城市雨洪灾害管理的研究进展
摘 要城市化的不断加快，一方面带来经济社会的快速发展，极大地满足了人类发展的需求，扩大了人类的生存空间，但另一方面，城市化的加快加剧了水资源不足和水质恶化的问题，给人类的生活带来了种种危害，降低了人们的生活质量。雨水作为水循环中的一个重要部分，对于雨水的利用一直被人们所低估，近年来，随之可持续发展概念的提出，关于城市雨洪灾害管理与利用越来越受到人们的关注。本文根据国内外对雨洪灾害管理的研究，从城市雨洪模拟技术、城市雨洪灾害风险评价与预警技术、城市雨洪控制利用管理技术、城市雨洪管理制度与政策、城市雨洪管理的实践五个方面分别对国内外雨洪灾害的研究进展进行了综述，总结了一些雨洪灾害管理的研究经验。
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
引言 1
第1章 城市雨洪模拟技术 1
1.1经验性模型 1
1.2概念性模型 2
1.3物理性模型 3
第2章 城市雨洪灾害风险评价与预警技术 4
2.1历史灾情数理统计法 4
2.2指标体系法 5
2.3水文水力学模型与仿真模拟法 6
第3章 城市雨洪控制利用管理技术 7
3.1最佳管理措施 7
3.2低影响开发 8
3.3水敏感性城市设计 8
3.4可持续的城市排水系统 9
第4章 城市雨洪管理制度与政策 9
4.1 美国可持续发展制度 9
4.2英国SUDS理念 10
4.3荷兰“与水共存”理念 11
4.4国内雨洪管理制度与政策 12
第5章 城市雨洪管理的实践 12
5.1国外城市雨洪管理实践实例 12
5.2国内城市雨洪管理实践实例 14
引言：随着人类社会的发展，城市化进程的不断加快，大量农业人口涌入城市，城市土地面积不断向外扩张，直接导致原有的自然生态环境遭到破坏，其中最深受其害的当属对自然水循环的破坏。城市化的急剧扩张使城市原有的自然环境发生了显著变化，原来的泥土地面被硬化路面、房屋等覆盖，造成雨水下渗困难和汇集速度变快，从而使城市的水文状态明显不同于自然状态
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
。最近几年，随着城市化的快速发展和全球各地雨洪灾害的频频发生，给人民和社会造成了不可估量的损失，如何处理好城市发展和城市水文状态的关系，已经成为各个国家共同的话题。本文将对近年来如何预防城市雨洪灾害的发生及对城市雨洪灾害的合理化管理的研究进展进行介绍和评述。
第一章 ?城市雨洪模拟技术
随着20世纪70年代早期模拟城市雨洪水质及水量的城市雨洪模型被美国一些政府机构相继开发出来后，如雨后春笋般的城市雨洪模型逐步发展起来，这些模型中，不仅有实用型的水动力学模型而且还有抽象的概念性数学模型。但是就目前的发展现状来看，分布式的确定性模型占据了城市雨洪模型构建方法的绝大部分。具体来说城市雨洪模拟技术，主要分为经验性模型、概念性模型及物理性模型三种模拟技术。[1]
1.1经验性模型
经验性模型还有一个十分贴切的名字——“黑箱”模型，它是通过数学方程的方式，以历史经验为基础进行总结分析的方法，而不是对雨水过程进行物理分析的方法。最为人们所熟知的经验性城市雨洪模型技术有等流时线法、公式推理法和单位线法三种模型。
早在100多年前，美国的Kuichling已经在城市排水设计里运用了推理公式法，时至今日，这个方法仍在广泛应用于雨洪模拟中。但是由于这种方法只有最大时的流量，而不能把整个过程流量状况反映出来，导致无法掌握城市环境里每一个时刻的雨洪状况。后来，人们为了解决这种方法存在的问题，在计算城市降水径流量的过程中，在原来研究成果的基础上，又研究出了单位线法以及具有相似效果的等流时线法。上个世纪五十年代，芝加哥工程局开始从雨水管道的设计过程入手，将雨水管道设计与水文过程线的研究相结合，建立了芝加哥流量过程线法(CHM)[2]，25年之后，Keifer与其合作伙伴在此基础上对原方法进行了进一步完善和发展，形成了比较完备的CHM模型。英国某研究所对单位时间和面积进行雨水径流量的计算，研发出了TRRL[26]，这是一种新型的城市径流模型，在北美地区又称为RRL法。由于经验性模型只是对历史上的案例进行分析研究，只能提供输入端的资料，缺乏输出端的资料，所以对城市防洪决策的选择并不能起到很多的帮助。但是，这并不能否定经验性模型在城市雨洪模拟技术中的重要地位，在某些方面起到辅助物理性模型和概念性模型的作用，为建立物理性模型和概念性模型奠定基础。
在国内，岑国平[3]在20世纪90年代提出了SSCM，这是我国雨洪灾害研究历史上第一个雨水管道径流计算和雨水管道设计模型。它包含许多的子模型，例如：地面汇流计算模型、雨水管渠设计和管渠汇流状况模型以及地面产流计算模型，一方面可以作为城市次洪模拟模型，用于城市雨洪的控制和雨水污染防治，另一方面也可用于城市雨水管道系统的设计和校核工作。可将SSCM主要分为三个部分：第一部分是降雨量的计算，第二部分是雨水径流过程模拟分析，第三部分是雨水管渠系统的设计和校对工作。该模型以城市降雨径流的变化规律为基础，模拟地面和管渠里雨水流动的状态，进一步得到每一个点的流量过程线和径流总量等数据，最终设计和校核雨水管道系统存在的问题。城市雨水管道计算模型采用等流时线法，它的优点可以计算每一块等流时面积内的真实降雨量，而且可依据流域具体情况估算公式中的参数。可是等流时线在实际运用过程中有许多困难，比如说，在计算城市地面汇流量时，由于每个小区域地形不一样，区域内的分水岭也分布不均，地面雨水的汇集速率在发生洪水时具有很大的随机性和可变性，所以具体的暴雨过程中对等流时面积进行划分具有很大的难度，导致SSCM在城市内的应用有很大的局限性。
1.2概念性模型
因为概念性模型是将某个区域划依据排水口划分成各个小区，所以具体的名称是分布式概念性模型。主要步骤有以下三步：第一步先把某个研究的城市依据雨水汇流方式划分成一个个独立的小区；第二步把每一个小区看做是一个独立的单元，采用的集中式概念性模型的计算方法来得出雨水的汇流状况；第三步通过河道或管网的汇流演算到所研究的区域出口。
自1970年起，国外的建模实践就广泛采用分布式概念性模型的思想，先后出现了许多通用性的模型，例如SWMM、Wallingford等。这些模型被广泛的应用于城市的排水、防洪等工程的实践之中的一个重要原因是因为含有一定的物理意义并且在空间上使用分布式处理方法。但是，为了达到是模拟数据更加接近真实值的目的，在还未进行城市雨洪模拟时，先要把计算公式中的的参数以排水口的流出水量进行估算。但是分布式概念性模型的缺陷是，若想进一步提高城市排水、防洪等方面决策的水平，则需要进一步细分研究区域，也会成倍地增加模型参数的率定工作，而且因其对计算单位内水的流动进行了简化处理，也只有通过管道或者河道汇流这两者选其一来计算单位之间的相互作用，使它难以提供更详细的城市雨洪不恒定流过程。
国内周玉文，赵洪宾的城市雨水径流模型(CSYJM)[4]，根据城市降雨汇流的不同方式，将雨水径流分为地面河流汇流和排水管道汇流两个步骤。第一步，管网的输入，该过程是指雨水通过下水道口进入地下排水管道的过程，计算雨水口具体的流量状况。第二步，用非线性运动波并依据对管道各雨水进口具体情况推算管道雨水的融合情况。该模型的好处是能够为设计排水网和掌握地下排水网状况提供依据。缺点是由于单位线没有将地面上存有的雨水考虑在内，因此使用之前要利用雨水的实际资料估算模型参数。当雨水汇流有了不规则的情况、降雨在各区域差异很大的情况，就无法通过成因分析的方法处理全部情况。
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
引言 1
第1章 城市雨洪模拟技术 1
1.1经验性模型 1
1.2概念性模型 2
1.3物理性模型 3
第2章 城市雨洪灾害风险评价与预警技术 4
2.1历史灾情数理统计法 4
2.2指标体系法 5
2.3水文水力学模型与仿真模拟法 6
第3章 城市雨洪控制利用管理技术 7
3.1最佳管理措施 7
3.2低影响开发 8
3.3水敏感性城市设计 8
3.4可持续的城市排水系统 9
第4章 城市雨洪管理制度与政策 9
4.1 美国可持续发展制度 9
4.2英国SUDS理念 10
4.3荷兰“与水共存”理念 11
4.4国内雨洪管理制度与政策 12
第5章 城市雨洪管理的实践 12
5.1国外城市雨洪管理实践实例 12
5.2国内城市雨洪管理实践实例 14
引言：随着人类社会的发展，城市化进程的不断加快，大量农业人口涌入城市，城市土地面积不断向外扩张，直接导致原有的自然生态环境遭到破坏，其中最深受其害的当属对自然水循环的破坏。城市化的急剧扩张使城市原有的自然环境发生了显著变化，原来的泥土地面被硬化路面、房屋等覆盖，造成雨水下渗困难和汇集速度变快，从而使城市的水文状态明显不同于自然状态
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
。最近几年，随着城市化的快速发展和全球各地雨洪灾害的频频发生，给人民和社会造成了不可估量的损失，如何处理好城市发展和城市水文状态的关系，已经成为各个国家共同的话题。本文将对近年来如何预防城市雨洪灾害的发生及对城市雨洪灾害的合理化管理的研究进展进行介绍和评述。
第一章 ?城市雨洪模拟技术
随着20世纪70年代早期模拟城市雨洪水质及水量的城市雨洪模型被美国一些政府机构相继开发出来后，如雨后春笋般的城市雨洪模型逐步发展起来，这些模型中，不仅有实用型的水动力学模型而且还有抽象的概念性数学模型。但是就目前的发展现状来看，分布式的确定性模型占据了城市雨洪模型构建方法的绝大部分。具体来说城市雨洪模拟技术，主要分为经验性模型、概念性模型及物理性模型三种模拟技术。[1]
1.1经验性模型
经验性模型还有一个十分贴切的名字——“黑箱”模型，它是通过数学方程的方式，以历史经验为基础进行总结分析的方法，而不是对雨水过程进行物理分析的方法。最为人们所熟知的经验性城市雨洪模型技术有等流时线法、公式推理法和单位线法三种模型。
早在100多年前，美国的Kuichling已经在城市排水设计里运用了推理公式法，时至今日，这个方法仍在广泛应用于雨洪模拟中。但是由于这种方法只有最大时的流量，而不能把整个过程流量状况反映出来，导致无法掌握城市环境里每一个时刻的雨洪状况。后来，人们为了解决这种方法存在的问题，在计算城市降水径流量的过程中，在原来研究成果的基础上，又研究出了单位线法以及具有相似效果的等流时线法。上个世纪五十年代，芝加哥工程局开始从雨水管道的设计过程入手，将雨水管道设计与水文过程线的研究相结合，建立了芝加哥流量过程线法(CHM)[2]，25年之后，Keifer与其合作伙伴在此基础上对原方法进行了进一步完善和发展，形成了比较完备的CHM模型。英国某研究所对单位时间和面积进行雨水径流量的计算，研发出了TRRL[26]，这是一种新型的城市径流模型，在北美地区又称为RRL法。由于经验性模型只是对历史上的案例进行分析研究，只能提供输入端的资料，缺乏输出端的资料，所以对城市防洪决策的选择并不能起到很多的帮助。但是，这并不能否定经验性模型在城市雨洪模拟技术中的重要地位，在某些方面起到辅助物理性模型和概念性模型的作用，为建立物理性模型和概念性模型奠定基础。
在国内，岑国平[3]在20世纪90年代提出了SSCM，这是我国雨洪灾害研究历史上第一个雨水管道径流计算和雨水管道设计模型。它包含许多的子模型，例如：地面汇流计算模型、雨水管渠设计和管渠汇流状况模型以及地面产流计算模型，一方面可以作为城市次洪模拟模型，用于城市雨洪的控制和雨水污染防治，另一方面也可用于城市雨水管道系统的设计和校核工作。可将SSCM主要分为三个部分：第一部分是降雨量的计算，第二部分是雨水径流过程模拟分析，第三部分是雨水管渠系统的设计和校对工作。该模型以城市降雨径流的变化规律为基础，模拟地面和管渠里雨水流动的状态，进一步得到每一个点的流量过程线和径流总量等数据，最终设计和校核雨水管道系统存在的问题。城市雨水管道计算模型采用等流时线法，它的优点可以计算每一块等流时面积内的真实降雨量，而且可依据流域具体情况估算公式中的参数。可是等流时线在实际运用过程中有许多困难，比如说，在计算城市地面汇流量时，由于每个小区域地形不一样，区域内的分水岭也分布不均，地面雨水的汇集速率在发生洪水时具有很大的随机性和可变性，所以具体的暴雨过程中对等流时面积进行划分具有很大的难度，导致SSCM在城市内的应用有很大的局限性。
1.2概念性模型
因为概念性模型是将某个区域划依据排水口划分成各个小区，所以具体的名称是分布式概念性模型。主要步骤有以下三步：第一步先把某个研究的城市依据雨水汇流方式划分成一个个独立的小区；第二步把每一个小区看做是一个独立的单元，采用的集中式概念性模型的计算方法来得出雨水的汇流状况；第三步通过河道或管网的汇流演算到所研究的区域出口。
自1970年起，国外的建模实践就广泛采用分布式概念性模型的思想，先后出现了许多通用性的模型，例如SWMM、Wallingford等。这些模型被广泛的应用于城市的排水、防洪等工程的实践之中的一个重要原因是因为含有一定的物理意义并且在空间上使用分布式处理方法。但是，为了达到是模拟数据更加接近真实值的目的，在还未进行城市雨洪模拟时，先要把计算公式中的的参数以排水口的流出水量进行估算。但是分布式概念性模型的缺陷是，若想进一步提高城市排水、防洪等方面决策的水平，则需要进一步细分研究区域，也会成倍地增加模型参数的率定工作，而且因其对计算单位内水的流动进行了简化处理，也只有通过管道或者河道汇流这两者选其一来计算单位之间的相互作用，使它难以提供更详细的城市雨洪不恒定流过程。
国内周玉文，赵洪宾的城市雨水径流模型(CSYJM)[4]，根据城市降雨汇流的不同方式，将雨水径流分为地面河流汇流和排水管道汇流两个步骤。第一步，管网的输入，该过程是指雨水通过下水道口进入地下排水管道的过程，计算雨水口具体的流量状况。第二步，用非线性运动波并依据对管道各雨水进口具体情况推算管道雨水的融合情况。该模型的好处是能够为设计排水网和掌握地下排水网状况提供依据。缺点是由于单位线没有将地面上存有的雨水考虑在内，因此使用之前要利用雨水的实际资料估算模型参数。当雨水汇流有了不规则的情况、降雨在各区域差异很大的情况，就无法通过成因分析的方法处理全部情况。
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