流域尺度土地利用调蓄视角的雨洪管理探析

发达国家雨洪管理焦点历经管网设计、不透水面阈值控制、低影响开发及土地利用管理等过程,呈现"多尺度多视角衔接"趋势。本文聚焦太湖流域土地利用调蓄功能变化机制及管理应用,揭示了1985-2015年来建设占用耕地是调蓄功能降低的主要原因;发现基于小流域的调蓄功能变化与建设用地强度整体低关联,但局部高相关,高相关的地区位于大城市或某些乡镇周边的建设增长热区,而这些热区的建设用地与调蓄空间规模较大且接触机会更多,是开发之前调蓄空间保护、开发控制以及开发之后综合管理等3个土地利用调蓄目标因子协调不当的结果;最后提出流域尺度土地利用调蓄视角的雨洪管理"345"模式,即以3个目标因子和5类控制要素为基础,实施土地利用调蓄创建、防御、拓展与保护等4类差别化战略模式,从更大尺度认识老城区和新区的雨洪关联,拓展海绵城市建设的本土认知和视野。     

STORMWATER MANAGEMENT IN A SMALL MICHIGAN WATERSHED

This study examines stormwater flooding problems on Arcadia Creek, a typical small watershed in Michigan, which is undergoing urbanization. Land-use change has increased the impervious area and, hence, surface runoff while decreasing the natural storage capacity along the channel by elimination of marshes and swamps. However, creation of flow constrictions at culverts, construction of retention ponds, and other results of human interference have led to hydrologic segmentation of the basin and less downstream discharge but a more peaked hydrograph than expected. Continued haphazard urbanization of the basin could increase runoff and decrease storage to a point where downstream flooding would become a far more serious problem. A cooperative approach is needed among the three governments who have jurisdiction over the basin to preserve upstream storage capacity through both structural and policy measures. This would not only greatly facilitate flood control but obviate the need for expensive channel reconstruction to increase conveyance capacity.     

中国城市LID技术设施的成本效益区域差异

随着城市化进程不断加快,人口和城市规模不断扩张,对现代城市雨洪管理提出了新要求。本文运用情景分析法研究中国城市典型低影响开发(Low Impact Development, LID)技术设施的成本效益。分别以80%与95%降雨场次控制率对应的场次降雨为情景,以30年为服务期计算技术设施的雨水管理效益。研究发现：北方城市的建安成本与维护费用均值高于南方城市,同时受区域降雨量差异的影响,南方城市LID技术设施的雨水处理效益普遍高于北方。而北方城市之间效益差异亦较大,其中京津冀地区及西北地区的城市雨水处理效益尤低。不同技术设施之间差异表现为：原地入渗设施的雨水处理成本在6~188元/m3之间,显著高于具有汇流功能的设施。对降水较少的北方城市建议采用成本低、效果好的下沉式绿地结合雨水湿地的方式;对雨量大、雨强高的南方城市建议采用生物滞留设施结合调节塘的方式,可增大调蓄能力达到降雨场次控制率的要求,同时能够净化地面径流、增强雨水下渗。     

Expanding Local Water Supplies: Assessing the Impacts of Stormwater Infiltration on Groundwater Quality

In urban regions, the increased volume of stormwater runoff that results from the impermeable urban landscape is a potential source of water supply, particularly for groundwater recharge. One concern regarding infiltration of stormwater is its potential impact on groundwater quality. To further evaluate this, an extensive monitoring program was conducted in and around Los Angeles, California, over a six-year period. Samples collected from stormwater runoff, the vadose zone, and groundwater were analyzed for constituents of concern including metals, nutrients, organics, bacteria, and emerging contaminants. Findings indicate no degradation of groundwater quality as a result of intentional infiltration. At sites with shallow groundwater, concentrations of some constituents decreased over the period of the study.     

已建城市排水管网的排涝能力评估方法

以SWMM 模型为平台构建已建城市区域排涝模型,以广州市芳村高尔夫地块为研究区域,基于研究区域实测降雨、径流等资料对模型进行参数率定和验证,模拟在不同暴雨重现期下已建城市区域雨水管网的排涝能力。研究结果表明：该区域遭遇2 a 一遇暴雨时,J14、J15 和J31 等3 个排水节点出现积水;当遭遇5 a 一遇时,J15 片区和J31 节点出现较为严重的积水,其中J15 和J31 节点积水量分别达到1 674、546 m³;积水时间分别为0.5、0.4 h。针对研究区域排水管网排涝能力偏低的现状,建议结合LID（Low Impact Development）措施,削减暴雨洪峰流量,提高区域排涝能力。文章构建的已建城市排水管网排涝能力评估方法,可识别区域主要积水黑点及管道满流管段,提供了一种动态、定性和定量评估排水管网能力的方法。     

基于雨洪安全格局的城市低影响开发模式研究

城市调蓄用地总量减少、泄洪网络被建设用地割裂、汇流用地与建设用地重叠等是造成城市内涝灾害的主要原因。本文尝试在产流源头、产流途径以及汇流地三个层面,充分利用原有自然雨洪调蓄系统,建立能够消纳极端暴雨水的城市低影响开发模式,以长沙市苏圫垸为例,基于地形数据、水文气象数据,运用ArcGIS空间分析和SCS水文模型,模拟极端降雨的雨洪淹没区和雨洪廊道,并建立雨洪安全格局。根据年径流总量控制率85%的海绵城市建设目标,结合模型模拟确定苏圫垸低影响开发设施位置及规模,即开发后应保留雨洪斑块面积228.2 hm²,控制水量107.5万m³,雨洪廊道面积51.5 hm²,控制水量10.1万m³。可为探索基于极端气候下内涝防控的海绵城市建设新模式提供参考。     

上海城市降雨径流污染时空分布与初始冲刷效应

选取上海市中心城区典型功能区监测降雨事件,研究降雨径流污染时空变化及初始冲刷效应。研究表明,上海中心城区路面径流主要污染物为TSS和CODCr,超出国家地表水Ⅴ类标准四倍多;总磷超出Ⅴ类水质标准两倍以上,氮素营养盐也有不同程度的污染。污染物含量在不同功能区之间显示出相似的分布趋势,交通区明显高于其他区域,其次为商业区和工业区,居民区情况较为良好。降雨强度是影响初始冲刷效应的主要因素,强度较大的降雨冲刷效应较为明显;不同功能区之间,商业区初始冲刷效应较强,其次为居民区和工业区,交通区冲刷强度较弱;TSS和CODCr在商业区和工业区冲刷强度要大于氮磷污染物质;而在交通区和居民区分异特征不明显。     

湖南省凤凰县城雨洪管控路径

发达国家的经验表明,基于低影响开发的雨洪管理措施可以有效缓解城市雨洪灾害.聚焦中国海绵城市建设过程中新旧城区的关联性问题,提出"现状评估-低影响开发指标分解-建设效果模拟验证"的雨洪管控路径.以湖南省凤凰县为例,基于城市内涝模型,对新旧城区进行雨洪风险性评估与改造可行性评估,在现状评估基础上,构建低影响开发控制指标分解...     

土地利用/土地覆被变化对大盈江流域径流的影响

为揭示大盈江流域土地利用/土地覆被变化对径流变化的影响,基于SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型,通过设置不同情景,定量分析了土地利用类型变化对流域内径流的影响。结果显示:(1)SWAT模型在大盈江流域径流模拟中具有较好的适用性,率定期的模型参数R2、Ens分别达到0.68、066,验证期的模型参数R2、Ens分别达到0.69、0.67;(2)大盈江流域月均径流量与土地利用类型关系密切:把农业用地变成林地或者草地,径流量均会减少,把林地变成草地径流量则会增加,农、林、草3种土地利用类型中产流由强到弱依次为农业用地、草地、林地。(3)2006~2015年,大盈江流域土地利用类型变化主要为农业用地和林地转化为草地,这种转变导致流域的月均径流量略有增加,增加的径流量主要是由林地转化为草地所致,且林地转化为草地引起的径流增加量强于农业用地转化为草地引起的径流减少量。     

城市不透水面与降雨径流关系研究

城市不透水面增加对降雨径流关系有着重要的影响,本研究选择位于福州城区内的厦坊溪和解放溪2个流域,在流域尺度上研究现状和城区未来扩展过程中对应的不透水率及其与降雨一径流关系．研究结果表明不透水率与径流系数在不同降雨情况下都成正相关的线性关系,尺。达到0．9以上;随着降雨量的增大并伴随着前期湿润度由干到湿变化,虽然不透水率对地表径流的影响有所弱化,但整体而言,城市不透水面的增加导致相同降雨情况下径流系数增加,并增大城市排水系统负担．利用研究结果,论文最后从保护河网水系、合理规划城区发展、完善排水系统和加强绿地系统建设等方面对城市规划提出建议．     

流域降雨径流路径的数字模拟技术

流域内降雨径流流动过程的水文分析具有重要意义。此文基于地理信息系统的栅格系统,利用数字高程模型(DEM)提供地形特征的能力,通过一系列相连的数据集,用计算机对流域降雨径流路径进行了数字模拟,其可以实现以正确的水文顺序跟踪地表径流在流域空间范围内的流动路径,并确定地表径流在流域空间内流动路径的水文计算等级,为基于流域降雨径流关系的建模研究提供了空间分析基础。最后把该项研究成果应用于黄家二岔小流域,证实该模拟技术具有一定的可靠性和实用性。     

降雨变化对东江流域径流的影响模拟分析

降雨变化对流域水文过程的影响是地理与环境科学领域关注的热点。应用流域水文模型HSPF建立了东江流域的径流模拟模型,并结合日降雨随机模拟模型,分析了降雨的长期变化对流域径流的影响。结果表明,降雨对东江流域的径流影响显著,径流量随降雨量均值与降雨量变差系数的增减而增减;相同的降雨量均值变化幅度条件下,径流增减的变化幅度相近;降雨量变差系数增加对径流的影响大于降雨量变差系数减小的影响,降雨强度的变化是影响径流量的重要因素,降雨量变化剧烈时,产生的径流更多;在同等的变化幅度内,降雨量均值变化对径流量的影响大于降雨量变差系数;由降雨情景变化引起的月径流的变化在6~8月最为明显。     

SWAT模型的原理、结构及应用研究

SWAT(SoilandWaterAssessmentTool)是一个具有很强物理机制的长时段的流域分布式水文模型。它能够利用GIS和RS提供的空间数据信息,模拟复杂大流域中多种不同的水文物理过程,包括水、沙、化学物质和杀虫剂的输移与转化过程。本文着重探讨SWAT模型的水文学原理和模型的基本结构与独特的分布式运行控制方式,并将其成功应用于西北寒区(黑河莺落峡以上流域)的分布式日径流过程的模拟。     

挠力河流域河流径流量对气候变化的敏感性分析

流域径流量对气候变化的敏感性分析是理解气候变化对流域水资源影响的重要手段。本文利用非更新式人工神经网络(ANN)模型,以年平均降雨、年最低气温和最高气温为输入参数,年平均径流量为输出变量,构建了三江平原挠力河流域的径流量预测ANN模型;并根据IPCC第四次报告的气候变化模式,设定了9种不同的气候变化情景,利用构建的ANN模型分析了流域径流量对气候变化的敏感性。结果表明:构建的人工神经网络模型能够较好的模拟径流量,可用于气候变化的敏感性分析;挠力河流域上游径流量对气候变化的敏感性要大于中游区域的,降水变化对径流量的影响大于气温对其产生的影响。     

Tectonic constraints on watershed development on frontal ridges: Mohand Ridge, NW Himalaya, India

Uplifting frontal ridges are one of the most conspicuous geomorphic features that mark the frontal parts of actively converging mountain belts. Growth of these ridges can lead to the simultaneous development of a drainage system that is defined by watersheds, stream network and long profiles of channels. In the present study, shape parameters of watersheds, stream network characteristics and pattern of network growth, shape of long profiles, and the SL index have been investigated in a part of NW Himalaya to understand the relationship between endogenic tectonic processes and exogenic fluvial processes. This explains the tectonic control on drainage systems in the uplifting frontal ridge. This watershed analysis was carried out using a Digital Elevation Model (DEM) and a number of anomalies have been identified and analysed. The most striking is the asymmetric development of watersheds on either side of an almost straight ridge crest. Watershed asymmetry along the ridge crest is characterized by larger area and less elongated watersheds in the southern flank (forelimb) in comparison to the northern flank (backlimb). Drainage network and long profile analysis establishes that the larger watershed area in the forelimb is due to dominance of headward erosion and its impact on drainage network growth. Dominance of headward erosion is due to slope variation in response to forelimb development along a fault-related fold. Even through, headward erosion has shifted the ridge crest; it is parallel with the trace of the Himalayan Frontal Thrust (HFT). The parallel ridge crest with reference to the HFT is indicative of the tectonic control of the HFT on the development of the watersheds. Hence, a well developed linkage between tectonic processes (fold development) and surface processes (headward erosion) is responsible for variation in watershed and drainage network pattern across the ridge crest. The study also investigates the role of planform ridge curvature on watershed development. The effect is more pronounced on an asymmetric ridge, such as the Mohand ridge, than on a symmetric ridge.     

北方半干旱快速城镇化流域径流变化的驱动因素分析

通过社会经济发展对于流域水文过程产生的影响,分析城镇化流域的径流变化对于水资源管理保护和促进社会经济发展具有重要的作用。利用乌兰木伦河流域1997-2015年的水文气象、土地利用和社会经济等数据,以降水-径流双累积曲线、改进的Mann-Kendall检验和主成分分析等方法从不同时间尺度分析了流域径流、城镇化、气候和社会经济的变化趋势,揭示了气候、社会经济快速发展和城镇化过程对于流域径流的影响,发现了研究区年、季尺度下径流变化的主要驱动因素,并建立与不同时间尺度径流的映射函数关系。结果表明：在鄂尔多斯市快速城镇化影响下,研究区径流深呈现下降趋势,在2005年出现拐点变化; 2005年之后的平均径流深小于之前的平均径流深;降水、蒸发、气温等气候因素没有显著变化趋势,但城镇化面积、GDP和人口明显增加,城镇化为2005年后研究区径流减少的主要驱动因素;城镇化对于枯水季径流的影响更为显著。     

流域非点源污染模拟研究--以滇池流域为例

流域的水质管理是一个多步骤的过程,数学模型以其定量计算和动态操作在流域管理中起着重要作用。本文利用美国EPA开发的HSPF(HydrologicalSimulationProgramFortran)模型,选取云南滇池流域作为案例,给出非点源污染模型流域水文水质的模拟过程。首先在子流域划分的基础上,完成数据库的建立。参数估值主要依据流域性质、先前经验值、其他模拟研究和文献中的取值。参数优化、模型校正和模拟验证是采用流域河流出口流量和污染物浓度值完成。最后用校正后的模型计算了滇池流域河流入湖流量及各子流域污染总负荷量与非点源污染负荷量。     

公路网系对喀斯特流域水系结构的影响

为了定量评价公路对地表水文过程的影响,选择典型喀斯特流域,在GIS水文分析功能支持下探讨了公路网系对流域水系结构的改变。研究表明:公路代表的人类强烈扰动集中分布在水系两侧1 km范围内。叠加路网之后流域内三级以下的低级水系数量和总长度显著增加,主河道分枝能力和流域平均分枝比增大,说明路网将增大河道行洪压力,同时减弱喀斯特流域的溶蚀作用而增强流水侵蚀作用。对子流域单元的统计分析表明,路面产流强度与子流域水系长度增加量之间存在较好的线性关系。在空间上,路网增加的水系在流域出口附近的集中程度较高。公路影响抑制喀斯特地下水系的径流调蓄作用,可能导致洪水期河流洪峰提前并增大洪峰流量,从而加剧洪灾风险。     

三工河流域分布式水文模型研究

分布式水文模型及其尺度问题是当今水文学研究的前沿课题，特别是针对不同流域尺度以及适合于干旱地区的分布式模型更是研究的焦点。提出了位于干旱区巾小流域尺度的三工河流域分布式模型建立的方法．采用了半分布式网格与子流域结合的模拟计算方式．实例证明这种模型非常适合于模拟干早区融雪径流．对干旱区流域产汇流过程的研究将具有很大的推动作用。     

人类活动对别拉洪河流域水文情势的影响研究

为了研究人类活动对水文情势的影响,以别拉洪河流域1957～2004年水文、气象数据为基础,详细分析了降水量、蒸发量及径流量等要素的变化特征;利用累积滤波法、Kendal秩次相关法、径流量年内分配的不均匀系数和径流量的变差系数对径流量的变化及其趋势进行了分析;利用降水-径流双累积曲线法和Mann-Kendall法对径流量序列进行了突变检验;定量研究了人类活动对径流量的影响。结果表明,1957～2004年别拉洪河流域年径流量显著减少,1966年年径流量发生减少突变;人类活动对年径流量减少总量的影响率大于60％,是导致该流域水文循环要素发生变化的主导因素,其次才是年降水量。