城市水文效应
现代水文学(新1版)第15章-水文学与城市化

15.1 城市与城市化 15.2 城市水文效应与水环境 15.3 城市水问题及解决措施 15.4 城市水文学主要内容及研究进展
研究生适用教材: 现代水文学(新1版). 中国水利水电出版社,2019
15.1 城市与城市化
15.1.1 城市和城市特点
城市是人口集 中、工商业发达、
① ②
③
①
1939.7.10-12
②
1940.11.22-25
③
1941.9.23-25
④
1953.5.12-19
⑤
1959.4.8-11
⑥
1960.6.23-27
0
10
20
30
40
50
60
70
80
超渗降雨后的时间(S)
城市化过程中,相似暴雨对应单位线对比图
15.2 城市水文效应与水环境
15.2.4 城市水环境及生态环境
地面径流
地下径流
地下径流
(a) 城市建设前
(b) 城市建设后
城市建设前后水循环过程变化示意图
15.2 城市水文效应与水环境
15.2.2 城市气候及降水特征
城市对气候的影响作用及机制:
城市热岛效应 (1)
城市阻碍效应
DDi(iaagg2rra)amm
22
D(Diai3ga)rgarm am
33
城市凝结核效应
流过程时间向前提,径流过程线
形状也发生了一定程度的变化。
60
80 时间 (秒)
15.2 城市水文效应与水环境
15.2.3 城市水文效应
(3)城市径流过程变化及雨洪
城市暴雨形成的洪水 具有流量大、洪峰高、
城市景观格局与水文效应关系研究

摘
要 :基 于 多 时相 T / T +影像 ,运 用 支持 向量机 分 类 方 法对 蚌 埠 市 景观 进 行 分 类 ,解译 得 到 M EM
18 99年 、19 9 5年 、20 0 3年 和 20 0 7年 土地 利 用 专题 图。采 用景观 指数 法 、转 移 矩 阵 法 ,分析 了蚌 埠
水利水电技术第4 1卷 Nhomakorabea21 0 0年第 4期
城 市 景 观 格 局 与水 文 效应 关 系研 究
戚 晓明 ,杜培 军 ,吴志 勇 ,汪迎春
( .中国矿业大学 地理信息与遥感科学系,江苏 徐州 2 1 1 ;2 1 2 16 .蚌埠学院 应用化学与环境工程系, 安 徽 蚌 埠 230 300;3 .河海大 学 水 问题 研 究所 ,江 苏 南京 209 ) 10 8
2 0 e o t ie r m te r lv n t r r tt n Mo e v r h e ain h p b t e h r a a d c p at r d h d l g- 0 7 a ba n d fo h e e a ti ep ea i . r n o r o e ,t er lt s i ewe n t e u b n l n s a e p t n a y r o i o e n o c f c e a ay e i h n s a n e t o d t e t se t x me o .T e su y s o a h h a t ro e l a e e t n z d w t t e l d c p id x meh d a a frmar t d h t d h wst t e c a ce ft r a l h a e n h r n i h h t r h h d o o i a f c e g u C t s o vo sw t o rfa me tt n o lw a d a d b t rc n e t i ,wh c sf v r b e fr y rl gc e e t B n b i i b iu h lwe g l f o y i r n ai p o l n n et o n c i t o f e vy ih i a o a l o w trc n e v t n a d a rc l r e eo me t o v r h a d f rc n t ci n i c e e o g w t r n fc n e t t n a e o s r ai g u t a d v lp n ;h we e ,t e ln o sr t n r a s a n h te d o o c n r i , o n i ul o u o s l i ao w i h r a ae u p y c p ct e i ssa l t e r lv n e r a e o e p r a i t rc n u t n a d a b t o — h l t e u b n w trs p l a a i r ma n t b ew h t ee a td c e s f e p t wae o s mpi n i p o e y i h h t c a o
水文效应的名词解释

水文效应的名词解释水文效应是指气候、地形、土壤等自然要素对水循环的影响。
它是一种研究水在地球上的循环过程以及与其他地球系统相互作用的科学,涉及到水的蓄水、输送和分布等方面。
水文效应对于我们理解和预测水资源利用、水灾和干旱等重要问题具有重要意义。
水文效应可以分为多个方面进行解释。
首先,它包含了降水形式和分布的影响。
降水是水文效应的起点,不同地区的降水形式和分布方式对水资源利用和生态系统的发展起到决定性的作用。
例如,热带常年降雨,会导致热带雨林丛林生态系统的繁茂,而地中海气候则会导致干旱地区的荒漠化。
其次,水文效应还涉及到地下水和地表水的关系。
地下水是地球上最大的淡水来源之一,在水文效应中起到了重要的作用。
地下水的充沛程度和分布对地表水的补给起着决定性的作用。
在一些河流干涸的地区,地下水可以通过渗漏与地表水相互作用,提供生存所需的水资源。
另外,水文效应还包括与人类活动相关的水循环影响。
随着人类活动的不断增加,水文效应也发生了变化。
城市化进程导致了大量建筑、道路和人工地表的形成,这些人造地表会影响水的渗透能力和径流速度,从而影响水循环的过程。
农业灌溉和水库蓄水等人类活动也会改变水文效应,对水资源的分布和利用产生影响。
在水文效应的研究中,还有一些具体的概念和技术方法被广泛应用。
例如,降水量计算是水文效应研究的重要组成部分之一。
通过气象观测和数学模型的分析,可以估算出不同地区的降水量,并预测其未来的变化趋势。
流域水文模型是另一个常用的研究工具,它可以模拟水文过程,并对水资源的管理和利用提供依据。
除了研究方法和技术,水文效应的意义也是值得探讨的。
水文效应的研究可以帮助我们更好地了解水资源的分布和利用情况,为水资源管理提供科学依据。
同时,它还可以提供对洪涝、干旱和水灾等自然灾害的预测和应对措施。
此外,水文效应的研究也对气候变化的评估和预测具有重要意义。
总结起来,水文效应是一个综合性的科学概念,涉及到多个方面的研究内容。
人类活动对水环境影响-PPT课件

森林水文效应
• 森林对蒸发、降水、径流等水平衡要素及
河流、地下水、泥沙等水文情势的影响。
一、森林拦洪作用
• 林地由于林冠 枯枝落
叶层的截留和增大土 壤渗蓄能力而起到拦 洪作用。
森林最大截留量实测资料
森林 橡 种类 树
最大 20 截留 量
说明 四
川 凯 江
松树 杉树 幼 松
17 20 15
四川 湖南 黑 凯江 肖溪 龙
水利工程、农业措施对水温要素的 影响
• 人们在与陆地上径流时空分布不均匀的斗
争中,通常采取拦河筑坝建水库、跨流域 远距离调水等水利工程措施,以调节和调 剂水源不住的季节和地区的用水问题。这 就是河道中原来的自然水文状态改变为人 工控制的水文状态,导致水循环和水量平 衡发生重大的变化。
• 主要有以下几种类型:
产流、汇流条件及蒸发和下渗的条件而反映的。农 业措施水文效应的性质和大小,因农业措施的不同 而异。如不同的作物有不同的蒸腾量,需水量差别 也很大;不同的作物布局和耕作制度具有不同的耗 水量,垦荒耕种以及深耕、土壤保墒措施等都能改 变土壤的下渗能力;各种水土保持措施有防止水土 流失、增加降水下渗的作用;修筑梯田还会改变坡 面汇流条件,延缓汇流过程等。但水土保持措施的 水文效应取决于措施的设计标准,当降雨量超过水 土保持标准的情况下便会使措施失去保水保土的功 能。从水文效应的大小来看,在设计标准内它与降 雨量的大小没有关系,水土保持的效应随降雨量的 增加而减小。
水库水文效应
• 狭义的指水库与其水文因素和它们变化过程之间
的相互影响。广义的是指水库蓄水体与其周围环 境的相互作用、相互影响。
• 首先是水库拦蓄地表径流 、减少入海流量,从而
改变流域内水量平和要素的对比关系。
城市化对水文循环的影响分析

城市化对水文循环的影响分析在当今社会,城市化进程正以前所未有的速度推进。
城市的扩张和发展给人们的生活带来了诸多便利和机遇,但同时也对自然环境产生了深远的影响,其中就包括水文循环。
水文循环是地球上水的流动和转化过程,包括蒸发、降水、地表径流、地下径流等环节。
城市化的快速发展改变了土地利用方式、下垫面条件以及人类活动模式,从而对水文循环的各个环节产生了显著的影响。
首先,城市化导致了大量自然土地被建筑物、道路和其他基础设施所覆盖。
城市中的混凝土、沥青等不透水表面迅速增加,这使得降水无法像在自然地面那样渗透到土壤中。
原本可以补充地下水的雨水,现在更多地转化为地表径流,导致径流量增大、流速加快。
在暴雨期间,这种情况尤为明显,容易引发城市内涝,给城市的排水系统带来巨大压力。
其次,城市化改变了蒸发和蒸腾过程。
城市中的植被面积大幅减少,植物的蒸腾作用减弱。
同时,城市中的人工建筑物和道路等表面吸收和储存热量的能力较强,导致气温升高,相对湿度降低,从而使得蒸发量增加。
但总体来说,由于蒸腾作用的减少,区域内的水分散失总量可能会有所降低。
再者,城市化影响了降水的分布和强度。
城市中的高楼大厦、工厂烟囱等会产生大量的人为热和污染物,形成城市热岛效应和雨岛效应。
城市热岛效应使得城市上空的空气对流增强,增加了大气的不稳定性,从而可能导致降水的频率和强度增加。
而且,城市的下垫面粗糙度较大,对气流的阻滞作用明显,也会影响降水的分布。
另外,城市化还对地下水的补给和水质产生了影响。
由于不透水表面的增加,地下水的补给量减少,地下水位下降。
同时,城市中的工业废水、生活污水等如果未经妥善处理就排放,会污染地下水,导致地下水水质恶化。
为了减轻城市化对水文循环的不利影响,我们可以采取一系列措施。
例如,在城市规划中增加绿地和水体的面积,提高城市的透水性能,推广雨水收集和利用系统,加强污水处理和排放管理等。
增加绿地和水体面积有助于增加蒸腾作用,调节局部气候,同时也能在一定程度上缓解城市热岛效应。
3.城市水文效应 2

水污染的原因
• 工业污染源 :工业废水为水域的重要污染源,具有
量大、面广、成分复杂、毒性大、不易净化、难 处理等特点。 • 农业污染源 :农业污染源包括牲畜粪便、农药、化 肥等。 • 生活污染源 :生活污染源主要是城市生活中使用的 各种洗涤剂和污水、垃圾、粪便等,多为无毒的 无机盐类,生活污水中含氮、磷、硫多,致病细 菌多。
城市化水文过程变化的原因
• 由于城市人口,建筑及工业的高度密集,城市气候的热岛 效应,凝结核效应(烟,尘增多),及高层建筑障碍效应 的影响,造成了城市地区的雨岛效应。 • 由于城市的发展,大面积的天然植被和耕地为街道、工厂、 住宅等建筑物所代替,下垫面的滞水性、渗透性、热力状 况均发生明显的变化。城市降雨后,截留填洼、下渗的损 失量很小。 • 城市道路、边沟及下水道系统的完善,使城市集水区内天 然调蓄能力减弱,水流在地表及下水道中汇流历时和滞后 时间大大缩短,径流系数和集流速度增大,使城市及其下 游的洪水过程线变高、变尖、变瘦,洪峰出现时刻提前, 汇水的水力效率增大,径流系数明显增大。
城市内涝
成因
• • • • 地形地貌 排水系统 城市硬化面积 过街的地下通道、铁路桥、公路桥、 立交桥等的建设
• 工程措施
• 1.整治河道; • 2.改造地下管网:如适当扩大管径,解 决雨、污分流问题; • 3.增加排涝设施:如建排涝挡潮闸、排 涝泵站; • 4.增加调蓄能力:如修建蓄水池、调蓄 湖等; • 5.增加渗透能力:如铺设透水路面,下 凹式绿地等;
城市与水
• 城市水文效应:城市化所及地区内, 水文过程的变化及其对城市环境的 影响。
城市化
人口密度增长 建筑物密度增长
需水量上升
饮水浪费增长
不透水区增多
浅析株洲城市水文

浅析株洲城市水文摘要:城市建设越来越快,城市防洪、除涝及水生态问题等越来越突出,发展城市水文刻不容缓。
本文从株洲城市水文的现状分析入手,研究应对株洲城市水文效应的策略。
关键词:城市水文;现状;水文效应1 株洲城市水文的现状株洲位于湖南省东部偏北地区,湘江下游,总面积11262平方公里。
2016年末常住人口为401.6万人,市区总面积853.4平方千米,根据水文气象监测资料,株洲市区历年平均降水量为1420.7mm,每年主汛期市区渍水内涝频发,容易发生城市雨洪灾害,在一定程度上影响了株洲市水安全以及城市安全。
目前,株洲市区现有水文站1处,雨量站3处,水位站2处,蒸发站一处,无地下水监测站,市区内湘江有株洲水文站、石峰、霞湾三处水质监测断面。
2 城市化造成的水文效应城市水文效应是指城市化所及地区内,水文过程的变化及其对城市环境的影响。
具体来说,随着城市化水平的不断提高,城市化进程对人类生存与发展必不可少的水资源及城市水环境的影响愈来愈显著。
城市化导致人口密度增大,建筑物增加,道路及下水管网的建设使城市不透水面积增大,直接改变了当地的雨洪径流形成的下垫面条件。
城市社会经济发展、人口增多,对水的需求量增大,废污水相应增多,从而对水的时空分布、水分循环及水的理化性质、水环境等产生了各种各样的影响,引起了一系列的水文效应。
3 浅析株洲城市化过程对水文和水资源造成的影响3.1对城区降水蒸发的影响株洲城市化过程中,不断的吸纳人口、不断扩建道路、不断的新建建筑群,城市建设的快速发展造成了城市气温的明显偏高。
一般来说,城市中心气温最高,逐步向周围乡村递减,郊区递减速度最快。
这种城市热岛效应对水气蒸发、空气对流运动产生了显著影响。
由于目前城市建筑物的迅速增加,这种现象就导致了在这一范围内的不透水面积也是迅速增加,地表下渗能力越来越弱。
城市地表下渗能力的减弱直接导致地下水补给量减少,地下径流及土壤含水量降低,蒸发量也相应减小。
高中地理各种地理效应题型应对技巧

高中地理各种地理效应题型应对技巧【点拨高考】在高中地理学习中,地理效应往往是解答某个问题的命门所在,地理效应在地理考试中特别是选择题中很常见的一个考点,高考中地理效应类问题逐渐增加,最多达到20多种。
【知识梳理】1、雨岛效应成因:城市中林立的高楼大厦比喻为“钢筋水泥的森林”。
而随着“森林”密度不断地增加,尤其一到盛夏,建筑物空调、汽车尾气更加重了热量的超常排放,使城市上空形成热气流,热气流越积越厚,最终导致降水形成。
这种效应被称之为”雨岛效应”。
影响:城市雨岛形成的条件是在大气环流较弱,有利于在城区产生降水的大尺度天气形势下,由于城市热岛所产生的局地气流的辐合上升,有利于对流雨的发展;下垫面粗糙度大,对移动滞缓的降雨系统有阻障效应,使其移速更为缓慢,延长城区降雨时间;再加上城区空气中凝结核多,其化学组分不同,粒径大小不一,当有较多大核(如硝酸盐奖)存在时有促进暖云降水作用,上述种种因素的影响,会“诱导”暴雨最大强度的落点位于市区及其下风方向,形成城市雨岛。
人工热源的影响,工业生产、交通运输以及居民生活中燃烧各种燃料,向大气中排放大量的热量,这些热量自然增加城市的温度。
2、雾岛效应所谓“雾岛效应”,原因主要是城市颗粒污染物增加,凝结核过多,引起雾日的增加。
如伦敦为国际著名的雾都,重庆为我国的雾都,除了自然条件的原因外,城市雾岛效应也是重要因素。
3、干岛效应与热岛效应通常是相伴存在的。
由于城市的主体为连片的钢筋水泥筑就的不透水下垫面,因此,降落地面的水份大部分都经人工铺设的管道排至他处,形成径流迅速,缺乏天然地面所具有的土壤和土壤的吸收和保蓄能力。
因而平时城市近地面的空气就难以像其他自然区域一样,从土壤和植被的蒸发中获得持续的水份补给。
这样,城市空气中的水分偏少,湿度较低,形成孤立于周围地区的“干岛”。
4、混浊岛效应混浊岛效应是指城市市区由于厂矿企业集中、机动车辆众多、人口密集,致使排出的污染气体和空气中的尘埃等混浊程度都大大高于周边地区,形成“混浊岛”。
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城市水文效应
概念
城市化水文效应是一个公众尚未熟知的概念,它是指在快速城市化区域,由于屋顶和硬质地面等不渗透面积的大幅增加,导致该地区的雨水汇流特征改变的现象,其表现为洪水总量增多,洪峰流量加大,洪水汇流时间缩短。
简单说就是城市化产生的不渗透地面把本应渗入土中的一部分雨水给截留了,从而更易产生洪灾。
2004年7月10日北京的一场暴雨给城市交通带来的不便,实际上是一个现在我国许多城市都遇到的问题。
这场降雨提醒人们注意快速城市化本身所带来的不利的生态后果,并采取相应的措施。
实际上城市化水文效应是发达国家在二战后曾经普遍遇到过的问题,我国的城市化过程应该发挥后发优势,避免走西方城市开始时忽视城市化水文效应,直到影响城市运转再加以改造的老路。
产生原因
城市化是促使自然环境发生变化的强大因素之一。
城市化的过程增大了人类社会与周围环境间的相互作用。
城市兴建和发展后,大片耕地和天然植被为街道、工厂和住宅等建筑物所代替,下垫面的滞水性、渗透性、热力状况均发生明显的变化,集水区内天然调蓄能力减弱,这些都促使市区及近郊的水文要素和水文过程发生相应的变化。
城市的热岛郊应、凝结核效应、高层建筑障碍效应等的增强,使城市的年降水量增加5%以上,汛期雷暴雨的次数和暴雨量增加10%以上(见城市气候)。
地表不透水面积比重很大,地下满布着排水管道的市区,截留、填洼、下渗的损失水量很少,水流在地表及下水道中汇流历时和滞后时间大大缩短,径流系数和集流速度增大,使城市及其下游的洪水过程线变高、变尖、变瘦,洪峰出现时刻提前,城市地表径流量大为增加。
如上海城市化后地表径流量增加20~25%,为此增加了城市及其下游防洪、排涝的压力。
城市工业废水和生活污水向河流排放,工业废气向大气排放后形成的酸雨,使天然水体受到污染,生态平衡遭到破坏,严重危及工业生产和人民生活。
通常在枯水季节,河川径流减少,稀释能力削弱,水质更趋恶化。
在城市化水平较高的地区,其下游水体一般都受到污染。
天然水体水质恶化更加剧了城市水资源的紧缺。
城市迅速膨胀,人口高度集中,工业迅速发展,城市需水量也急剧增加。
城市居民用水的消耗定额平均为农村居民的5~8倍,新兴工业的耗水量更多,对水质的要求更高,故城市用水量的增长速度大大超过了人口增
长的速度。
例如上海1949~1980年间,人口增加了1倍多,用水量增加近6倍。
城市供水日益紧张,原来的地表水源和供水设施不能适应发展的要求,许多城市超量开采地下水,使地下水资源日趋枯竭,不仅带来了水资源危机,甚至造成地面沉降的危害。
为此,不少城市采取远距离引水的途径,以解决城市供水不足的问题。
城市工业废水和生活污水向河流排放,工业废气向大气排放后形成的酸雨,使天然水体受到污染,生态平衡遭到破坏,严重危及工业生产和人民生活。
通常在枯水季节,河川径流减少,稀释能力削弱,水质更趋恶化。
在城市化水平较高的地区,其下游水体一般都受到污染。
天然水体水质恶化更加剧了城市水资源的紧缺。
排水设计
回顾欧洲国家城市排水设计思想发展的历程,可以归纳为两个阶段。
传统的城市排水设计思想,主要是基于卫生学的考虑,要把城市雨水和污水一起,通过市政管网尽可能快地排到远离城市的地方,以避免污染水源。
这种做法使水面从许多城市逐渐消失,加剧了城市的“干化”。
二战之后,西方国家许多城市扩展很快,使原有管网无法负担新增加的雨水的负荷,从而产生排水不畅阻碍交通等一些问题。
于是产生了解决这些问题的一系列的替代技术,主要有雨水渗透,雨水蓄滞措施及场地规划方面的一些做法。
这些技术在20世纪60年代末70年代初投入使用,现在已经发展成为有相当规模的成熟产业。
采用新技术使水面重现于城市,成为城市景观的点睛之笔,巴黎新城Marne la Vallee的蓄滞水系就是其中的佳例。
Marne La Vallee新城位于巴黎东部,当初设计新城时用传统的排水技术方法计算得出的结果,是排水工程造价高昂,以至影响到新城建设方案的经济可行性,这使得新城的排水系统设计者SAUVETERRE工程咨询公司转而寻求以蓄滞水系为特点的新的技术方案,并为此改变了居住区的规划布局方案,使之与蓄滞水系相适应。
Maubee溪蓄滞水系结合起伏较大的地形,分为20余大小不等的蓄滞池,镶嵌在森林绿地与居住区之间,构成优美的风景线。
分散的布局便于蓄滞水系随新城扩展而分期施工,从而增强了建设的经济性。
建设当初,一些卫生专家曾怀疑蓄滞池会带来蚊虫滋生等卫生问题,由于设计者精心构筑了一个适宜于食蚊子幼虫的鱼类的生态环境,从而成功地避免了这一问题。
对建成后二十余年运行的监测结果表明,该蓄滞水系对雨水水质有显著的净化效果。
研究意义
城市水文效应是城市人类活动与水相互关系的重要问题,它对局部水分循环和水量平衡各个要素有着明显的影响。
在理论上又与城市的气候效
应、环境效应、社会经济效应密切相关。
对它的研究既涉及到多种学科的理论问题,又可服务于城市建设。
雨水管理新技术的特点
雨水管理新技术的特点是不再追求把雨水尽快排离城市,而是要一方面增加雨水渗透减少雨洪量,另一方面,允许雨水在规划好的地方“逗留”,乃至成为城市风景的一部分。
其中不少技术措施具有多重效益。
如植草铺地具有增加雨水渗透和减轻城市热岛效应的双重作用;透水道路路面不仅能减缓雨洪冲击,而且能降低噪音,非常适合于居住区道路采用。
我国正处于城市快速发展时期,应大力加强城市雨水管理新技术的研究,争取形成具有自主知识产权的技术体系,并尽快发展成为相应产业,使我国城市化过程能够避免不利生态后果产生的困扰。