第四章城市水文与水资源1.ppt

1、城市生态环境学城市生态环境学第四章第四章 城市水文及水资源城市水文及水资源Urban Hydrology and Water Resources第一节第一节 城市水系的基本特征城市水系的基本特征Characteristics of Urban Water System一、城市化对水系的影响一、城市化对水系的影响1、地面水系人工化、地面水系人工化城市的开发建设，改变许多天然河流的形状及城市的开发建设，改变许多天然河流的形状及流向，加上人工开挖的水库、渠道等，构成了流向，加上人工开挖的水库、渠道等，构成了城市天然河湖与人工沟渠并存、彼此连通，相城市天然河湖与人工沟渠并存、彼此连通，相互影响，受人工

2、整治和高度控制的地表水系统。互影响，受人工整治和高度控制的地表水系统。一、城市化对水系的影响一、城市化对水系的影响2、地下建成排水系统、地下建成排水系统天然的地面排水系统被人工形成的引导水天然的地面排水系统被人工形成的引导水流的各种不透水通道和地下下水道排水系流的各种不透水通道和地下下水道排水系统所代替和补充，以利于尽快排水。统所代替和补充，以利于尽快排水。广州市：历史上的地面河涌大部分已演变广州市：历史上的地面河涌大部分已演变成地下排水系统，下水道以河涌为单元铺成地下排水系统，下水道以河涌为单元铺开，与河道呈正交布置，形成网络化的地开，与河道呈正交布置，形成网络化的地下排水系统。下排水系统。

3、二、城市河流的生态环境功能二、城市河流的生态环境功能1 1、城市不同发展时期的河流作用、城市不同发展时期的河流作用古代：提供稳定水源和肥沃的土地；古代：提供稳定水源和肥沃的土地；近代：除提供水源外，也是城市物质运近代：除提供水源外，也是城市物质运 输的重要通道；输的重要通道；现代：水源地、动力源、交通运输通道、现代：水源地、动力源、交通运输通道、污染净化场所。污染净化场所。二、城市河流的生态环境功能二、城市河流的生态环境功能2 2、河流在城市生态环境建设中的功能、河流在城市生态环境建设中的功能 就近供水的功能：投资少、成本低、稳定性就近供水的功能：投资少、成本低、稳定性高；高；供绿化和降温增湿

4、功能：河岸、河心沙洲为供绿化和降温增湿功能：河岸、河心沙洲为绿化提供场所；河水的高热容量、流动性以及河绿化提供场所；河水的高热容量、流动性以及河流风等，为减弱城市热岛、缓和冬夏温差具有明流风等，为减弱城市热岛、缓和冬夏温差具有明显的调节作用；显的调节作用；提供便捷的交通条件。提供便捷的交通条件。2 2、河流在城市生态环境建设中的功能、河流在城市生态环境建设中的功能 提供生物多样性存在的基地：提供生物多样性存在的基地：城市河流及其自然特征是城市景观多样性的城市河流及其自然特征是城市景观多样性的组成部分；组成部分；河流两岸、河漫滩湿地、河心沙洲是多种植河流两岸、河漫滩湿地、河心沙洲是多种植物生长地

5、及鸟类栖息地；物生长地及鸟类栖息地；河流是多种淡水水生生物的栖息繁衍地。河流是多种淡水水生生物的栖息繁衍地。提供城市居民亲近自然的场所。提供城市居民亲近自然的场所。提供自然教育课的天然实验室。提供自然教育课的天然实验室。三、城市河流的合理开发利用和保护三、城市河流的合理开发利用和保护河流是城市生态环境的重要组成部分，城市的经河流是城市生态环境的重要组成部分，城市的经络、命脉。络、命脉。1 1、保持河流原来的自然地貌特征；、保持河流原来的自然地貌特征；2 2、维持河流的水文特征维持河流的水文特征；3 3、保持河流水质清洁；、保持河流水质清洁；4 4、合理开发利用。合理开发利用。第二第二 节节 城

6、市化的水文效应城市化的水文效应Hydrological Effect of Urbanization一、城市化对水分循环过程的影响一、城市化对水分循环过程的影响水分循环：水分的蒸发、凝结、降落（降雨）、水分循环：水分的蒸发、凝结、降落（降雨）、输送（径流）循环往复运动过程。输送（径流）循环往复运动过程。城市化前：天然流域蒸发量占降水量的城市化前：天然流域蒸发量占降水量的40%40%，入，入渗地下水量占渗地下水量占50%50%，地面径流，地面径流10%10%；城市化后；入渗地下城市化后；入渗地下32%32%，蒸发，蒸发25%25%，地面径，地面径流流43%(43%(地面径流和屋顶径流地面径流和屋

7、顶径流)。二、城市化对水量平衡的影响二、城市化对水量平衡的影响区域内贮水量变化输入水量区域内贮水量变化输入水量-输出水量输出水量（1 1）流域水量平衡方程式为：）流域水量平衡方程式为：W（PRG）（）（E1E2R1G1S）式中：式中：P P为降水量；为降水量；R R，R R1 1分别为地表径流流入与流出量；分别为地表径流流入与流出量；G G，G G1 1分别为地下提取与渗入地下水量；分别为地下提取与渗入地下水量；E E1 1，E E2 2分别为地表蒸发和植物蒸腾水量；分别为地表蒸发和植物蒸腾水量；S S为生态系统组分内贮水量；为生态系统组分内贮水量；W W为时段内区域贮水量变化。为时段内区域贮

8、水量变化。二、城市化对水量平衡的影响二、城市化对水量平衡的影响（2 2）城市水量平衡方程式为：）城市水量平衡方程式为：W（PRGT）（）（E1E2R1G1ST1）式中：式中：T T 为上水管道输入水量为上水管道输入水量；T T1 1为下水管道输为下水管道输出水量；出水量；P P为降水量；为降水量；R R，R R1 1分别为地表径流流入与流出量；分别为地表径流流入与流出量；G G，G G1 1分别为地下提取与渗入地下水量；分别为地下提取与渗入地下水量；E E1 1，E E2 2分别为地表蒸发和植物蒸腾水量；分别为地表蒸发和植物蒸腾水量；S S为生态系统为生态系统组分内贮水量；组分内贮水量；W W

9、为时段内区域贮水量变化。为时段内区域贮水量变化。在城市化地区的水量平衡中，不仅包括天在城市化地区的水量平衡中，不仅包括天然水循环，而且还包括人工控制的上下水然水循环，而且还包括人工控制的上下水管道中的管道中的水循环（水循环（T T，T T1 1 ）。）。城市化改变了城市的水文特征：城市化改变了城市的水文特征：输入项：大气降水（输入项：大气降水（P P）改变；）改变；R R、G G也发也发生改变；增加了生改变；增加了T T输出项：城市的输出项：城市的E E1 1和和E E2 2比乡村少；比乡村少；G G1 1也相应也相应减少；减少；R R1 1比郊区大，增加了比郊区大，增加了T T1 1北京城市

10、中心区与郊区水量特征值比较北京城市中心区与郊区水量特征值比较地区地区地区地区降水降水降水降水量量量量径流径流径流径流总量总量总量总量mmmmmmmm地表地表地表地表径流径流径流径流mmmmmmmm地下地下地下地下径流径流径流径流mmmmmmmm蒸发蒸发蒸发蒸发量量量量mmmmmmmm地表地表地表地表径流径流径流径流系数系数系数系数地下地下地下地下径流径流径流径流系数系数系数系数城中城中城中城中心区心区心区心区城外城外城外城外平原平原平原平原675675675675644.5644.5644.5644.54054054054052672672672673373373373379696969668

11、6868681711711711712702702702703773773773770.500.500.500.500.150.150.150.150.100.100.100.100.260.260.260.26三、城市化对河流水文性质的影响三、城市化对河流水文性质的影响uu（1 1）流量增加，流速加大；流量增加，流速加大；uu（2 2）径流系数增大；径流系数增大；uu 径流系数是指某段时间内径流深与降径流系数是指某段时间内径流深与降水量之比。表示降水量用于形成径流的有水量之比。表示降水量用于形成径流的有效雨量。效雨量。uu（3 3）洪峰增高，峰值出现时间提前，历洪峰增高，峰值出现时间提前，历

12、时缩短；时缩短；uu（4 4）径流污染负荷增加径流污染负荷增加城市化后城市化后城市化前城市化前 图图4-2 4-2 同等降雨下城市化前后洪水过程线比较同等降雨下城市化前后洪水过程线比较*城市化对径流特性的影响（小结）城市化对径流特性的影响（小结）uu1 1 1 1大规模建造房屋，铺砌道路大规模建造房屋，铺砌道路大规模建造房屋，铺砌道路大规模建造房屋，铺砌道路，使下垫面不透，使下垫面不透，使下垫面不透，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，水性大大增加，其结果是下渗量和蒸发量减少，水性大大增加，其结果是下渗量和蒸发量减少，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

13、总量增加，洪峰流量加大；而地表径流和径流总量增加，洪峰流量加大；而地表径流和径流总量增加，洪峰流量加大；而地表径流和径流总量增加，洪峰流量加大；2 2城市排水系统管网化城市排水系统管网化，使暴雨径流尽快地就近，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；排入水体，使洪水汇流速度增加，洪量更为集中；3 3对城市汇水河道整治与改建对城市汇水河道整治与改建，整治后河道直，整治后河道直线化，断面规则化，呈梯形或矩形，边坡用砖石线化，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；衬砌。增加了河道输水能力，使洪量集中；4 4侵占天然河道洪水滩地侵占天然河道洪

14、水滩地，减小了洪水滩地储，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调蓄能力减弱，洪水浸溢积聚城市地面而形成积水；水；5 5设立各种类型的控制性闸坝设立各种类型的控制性闸坝，进行，进行人工调节，影响城市径流过程；人工调节，影响城市径流过程；6 6来自城市外的引水和城市本身污水来自城市外的引水和城市本身污水排放排放，造成径流水量和水质的变化。，造成径流水量和水质的变化。四、城市化对地下水的影响四、城市化对地下水的影响（1 1）地下水水位下降，局部水质变差）地下水水位下降，局部水质变差；（2 2）水

15、量平衡失调）水量平衡失调；（3 3）生态环境恶化）生态环境恶化；下图为城市化水文问题框图下图为城市化水文问题框图城市化城市化承受水体承受水体水质下降水质下降暴雨水质恶化暴雨水质恶化污水增多污水增多建筑密度增大建筑密度增大人口密度增大人口密度增大需水量增多需水量增多水源问题水源问题地下水补地下水补给量减少给量减少基流减少基流减少流速加快流速加快城市气候城市气候发生变化发生变化改变了改变了排水系统排水系统径流量增加径流量增加峰值流量增大峰值流量增大汇流时间和汇流时间和历时缩短历时缩短不透水区不透水区面积扩大面积扩大控制污染问题控制污染问题控制洪水问题控制洪水问题第三节第三节 城市化地区的雨洪径流城

16、市化地区的雨洪径流Rain and Flood Runoff of Urbanization Area一、城市化地区雨洪径流的计算一、城市化地区雨洪径流的计算径流是水分循环、水量平衡的基本要素，径流是水分循环、水量平衡的基本要素，是影响城市水文及水资源的直接因子。是影响城市水文及水资源的直接因子。（1 1）城市地面产流过程）城市地面产流过程截留、蒸发、填洼、下渗是影响产流的主截留、蒸发、填洼、下渗是影响产流的主要因素。要因素。（1 1）城市地面产流过程）城市地面产流过程降水经截留，满足下渗、填洼和蒸发之后，降水经截留，满足下渗、填洼和蒸发之后，便形成地面漫流，然后汇入水道形成地表径便形成地面漫流，然后汇入水道形成地表径流。流。满足填洼后产流，称满足填洼后产流，称蓄灌产流蓄灌产流；满足下渗后产流，称满足下渗后产流，称超渗产流超渗产流；下渗入土壤中的雨水在超过土壤持水能力下渗入土壤中的雨水在超过土壤持水能力时，在土壤中继续向下运动，为时，在土壤中继续向下运动，为壤中流壤中流。（1 1）城市地面产流过程）城市地面产流过程天然流域天然流域：壤中流比地面径流流动慢，壤：壤中流比地面径流流动慢，壤