城市透水和不透水地面径流分析.pdf

一 扮书戮瑞菜揣歉渊巍豁撇默麒翻口 第一部分环境水力学 城市透水和不透水地面径流分析 董志勇陆佳荣 l 浙江工业大学水利科学与市政工程研究所浙江杭州3 1 0 0 1 4d o n g z y z j u t e d u c n2 嘉兴市水利局浙江嘉兴3 14 0 0 1 摘要本文将复杂的城市土地利用类型概化为不透水地面和透水地面 较系统地分析了城市不透水地面和透水地面的径流特性及其数学模型 基于圣维南方程 把降雨看作侧向入流提出 不透水地面径流的数学模型 将街道边沟径流看作具有三角形断面的浅水流动 建立相应的数学模型 对于透水地面上的径流 较详细地分析了土壤的入渗能力 并给出R ic h a r d 入渗公式 H o r t o n 入渗公式及P h i l i p入渗公式 关键词不透水地面 透水地面 地面径流 入渗能力 我国城市化进程在经历了低速 波动 停滞阶段后 目前已步人稳定快速发展的阶段 我国设市城市已由建国伊始的1 0 0 多座增至近7 0 0 座 5 0 多年城市增加了5 0 0多座 城市化水平由n 提高到目前 的3 5 预计2 0 2 0 年 城市化水平将达到6 0 左右 这意味着近期内我国将有一半以上的人口居住在城市 大部分的生活 生产要素集中到城市 这就对城市防洪排涝提出了更高的要求 尽管我国城市化进程日趋加快 但与世界城市化水平相比仍有一定差距 我国城市化水平只有3 5 低于世界平均水平 4 6 远低于西方发达国家的7 8 另外还应认识到 西方国家的城市化进程经历了几百年 而我国要在几十年达到这种水平 因此加大了城市防洪防涝减灾的压力 随着城市化进程的加快 城市结构发 生了较大的变化 改变了当地的自然地貌和排水系统 一方面 城市大部分区域由原来的透水地面变为不透水地面 从而导致降雨径流响应时间缩短 径流系数增大 地表径流量增加 使地下水人渗明显减少 大大改变了暴雨洪水的产 汇流特性 另一方面 地面硬化面积和排水能力的加大使城内及其周边的天然蓄水区域大为减少 使河道汇流速度加快 从而使洪峰出现时间提前 洪峰流量增大 另外 上游城市的暴雨洪水明显加大了下游城市的防洪压力 1 9 9 8年长江流域的特大洪水已证实城市化是不可忽视的因 素之一 I z z a r d 川较早地研究了城市化引起水文情势的变化 C o dn e 等人川在澳大利亚首都堪培拉附近选择了两个不同下垫面的相邻集水区 G i r a l a nd 和G u ng a h l i n 作了对比性研究 其中一个是城市 面积 为9 4h m Z 另一个是乡村 面积为1 1 2 h m 研究结果表明 城市集水区的槽蓄量和降雨径流的时滞大大减小 其径流量峰高量大 是乡村集水区径流量的6 倍多 关于降雨径流模型的研究 首推爱尔兰工程师Mu lv a n e 尸 的工作 早在1 8 5 0年他就用推理法建立起流域产流的降雨径流模型 嗣后 许多学者相继提 出各种类型的流域产流模型 卜 6 随着计算机和计算技术的快速发展 人们越来越倾向于用数学物理方程来研究城市径流问题 以提高城市洪涝灾害预报的精度 1不透水地面径流 对于单位宽度的不透水地面 如图1 所示 可由圣维南 S t Ve n a n t 方程来描述地面径流 若把降雨看作侧向入流 则连续性方程可写成 逊二鱼一 at a J相应的动量方程为 基金项目 浙江省科技计划项目 2 0 0 5 C 3 3 0 52 o 1 33 被孙 一 漪弧 第一部分 环境水 力学 A nalysiso f overlan df l o wfrom urba n lm Per vl0 U S al l d Per vl0 U S are a s D ong Zhiyo n g L u Jiahr ongZ 1 Hyd ra u lie a nd Mu nieiva lE ngineering R e se a r eh In stitu te at Zhe jia ngU n iv e r sity o fT e ehnolog y H a n gzho u310014 Chin a d o ngzy z j ut edu e n 2 Jia xingW ate毖Res ou ree s B u r e a u Ji a x ing3 140 01 Chin a Ab str a et The e om Plieated ur ba nl a n d u setyPes w er es um ma riz eda sthe Pe r vio u sa nd impe rvio u sa r e a s in thisPaPer O ve r l and fl owehara eteristie sandtheir m athematiealmo del sonurban Pervio usand imPe r viousa reas w e resystematiea lly analyz ed B a s ed on St V enantequ atio n s m athe m atiea lm o del so fim p erviou sove rla nd f l ow w ere d ev elo ped eon side ringr ain fall a s l ate ral i n fl o w Theg utter fl o win the stre et w a seo nsideredasshallo w w ater floww ith triangula r er os s一s e etiona nd the eorre spon di n gm athe m atie al m odels w ere ProPo se d Fo r thepe r vio usove rland flow infiltrati one apa eityo f 50 11w asan alyzed indetail a n dR ieha rd 5 i n filtr a tio n equation H orto n 5 infiltrati o nequ atio nan dPhiliP 5 infiltrati o