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随着城市化的发展,许多城市面临水资源短缺的问题。雨水是一种最根本、最直接、最经济的水资源,对补充地下水源、改善及保护生态环境起着极为关键的作用,因此雨水利用成为实现水资源可持续发展的一条重要途径。目前许多城市纷纷开展了雨水利用示范工程,但雨水资源理论在实践应用上还存在较大差距。为丰富和完善雨水资源理论,指导雨水利用实践,本文以济南市为研究对象,进行了降雨入渗及不同下垫面产汇流特性实验。同时为实验的开展自行设计了一套模拟降雨入渗及产汇流装置,并对相关评价指标进行了实测校验。在此基础上,分析了影响济南市降雨入渗的因素,如土壤性质、初始含水率、坡度和降雨强度等。另外还分析了雨强、历时、土壤前期含水量、温度、降雨量、不同下垫面和不同覆盖度等对产汇流的影响,及各种因素对径流系数的影响和相关性,建立了一定条件下降雨历时~径流系数,雨强~径流系数,流量~径流系数的函数模型。所得研究结论如下:
1.在试验允许的雨强范围内,降雨模拟装置的降雨动能与降雨强度有着很好的线性相关关系。因此,在模拟降雨试验中,通过对雨强的调节来实现降雨能量的相似是可行的,把雨强作为主要控制参数使得模拟降雨试验在实际操作中大为方便。
2.济南市土壤入渗速率随土壤性质不同而变化。土壤随着初始含水率的增加,开始产流时间提前,稳定入渗速率和平均入渗速率减小,其与产流时间、稳定入渗速率和平均入渗速率分别呈幂函数关系;地面坡度与开始产流时间呈指数关系,与稳定入渗速率呈幂函数关系,随着地面坡度的增大,开始产流时间提前,稳定入渗速率降低;降雨强度对土壤入渗影响的研究表明,随着降雨强度的增大,开始产流时提前,稳定入渗速率减小。降雨强度与开始产流时呈指数关系,与稳定入渗速率呈幂函数关系。
3.透水性差的下垫面,雨强、历时是其主要的影响因素,历时越长,雨强越大,则径流系数越大。透水性较好的下垫面,土壤前期含水量是影响产流量的主要因素。
4.对于草地,相同历时、雨强、土壤前期含水量条件下,覆盖度越低,径流系数越大,在覆盖度为80%左右时,成为径流系数变化快慢的转折点。影响草地径流系数变化的因素从强到弱依次为:土壤前期含水量、降雨强度、降雨历时。气温和覆盖度与径流系数成负相关。
5.降雨径流系数与降雨量之间具有明显的相关关系,这就给实际雨水利用提供了简便的计算方法。