城市暴雨排水系统的水文数据监测.pdf

城市暴雨排水系统的水文数据监测 U.K. Maheepala, A.K. Yakyi, B.J.C. Perera 摘要：我们需要高质量的水文数据来生成并校准仿真模型，这些模型往往用 于城市暴雨排水系统的规划、设计和更新。这些高质量的数据可以通过一个成功 的数据采集工程获得。本文描述了在实施一个成功的且成本-效益最佳的水文数 据监测工程中需要考虑的一些问题。这些问题主要包括：选择合适的监测点，选 择恰当的测量仪器和校准方法，正确安装测量仪器。另外，本文对验证数据精确 性和一致性的方法技术进行了简要概述。此外，本文还对雨量计降雨测量分辨率 和流量计数据记录时间间隔对降雨和暴雨径流数据、以及电脑模拟结果的影响进 行了研究。这些研究显示，在城市暴雨模拟中，翻斗分辨率到达 0.5mm 时能够 得到合理的精确结果；对于流量数据监测，2min 的数据记录间隔较为合适。本 研究结果同样表明低价位的简单流量计与有限的昂贵且复杂的流量计相结合使 用能够很好的降低数据采集的成本而不影响暴雨管道中测量得到的流量过程线 的精确性。 关键词：水文数据；数据获得；数学模型；监测；城市排水 1 引言 仿真模型将城市汇水区复杂的水文、水力学过程考虑在内，往往被用于城市 暴雨排水系统的规划、设计和更新。这些城市暴雨排水仿真模型的模型参数往往 通过专家评估和用户手册或文献中的用户指南获得，因此这些模型参数的精确度 会比较粗糙。通过高质量的水文数据对模型参数进行校准，我们可以获得精确并 可靠的模型结果。这些高质量的水文数据往往能够通过一个设计良好且已实现的 数据采集工程获得，该工程往往是每个城市暴雨排水研究的重要组成部分。然而， 野外数据采集成本往往占城市暴雨排水研究总成本的很大比例，因此，我们需要 认真挑选合适的监测点以及恰当的测量仪器，并且考虑到这些测量仪器的操作和 维护成本。 本文描述了在一个主要的水文数据采集工程中需要考虑的一些问题，这些问 题包括合适的汇水研究区及测量仪器的选择，以及这些仪器的校准和安装。同时 本文也介绍了合适的雨量计测量分辨率及流量计数据记录间隔的选择。为了降低 监测成本，本文研究了将低价位的水深测量仪器和少量的复杂流量计相结合使用 的可能性。本文同样分析了降雨时间分辨率和径流测量值对城市暴雨仿真模型结 果的影响。 2.城市暴雨排水监测工程 在澳大利亚维多利亚，为大多数城市汇水区提供高质量的水文数据目前并不 可行。因此，维多利达科技大学建筑环境学院与 10 个分散在维多利亚各地的市 政委员会合作，在1996 年便进行了主要的研究工程，从26 个城市汇水区获得高 质量的水文数据。合作的委员会的位置见图1。 我们对26 个汇水区的降雨和暴雨径流连续监测了 3 年，对每一个汇水区， 我们在该汇水区的出水口和上游的1~2 个点位监测暴雨径流。汇水区的选择需要 确保不同汇水区特征和水力系统都能得到呈现。此外，一些被合作单位标记为现 在和未来都极有可能出现洪涝的特殊汇水区，我们也其进行了监测。汇水区的尺 寸在8~3000ha 之间，所监测的汇水区的特征包括：不同的土地利用特征（例如， 住宅区、商业区、工业区和农村地区），物理特征（例如，地形上的斜坡、排水 管尺寸、不同土壤类型）。这些研究区的物理属性和土地利用特征已在表 1 中进 行总结。除了巴拉腊特市（表1 中，BALL1 ，BALL2 和BALL3 ）汇水区有明渠 进行排水，其它地区汇水区都有管道排水系统。巴拉腊特市的汇水区有更大的农 村地区（或是未开发地区），这就使得该地区的汇水区比其它城市的汇水区庞大。 （表1） 2.1 测量仪器的选择 所选择的测量仪器的类型要符合研究中的数据需求。本研究中，我们需要完 成降雨过程线和径流过程线来校准和验证城市暴雨排水仿真模型。因此，我们选 择带有数据记录器的雨量计和流量计来获得持续的降雨和径流测量值。 2.1.1 降雨测量仪器 翻斗式雨量计被广泛运用于监测暴雨事件的时间格局以及暴雨等级 （the magnitude of the storm events ）。由于这种雨量计记录降雨发生时间（即，翻斗翻 倒的时间），因此它能够很好的展现降雨的时间格局。另外，因为旱季期间无需 记录，电池电量和记忆存储空间便可以得到有效的利用。因此，本研究选择了自 动的电子翻斗式雨量计 （Monitor Sensors，1991）来测量降雨，所选择的雨量计 的翻倒分辨率为0.2mm （即，翻斗每