城市水文課件

城市化過程對當?shù)厮牡挠绊懼饕憩F(xiàn):

（1）城市地貌和排水系統(tǒng)的改變（2）水資源的重新分配（3）水環(huán)境的改變（4）大氣環(huán)境的改變構成城市的供水、排水、防洪、水環(huán)境等水文問題。第1頁/共189頁城市化過程對當?shù)厮牡挠绊懼饕憩F(xiàn):第1頁/共1891

第二節(jié)城市化對降水的影響

與周圍鄉(xiāng)村相比，城市氣溫明顯偏高。其特征往往是城市中心氣溫最高，而向周圍鄉(xiāng)村逐步遞減，在郊區(qū)遞減速度較快。城市氣溫明顯高于周圍鄉(xiāng)村的現(xiàn)象稱為“

城市熱島”。第2頁/共189頁第二節(jié)城市化對降水的影響

2

造成城市熱島的原因主要為：（1）人為熱源（2）建筑材料的熱容性（3）建筑結構峽谷形式增加接受輻射的面積（4）大氣污染增強了吸收太陽輻射能力城市熱島現(xiàn)象會對水汽蒸發(fā)、空氣對流產生明顯影響，從而影響到降雨特性。第3頁/共189頁造成城市熱島的原因主要為：第3頁/共189頁3

城區(qū)工廠生產，交通運輸，人們日?；顒邮沟贸鞘猩峡沾髿庵袎m埃比天然情況下高出幾倍至幾千倍，使得城市空氣污染加重，為城區(qū)降水提供了更多的凝結核。城市化尤其使對流層氣象活動增加，引起局部區(qū)域降水增大。

城市化往往是一個長期過程，氣候變化也是緩慢的，不易被人察覺。第4頁/共189頁城區(qū)工廠生產，交通運輸，人們日?；顒邮沟贸鞘猩峡沾?

城區(qū)工廠生產，交通運輸，人們日?；顒邮沟贸鞘猩峡沾髿庵袎m埃比天然情況下高出幾倍至幾千倍，這不僅使得城市空氣污染加重，而且為城區(qū)降水提供了更多的凝結核。城市化一般引起局部區(qū)域降水增大。

但城市化往往是一個長期過程，氣候變化也是緩慢的，不易被人察覺。要素與郊區(qū)比要素與郊區(qū)比凝結核多10倍云量多5～10％微粒多10倍霧多30～100％日照少5～15％溫度0.5～3度降水總量多5～15％相對濕度小6％降水日數(shù)多10％風速小20～30％雷暴多10～15％無風日多5～20％第5頁/共189頁城區(qū)工廠生產，交通運輸，人們日常活動使得城市上空大5

1．大規(guī)模建造房屋，鋪砌道路，使下墊面不透水性大大增加，其結果是下滲量和蒸發(fā)量減少，而地表徑流和徑流總量增加，洪峰流量加大；第三節(jié)

城市化對徑流特性的影響

2．城市排水系統(tǒng)管網化，使暴雨徑流盡快地就近排入水體，使洪水匯流速度增加，洪量更為集中；第6頁/共189頁1．大規(guī)模建造房屋，鋪砌道路，使下墊面不透水性大大增6

3．對城市匯水河道整治與改建，整治后的特點是河道直線化，斷面規(guī)則化，呈梯形或矩形，邊坡用磚石襯砌。增加了河道輸水能力，使洪量集中；

4．侵占天然河道洪水灘地，減小了洪水灘地儲洪容量和泄洪能力，使城市遭遇大洪水時，河道調蓄能力減弱，洪水浸溢積聚城市地面而形成積水；第7頁/共189頁3．對城市匯水河道整治與改建，整治后的特點是河道直75．設立各種類型的控制性閘壩，進行人工調節(jié)，影響城市徑流過程；

6．來自城市外的引水和城市本身污水排放，造成徑流水量和水質的變化。第8頁/共189頁5．設立各種類型的控制性閘壩，進行人工調節(jié)，影響城市8第9頁/共189頁第9頁/共189頁9第10頁/共189頁第10頁/共189頁10第11頁/共189頁第11頁/共189頁11

圖1-1同等降雨下城市化前后洪水過程線比較城市化后城市化前Qt第12頁/共189頁圖1-1同等降雨下城市化前后洪水過程線比較城市化后城12第四節(jié)

城市化對水文影響的分析1、統(tǒng)計檢驗方法一般，城市化對水位和流量資料影響較為明顯，可以采用水文統(tǒng)計中的ｔ檢驗和Ｆ檢驗方法對水文樣本系列的均值和方差進行顯著性檢驗。為了進行顯著性檢驗，水文變量系列被劃分為容量為ｎ１（城市化前）和ｎ２（城市化后）兩個不重迭的子系列，并分別計算出它們的均值ｍ１和ｍ２，方差ｓ12和ｓ２2。第13頁/共189頁第四節(jié)城市化對水文影響的分析1、統(tǒng)計檢驗方13

首先對方差進行方差比檢驗或Ｆ檢驗。計算檢驗統(tǒng)計量Ｆ＝ｓ12/ｓ２2ｓ1>ｓ２Ｆ＝ｓ22/ｓ12ｓ1<ｓ２與Ｆ分布表中置信水平為α／２、自由度為ｎ１－１和ｎ２－１的Ｆ值比較。在大部分實用中，α值采用５％比較適當。一般統(tǒng)計教科書和手冊中都附有這類統(tǒng)計表。如果Ｆ的計算值超過表列數(shù)值，則拒絕關于ｓ1與ｓ２為相同總體方差估計量的零假設。第14頁/共189頁首先對方差進行方差比檢驗或Ｆ檢驗。計算檢驗統(tǒng)計14

ｔ檢驗適用于對兩個子系列的均值檢驗。計算檢驗統(tǒng)計量與ｔ分布表中置信度為α/２，自由度為n１+n２-２的ｔ值比較。若計算值超過表列數(shù)值，則拒絕關于ｍ１和ｍ２是同一總體均值估計量的零假設。第15頁/共189頁ｔ檢驗適用于對兩個子系列的均值檢驗。計算檢驗統(tǒng)152、經驗分析方法（1）水文系列分析對水位、流量、雨量系統(tǒng)的時間滑動平均分析，分析水文變量是否受到城市化影響。Xt（a）第16頁/共189頁2、經驗分析方法Xt（a）第16頁/共1816

（2）降雨徑流關系分析城市化不同階段年或次降雨徑流關系的差別可以分析城市化的影響程度。PR城市化前城市化后R1R2第17頁/共189頁（2）降雨徑流關系分析PR城市化前城市化后R1R17

（3）峰量關系比較分析城市化會引起洪峰～洪量之間的關系變化，對不同時期峰量關系的比較可以分析城市化的影響。WQ城市化前城市化后Q1Q2第18頁/共189頁（3）峰量關系比較分析WQ城市化前城市化后Q1Q18

（4）相鄰流域間同一水文變量比較如果參證流域水文變量（R1）未受城市化影響，則兩流域間不同時期水文變量關系變化可以反映城市化的影響。R1R2城市化前城市化后R21R22第19頁/共189頁（4）相鄰流域間同一水文變量比較R1R2城市化前19

如果統(tǒng)計檢驗結果拒絕了零假設，或通過經驗檢驗方法認為該地區(qū)城市化對水文變量影響顯著，則表明該地區(qū)水文系列的一致性受到破壞。此時，不宜直接采用流量資料由頻率分析方法推求設計值。一般說來，與流量和水位資料相比，降雨受城市化影響相應較小，因此常假定降雨不受城市化影響，采用由設計暴雨推求設計流量和設計水位的途徑。第20頁/共189頁如果統(tǒng)計檢驗結果拒絕了零假設，或通過經驗檢驗20

第一節(jié)

城市地區(qū)的洪水問題

第一，城市本身暴雨引起的洪水。由于城市不斷擴張，這一問題會變得愈加尖銳。這是城市排水面臨的問題。

第二，城市上游洪水對城區(qū)的威脅；可能來自城市上游江河洪水泛濫，山區(qū)洪水，上游區(qū)域排水，或水庫的下泄流量。解決這類問題屬城市防洪范疇。

第三，城市本身洪水下泄造成的下游地區(qū)洪水問題。由于城區(qū)不透水面積增加，排水系統(tǒng)管網化，河道治理等使得城市下泄洪峰成數(shù)倍至十幾倍增長，對下游洪水威脅是逐年增加的，構成了城市下游地區(qū)的防洪問題。第二章城市防洪與排水措施第21頁/共189頁第一節(jié)城市地區(qū)的洪水問題

21

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，增加河道過水能力，或者使河流改道，直接進入城市下游區(qū)域；

2．建造堤防和防洪墻保護城市，阻擋洪水侵入，傍臨大江大河的城市大部分采用這一措施

3．在城市上游修建防洪水庫儲蓄洪水，以達到削減洪峰的目的。這類工程要結合水資源開發(fā)、發(fā)電、漁業(yè)、航運諸方面綜合考慮。為了防止水庫失事造成嚴重后果，還應制定水庫失事的應急措施；

4．在城市上游建造分洪區(qū)分洪。減緩稀遇大洪水對下游城市的威脅。這是面臨江河的重大城市才有可能采取的一類耗資大、影響廣的措施，必須經過詳盡的論證。第二節(jié)

城市防洪與排水工程措施第22頁/共189頁一、防洪工程措施

城市上游洪水的防洪工程措施22城市下游的防洪措施：

1、疏通和整治匯水河道；

2、建造下游河道堤防；

3、減小上游城市下泄洪量和洪峰流量。第23頁/共189頁城市下游的防洪措施：

1、疏通和整治匯水河道；

23

（二）排水工程措施

城市排水主體工程是管渠排水系統(tǒng)，將城區(qū)雨洪盡快排出。全面解決城市雨洪問題，應結合各城市具體情況，采取綜合治理措施來減小、延緩和調節(jié)城市雨洪，削減洪峰和減少洪量。第24頁/共189頁（二）排水工程措施

城市排水主體工程是管渠排241．建立人工蓄洪池塘。在雨洪流量較大時儲存一部分洪量，而流量下降時排出，以達到削減洪峰作用。

2．設立等高綠地。在廣場和住宅區(qū)周圍沿等高線設置綠地，使雨水進入綠地后再排出，增加下滲量和降低匯流速度，減小地表徑流，削減洪峰流量。排水綜合治理措施:第25頁/共189頁1．建立人工蓄洪池塘。在雨洪流量較大時儲存一部分洪量254．利用屋頂蓄水滯水。采用屋頂蓄水池或屋頂花園；增大屋頂鋪面糙率，如波狀屋頂、礫石屋頂?shù)龋M落水管使屋頂雨水滯蓄。

5．采用透水性排水管道。多孔的排水管道可以增加透水量，使排水流量降低。

6．地下水回灌。利用枯井、深水井對雨水進行地下水回灌。3．采用透水鋪面?？射伷鐾杆疄r青公路，多孔混凝土廣場，磚、礫石人行道和巷道，增加下滲量。第26頁/共189頁4．利用屋頂蓄水滯水。采用屋頂蓄水池或屋頂花園；增大26

植樹綠化

在城市上游集水區(qū)域和城區(qū)植樹或種草，增加土壤下滲和滯水能力，降低和延緩洪峰

洪水預報和警報

編制洪水預報方案，根據當?shù)亟邓蛏嫌魏樗闆r預報城市水位和流量，在洪水來臨之前通告群眾和有關部門，及時做好抗洪工作

洪水調度

結合洪水預報方案和洪水警報制定合理的洪水調度方案，降低洪水對城市的威脅程度第三節(jié)城市防洪與排水非工程措施第27頁/共189頁植樹綠化在城市上游集水區(qū)域和城區(qū)植樹或種草，增加土27洪水保險

對遭受洪澇災害的個人及集體支付賠償，使國家用于水利建設和救災損失的資金得到合理的應用。

水利管理條例

國家和地方有關主管部門根據具體情況頒布水利方面的有關管理條例。

城市水利規(guī)劃

制定合理的水利布局方案并留有充分的發(fā)展與改進的余地。第28頁/共189頁洪水保險對遭受洪澇災害的個人及集體支付賠償，使國家用28

市政部門習慣采用公頃（hm2），升（L），分鐘（min）作為面積、水量、時間的基本單位。

應用推理公式推求管道設計流量一直是最為廣泛應用的方法，采用徑流系數(shù)由降雨量推求地表凈雨。

根據三個基本假定條件，推求管道設計流量的推理公式形式寫成：

Qp

＝aiτF

第一節(jié)推理公式

第三章排水管網設計流量計算第29頁/共189頁市政部門習慣采用公頃（hm2），升（L），分鐘（mi29

在城市集水區(qū)域，下墊面各處差別很大，徑流系數(shù)也各自不同。在使用推理公式時，應采用按面積加權平均的徑流系數(shù)。平均徑流系數(shù)計算公式為

a＝∑aiFi/F

＝∑

biai

在城市，徑流系數(shù)與地面不透水性有很大關系，地面不透水性越強，則徑流系數(shù)越大。表3-1列出了幾種指定下墊面條件下的徑流系數(shù)；表3-2列出了一些綜合區(qū)的權重徑流系數(shù)。

第二節(jié)地表徑流系數(shù)第30頁/共189頁在城市集水區(qū)域，下墊面各處差別很大，徑流系數(shù)也各自不30

表3-1各種地表復蓋的徑流系數(shù)表

第31頁/共189頁

表3-1各種地表復蓋的徑流系數(shù)表

第31頁/共1831

表3-2區(qū)域不透水性綜合徑流系數(shù)

除了下墊面不透水程度，徑流系數(shù)大小還與降雨特性、土壤含水量、地下水埋深等特性有關。因此，在選用徑流系數(shù)時，必須視具體情況而定。第32頁/共189頁表3-2區(qū)域不透水性綜合徑流系數(shù)

除了下墊面32

市政部門常用的暴雨公式形式為：

i＝167A（1＋ClgT）/（t＋B）n

式中,T

—

重現(xiàn)期，年；

i

—

重現(xiàn)期為T年的t時段內平均降水強

度，L／（s·hm2）；

A、B、C、n—

暴雨公式的參數(shù)。

第三節(jié)暴雨公式第33頁/共189頁市政部門常用的暴雨公式形式為：

i＝16733表3-3我國部分城市暴雨公式的參數(shù)第34頁/共189頁表3-3我國部分城市暴雨公式的參數(shù)第34頁/共189頁34

流域集流時間τ由下式計算

τ＝tc＋mtf

式中tc

—

管道入水口坡面匯流時間，min；

tf

—

上游管道管流時間，min；

m

—

延緩系數(shù)，管道m(xù)＝2，明渠m＝1.2

第四節(jié)流域集流時間第35頁/共189頁流域集流時間τ由下式計算

τ＝tc35（1）運動波法公式

tc＝1.359L0.6n0.6i－0.4J－0.3

式中，L—

坡面流長度，m；n—

地面糙率；

i—

降雨強度，mm／min；J—

地面平均坡度.

（2）機場排水公式

tc＝0.703（1.1－a）L0.5J－0.333

式中，a—

徑流系數(shù)。

（3）SchaaKe公式

tc＝1.397L0.24J－0.16I－0.26

式中，I—

不透水面積百分比。第36頁/共189頁（1）運動波法公式

tc＝1.359L0.6n036表3-4幾種下墊面復蓋的糙率

第37頁/共189頁表3-4幾種下墊面復蓋的糙率

第37頁/共189頁37表3-5幾種區(qū)域地面糙率

第38頁/共189頁表3-5幾種區(qū)域地面糙率

第38頁/共189頁38

管徑的計算根據管道入口端設計洪峰流量按滿管重力流計算，計算公式采用曼寧公式或其它有關流量公式。

曼寧公式計算圓管管徑：

D＝（3.2084nQp）3/8/J1／2

式中D

—

設計圓管管徑，m；

n

—

圓管道糙率；

Qp—

指定頻率設計洪峰流m3／s；

J

—

管道坡度。

在實際應用時，實用管徑應等于或稍大于計算出管徑。

第五節(jié)管徑計算第39頁/共189頁

管徑的計算根據管道入口端設計洪峰流量按39

計算管道平均流速V有以下幾種方法（以圓管為例）：

（1）按滿管重力流用連續(xù)方程計算

V＝4Qp/（πD2）

式中,D—

實際采用的管徑，m。

（2）按滿管重力流用曼寧公式計算

V

＝0.397nD2／3J1／2

第六節(jié)管流時間計算第40頁/共189頁計算管道平均流速V有以下幾種方法（以圓管為例）：40

根據平均流速可計算得管流時間：

tf＝L／（60V）

式中,L

—

上游管道管長，m；

tf—

上游管道中徑流平均管流時間，min

由上游管道的地面匯流時間和管流時間之和得出設計管道的總集流時間τ代入推理公式可以推得管道設計洪峰流量。

第41頁/共189頁

根據平均流速可計算得管流時間：

41

在下水道設計中采用推理公式方法時，各管道設計是各自獨立地采用推理公式計算洪峰流量的。因各節(jié)點的設計洪峰流量并非由同一設計暴雨所形成，各設計洪峰之間無直接的物理聯(lián)系，僅僅是在計算集流時間τ時，要用到上游管道的匯流時間而已。

進入設計管道的流量不是一條路徑，此時，應把徑流流時最長的那條路徑的水流時間作為設計管段的集流時間。

第七節(jié)管網系統(tǒng)設計流量計算第42頁/共189頁在下水道設計中采用推理公式方法時，各管道設計是各42圖3-1應用推理公式推求管道設計流量框圖排水面積管長和坡度設計雨強推求洪峰流量徑流系數(shù)集流時間暴雨公式計算下一管路計算管流時間計算本段管徑結束最后管段

是

否第43頁/共189頁圖3-1應用推理公式推求管道設計流量框圖排水面積管長和坡43

［算例］北京市某區(qū)域需要鋪設排水管網。管網上端三個管道、雨水井以及集水面積見示意圖。推求各管道二年一遇設計洪峰流量。132圖3-2設計管道布設示意圖

第44頁/共189頁

［算例］北京市某區(qū)域需要鋪設排水管網。管網上端三個44

表3-6排水區(qū)域與設計管道基本資料第45頁/共189頁

表3-6排水區(qū)域與設計管道基本資料第45頁/共189頁45

表3-7北京市某區(qū)上游排水管道設計計算表

具體計算是自上游管道向下游管道逐段推求設計流量。先計算1號和2號管道設計流量、流速和管徑。最后計算3號管道設計流量、流速和管徑。第46頁/共189頁

表3-7北京市某區(qū)上游排水管道設計計算表具體46

首先計算1號管道設計流量、流速和管徑，計算過程及表中各欄說明如下：

第（1）欄，管道編號，與管首雨水井編號相同第（2）欄，管道集水面積，它是管首雨水井集水面積以及上游入水管道排水面積之和

F1＝5.1hm2第47頁/共189頁首先計算1號管道設計流量、流速和管徑，計算過程及表中47

對應于各種下墊面情況的面積權重bi在表5－6已給定。根據地面復蓋物情況由表5－2查得對應的徑流系數(shù)ai，則可計算得

a1＝0.55×0.85＋0.60×0.15＝0.558

第（3）欄，管道排水面積的權重徑流系數(shù)

a＝∑aibi第48頁/共189頁對應于各種下墊面情況的面積權重bi在表5－6已給定。48

第（4）欄，雨水井的地面匯流時間，這里采用機場排水公式計算。

tc

＝0.703（1.1－a）L0.5J－0.333

tc1＝0.703（1.1－0.556）1030.5×0.104－0.333＝17.7（min）

第（5）欄，各管道排水面積集流時間。第1、2號管道位于上游頂端，管道排水面積等于管首雨水井集水面積，集流時間

τ1＝tc1＝17.7（min）第49頁/共189頁第（4）欄，雨水井的地面匯流時間，這里采用機場排水公49

第（6）欄，設計雨強。由表5－3查得北京市雨強公式，把T＝2年和t＝τ代入

i

＝167×11.98（1＋0.811Lg2）/（τ＋8）0.711

＝2489.1/（τ＋8）0.711

i1＝2489.1/（17.7＋8）0.711

＝248（L／s·hm2）第50頁/共189頁第（6）欄，設計雨強。由表5－3查得北京市雨強公式，50

第（7）欄，設計流量

Qp＝aipF

Qp1＝0.558×248×5.1＝706（L／s）

第（8）欄，管道糙率。查表5－8可知混凝土管糙率

n＝0.014。第51頁/共189頁第（7）欄，設計流量

Qp＝aipF

51

第（9）欄，計算出的設計管徑，這里按滿管重力流由曼寧公式計算

D＝（3.2084nQp/J0

0.5）3/8

D1＝（3.2084×0.014×0.706/0.0180.5)3/8

＝0.582（m）

第（10）欄，實際采用的管徑。第52頁/共189頁第（9）欄，計算出的設計管徑，這里按滿管重力流由曼寧52

第（11）欄，管道平均流速，按滿管重力流由連續(xù)方程計算

V＝4Qp/（Dn2π）

V1＝4×0.706/（0.62×3.14）＝2.50（m/s）

第（12）欄，管流時間

tf＝L0／（60V）

tf1＝109／（60×2.5）＝0.73（min）第53頁/共189頁第（11）欄，管道平均流速，按滿管重力流由連續(xù)方程計53

在上游的1、2號管道計算完畢后，才可推求第3號管道的設計值，說明如下：2號管道計算與1號管道相同。第（1）欄

NＯ3＝3

第（2）欄

F3＝6.3＋5.1＋2.9＝14.3（hm2）第54頁/共189頁在上游的1、2號管道計算完畢后，才可推求第3號管道的54

第（3）欄，

α3′＝0.75×0.60＋0.60×0.40＝0.69

α3＝(0.69×6.3＋0.558×5.1＋0.43×2.9)/14.3

＝0.59

第（4）欄，

tc3＝0.703（1.1－0.69）1190.50.0125－0.333

＝13.5（min）第55頁/共189頁第（3）欄，第（4）欄，第55頁/共18955

第（5）欄，管道3匯水路徑有三條，第一條從管道1匯入，第二條從管道2匯入，第三條從本管首雨水井匯入，各管路流時為

路徑1：T1=τ1+mtf1=17.7＋2×0.73＝19.2min

路徑2：T2=τ2＋mtf2=17.2＋2×0.75＝18.7min

路徑3：T3＝tc3＝13.5min132

從三條路徑中選擇最大流時作為管道3的集流時間，即

τ3＝19.2min第56頁/共189頁第（5）欄，管道3匯水路徑有三條，第一條從管道1匯入56

第（6）欄，i3＝2489.1（19.2＋8）－0.711

＝238（L／s·ha）

第（7）欄，Qp3＝0.59×238×14.3＝2008（L／s）第（8）欄，n＝0.014

第（9）欄，D3＝（3.2084×0.0014×2.008/0.0210.5）3/8

＝0.837（m）第（10）欄，Dn3＝900mm

第（11）欄，V3＝4×2.008／（0.92×3.14）＝3.16（m／s）第（12）欄，tf3＝90／（60×3.16）＝0.47（min）第57頁/共189頁第（6）欄，i3＝2489.1（19.2＋8）－0.7157

在城市管渠排水系統(tǒng)的規(guī)劃與設計中，當涉及系統(tǒng)的優(yōu)化設計，超載狀態(tài)，工程控制調度，管渠溢流計算，調節(jié)池與泵站設計，雨水污染分析與防治等工程問題時，需要推求相應的設計流量過程線。

第四章管渠水系統(tǒng)設計流量過程線推求第58頁/共189頁在城市管渠排水系統(tǒng)的規(guī)劃與設計中，當涉及系統(tǒng)的優(yōu)化設58

一、設計雨量

在城市管渠排水系統(tǒng)設計雨量的推求，一般采用暴雨公式。市政部門常用的雨強公式采用mm／min為雨強單位時為

i＝A（1＋CLgT）/（t＋B）n

（mm／min）若重現(xiàn)期T已確定，則a＝A（1＋CLgT）為一常數(shù)，則上式寫成

i＝a/（t＋b）n

（mm／min）

上式與水利部門采用的雨強公式完全相同。因此可以推求得降雨歷時為T的設計雨量為

P＝at/（t＋b）n

如果設計流域有較充分的雨量資料，也可以通過雨量頻率計算途徑推求得設計雨量。第一節(jié)設計暴雨計算第59頁/共189頁一、設計雨量

在城市管渠排水系統(tǒng)設計雨量的59

二、設計暴雨過程擬定

1．典型分配：選用實際的暴雨過程作為典型，經同倍比或同頻率放大后，得出設計暴雨過程

2．同頻率分配：按這一途徑分配得出一個單峰暴雨過程，每一歷時的雨量均滿足設計頻率，雨峰位置采用地區(qū)綜合值。第60頁/共189頁二、設計暴雨過程擬定

1．典型分配：選用60

3．雨量分配公式：下式是根據暴雨公式推導出的一個瞬時雨強公式，它以雨峰為坐標原點：

雨峰前：I1＝a[(1-n)(t1/r)+b]/(t1/r+b)n+1

雨峰后：I2＝a[(1-n)t2/(1-r)+b]/[(t1/(1-r)+b]n+1

式中，I1，I2—雨峰前t1和雨峰后t2時刻雨強；

r—

峰前歷時與總降雨歷時之比；

a、b、n—

暴雨公式中的參數(shù)。第61頁/共189頁3．雨量分配公式：下式是根據暴雨公式推導出的一個瞬時61t1/t=r

t=t1/r

；t2/t=1－r

t=t2/（1－r

）雨峰前：I1＝a[（1-n）（t1/r）+b]/（t1/r+b）n+1

雨峰后：I2＝a[（1-n）t2/（1-r）+b]/[（t2/（1-r）+b]n+10

t1

t2

t第62頁/共189頁t1/t=rt=t1/r；t2/t=1－rt62例:已知某暴雨公式為

i＝18（1＋0.9LgT）/（t＋15）0.8

求2年一遇的設計暴雨過程。

（1）取計算時段為5min，由暴雨公式式計算得5,10，…,60min共12個歷時平均雨強i，列第（1）、（2）欄；（2）計算各歷時降雨總量P＝it，列第（3）欄；第63頁/共189頁例:已知某暴雨公式為（1）取計算時段為5min63

（3）由第3欄中各相鄰歷時雨量之差推求時段雨量ΔPj＝Pj

－Pj-1，j＝1，2，…

，12。此時，ΔPj是按大至小排列，序號即為j

，j與ΔPj列（4）（5）兩欄；（4）查地區(qū)手冊得r＝0.45，由0.45×12＝5.4可知，雨峰位于第6時段，按單峰暴雨過程確定時段雨強大小序號K，并按K的順序位置，分配相應的時段雨量ΔPK，分列第（6）（7）兩欄

第（7）欄即為推求的設計暴雨過程第64頁/共189頁（3）由第3欄中各相鄰歷時雨量之差推求時段雨量ΔPj＝64表5－9同頻率暴雨過程推求第65頁/共189頁表5－9同頻率暴雨過程推求第65頁/共189頁65

由設計暴雨通過產流計算扣除暴雨損失，可以推求出設計凈雨過程，暴雨損失一般是指流域內植物截留、填洼、雨期蒸發(fā)和下滲損失。第二節(jié)設計凈雨計算第66頁/共189頁由設計暴雨通過產流計算扣除暴雨損失，可以推求出設計凈66

一、城市地區(qū)產流計算的特點

1．城市管渠排水系統(tǒng)設計要求是短時間內迅速排除暴雨徑流，排水工程規(guī)模受洪峰控制，由于形成洪峰的水量主要來自地表徑流，設計洪水計算方法注重地表徑流計算，簡單處理甚至忽略地下徑流；

2．城市不透水面積比例較大，由于城市排水系統(tǒng)設計標準不高，設計暴雨強度低，透水面積上產生的地表徑流很小，地表徑流主要產生于不透水面積；

3．當設計中需研究水質問題時，需涉及植物截留與填洼計算。第67頁/共189頁一、城市地區(qū)產流計算的特點

1．城市管67

二、降雨損失的分項計算

霍頓用方程表示植物截留量與降水量的關系

IR＝a＋bPn

式中,a、b、n—

參數(shù)。表4-2部分植物的霍頓截留公式參數(shù)第68頁/共189頁二、降雨損失的分項計算

霍頓用方程表示植物截68

填洼量一般采用經驗性數(shù)據。例如，美國丹佛地區(qū)政府編制了不同地面復蓋的填洼深度表。表4-3不同地面覆蓋物的填洼量第69頁/共189頁填洼量一般采用經驗性數(shù)據。例如，美國丹佛地區(qū)政府編制69

三、φ指標法

絕大部分城市排水缺乏實測下滲資料，無法推求出下滲曲線。由于流域各點的下滲特性相差很大，使采用下滲曲線推求地表凈雨過程的方法應用受到限制。

在城市排水區(qū)域，由設計暴雨推求凈雨計算中，一般采用徑流系數(shù)折算出徑流總量。根據設計暴雨總量P，徑流系數(shù)α，可以求得地表徑流總量R和降雨損失總量I：

R＝αP

I＝（1－α）P

采用均勻分配原則將損失量平均分攤到每一時段的降雨中，即φ指標扣損法。第70頁/共189頁三、φ指標法

絕大部分城市排水缺乏實測下70

圖中的φ值需試算求出。根據φ值可以求得第i時段地表凈雨

hi＝0Pi≤φ

hi＝Pi－φ

Pi＞φ

最終得出設計凈雨過程h1，h2，…

，hm

。φ

IR圖4-1φ指標扣損法第71頁/共189頁

圖中的φ值需試算求出。根據φ值可以求得第i時段地表凈71一、等流時線方法

為了勾繪等流時線，需調查、收集排水區(qū)域和管渠系統(tǒng)的水力特征值，計算匯流速度，推求各點匯流時間，作為勾繪等時線的依據。

坡面集流時間可采用經驗公式估算。

邊溝或淺渠可概化成寬淺三角渠，用曼寧公式計算流速：

V＝0.63Hm2／3J1／2/n

式中，Hm—渠道最大水深，m。

管道應根據具體情況采用滿管或非滿管水流計算流速。

渠道應根據斷面形狀、河道坡度、糙率用曼寧公式計算流速。

根據流速和水力長度求得管渠匯流時間。

在流域圖上點繪各點匯流時間，據此勾繪等流時線。第三節(jié)匯流計算第72頁/共189頁一、等流時線方法

為了勾繪等流時線，需調查72圖4-2某城區(qū)集水面積等流時線圖

第73頁/共189頁圖4-2某城區(qū)集水面積等流時線圖

第73頁/共189頁73圖4-2某城區(qū)集水面積等流時線圖

ω1ω2ω3ω4ω5ω6ω7ω8ω9ω10ω11ω12ω13ω11ω10ω9ω8ω6ω6第74頁/共189頁圖4-2某城區(qū)集水面積等流時線圖

ω1ω2ω3ω4ω5ω74

據流域等流時線圖，可以作出流域的匯流面積隨匯流時間的累積曲線，簡稱匯流曲線。全流域匯流曲線ω～T是由各子集水區(qū)域匯流曲線累積得出，即

ω（t）＝∑ωi（t）

式中ω（t）—

t

時刻全流域匯流面積，hm2；

ωi（t）—

t

時刻第i個子集水區(qū)域匯流面積，hm2。

由匯流曲線錯開ΔT相減，得等流時面積

Δωi＝ω（ti＋Δt）－ω（ti）i＝1，2，…

，n

根據各時段的等流時面積Δω1，Δω2，…

，Δωn，由設計凈雨推求設計流量過程線。第75頁/共189頁據流域等流時線圖，可以作出流域的匯流面積隨匯流時75圖4-3某排水區(qū)域匯流曲線

ω1（t）ω2（t）ω3（t）ω（t）第76頁/共189頁圖4-3某排水區(qū)域匯流曲線

ω1（t）ω2（t）ω3（t76

等流時線法的優(yōu)點：

1、無須已知設計流域的徑流資料；

2、城市排水系統(tǒng)調蓄能力不大。

等流時線法的缺點：

1、需要對進行廣泛的調查或勘測，繪制等流時線工作非常繁復；

2、為考慮管渠調蓄作用。第77頁/共189頁等流時線法的優(yōu)點：

1、無須已知設計流域的徑77英國運輸與道路研究所（TRRL）在等流時線法基礎上加以改進，提出一種新的方法，簡稱TRRL方法。

TRRL方法與等流時線方法的差別主要有以下幾個方面：

1．匯流面積：TRRL方法假定，只有直接與排水管網系統(tǒng)相通的不透水面積產生地表徑流，而透水面積或與下水管道不直接相通的不透水面積均不產生地表徑流，不能作為排水面積。

因此，TRRL方法定義出來的排水面積比實際面積小得多，而且是一塊塊從地表看起來并不相互關連，但地下管道相通的不透水面積所組成。這些直接連通的不透水面積之和即為流域的匯水面積。第78頁/共189頁英國運輸與道路研究所（TRRL）在等流時線法基礎上加以改進，78

2、匯流曲線：每一塊直接連通不透水面積作為一小單元面積，假定每單元面積的匯流曲線在地面集流時間內是線性增加的，即直線匯流曲線?？倕R流曲線是單元匯流曲線縱標之和。

圖4-4

TRRL方法匯流曲線計算示意圖

圖中，ω1

、ω2分別為單元1和單元2匯水面積；t1，t2分別為單元1和單元2距流域出口管流時間；T1－t1，T2－t2分別為單元1和單元2地面集流時間。ω1～tω～tω2～tω1＋

ω2ω2ω1ω

tt1t2T1T2第79頁/共189頁2、匯流曲線：每一塊直接連通不透水面積作為一小單元793、調蓄計算：把管渠系統(tǒng)看作一個調蓄水庫，把未經管渠系統(tǒng)調蓄的，用等流時面積途徑推求出的流域出流，作為水庫的入流。再采用水庫演算方法計算經調蓄的出流過程。

（Q1+Q2）/2-（q1+q2）/2=V2-V1

Q＝F（V）式中，Q1，Q2—

時段ΔT始、末經管渠水庫調蓄的入流量，L／s；

q1，q2—

時段ΔT始、末未經管渠水庫調蓄后的出流量，L／s；

聯(lián)立求解以上兩式，可求得經調蓄的出流過程線Q～t。

第80頁/共189頁3、調蓄計算：把管渠系統(tǒng)看作一個調蓄水庫，把未經管80

二、水力學方法

匯流過程中，水流的流態(tài)一般是非恒定和非均勻的，可用圣維南方程組來描述

式中，Q－流量，A－過水面積，h－水深，t－時間，X－水流方向，g－重力加速度，J－底坡，Jf－摩阻坡度。

在給定初始條件和邊界條件下，聯(lián)合求解得出t時刻的流量和水深。第81頁/共189頁二、水力學方法

匯流過程中，水流的流態(tài)一般81

圣維南方程組的簡化：

（1）慣性波方程

如果水流運動中摩阻損失很小，如深水水體中的水流運動，閘門啟閉等突然變化引起河流水位的波動等，則有Jf≈J,動量方程簡化為慣性波方程：第82頁/共189頁圣維南方程組的簡化：

（1）慣性波方程82

（2）擴散波方程

如果下游回水影響不大，可以忽略，動量方程簡化為擴散波方程：第83頁/共189頁（2）擴散波方程如果下游回水影響不大，83

(3)運動波方程

當河底比降J較大，相對很小，動量方程簡化為運動波方程

J=Jf

如果用曼寧公式來估計Jf，則有第84頁/共189頁(3)運動波方程

當河底比降J較大，84

如果是寬淺斷面

R

可以用平均水深h

近似,則方程組為

式中，α為波速系數(shù)，即波速與流速的比值。采用曼寧公式估算則α＝1.67，按哲西公式估算則α＝1.5。第85頁/共189頁如果是寬淺斷面R可以用平均水深h近似,則方程85

當徑流沿X方向流動過程中有水量沿程匯入（出）時，圣維南方程組應改寫為

式中，Q－假定為均勻匯入（出）的單寬流量；Vx－流沿x方向的流速分量。第86頁/共189頁當徑流沿X方向流動過程中有水量沿程匯入（出）時，圣維86

實際應用中，連續(xù)方程也常采用區(qū)域或河段水量平衡方程表達第87頁/共189頁實際應用中，連續(xù)方程也常采用區(qū)域或河段水量平衡方程表871．坡面漫流

一般坡面下游無回水頂托，且屬寬淺斷面，故動力方程可以用寬淺斷面的運動波方程推求流量

連續(xù)方程可寫為

在初始條件已知時，未知參數(shù)為第i時段平均流量Qi和時段末水深hi＋1，故可以求得唯一解，hi＋1又可作為下一個時段的初始條件，繼續(xù)逐時段求解方程。第88頁/共189頁1．坡面漫流

一般坡面下游無回水頂托，882．管渠匯流

對于一段渠道式管道，如果坡度較大，且下游無回水頂托時，也可以簡單地采用運動波和水量平衡方程聯(lián)合求解，即

因為R、A、V均為水深h的函數(shù)，所以方程組未知參數(shù)僅Q和h兩個，根據初始條件可以聯(lián)立求出唯一解。第89頁/共189頁2．管渠匯流

對于一段渠道式管道，如果坡度較89第五章城市雨洪水質模型第一節(jié)雨洪管理模型（SWMM）第二節(jié)蓄水、處理、溢流模型（STORM）第三節(jié)沃林福特模型（Wallingfordprocedure）第四節(jié)伊里諾排水模型（ILLUDAS）第90頁/共189頁第五章城市雨洪水質模型第一節(jié)雨洪管理模型（SWMM90

所謂模型，是指比原型簡單的一個計算系統(tǒng)。它可以根據具體的需要，再現(xiàn)原型的部分特性。模型與理論是有著差別的，它是根據人們的具體要求，預測所研究系統(tǒng)的某些特性，而理論則是揭示該系統(tǒng)的運行規(guī)律。建立一個模型應該以正確的理論為基礎最為合理，但也常常建立在某種假說前提下。如果模型確能再現(xiàn)研究系統(tǒng)的一些特性，就可以證實支承模型的假說的合理性部分，從而發(fā)展成理論。第一節(jié)數(shù)學模型第91頁/共189頁所謂模型，是指比原型簡單的一個計算系統(tǒng)。它可以根據具91

在排水系統(tǒng)徑流計算方面的水文模型，并不是象水工實驗通過幾何尺寸變換的物理模型，而是用數(shù)學語言來描述的數(shù)學模型。采用這類數(shù)學模型來模擬排水系統(tǒng)的水流和污染物的各種狀態(tài)，一般需要大量的計算工作，不采用計算機是無法完成的。所以，一個模型往往都是采用計算機運算格式或程序語言來表達的。第92頁/共189頁在排水系統(tǒng)徑流計算方面的水文模型，并不是象水工實驗92

模型的建立是與工程實際緊密相聯(lián)的，根據不同實際問題的要求，建立各種形式和內容的模型。例如，排水系統(tǒng)規(guī)劃是要求預估在規(guī)劃的未來條件下的水文情勢，研究實施各種可供選用的規(guī)劃方案時的排水系統(tǒng)效應；排水系統(tǒng)的設計是要求得出最經濟有效的詳細設計方案；排水系統(tǒng)的改進，則要求模擬和分析已建系統(tǒng)的運行情況；而排水系統(tǒng)運行管理要求各種最佳管理與調度方案，以使損失最小和效益最高。由于城市水質問題的重要性日益增加，排水系統(tǒng)規(guī)劃、設計和管理都必須同時考慮到水質狀況。第93頁/共189頁模型的建立是與工程實際緊密相聯(lián)的，根據不同實際問題的93

隨著工程上對模型的要求不斷提高和擴展，模型也不斷得到改進和完善，結構更為復雜和精細。但其結果使得程序復雜，占用計算機運行時間較多，需要過多或過于詳盡的資料，不能適應各種用戶對精度和計算費用的不同要求。最近的發(fā)展趨勢是建立通用的模型程序包，由多個程序塊組合而成，適用于各種條件和不同區(qū)域的組合，包括由簡單到復雜，根據用戶要求調用組合。第94頁/共189頁隨著工程上對模型的要求不斷提高和擴展，模型也不斷得到94

模型是七十年代大型計算機普及運用中發(fā)展起來的，與傳統(tǒng)的計算方法相比，具有這樣一些特點：（１）以計算機程序形式表達；（２）能進行時序上連續(xù)性模擬，也可分析一次雨洪過程；（３）參數(shù)在很大范圍內適用；（４）可同時模擬水量水質過程；（５）模型的各個環(huán)節(jié)都提供幾個不同的程序或方法供用戶選用，用戶可以根據計算要求、資料情況和當?shù)貤l件組成一個適用的程序包。每一模型都具有上述特點中的一個或幾個，甚至全部。第95頁/共189頁模型是七十年代大型計算機普及運用中發(fā)展起來的，與傳統(tǒng)95

在城市排水系統(tǒng)的規(guī)劃與設計中，不但考慮正常運用條件，而且要考慮到在非常條件下，即系統(tǒng)內出現(xiàn)回水、環(huán)流和超載等各種特殊情況時，系統(tǒng)的運行狀態(tài)，以便對排水系統(tǒng)進行綜合評價。還需研究生活污水、生產廢水，以及暴雨徑流污染沖刷對城市徑流和承受水體水質的影響，確切了解城市水質變化規(guī)律，為城市污水處理設施的設計和污水處理方式的規(guī)劃提供合理的依據。正是為了這一目的，美國環(huán)境保護局研制了雨洪管理模型（StormWaterManagementModel），簡稱ＳＷＭＭ。第二節(jié)雨洪管理模型（ＳＷＭＭ）第96頁/共189頁在城市排水系統(tǒng)的規(guī)劃與設計中，不但考慮正常運用條件，96

ＳＷＭＭ把排水系統(tǒng)劃分成地面徑流子系統(tǒng)，地下輸送子系統(tǒng)，污水處理子系統(tǒng)和承受水體子系統(tǒng)四部分。以計算機程序形式表達，采用ＦＯＲＴＲＡＮ語言。子系統(tǒng)可以由流域的地表、管網、處理設施、承受水體的一些特征來表達。模型水量部分的輸入是時段降雨過程，經地面徑流子系統(tǒng)和地下輸送子系統(tǒng)的扣損與調蓄計算，可以得出排水系統(tǒng)各節(jié)點及出口的流量過程線。在雨水及生活污水中的水質組份是ＢＯＤ、懸浮固體、溶解氧和大腸桿菌，構成所謂“污染過程線”，考慮了排水系統(tǒng)、污水處理廠、承受水體對污染過程線的降解、稀釋、擴散等作用。第97頁/共189頁ＳＷＭＭ把排水系統(tǒng)劃分成地面徑流子系統(tǒng)，地下輸送子系97

１“徑流”程序塊：模擬地面徑流子系統(tǒng)對降雨的扣損和調蓄，以及降雨洗刷引起的雨洪污染負荷。

在地表徑流子系統(tǒng)中，排水區(qū)域概化為數(shù)塊單元集水區(qū)，每一塊單元區(qū)由透水面、具有洼地蓄水容量的不透水面、無洼地蓄水容積不透水面三部分組成。每一單元區(qū)域三塊面積匯水均進入一條排水溝。上游區(qū)域排水進入下游單元區(qū)域的排水渠道、全部排水區(qū)域產匯流推演自上游向下游進行，直至流域出口。這樣，只要輸入降雨過程線及其與之關聯(lián)的污染負荷，就可以得出經地表徑流子系統(tǒng)調節(jié)過的排水區(qū)域出流過程線。第98頁/共189頁１“徑流”程序塊：模擬地面徑流子系統(tǒng)對降雨的扣損和調98圖5-1

地面徑流子系統(tǒng)的調蓄作用

子區(qū)域1

子區(qū)域2第99頁/共189頁圖5-1地面徑流子系統(tǒng)的調蓄作用子區(qū)域199

程序中的基本方程為水量平衡方程和曼寧公式。在輸入降雨過程線后，首先對各單元區(qū)域三種平面進行產流計算和調蓄演算，它們的流量之和，加上上游的來水流量，形成該單元區(qū)域排水溝的入流過程線，經排水溝調蓄計算后得出該單元流域出口流量過程線。對排水區(qū)域自上游向下游逐單元區(qū)域進行演算，最終得出總的出流過程線。第100頁/共189頁程序中的基本方程為水量平衡方程和曼寧公式。100

“徑流”子程序塊中主要的雨水污染指標是懸浮固體（ＳＳ），其中所含各類污染物的數(shù)量要根據當?shù)赝恋乩玫男再|而定。在每一單元集水區(qū)域的灰塵與污泥的沉積量是雨前晴天日數(shù)與清掃街道數(shù)次與效率的函數(shù)，采用一種經驗公式表征。降雨后，被雨水沖走的污染物與地面污染沉積量和雨水徑流強度成正比。程序中采用了指數(shù)衰減形式的刷洗公式：

dＳ/dｔ＝－ＫＲＳ

式中，Ｓ—地表積聚的污物總量；Ｒ—地面徑流流率；Ｋ—經驗系數(shù)。第101頁/共189頁“徑流”子程序塊中主要的雨水污染指標是懸浮固體（ＳＳ101

考慮到地面徑流流率較小時，徑流輸送和沖洗地面能力會迅速減弱。因此，在上式中增加一個效率因子Ａ（Ａ≤１.０）來修正，即

dＳ/dｔ＝－ＡＫＲＳ

Ａ值可采用經驗公式得出

Ａ＝ａ＋ｂＲｃ

上式也可寫成

ΔＳ＝Ｓ０－Ｓ＝Ｓ０（１－ｅ－AＫＲｔ）

式中，Ｓ０—地表污物初始蓄量；Ｓ—ｔ時刻地面污物殘存量。由地表徑流子系統(tǒng)調蓄演算得出的徑流過程線和污染過程線即為地下輸送系統(tǒng)的輸入。第102頁/共189頁考慮到地面徑流流率較小時，徑流輸送和沖洗地面能102

２．“輸送”和“擴充輸送”子程序塊

ＳＷＭＭ原來僅設置“輸送”程序塊，主要是考慮排水管網不存在回水、環(huán)流，在不超載的正常運行情況下，采用圣維南方程組的差分形式對通過管網系統(tǒng)的流量過程線進行演算，而對超載情況僅進行簡單處理。后來，根據用戶需要，又研制出“擴充輸送”程序塊，可以對發(fā)生回水、環(huán)流、超載諸情況下的管網進行流量演算。第103頁/共189頁２．“輸送”和“擴充輸送”子程序塊

103“擴充輸送”程序塊中的地下輸送子系統(tǒng)是把排水管網系統(tǒng)用“輸送管”和“節(jié)點”來簡化，輸送管代表管道，節(jié)點代表雨水井或管道交叉點。徑流演算基本方程采用明渠緩變非恒定流方程和連續(xù)方程。在程序中采用的是方程的差分形式，根據管網系統(tǒng)徑流的邊界條件和初始條件求解。

在具體應用時，如果排水系統(tǒng)的設計或分析中無須研究超載情況，并且不存在回水、環(huán)流等復雜水流狀態(tài)時，一般采用“輸送”程序塊，因為它計算速度快而且節(jié)省運算費用。只有需要考慮超載或復雜水流情況時，才需要調用“擴充輸送”程序塊進行運算。第104頁/共189頁“擴充輸送”程序塊中的地下輸送子系統(tǒng)是把排水管網系統(tǒng)104

由“徑流”程序塊輸出的“污染過程線”是“輸送”或“擴充輸送”程序塊的水質輸入。若徑流過程中的ＳＳ通過雨水井時，水流速度低于不沉流速，則泥沙顆粒沉積在雨水井中。另外，還得考慮下水道內污物的沖刷，沖刷量與通過管道的水流速度和管道內污染物沉積量成正比。管道內污染物沉積量是前期暴雨后無雨天數(shù)的函數(shù)。在管道系統(tǒng)內有蓄水池時，應考慮到蓄水池沉積污染物的作用。城市污水流量可作為節(jié)點的輸入。第105頁/共189頁由“徑流”程序塊輸出的“污染過程線”是105

３．“蓄水”子程序塊。

該程序塊主要模擬污水處理設施對“輸送”或“擴充輸送”程序塊得出的徑流過程線和“污染過程線”的調蓄與降解作用。使用者可根據實際情況應用程序。程序可模擬下列內容：污水蓄水池、攔污格柵、篩網、上浮和氣浮、砂濾、高速過濾、旋流分離器、渦旋濃縮、加氯器以及其它一些化學處理設施等。只要使用者輸入處理設施的尺寸和所要求的處理程序，程序可自動進行計算?！靶钏背绦驂K還同時兼有計算各項處理設施工程費用、土地利用費用以及運行與維護費用的功能。第106頁/共189頁３．“蓄水”子程序塊。

該106

４．“承受水體”子程序塊。

它的輸入是“輸送”或“擴充輸送”程序塊的出流（分流制排水系統(tǒng)出流或合流制排水系統(tǒng)溢流），也包括“蓄水”程序塊的出流（即經污水處理廠處理過的污水出流）。程序計算它們對承受水體水質的影響。承受水體一般為廣闊的水體，可描述成與排水系統(tǒng)相連的節(jié)點網絡系統(tǒng)進行分析，其邊界條件可以是堰閘或某種潮汐水流條件。第107頁/共189頁４．“承受水體”子程序塊。

它的輸107

ＳＷＭＭ程序還有一個輔助性子程序塊，它的主要作用是根據用戶要求把各程序塊連接起來，并兼有定義一些函數(shù)的作用。

ＳＷＭＭ自從研制使用后，已經有過幾次新的版本。使用ＳＷＭＭ程序的用戶組成一個理事會，定期討論和交流使用情況，并提出修改意見，以便使模型更為完善和在實際中能適應各種條件與要求。第108頁/共189頁ＳＷＭＭ程序還有一個輔助性子程序塊，它的主要作108

蓄水、處理、溢流模型（Storage，TreatmentandOverflowRunoffModel）簡稱ＳＴＯＲＭ。它是美國陸軍工程兵團水文中心１９７６年研制的,是一個水量水質模型。ＳＴＯＲＭ程序共分四大部分：徑流形成、水質處理、蓄水與溢流、土壤侵蝕。

ＳＴＯＲＭ的輸入是整個排水面積的平均雨量。模型將排水面積分成透水和不透水兩種下墊面情況分別計算地表徑流。第三節(jié)蓄水、處理、溢流模型（ＳＴＯＲＭ）第109頁/共189頁蓄水、處理、溢流模型（Storage，Tre109

對于不透水面積，降雨損失僅需考慮洼地蓄水量和雨期蒸發(fā)量。洼地蓄水量可以看成前次降水后尚余的洼地蓄水量（或稱有效洼地蓄水量）和前次降水后洼地蓄水量的蒸發(fā)總量，后者為兩次雨間無雨日天數(shù)的函數(shù)，模型用下式來表達：

Ｖｄ＝Ｖ０＋ｍＫ

式中，Ｖｄ—雨前排水區(qū)域洼地蓄水量，ｉｎ；Ｖ０—上次降雨后的有效洼地蓄水量，ｉｎ；ｍ—自上次雨后迄今的間隔天數(shù)，ｄ；Ｋ—消退因子，ｉｎ／ｄ。

降水量扣去雨期蒸發(fā)和洼地蓄水量，即為不透水面積的地表徑流量。第110頁/共189頁對于不透水面積，降雨損失僅需考慮洼地蓄水量和110

透水面積的降水量除一部分損失于雨期蒸發(fā)和洼地蓄水外，還有一部分會下滲變?yōu)橥寥佬钏偷叵聫搅?。這時采用地表徑流系數(shù)來折算

Ｒ＝α（Ｐ－Ｅ－ΔＶ）

式中，Ｒ—地表徑流量；Ｐ—降水量；Ｅ—雨期蒸發(fā)量；ΔＶ—洼地蓄水增量；α—地表徑流系數(shù)。

透水面積與不透水面積產流量之和為排水區(qū)域地表徑流量。并采用三角形單位過程線推求徑流過程。這些徑流量由排水管渠送至污水處理廠處理。第111頁/共189頁透水面積的降水量除一部分損失于雨期蒸發(fā)和洼111

當雨水徑流與污水流量之和超過污水廠處理能力時，多余的水量送入排水管渠系統(tǒng)內的調節(jié)池和系統(tǒng)以外的蓄水池儲蓄。當系統(tǒng)內外的蓄水池全部蓄滿后，徑流經排水系統(tǒng)溢流堰溢入承受水體。當降雨徑流逐漸減小至小于污水處理廠的處理能力時，則系統(tǒng)內外所蓄污水將逐步輸送至污水處理廠直至庫容騰空。

第112頁/共189頁當雨水徑流與污水流量之和超過污水廠處理能力時112圖5-2ＳＴＯＲＭ徑流演算流程圖

輸入Pi、Ei扣除Ei、△ViRi＝α（Ρi－Εi－△Vi）蓄水池蓄水排水系統(tǒng)溢流承受水體打印徑流及蓄水池出流至污水處理廠處理Ri＞

Ri水池蓄滿降雨結束是是是否否否第113頁/共189頁圖5-2ＳＴＯＲＭ徑流演算流程圖輸入Pi、Ei扣除E113

ＳＴＯＲＭ中的水質指標是懸浮固體（ＳＳ），可溶固體（ＳＥＴ），生化耗氧量（ＢＯＤ），總氮（Ｎ），正磷酸鹽（Ｐ）。雨水沖洗的污染物質組成采用經驗公式推求。其污染物的沖洗量與地面徑流流率、雨前干旱日數(shù)、灰塵和污泥累積速率、污染物組分占地面累積污物的比例成正比。

模型可以長時間連續(xù)模擬排水區(qū)域降雨徑流過程，并根據不同的管網內外蓄水池容量、污水處理廠處理速率計算出排水系統(tǒng)每年的溢流次數(shù)，并輸出各種污染物過程線。第114頁/共189頁ＳＴＯＲＭ中的水質指標是懸浮固體（ＳＳ），可114圖5-3

舊金山排水系統(tǒng)特征關系曲線mV（in）0.100.080.060.04第115頁/共189頁圖5-3舊金山排水系統(tǒng)特征關系曲線mV（in）0.100115

由于模型可以提供這樣一組關系曲線和污染過程線，因此，根據水量水質對承受水體的影響，進行經濟方面的綜合評價，可以就開挖排水系統(tǒng)蓄水池，增加污水處理廠的處理能力和程度，或者使排水系統(tǒng)年溢流次數(shù)增加之間作出適當選擇。根據STORM的這些特點，很適用于排水系統(tǒng)規(guī)劃計算。因為模型可進行長時間徑流事件模擬，計算速度較快，也可作為排水系統(tǒng)的初步設計，然后用SWMM詳細論證計算。第116頁/共189頁由于模型可以提供這樣一組關系曲線和污染過程線116

沃林福特模型（Ｗａｌｌｉｎｇｆｏｒｄｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）是英國給排水常設委員會從１９７４年至１９８1年，歷經８年研制的結果。該委員會下水道水力設計小組通過對英國應用的各種排水設計方法進行綜合評判、研究和修改，采用最新提出的系統(tǒng)途徑將它們結合起來，制成了大型程序包，即沃林福特模型。模型由四種方法合并而成.第四節(jié)沃林福特模型第117頁/共189頁沃林福特模型（Ｗａｌｌｉｎｇｆｏｒｄ117

（１）修正推理方法：它是推理方法的修改形式。仍然僅可用于估計洪峰流量，適用于排水面積小于150公頃的均質流域；

（２）過程線方法：用于模擬地面徑流和管道水流情況，可以得出完整的流量過程線，并且能夠模擬雨水溢流設施、泵站和蓄水池的作用；

（３）優(yōu)化方法：采用離散動態(tài)規(guī)劃技術，用以獲得工程最小造價的管道埋深、坡度和管徑；

（４）模擬方法：可以在超載條件下，檢驗分析已建系統(tǒng)和設計系統(tǒng)運行狀態(tài)，亦能模擬暴雨溢流、滯蓄池和泵站作用。若系統(tǒng)未超載，計算結果與過程線方法相同。第118頁/共189頁（１）修正推理方法：它是推理方法的修改形式。仍然僅可用118Ａ．修正推理方法：修正推理方法對原推理公式加以修改，增加了一個修正系數(shù)以反映流域匯流曲線的非線性，以及流域集流時間內雨強變化的情況。經修正后的推理公式形式為

Ｑｍ＝ｃαｉＦ

式中，Ｑｍ—洪峰流量，l／s；Ｆ—流域面積，hm2；ｉ—集流時間內的平均雨強，l／s·hm2

；α—徑流系數(shù)；ｃ—修正系數(shù)，對于設計條件，可簡單地?。悖剑?３。

第119頁/共189頁Ａ．修正推理方法：修正推理方法對原推理公式加以修改，增加了一119

徑流系數(shù)與地面復蓋物類型和土壤濕度關系最密切，可采用經驗公式求出。

流域集流時間是地面匯流時間和管流時間之和的最大值。地面匯流時間隨集水面積大小、地面坡度以及設計重現(xiàn)期不同而變。對于年最大暴雨情況?。矗阜昼?，五年一遇暴雨取３－６分鐘。在面積較小和坡度較大的集水面積，取較小值為宜。第120頁/共189頁徑流系數(shù)與地面復蓋物類型和土壤濕度關系最密切120Ｂ．過程線方法：過程線方法是對ＴＲＲＬ方法加以改進后得出的。方法把流域劃分成數(shù)塊排水子區(qū)域，徑流過程分為地面階段和管網匯流階段分別模擬。并通過設計暴雨途徑推求設計流量過程線。具體計算過程及說明如下：

（１）首先收集流域特征資料，包括地面坡度，不透水鋪砌面積，屋頂面積，透水面積，雨水口個數(shù)及控制面積，排水管網布設和水力特性，并把流域劃分數(shù)塊子集水區(qū)域；第121頁/共189頁Ｂ．過程線方法：過程線方法是對ＴＲＲＬ方法加以改進后得出的。121

（２）采用頻率計算方法或暴雨公式計算流域面上指定頻率和歷時（一般取１５，３０，６０，８０，１２０分鐘）的設計雨量，根據同頻率方法得出雨量時程分配；

（３）地表產流量計算。

英國采用經驗公式估算子區(qū)域地表徑流系數(shù)：

α＝0.829Ｉ＋0.25Ｓ０＋0.00078Ｕｃ-0.207

式中，α—子區(qū)域地表徑流系數(shù)；Ｉ—子區(qū)域內不透水面積百分比；Ｓ０—土壤指標，由英國水文所發(fā)行的圖集查得；Ｕｃ—土壤濕度指標，由英國各地的土壤濕度～年平均雨量關系得出。第122頁/共189頁（２）采用頻率計算方法或暴雨公式計算流域面上指定頻率122

過程線方法假定，當不透水面積上的地表徑流系數(shù)小于0.７時，透水面積上不產生地表徑流。因此，當由J經驗公式計算出來的α≤0.７Ｉ時（Ｉ為不透水面積比），則說明地表徑流量全部出自不透水面積。此時有：

α透＝０；

α鋪＝α頂＝α／Ｉ

式中，α透—透水面積地表徑流系數(shù)；α鋪—不透水鋪砌面積徑流系數(shù)；α頂—屋頂面積徑流系數(shù)。

子區(qū)域內不透水面積包括不透水鋪砌面積和屋頂面積兩部分。第123頁/共189頁過程線方法假定，當不透水面積上的地表徑流系數(shù)123

當計算出來的α＞0.７Ｉ時，應把超過量平均分配到全部子區(qū)域面積上，即：

α透＝α－0.７Ｉ

α鋪＝α頂＝0.７＋α透

得出子區(qū)域各類面積的地表徑流系數(shù)后，便可通過折算得出相應的暴雨損失。例如，對于鋪砌面積

ＩＤ鋪＝（１－α鋪）Ｐ

式中，ＩＤ—暴雨損失，mm；Ｐ—設計雨深，mm。

透水面積與屋頂面積損失計算與之類似。第124頁/共189頁當計算出來的α＞0.７Ｉ時，應把超過量平均分124

暴雨損失包括初損和持續(xù)損失兩部分，對于鋪砌面積和透水面積，計算初損采用下式：

Ｄ＝0.７１Ｊ－0.４８

式中，Ｄ—初損，這里主要指洼地蓄水，ｍｍ；Ｊ—子區(qū)域平均地面坡度，％。

對于瀝青屋頂，建議采用0.４ｍｍ的初損值。初損從暴