area connected to an outlet or waterbody of interest, for example a stream or river reach, lake, reservoir, or estuary 由分水线所包围的河流集水区。分地面集水区和地下集水区两类。如 果地面集水区和地下集水区相重合，称为闭合流域；如果不重合，则 称为非闭合流域。平时所称的流域，一般都指地面集水区。
TN
TP
浓度(mg/L)
20 15 10 5 0 21:25 21:55 22:25 22:55 23:25 23:55
时间(hh:mm)
汉阳大道 琴台路 万家巷
时间(hh:mm)
墨水湖北路
14个地表汇水单元水质特征
Chapter 2 城市化对流域水文、地貌、生物的影响与
效应（Hydrologic, Geomorphic, and Biological Effects of
Urbanization on Watersheds） 1.1城市流域的土地利用与土地覆盖组成 （Land-use and Land-cover Composition of Urban Watershed） 1.2水文与地貌的变化（Hydrologic and Geomorphic Changes）