Lucas 1-5 暴雨控制措施过程

WatershedModelingandHydrologicProcessesPrecipitation-Rain&snow

（降水—雨雪）Interception-Plantleafstorage

（截留—植物树叶存储）SurfaceRunoff-Netofinterception,notinfiltrated（地表径流—不下渗的总截留量）Infiltration-Netofinterception,infiltrated（下渗—下渗的总截留量）Interflow(subsurfaceflow)–showsasrecessionlimb（壤中流，或潜流—可视为退水分支）Evapotranspiration(ET)-Mostofinfiltratedflow（蒸发蒸腾作用(ET)—下渗流的大部分）Recharge-RestofInfiltratedafterInterflowandET（补给—经过壤中流和蒸腾后剩余的下渗部分）Groundwaterdischarge-Baseflow（排放形成的地下水水流）Source:VDEQ(2009)Virginia’sWaterResources,/vanaturally/guide/water.html

降水下渗地表径流蒸发蒸腾地下水水流地表径流地下水水流河流蒸发降水壤中流不饱和区土壤水（地下水）补给重力疏干地下水位PrecipitationandInterception

降水和截留作用Precipitationistheimportantfactoraffectingtheamountandspatialdistributionofwaterthroughawatershed降水是一个影响流域中的水空间数量分布的重要因素Interceptionistheprocesswhichmayalterthepatternandtheamountofwaterreachingthesoilsurfacebythevegetativecover截留作用可以改变水通过植被覆盖到达土壤表面的模式和数量Factorsaffectinginterception:影响截留的因素Typeoflandcover土地覆盖类型Extentoflandcover土地覆盖程度Conditionoflandcover土地覆盖条件Source:/wiki/Interception_(water)

降水树干茎流穿透降雨树冠截留下渗森林地面截留Infiltration

下渗作用Rainfallreachesthegroundsurfacefillsdepressions,thenentersthesoilorrunsoff.降雨到达地表填满洼地，然后进入土壤或流走Infiltrationistheprocesswhichrainfallentersthesoillayer下渗就是降雨进入土层的过程Factorsaffectinginfiltration:影响下渗的因素SoilCharacteristics:SuctionHeadandSaturatedHydraulicConductivity土壤特点：吸入水头和饱和的水力传导率Soilsaturation:SuctionHead土壤饱和度：吸入水头Theamountandcharacteristicsofprecipitation:intensityanddepth降水量和降水特点：强度和雨量Landcover:vegetatedvs.bare土地覆盖：植被vs.裸露Slopeoftheland:Lessimportant土地坡度：相对次要Source:http:///hydrological_cycle/infiltration.html

降雨下渗渗漏非饱和带地下水位SurfaceRunoff

地表径流SurfaceRunoffistherainfallreachinggroundsurfacethatdoesnotinfiltrate.地表径流是降雨到达地表且不下渗的部分Factorsaffectingrunoff:影响径流的因素：SoilCharacteristics:SuctionHeadandSaturatedHydraulicConductivity.土壤特点：吸入水头和饱和的水力传导率。Rainfallcharacteristics:intensity,duration.降雨特点：强度，持续时间。Vegetation:Rootingdensity,roughness植被：根密度，粗糙度。Watershedcharacteristics:overlandflowtype,lengthandslope.流域特点：地面水流类型，长度和倾斜度。Attenuatingfeatures:depressionstorage,reservoirstorage.衰减特征：洼地存储，蓄水池存储。Evapotranspiration

蒸发蒸腾作用Evapotranspirationistheprocessofevaporationfromsoilsandtranspirationthroughleaves.蒸发蒸腾是通过土壤蒸发和树叶蒸腾的过程。FactorsaffectingEvapotranspiration:影响蒸发蒸腾的因素：Energyavailability

能量可用性Vaporpressure

蒸汽压Windspeed

风速Wateravailability

水可用性Vegetativecover

植被覆盖Planttypeandheight

植物类型和高度Soilcharacteristicssuch

asheatcapacity,soilchemistry,andalbedo土壤特点如比热容，土壤化学性质和反射率Source:

/wiki/Evapotranspiration.蒸发蒸腾=蒸腾+蒸发蒸腾草地树蒸发径流地下水补给SoilMoistureStorage

土壤降雨贮水量Soilmoisturestorageistheamountofwaterstoredinthesoilwithintheplant’srootzone土壤降雨贮水量是土壤中植物根部区域的存水量Factorsaffectingsoilmoisturestorage:影响土壤降雨贮水量的因素：Soiltexture土壤结构Croprootingdepth作物扎根深度WaterBalanceinsoilcanbesimilartoreservoirstorage土壤中的水平衡可以类比于储水池贮水量Infiltrationincreasesmoisture下渗提高湿度Evapotranspirationremovesmoistureupward蒸发蒸腾向上带走湿度Interflowremovesmoisturelaterally壤中流横向带走湿度Drainagetogroundwaterremovesmoisturedownward排放进入地下水向下带走湿度Source:Allen,R.G.,Pereira,L.S.,Raes,D.,andSmith,M.(1998)CropEvapotranspiration:GuidelinesforComputingCropWaterRequirements.UnitedNationsFoodandAgriculturalOrganization(FAO),IrrigationandDrainagePaper56,Rome,Italy.

蒸发蒸腾雨灌溉径流毛细上升深层渗透饱和田间保水量阈值萎蔫点亏水Groundwater

地下水Groundwateristhepermanentlysaturatedzoneunderthevadosezone.地下水是处于包气带下面的永久饱和带Rechargedfromvadosezoneasnetinfiltrationafterevapotranspirationandinterflow补给来自包气带的经过蒸发蒸腾和壤中流之后的下渗总量Dischargesasbaseflowintostreams,maintainingflowbetweenevents.随着水流进入河流排放，保持着两者之间的水流。Factorsaffectinggroundwaterflowmovement:影响地下水流动的因素：Topography地形学Subsoil/Bedrockcharacteristics下层土/基岩特点Riparianzoneevapotranspiration河岸地区的蒸发蒸腾Source:USGS-GROUNDWATERATLASoftheUNITEDSTATES:Delaware,Maryland,NewJersey,NorthCarolina,Pennsylvania,Virginia,WestVirginia,HA730-L

包气带饱和带毛细上升区水位地下水流动WaterBudget

水量平衡Therelationshipbetweeninputandoutputofwaterthrougharegion.一个地区水量输入与输出的关系。Requiresestimatingtheamountofwaterineachcomponent.要求预测在每一个部分的水量。Requirescalculatingmovementofwaterthroughdifferentcomponents.要求计算每一个部分之间的水流动。Keycomponentsofwaterbudget:水平衡的关键部分Precipitation

降水Surface-Runoff

地表径流Evapotranspiration

蒸发蒸腾Groundwaterflow

地下水水流Changeinsurface-waterandgroundwaterstorage

地表水与地下水贮水的交换Changeinsnowandicestorage

冰贮水和雪的交换Humanwithdrawals

人类开采Source:/watercensus/water-budgets.html

WaterBudget

水量平衡SurfaceWaterBudgets:地表水平衡：StreamflowR=SRO+SSF+B河流量R=SRO+SSF+BEvapotranspirationET=E+I+T蒸发蒸腾ET=E+I+TPrecipitationP=ET+R降水P=ET+R

Where:StreamFlow(R),SurfaceRunoff(SR0),Subsurfacefloworinterflow(SSF),BaseFlow(B),Evapotranspiration(ET),Evaporation(E),Transpiration(T),Interception(I),Precipitation(P).其中：河流流量(R)，地表径流(SRO)，地下径流流或壤中流(SSF)，基流(B)，蒸发蒸腾(ET)，蒸发(E)，蒸腾(T)，截留(I)，降水(P)。Infiltration-Mechanisms

下渗—机制EffectsofVegetation(Ralston,2004,Rachmanetal2004).植被作用（罗尔斯顿，2004，拉赫曼等人，2004）Vegetationrestores/enhancesinfiltrationrates.Uptoseveralordersofmagnitudehigher.植被恢复/提高下渗速率。可提高几个量级。Rootspenetrateconfininglayers,openupsoilstructure.Rootturnoverformsmacropores.根穿透隔水层，打开土壤结构。根翻过来形成大孔隙。Nativegrassesincropsinfiltrateanorderofmagnitudehigherthanadjacentcroppedarea.作物中天然草地的下渗比周边作物区下渗大一个量级。Evenindepositionsetting,infiltrationoutsidethegrasseswerehalfthatofcrops.即使在沉积作用的设定下，草地以外的作物的下渗是草地的一半。EffectsofOrganicMatter(SaxtonandRawls,2004).有机物质的作用（萨克斯顿和罗尔斯，2004）。Organicmatter(OM)contentsubstantiallyincreasesinfiltrationrates.有机物质(OM)含量极大地提高下渗速率Primarilyduetodecreasedbulkdensity.SoilshighinOMcannotbecompacted主要因为体密度的降低。高有机物质含量的土壤无法有紧密的状态Intactmineraltopsoiltypically1-2%OM,butsubstantiallylessifdisturbed.完整的矿物表土一般含有1-2%有机物质，但一旦被扰乱，会极大的降低。SoilscanbeamendedtoanOMcontentof5-10%(w/w).土地可以修复成含有5-10%(重量/重量)的有机物质含量。OMincreasesfieldcapacityinsandysoilsbyapproximately10%.有机物质提高场地约10%的砂土能力含量。OMalsopromotesthemicrobialcommunity,contributingtosoilaggregateformation.有机物质也可以增进微生物群落，为土壤聚集形成做贡献。Infiltration-Mechanisms

下渗—机制EffectsofCompaction(Pitt1987,OCSCD,2001,SaxtonandRawls,2004).紧密结构的作用（皮特1987，海洋郡水土保护区，2001，萨克斯顿和罗尔斯，2004）Compactioncansubstantiallyreduceinfiltrationrates.紧密结构可以极大地减少下渗速率。Especiallyinsandysoils,whererateshavebeenshowntodeclinefromHSG“A”to“D”.特别是在砂土中，速率被证明可以从HSG的A降到DThisisprimarilyduetoincreasedbulkdensity.这主要是因为体密度的提高。Compactiongreatlyinhibitsthegrowthofplants,sincerootscannotextendthroughthesoil.紧密结构大大地抑制了植物的生长，由于根不能伸展穿透土壤。Compactionnotalleviatedbyfreeze/thawcycles-RomanwheeltracksstillvisibleinEngland.结冰/解冻循环不会减轻紧密结构—罗马轮距在英格兰依然可见PedotransferFunctions(PTFs)(SaxtonandRawls,2004).土壤传递函数(PRFs)（萨克斯顿和罗尔斯，2004）。CompactionandOMgreatlyaffecttheunderlyingtexturalclasspropertiesofthemineralsoils.紧密结构和有机物质极大地影响无机土壤的基本结构类型特点PTFequationspredictsaturatedhydraulicconductivity(Ksat),suctionwettinghead(Ψ),fieldcapacity,andwiltingpoint.土壤传递函数(PTF)等式预测饱和水力传导率，吸入水头，土壤毛细含水量，和萎蔫点。TheSPAWmodelatSaxton’swebsiterecommendedtobeusedtoobtainKsat.推荐使用在萨克斯顿网站上的SPAW模型来获得Ksat值。SPAWprovidesconservativeresultswithouthavingtouseasafetyfactor(typically2).SPAW模型能在非必须使用安全因子的情况下提供保守的结果(类型2)SoilProperties-SPAWModelGuidance

土壤特点—SPAW模型指导SPAWusedtoestimatesaturatedandunsaturatedhydraulicconductivitiesasfunctionofsoilpropertiesandmoisture.Veryusefulformodelparameters.SPAW曾用来预估饱和与不饱和水力传导率，将其作为土壤特点和湿度的函数。这些是非常有用的模型参数。InfiltrationComputations

下渗计算IntheGreen-Ampt(G-A)formulation,infiltrationrateiscomputedasfollows:在格林安姆特方程式中，下渗速率的计算如下：whereF(t)isvolumeinfiltratedt,Ksat

issaturatedhydraulicconductivity,h0isthepondingdepth,Ψisthecapillarysuctionheadatthewettingfront,andΔθisinitialmoisturedeficit.其中F(t)是下渗体积t,

Ksat是饱和水力传导率，h0是积水深度，Ψ是在湿润界面的毛细吸入水头，Δθ是初始湿度差。G-AaccurateforeachlocationforKsat

andΨ,butperviousareashaveverywiderangeofvalues.格林安姆特对于每一个地点的Ksat和Ψ都是准确的，但透水区域的值范围非常广。SorunoffflowsfromareaswithlowKsat

andΨtoareaswithhigherKsatandΨ所以各区域的径流会从Ksat和Ψ的低值区流向Ksat和Ψ的高值区。Asaresult,infiltrationratesactuallyincreaseasrainfallintensityincreases.结果是，由于降水强度的提高，下渗速率实际上提高了。ThisiswhattheCurveNumber(CN)methodsimuatesasanexponentialdistributionofinfiltrationparametersoverspacesubjectedtoanexponentialdistributionofrainfallovertime(Yu,1998).这是曲线数(CN)法模拟下渗参数在空间上的一个指数分布的结果。这个分布受制于降雨在时间上的指数分布。(Yu,1998)MostcommonmethodinUSAusedfordesigningfloodcontrolfacilities.在美国用来设计洪水控制的最普遍方式是控制市政管线。CurveNumberHydrology

曲线数水文Baseduponobservationsofthousandsofeventsinmostlyruralwatersheds,VictorMockusgeneratedthefollowingequation:基于对数以千计大多数发生在乡间流域事件的观测，维克多莫卡斯发明了以下等式：WhereQisrunoffin24hourevent,Pisprecipitationdepth,Sisstoragedepth(theamountthatinfiltratesover24hours)andInitialabstractionIa(theamountthatdoesn’trunoff)is20%ofS.其中Q是24小时事件径流，P是降雨量，S是贮水量（超出24小时的下渗量）和初损量Ia（没有流走的量）是S的20%。NotethatIa(initialabstraction)isalargeproportionofsmallevents.Shouldbelower.注意Ia（初损量）占小事件很大的一部分。应该稍微降低。ThefollowingequationrelatesStoCurveNumber(CN):通过以下等式将S与曲线数(CN)联系起来：ThehighertheCN,thelowerS,andIawillbe.CN越大，S越小，Ia也越小。CurveNumber

Hydrology

曲线数水文(Pitt,1987)DuetoIabeingtoobiginsmallevents,“effective”CNinsmalleventshastoincrease.由于Ia在小事件中比例太大，必须增大小事件中的“有效”的曲线数。CurrentthinkingisthatIashouldbecloserto5%ofS,not20%.现行的想法是Ia应该更接近S的5%，而不是20%。IaisreallythesuctiontermintheGreen-Amptequation,notdepressionstorage.Ia是格林安姆特等式中真正的吸入量，而不是洼地贮水量。LIDHydrology

LID水文(Lucas,2004)（卢卡斯，2004）Pitt(1987)developedresponsefordisturbedurbansoilsconfirmedbyobservations.皮特（1987）为受扰城市土壤开发出了受观测限制的曲线。PittequationsusedinDURMMmodelforDelawareinUSA(Lucas,2004).皮特等式在美国DURMM模型中被用于特拉华州。ThisalloweduseofextensiveNRCSCNdatasetforsmallstormresponses.这使得大规模地运用国家自然保护服务的CN数据集作用于小型暴雨曲线得到了允许。LIDHydrology

LID水文Remember,itisrunoffcapturedthatiswhatreallymatters,notprecipitationfalling.记住，起到作用的是径流收集而不是降水下落。Percentageofrunoffisfunctionofmixbetweenimperviousandpervious,andperviousCN.径流的百分比是不透水率和透水率混合与透水CN之间的函数。Tableshows50%perviousatCNof61,liketowerprojectwithlandscaping.表格显示了在61CN处有50%透水率，比如景观美化的塔工程。Ifallrainfallupto30mm(1.18inch)intercepted,representscapturing80%ofannualrunoff.如果截留的降雨达到30毫米(1.18英寸)，代表收集了80%的径流。Ifallrainfallupto51mm(2.00inch)intercepted,representscapturing93%ofannualrunoff.如果截留的降雨达到51毫米(2.00英寸)，代表收集了93%的径流。Asimperviousincreases,capturepercentagegoesdown.随着不透水率的增加，收集的百分比降低。INFILTRATION下渗:Positivelyaffectedbyhighorganicmatter,lowcompaction,andpresenceofplants.正比于高含量的有机物质，低紧密性，和植物存在度。Methodstoimprovethesefactorscanhaveverylargeeffectoninfiltrationrates.提高这些因素的方法可以极大地作用于下渗速率。HYDROLOGY水文:RunofffromdisturbedpervioussoilsoftenmuchhigherthanCNmethod

predicts.来自受扰透水土壤的径流常常比CN法预测的更多。Runofffromsmalleventsdominatedbyimperviouscover.来自小事件的径流主要由不透水覆盖面控制。TypicalapplicationofcompositeCNmethodnotappropriateforLIDhydrology.综合CN法的典型应用并不适合LID水文。Mustsegregateconnectedimperviousfromdisconnectedimpervious.必须把连接的不透水区和分散的不透水区分离开。Mustusedesignstorm(DS)thatismorerepresentativethanfloodstorm.必须使用暴雨设计(DS)，比暴雨洪水更有代表性。LIDHydrologyLID水文LIDModeling

LID模型Allapproachesintendpre-developmenthydrologytobereplicatedbytheprovisionofBMPs.所有想要通过BMPs的提供复制开放前水文的方式。RationalMethodisuseless,sincedoesnotrouteorattenuatebydetentionorinfiltration.推算方式是没有作用的，因为它不能演算，也不能被滞留或者下渗衰减。Specificdischargerateoversimplifies,sincesameeventhoughsoilsandvegetationverydifferent.特定排放速率过度简化，因为即使是同样的土壤和植被，下渗速率还是很不一样的。Specificdetentionvolumeisalsoinadequateforsamereasons.Butusefulforinitialscreening.同样的理由，特定的滞留量也是不够的。但对于初步筛选还是有用的。MustuseroutingapproachsoBMPsdeterminedbyinitialscreeningmeetdischargecriteria.必须使用演算的方法，因此经由初步筛选决定的BMPs可以达到排放标准。TheCNapproachisusednationallythroughoutUSAforbothforscreeningandforrouting.CN法在整个美国范围内被用于筛选和演算。ItisthebasisformanymodelssuchasTR-20,HEC-1.WediscussTR-20(simplifiedasTR-55).它也是很多模型如TR—20，HEC—1的基础。我们讨论一下TR—20（简化成TR—55）。LIDModeling

LID模型Forinitialscreening,canusetheoverallcompositeCNapproach.对于初期筛选，可以使用总体综合CN法。Volumerequiredisdifferenceinrunoffdepthsfrompre-developmenttopost-development.要求的体积在不同径流量中从开发前到开发后都是不同的。Multipliedbyarea,thisgivestotalvolumerequired.乘上面积，这可以算出要求的总体积。BMPsthencomputedaccordingtovolumeprovidedinsurfacestorageandinmedia/stonevoids.BMPs之后可以依据在地表贮存提供的体积和媒介/石头间的缝隙计算。Fordetaileddesign,segregatevarioustypesofsourceareastodeterminecontributionofeach.对于详细的设计，分离不同类型的源头区域来决定每一样对设计的贡献。Segregatedirectlyconnectedeffectiveimperviousarea(EIA),sincegeneratesrunoffeveryevent.分离直接连接的有效不透水区域(EIA)，因为每一项都会产生径流。Compositedisconnectedimperviousareas(DIA)andadjacentpervioustogeneratetheirrunoff.综合分离的不透水区域(DIA)和邻近的透水面来生成他们的径流。Naturalperviousareaswillgenerateverylittlerunoffatall.天然透水区域会几乎不产生径流。Multiplysourceareasbytheirdepthstogetloads.将源头面积乘上他们的深度可以得到载量。LIDModeling

LID模型NATURALPERVIOUSAREAS天然透水区域GRADEDPERVIOUSAREAS分级透水区域DISCONNECTEDIMPERVIOUSAREAS分离的不透水区域CONNECTEDIMPERVIOUSAREAS连接的的不透水区域FLOWPATHANDMASSLOADCOMPUTATIONS水流路径质量承载计算TOBMP(s)转成BMP(s)DesignStorm(DS)Summary暴雨设计(DS)方式??Designstorms(DS)areverycommonwaytodesignhydraulicstructures.暴雨设计(DS)是非常普遍的设计水力结构的方式。Averagerecurrenceinterval(ARI,orfrequency)depthsarebasedonlongtermrainfallrecords.平均重复周期(ARI,或频率)深度是基于长期降雨记录的。DSsynthetichyetographsoftenaccentuatepeakflowssincedirectedtowardflooding.暴雨设计(DS)合成雨量图常常会削弱水流峰值因为将其直接导向洪水。Sodesignstormsmaynotrepresentanyactualevents,butusefulforinitialdesign.所以暴雨设计一般不会代表任何真实事件，但对初期设计很有用。DSmodelscanrapidlyauditcapacityandperformance,andoptimizedesign.暴雨设计(DS)模型可以快速的审查设计的能力和性能并优化设计。TR-20ismostusedmodelinUSA,basedonCNmethods.HereusedwithHydroCAD.TR-20是在美国最常用的基于CN方法的模型。这里讲其与HydroCAD一起使用。WhileDSmodelsareveryuseful,moreinformationisneededtoevaluateSCMs.当暴雨设计(DS)模型非常有用时，需要更多信息来评估雨水管理措施。ContinuousSimulationvs.DesignStorm

连续性模拟vs.暴雨设计Designstorms(DS)donotrepresentanyactualevents,sousefulonlyforinitialdesign.暴雨设计(DS)并不代表任何真实事件，所以只适用于初期设计。Continuoussimulation(CS)simulatesresponseusinglongtermrainfallandflowrecords.连续性模拟(CS)可将长期降雨和水流记录用于模拟结果。FlowDurationCurve(FDC)ismuchbetterindicatorofperformancethanaDSanalysis流量历时曲线(FDC)是比暴雨设计(DS)分析更好的性能指标TheFDCcomparesthedurationofflowsofdifferingmagnitudes,soalleventsrepresented.把流量历时曲线与不同量级水流的持续时间作比较，因此可以代表所有事件。TheFDCisthefundamentalmetricofhowwellLIDSCMswork.流量历时曲线是LID雨水控制措施有效程度的基本度量。CSdatacanalsodefineDSdepth.Ifenoughdataavailable,DShyetographalsoderived.连续性模拟可以定义暴雨设计深度。如果有足够的可用数据，暴雨设计雨量图也可以推导得出。CSModels-SWMMEPASWMMisverycomprehensiveCSmodel.SWMMnowincludesusefulmodulesforLIDBMPssotheycanbemodeledquitewell.SWMMalsoincludesaquifers,whichcanmimicoverlandflowhydrologyquitewellDetailsofSWMMoperationandexamplesarefocusoftheafternoonsession.First,mustaddresshowbothDSandCSmodelsshouldaddressverticalandlateralflowinlayeredsystems.ThiselementiscriticalinmodelingLIDBMPs,andoftenoverlooked.Followingsectionpresentshowflowsinlayeredsystemssuchasbioretentionaremodeled.FlowDurationCurvecomparisonbetweenUrbanandForestStreams.城市和森林河流的流量历时曲线比较Urbanizationgreatlyincreasesbothdischargeanddurationoferosiveflowsoverbankfull.城市化极大地增加了超出满槽流的水流排放和侵蚀流的维持。Duetologarithmicscale,thesedifferencesareevengreateractualmagnitude.由于是在对数尺度下，这些差别会变得比实际量级更大。UrbanStream城市溪流ForestStream森林溪流DischargeIncreases~10x排放提高~10倍FlowDurationIncreases~10x水流持续时间~10倍“Normal”FlowRate“正常”流速BankfullFlowRate满槽流速BaseFlowDecreases基础流量减少ContinuousSimulation连续性模拟流量历时曲线WhyFDCs?-PhysicalandChemical

为什么用流量历时曲线(FDCs)？—物理的和化学的(原因)ImperviousFDCimplicationsforFlooding:Allrunoffeventshavemuchhigherflowscomparedtonatural.Somanymorebankfullflowevents(from<1:yrto>10/yr).Such“flashy”streamsresultinfrequentnuisanceflooding.ImperviousFDCimplicationsforBankStability:Resultanthigherbankfullflowvastlyincreaseserosiveenergy.Sobankerosion,downcuttingandchannelincisionaccelerated.Resultingerosionmajorsourceofsedimentsinstreams.ImperviousFDCimplicationsforBaseFlow:Decreasedbaseflowduetodiversiontorunoff.Baseflowtemperatureshigher,anddissolvedoxygenlower.不透水流量历时曲线(FDC)对洪涝的含义

:所有径流事件都有比天然径流高得多的流量所以有更多的漫灌流事件（从少于1次每年到多余10次每年）。比如“瞬间的”潮流导致频繁的洪涝灾害。不透水流量历时曲线(FDC)对河岸稳定性的含义:因此产生的更多的漫灌流极大地提高了侵蚀能量。所以河岸侵蚀，向下侵蚀和河道切削加速。导致侵蚀河流中沉积物的主要源头。不透水流量历时曲线(FDC)对基流的含义:由于径流分散从而减低基流.基流温度更高，溶解的氧气更少。WhyFDCs?-Biological

为什么用流量历时曲线(FDCs)？生物的（原因）ImperviousFDCeffectsuponBenthicMacroinvertebrates:Increasedflowdisruptsbreedingcyclesandfeeding.Increasedfloweliminatesmanyindividuals.Sedimentssmotherbreedingandrefugesites.Floodswashawaywoodydebrishabitat.Lossofhabitateliminatesmanyspecies.ImperviousFDCeffectsuponFish:Mostmacroinvertebratefoodsourceseliminated.Increasedflowdisruptsbreedingcyclesandfeeding.Sedimentssmotherbreedingandrefugesites.Floodswashawaywoodydebrishabitat.Lowflowconditionselevatetemperatureandreduceoxygen.Lossofhabitateliminatesmanyspecies.不透水流量历时曲线(FDC)对海底大型无脊椎动物的影响:提高的水流扰乱繁殖周期和觅食。提高的水流消除许多的个体。沉积物抑制繁殖和避难场所。洪水冲刷掉栖息地的木质碎屑。

栖息地的失去会消除许多物种。不透水流量历时曲线(FDC)对鱼类的影响:大多数无脊椎动物的食物源被消除。提高的流量扰乱繁殖周期和觅食。沉积物抑制繁殖和避难场所。洪水冲刷掉栖息地的木质碎屑。

低流量条件下提高温度和降低氧含量。栖息地的丢失会消除许多物种。BioretentionPlanterModeling

生态滞留种植模型PhiladelphiaWaterDepartment(PWD)investigateddistributedLIDsystemstoreducethevolumeofrunofffromcombinedseweroverflows(CSOs).Alternativeisa$4Btunnel.费城水部门(PWD)调查了受扰LID系统减少来自结合区污水溢流(CSOs)的径流量。选择的是一个4百万美元的隧道。Infiltratingbioretentionsystemscombineextendeddetentionandinfiltrationprocesses.下渗生态滞留系统结合了的延伸的滞留和下渗过程。Thisfollowingpresentshowyoucandesignthesesystemstomeettheseobjectives.接下来这呈现了如何设计这些系统来达到这些目标。Thenpresentshowyoucanmodelthesedesignstoconfirmhowwellobjectivesaremet.然后呈现了如何模拟这些设计来确认目标的完成程度。Constantvs.dynamicflowDesignStorm(DS)routingmethodsexamined.连续流vs.动力流暴雨设计(DS)演算方式的检查。Dynamiccontinuoussimulation(CS)methodusedtoobtainannualperformanceresults.动力的连续性模拟(CS)法曾用来获得每年的表现结果。Allmethodsusemultiplestoragenoderoutingapproach.所有的方式使用了多重存储节点演算方式。BioretentionPlanterModeling

生态滞留种植模型ModelinglayeredLIDSCMsisnottrivial,especiallyinbioretentioncells.Thisshowstypicalfreedischargesystem.模型中分层的LID雨水控制措施并非是不重要的，尤其在生态滞留池中。这表现了典型的自由排放系统。However,underdrainflowsinrapidmediausedoftenexceedtargetdischargecriteria.无论如何，盲管快速地流进使用的媒介常常会超出目标排放标准。ThesecriteriacanbequitelowforbothCSOsandforstreamchannelprotection.这些标准可以变得很低，对于结合区的污水溢流和对于河流河道保护的时候。

Soanoutletisusuallyputontheunderdraintocontrolflows.所以一个出水口经常会加上盲管一起控制水流。OutlettoDischarge排水口排放FlowthroughMedia水流经媒介FlowthroughUnderdrain水流过盲管FlowsthroughOpenOutlet水流过打开的出水口SurfacePonding表面积水FlowintoSoil水流进土壤Inflowfromstreet来自街道的流入量Media媒介Stone碎石Outlet出水口InletDrain排水Plants植物Thedummycolumnsallowverticalflowstoberoutedasifgoinghorizontally.虚拟柱使垂直流动可被当做水平流进行演算。Surfacepondingheadcarriedintothemediatoestablishhydraulicgradeintomedia.地表积水水头被运送至媒介来建立进入媒介的水力等级。FlowthroughthemediaisfunctionofDarcy’sLaw.Setbydifferencebetweenhydraulicgradeinpondandhydraulicgradeintostone.流经媒介的水流达西定律的函数。由积水的水力等级和进入碎石的水力等级之间的差异设定。Lateralflowlossesalsoinstoneifsystemsarewide,stoneissmall,andthelayeristhin.横向流损耗在碎石内也会发生，如果系统宽，而石头小，且该层比较薄的话。Theselossesmustbeaccountedforwhenprojectingoutflowsfromunderdrains.这些损耗必须被考虑进去当规划盲管流出量时。SurfacePond地表积水Stone碎石Flowcontrolledbyorificearraytomimicrapidinitialinflow,thencarryhydraulicgradientwithlowlosses.被孔口控制的水流排列模仿迅速的初始流入，然后低损耗得运送水力梯度。FlowdeterminedbyDarcy’sLawasfunctionofhydraulicgradient.由达西定律决定的水流是水力梯度的函数。Dischargecontrolledbymediaflowand/oroutletcapacity.被媒介流量和/或出水口容量控制的排放。HydraulicgradeintoMedia进去媒介的水力等级HydraulicgradeintoStone进入碎石得水力等级Media媒介DummyColumnallowsforverticalflowstoberoutedasifhorizontal虚拟柱使垂直流动可被当做水平流进行演算。HydraulicgradeintoOutlet进入排水口水力等级BioretentionPlanterModeling

生态滞留种植模型BioretentionPlanterPlan

生态滞留种植平面图Planter/Trenchsetintothesidewalk,astwo-partsystem.种植/沟渠设立进人行道，作为两部分的系统。Planterisa90cmwideby5.1mlandscapedislandbycurb.种植区是一个90厘米宽5.1米路缘包围的景观岛。Trenchunderthesidewalkis150cmwide,linksplanters.人行道下的沟渠150厘米宽，连接着种植区。Inthismodel,trenchis5’deep.在这个模式里，沟有5英尺深。Inflowscapturedbycurbcutandspreadoversurface.流入量通过路缘坡收集和在表面传播开去。Flowsfirstentermediaandthendrainintostonetrench.水流首先进入媒介，然后排放进入石渠。Intentistogetasmuchinfiltrationvolumeaspossiblewithoututilityconflicts.目的是在不和市政管线冲突的情况下，尽可能多的得到下渗量。(GraphiccourtesyofCDMandPWD)BioretentionPlanterSections

生态滞留种植欧剖面图Peakinflowsdirectlyintotrenchviadomeinlet.高峰流入通过圆顶入口直接导向沟渠。Drainraised50cmdirectsflowintomediainsmallevents.在小事件中，排水升高50厘米直接流进媒介。Trenchunderdrainconveysflowtooutletstructure.盲管沟把水流运送至排水口结构。Trenchinthisexampleis150cmdeepsomoreintercepted.这个样例中的沟渠有150厘米深，所以更多的截留。OutletstructurecomprisesnarroworificedesignedtomeetCSOcriteria,plusoverflowweirforhighflows.排水口结构由设计符合CSO（结合区污水溢流）标准的窄孔口和针对高流量的溢流孔组成。(CDM,2008)BioretentionDSRouting

生态滞留暴雨设计演算DSmodelsetup,withseparatenodesforthecurbcutinlets,planterponds,plantermediaandtrench.暴雨设计模型的设置有分离节点的路缘坡入口，种植池，种植媒介和沟渠。Surroundingsoilnodemimics“suctionhead”whereinitialratesintodrysoilsarefaster.周围的土壤节点模拟“吸入水头”，进入干燥土壤的初始速率会更快。PlanterPondsdischargeintomediaandtrench.种植池排放进入媒介和沟渠。ConstantflowDS(Φindex)at4in-h-1routingcomparedtodynamicflowintothemedia.恒定的水流暴雨设计（Φ

指数）在4/英寸演算与动力流进入媒介做比较。Flowsfromthemedia1)basedonratingcurverespondingtosaturationstatus.来自媒介的水流1)基于对于饱和状态的评定曲线。InfiltratedflowsfromtrenchroutedaccordingtosoilKsat,appliedtowettedarea.来自沟渠的下渗水流路径依据土壤的Ksat值，适用于潮湿区域。Surroundingsoilnodemodeledasnarrowcolumnfilledbyasmallorificefromtrench.周围的土壤节点模拟成窄小的布满来自沟渠小孔的圆柱。Thisnodehasaconstantoutflowtoemptybetweenevents,representingsoilrecovery.这个节点有稳定的流出量流向项之间的空旷地带，代表着土壤恢复。(Lucas,2009)BioretentionRouting

生态滞留演算PreprocessinginExceldevelopstablesforstage/area/perimeterandmediaratingcurve.在Excel内预处理，生成水位/区域/边缘和媒介的评定曲线。Alsodevelops“equivalentorifice’sizeforthemediainflowandsurroundingsoilresponse.也生成一个“相当于孔口”尺寸给媒介流入量和周围的土壤结果。Notesoilinfiltrationrateisonly2.5mm-h-1.Usedtoprojectstage/outflowratesforKsat.注意土壤下渗速率只有2.5毫米每小时。使用给Ksat的项目水位/流出速率。ThisutilizesfullpotentialofDSorCSmodelssuchasHydroCADorSWMM5,whichaccountforbackwaterusingratingcurves(ver.5.013).这个利用了暴雨设计或连续性模拟模型（如HydroCAD或SWMM5）全部的潜能。这把使用评定曲线的回水考虑了进去。(Lucas,2009)BioretentionCSRouting

生态滞留连续性模拟演算SWMM5.013usedforCSresponse.SWMM

5.013版本用于连续性模拟的反应。UsingsameinputparametersasDSmodel,SWMM5runwithsameDSeventtoobtainsimilarresponse.使用同样的输入参数作用于暴雨设计模型，SWMM5运行同样的暴雨设计事件来获得类似的结果。OncemodelequivalencyconfirmedforDSeventcomparison,SWMM5thenrunwith“DesignYear”rainfall.一旦模型的对于暴雨设计事件比较的等价性确认了，之后SWMM5可以对“设计年”降雨进行运行。(Lucas,2009)“DesignYear”basedon2005rainfalldistribution,whichincludedeventsrepresentativeofannualdistributionofeventsobservedover50years.“设计年”基于2005降水分布，包含了能代表超过50年的每年观测事件的分布的项。BioretentionCS-DSRouting

生态滞留连续性IdenticalHydrographsandStorageDepths,38mmInch(~0.6YearARI)“SampleD”DSEvent.同样的水位图和贮水量，38毫米英寸(0.6年平均重复周期)“样本D”暴雨设计事件。Outflowsinconstantheadmediamuchlowercomparedtohead-dependentrouting.水头媒介流出量持续比基于水头的演算要低得多。(Lucas,2009)BioretentionCSRouting

生态滞留连续性模拟演算HydrographsandStorageDepths,January12-14,2005Event.水位图贮水量，1月12-14日，2005事件。Characteristic“doublehump”afterpeakofinflowhydrograph,duetopondingdepth.“双峰”特点出现在流入峰值水位图之后，这是由于积水的深度。3.50lps/ha.(0.05cfs/ac.)CSOthreshold(Lucas,2009)BioretentionCSRouting

生态滞留连续性模拟演算3.50lps/ha.(0.05cfs/ac.)CSOthresholdHydrographsandStorageDepths,98.3mm(3.87in.)eventofOctober8,2005.水位图和贮水量，98.3毫米（3.87英寸）2005年10月8日事件。Notehowmediaoutfloweliminatedduringpeakinflow-actuallynegativeduetotrenchfull.留意如何在流入峰值期间消除媒介流出量—实际上是负相关由于沟渠已满。Eveninthislargeevent,seesubstantialvolumeandpeakflowreductions.大型事件中的事件，可以看出大量的体积和水