城市水文学资料

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、地球表面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（urbanhydrology）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，不可避免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（condensationnucleus）：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（１）当有几条山洪沟通过市区时，应尽可能地就近、分散排至干流。（２）当地形条件许可时，山洪应尽量采取高水高排，以减轻滨河地带排水负担。（３）当山洪沟汇水面积较大，市区排水设施承受不了设计洪水时，如果条件允许也可在城市上游修建截洪沟，把山洪引至城市下游排入干流。（４）如城市上游无条件修建截洪沟，而有条件修水库时，可以修建防洪水库来削减洪峰流量，以减轻市区防洪设施的负担。四、沿海城市防潮总体规划１．正确确定设计高潮位和风浪侵袭高度：沿海城市不仅遭受天文潮袭击，更主要的是来自风暴潮，特别是天文潮和风暴潮相遇，往往使城市遭受更大灾害。因此，必须详细调查研究、分析海潮变化规律，正确确定设计高潮位和风浪侵袭高度。然后针对不同潮型，采取相应的防潮设施。２．要尽可能符合天然海岸线沿海城市的海岸和海潮的特性关系密切，必须充分掌握这方面的资料。天然海岸线是多年形成的，一般比较稳定。因此，总体布置要尽可能地不破坏天然海岸线，不要轻易向海中伸入或作硬性改变，以免影响海水在岸边的流态和产生新的冲刷或淤积。有条件时可保留一定的滩地。在滩地上种植芦苇，起到防风、削浪和促淤作用。３．要充分考虑海潮与洪水的遭遇河口城市除受海潮袭击外，还受河道洪水的威协；而海潮与洪水又有各种不同的遭遇情况，其危害也不尽相同，因此要充分分析可能出现最不利的遭遇，以及对城市的影响。特别是出现天文潮、风暴潮与河道洪水三碰头时，其危害最为严重。在防洪措施上，除了采取必要的防潮设施外，有时还需要在河流上游采取分（蓄）洪设施，以削减洪峰；在河口适当位置建防潮闸，以抵挡海潮影响。４．与市政建设和码头建设相协调为了美化环境，常在沿海地带建设滨海道路，滨海公园，以及游泳场等。防潮工程在考虑安全和经济的情况下，构筑物造形要美观，使其与优美的环境相协调。５．因地制宜选择防潮工程结构形式和消浪设施当海岸地形平缓，有条件修建海堤和坡式护岸时，应优先选用坡式护岸，以降低工程造价。为了降低堤顶高程，通常采用坡面加糙的方法来有效地削减风浪。第三节城市防洪规划的内容及程序城市防洪规划既是江河流域治理的组成部分，又是城市建设总体规划的分项内容。因此，城市防洪规划必须结合流域治理规划的精神，符合城市总体规划的要求。就城市规划而言，分总体规划和详细规划两大阶段，防洪规划的编制内容在深度上应与城市总体规划阶段相一致。在城市总体规划阶段，防洪规划的主要内容是在收集各类资料的基础上，进行防洪工程有关的设计洪水计算和粗略的水力计算，确定防洪标准，提出技术先进、经济合理、切实可行的方案。在总体规划阶段，城市防洪一般工作程序为:１．基本资料收集、整理和分析（１）城市规划资料：城市现状、城市总体规划图、规划说明书、历史上受淹没的记载及对防洪的要求。通过以上资料，旨在了解城市的性质、规模及城市功能分区，为确定防洪标准和具体措施提供依据。这部分资料可向当地城建部收集，通过查阅地方志（县志、州志、府志等）了解历史洪水灾情。（2）水文气象资料：城市所在地区的历年降雨量，河流水位、流速、流量、含沙量、冲刷深度、淤积厚度、风向、风速等实测资料，历史洪水痕迹标高、淹没范围及洪水流量等。（３）流域的自然地理及治理规模资料：城市上游流域内的水系、地形、地质、地貌、土壤、植被等；流域的面积、形状（如矩形、条形、扇形等）、坡度、平均宽度等；河道的长度、纵坡、断面形成（如“Ｖ”形、宽浅式、窄深式等）、河流两岸治导线的位置、走向及流域内的水土保持情况；现有及规划水库的蓄水标高、库容、各种频率的下泄流量、水库与城市的距离等；流域内的其他水利工程设施等。２．确定防洪标准３．拟定防洪方案４．方案最终审定在城市详细规划阶段，防洪规划主要是加深加细上一阶段的内容，使防洪工程规划更加具体、准确、合理，为施工设计提供技术依据。具体步骤是：1．整理和复核设计洪水流量计算成果。２．进行精确的水力计算，确定工程措施的建筑材料和结构形式，确定工程各部位的尺寸，如宽度、厚度、深度、高度、坡度等。３．绘制防洪工程平面图及重要工程的纵横断面图。４．编制说明书及提出近期修建项目的概算投资金额。第四节防洪规划方案效益分析一、防洪效益分析如果流域和城市有比较充分的各种淹没情况下洪涝损失灾情统计资料，则对于一个防洪规划方案可以分别求出方案实施前后的多年平均洪灾损失，二者之差即为该防洪方案的防洪效益。一个完整的防洪规划方案应该全面包括工程防洪措施和非工程防洪措施，为了便于分析和对比，下面将分别从工程防洪措施和非工程防洪措施二种情况出发，分析各种防洪方案的洪灾损失及其防洪效益。（二）非工程措施防洪效益:这里只着眼于对具有潜在洪水威胁的洪泛区采用洪泛区土地利用规划、抗洪防护措施、洪灾预警与撤离安排等非工程防洪措施所组成的防洪方案的分析。由前述可知，洪泛区内的非工程防洪措施不具有调控洪水的能力，因此这些措施并不能改变防洪系统的防洪标准，即不能减