第七章 城市降雨径流

第七章城市降雨径流内容：7.1城市化与城市水文过程7.2城市化与城市暴雨径流7.3城市水文资料的收集7.4城市设计暴雨7.5城市降雨径流的水质特性7.6城市降雨径流的水质控制重点：城市暴雨径流的特点暴雨径流水质的特点城市化对降雨径流的影响城市径流水质控制的基本原则7.1城市化与城市水文过程城市化改变两个方面原来的地貌情况流域的排水性能城市化提出两类问题新排水系统的设计由于城市发展引起的水流状况改变所造成的下游地区防护三个水文问题城市水源紧缺问题：用水量大增水质污染问题：污染物洪水控制：径流过程线时间尺度减小7.1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城市水资源短缺随着人口增加，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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。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。7.1城市化与城市水文过程7.2城市化与城市暴雨径流城市化进程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7.2城市化与城市暴雨径流城市暴雨径流特点城市化程度的提高，直接改变了城市的暴雨径流形成条件，使其水文情势发生变化--暴雨径流总量增大，洪峰流量增高，出现时间提前--河道中水流流速加大，径流过程中悬浮固体及污染物浓度提高7.2城市化与城市暴雨径流城市暴雨径流特点相同暴雨及滞洪条件下城市化对径流量的影响此外，河道中流速的增大，增加了悬浮固体和污染物的输送量，亦加剧了河床冲刷。'mQmQmt'mt流量城市农村时间城市内涝灾害7.2城市化与城市暴雨径流7.2城市化与城市暴雨径流城市暴雨径流特点城市化程度的提高，直接改变了城市的暴雨径流形成条件，使其水文情势发生变化--暴雨径流总量增大，洪峰流量增高，出现时间提前--河道中水流流速加大，径流过程中悬浮固体及污染物浓度提高发生这些现象的原因可从以下方面来分析：--不透水面积增加：城市化的进程，增加了城市的不透水表面，使相当部分的流域为不透水表面所覆盖，如屋顶、街道、人行道、车站、停车场等。不透水区域的下渗几乎为零，洼地蓄水大量减少，造成产流速度和径流量都大大增加--汇流时间缩短：排水管渠系统的完善，如设置道路边沟、密布雨水管网和排洪沟等，增加了汇流的水力效率。导致径流量和洪峰流量加大，出现洪峰流量的时间提前7.2城市化与城市暴雨径流总之，随着城市规模的不断扩大，在一定程度上改变了城市地区的局部气候条件，由于这些气候要素的变化，又进一步影响到城市，特别是大都市的降雨条件。城市化对城市暴雨降水的影响：7.3城市水文资料的搜集降水和其他气象资料第一类是用于建立、率定和检验城市水文模型的降雨资料，一般是集中在研究区域，要求与其他水量水质资料配套进行，记录年限可不要求很长，但要求观测比较精细第二类是用于进行长期模拟所需的长期降雨资料，这部分资料主要是依靠国家基本站网提供河道及管渠流量资料河道流量：雨洪排水设计管渠流量：与水质参数有关的研究中水质监测资料：样品的采集和流量资料基本同步悬浮沉积物指标无机物指标细菌指标有机物指标7.3城市水文资料的搜集土地利用情况资料土地利用特征与流量水污染物质的含量有一定的关系土地利用特征包括流域物理性质方面的资料，气候因素以及环境状况等美国地质调查局和环保局城市研究大纲中经常使用的自然地理特征包括22项内容城市水文测验系统常规测验系统：水位观测和不定期用流速仪观测流量特别研制的城市水文监测系统：在排水管道上7.4城市设计暴雨选择设计暴雨的一般假定若所设计的给水排水系统的承受能力能抵御该次降雨事件，则系统的运行就能满足设计要求最常用的虚拟事件依据历史资料分析雨深-历时-频率关系得到的适用于排水工程设计和给水中的取水工程设计对于城市雨水排除系统，其设计频率和重现期的选定，在原则上可根据工程的造价和运行的费用，以及由于雨洪超标所引起的损失金额，得出经济上最合理的设计频率设计暴雨必须能适用于推求排水管网各个节点处设计洪峰流量的要求（设计相应各种历时的设计暴雨量）城市设计暴雨一般不考虑雨量在空间分布的不均匀性直接应用某次实测历史降雨资料可用于滞蓄水库的设计或用于着重考虑水质的工程设计7.5城市降雨径流的水质特性城市径流中污染物的来源和种类降水：降雨和降雪对径流污染物的贡献，尤其是工业区降雨中硫的含量很可能是雨洪径流的主要部分--降水污染物背景值--降水通过大气而引起的湿沉降土地表面（地表污染物）：雨洪径流污染的主要部分。地表污染物的含量与许多因素有关，如：大气沉降、交通量、土地利用类型、人口密度、季节和风力等下水道系统：沉积池中的沉积物和合流制排水系统漫溢出的污水7.5城市降雨径流的水质特性地表污染物的聚集和去向污染物的集聚过程：影响因素-大气沉降、交通量、土地利用类型、人口密度等污染物的冲洗：过程与污染物性质有关；最终随雨洪径流进入雨水口，通过排水管网向下运动污染物的输送：地表污染物被雨滴或径流冲走，带到下水道系统中，再通过管网排入受纳水体。对于小型排水管网，污染物的沉降、降解可忽略；对于大型排水管网，计算流域污染物过程必须与雨洪径流计算结合起来污染物的种类：悬浮固体（SS）、COD、重金属、富营养质（N、P、K）、细菌和病毒、油脂类物质、酸类物质等7.6城市降雨径流的水质控制城市径流水质控制的基本原则避免污染物的沉积：最经济和最好的控制方法是污染源控制减少与导水系统直接相连的不透水面积（直接将径流排入雨洪排水系统的那部分面积）：减缓暴雨径流流速、增大降雨就地入渗的可能性链式处理：污染源控制-减少直接相连的不透水面积-地块组控制（洼地、下渗地、湿地、滞洪区等）-区域控制（滞洪区、滞洪水库）7.6城市降雨径流的水质控制渗滤洼地和渗滤带：减小径流流速，增大下渗机率多孔路面：广泛应用于停车场7.6城市降雨径流的水质控制渗滤渗滤沟：适用于公路的中间、停车场边缘以及狭窄的风景区，避免堵塞渗水池：一种滞水设施，将拦蓄的径流渗入地下7.6城市降雨径流的水质控制渗滤洼地和渗滤带多孔路面渗滤沟渗水池7.6城市降雨径流的水质控制滞洪措施扩展功能的滞洪区：在前后两场暴雨之间要完全排空可使颗粒状污染物沉淀，溶解性污染物排出滞洪池：始终蓄有一定的水量通过沉淀作用去除悬浮性污染物，通过生化作用去除溶解性污染物水量水质控制的多用途滞洪区多用途滞洪区分级设计出流口，使控制水质的设计水量能很缓慢地从出流口排出；提供所需的蓄水容积和最大出流，达到防冲刷和防洪目的区域性和就地滞洪设施的比较：建设区域性滞洪设施比建设大量的就地滞洪设施更经济、更容易维护；区域性滞洪设施要有管理部门事先规划，需要财政拨款