任务一 城市雨洪研究方法
一、城市化的水文效应
城市化的发展直接或间接地改变着水环境，从水文学的观点，表现为三个城市水文问题，即城市水资源短缺、城市水资源污染和城市雨洪灾害。具体地说，城市化地区径流过程的变化，是由两项基本因素造成的。
第一，城市化流域内不透水面积（如屋顶、停车场、街道、人行道等）的增加，导致这些面积内的下渗量基本为零，洼地蓄量也大为减小。使得整个流域内洪量、洪峰增大，径流系数提高。
第二，在城市化流域，为使市区免遭淹泡，往往设置边沟、雨水管网和排水沟，同时，对天然河道整治疏浚，并裁弯取直，这些措施增加了汇流的水力效率，加快了汇流速度，增大了洪水总量，使洪峰增高和峰现时间提前，加剧了洪水的威胁。
二、常用城市雨洪计算方法研究
（一）推理公式法
在城市雨水径流计算方法中，推理公式（合理化）法是世界上应用最广泛的方法，它本质上是推求洪峰流量的方法。其基本形式为：
(2-1)
式中 Qm ——最大洪峰流量，m3／s；
——洪峰径流系数；
F——流域面积，km2；
i——平均降雨强度，mm／h。
设计雨强i可由暴雨公式计算，如我国天津市的暴雨公式为：
（2-2）
式中：p—设计重现期；
t—降雨历时。
由于推理公式法比较简单，所需资料不多，而且对于较小的城市流域，往往是能满足精度要求的，因而一直是雨水径流计算的主要方法，但也存在很多问题：
(1)仅采用径流系数描述流域产流状况，不能与产流的空间和时间分布相符，未能反 映雨强和雨量的影响过程，方法过于粗糙。
(2)地面汇流时间取值任意性较大，这往往是造成洪峰误差的主要原因。
(3)无法得出合乎实际的径流过程线。
（二）单位线法
单位线法包括经验单位线法和瞬时单位线法两种方法。它的主要问题在于：
(1)单位线法是个“黑箱”模型，并不联系流域上实际的水力状态，使用时必须有水文 实测资料。要处理汇流非线性变化及降雨面上不均匀，都不能通过成因分析的途径解决。
(2)若想在无资料地区使用，必须有相当数量的资料综合成经验公式。但目前我国城市管网的实测径流资料很少，难以综合。因此，该法在城市流域的应用具有较大的局限性。
（三）等流时线法
等流时线法根据出流量是由流域上的降雨形成的概念，把汇流过程与流域形态相联系，并可处理降雨空间分布的不均匀性，做法是对各块等流时面积按实际的净雨计算。而且等流时线法中的参数可根据流域状况直接估算，不一定需要实测径流资料。但由于等流时线实际上并不存在，尤其对城市地面汇流来说，由于各子区域形状复杂，局部分水岭很多，流域汇流速度在一定次洪水过程中随坡地、河网的特性而变，因此，等流时面积实际上是很难划分的，从而使该法在城区的应用受到很大限制。
由以上研究分析可以看出，常见的几种城市雨洪计算方法基本上是集总型的黑箱子模型，用以计算出口断面的洪峰或流量过程。这些方法一般适用于具有以下特性的简单城市排水系统，（1）流域面积在2～3km2以下；（2）具有树枝状管网系统；（3）具有简单的出水口。随着城市化水平的不断提高，下垫面条件的日趋复杂，城市防洪和水环境保护的问题更加突出。城市地区空间和时间的尺度都较小，要求城市水文研究更精细，且须考虑过程中所涉及的各项影响要素及其相互之间的作用。而且，城市化的过程是一个不断发展的过程，水及其环境都处在动态变化中，分析城市地区的径流量、水质及雨洪过程都需要考虑这种动态性。因而，城市水文学的研究应能够分析大型城市化地区的产、汇流特性，具有模拟有压流、回水、超载、倒流等复杂的水力现象及环状管网系统的能力，以便为城市下水道和各种水工建筑物的布置、设计、安装提供依据，这就迫切需要一种更为先进和完善的手段。因此，美、英、法、德等发达国家从60年代起，开始研制城市雨洪模型，以满足城市排水、防洪、环境治理、交通运输、工程管理等多方面的要求，并且取得较大的进展。他们在70年代初提出了几种通用的雨洪模型，并在其后的实际应用与深入研究中得到完善。目前，城市雨洪模型已是发达国家城市规划设计中必不可少的重要分析和计算工具。
