考虑场次降雨年际变化特征的年径流总量控制率准确核算

降雨资料的合理选取是进行年径流总量控制率统计分析的重要基础,直接影响到年径流总量控制率-设计降雨量对应关系的准确性。本文以北京市海绵城市试点区1951—2016年长序列场次降雨数据为例,定量分析了场次降雨划分方法和场次降雨序列年际变化对年径流总量控制率的影响。结果表明,较人为划分的日降雨数据而言,场次降雨数据能够更加真实地反映场次降雨特征。日降雨数据计算得到的设计降雨量整体偏低约14%,对于85%的年径流总量控制率条件,设计降雨量偏低5.9 mm。通过对6个场次降雨特征值进行M-K突变和趋势检验,将北京市海绵城市试点区的场次降雨序列划分为3个阶段,针对各阶段分别核算年径流总量控制率-设计降雨量关系,进而得到较为全面和客观的年径流总量控制率变化区间。因此,在数据资料允许的条件下,年径流总量控制率的核算应基于场次降雨数据进行,并在识别场次降雨序列年际变化特征的基础上,确定合理的年径流总量控制率变化区间,提高年径流总量控制率-设计降雨量对应关系计算结果的科学性,确保最优的海绵城市建设效果与合理的工程建设投入。     

关于海绵城市两种降雨控制模式的讨论

我国《海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建(试行)》采用降雨总量控制模式以实现径流总量控制目标,但降雨总量控制率并不等同于径流总量控制率,降雨控制需将降雨转换成径流后才能与径流控制对应。按美国EPA提出的降雨场次控制模式进行设计,其降雨场次控制率等于径流场次控制率,降雨控制与径流控制直接对应。为此,本文开展了关于海绵城市建设中两种降雨控制模式的讨论。论文首先对两种降雨控制模式内涵进行了解析。然后以北京、武汉、广州为代表比较了两种不同控制模式下的城市产流雨量设计结果。研究表明,两种降雨控制模式其设计降雨量具有一定对应关系,但概念上应有所区别;相同控制条件下,按降雨总量控制的设计降雨量要明显高于按降雨场次控制,但两种模式下的最优控制率差异并不大;总量控制模式能较好地反映城市年均产流水平,有利于雨水利用目标实现,而场次控制模式则更能代表城市对场次降雨的消纳能力,有利于径流污染控制目标的实现。     

海绵城市年径流总量控制率指标分解探析

减少雨水径流外排，地块内雨水径流就地消纳利用是海绵城市建设的重要目标之一，雨水径流外排量由年径流总量控制率这一指标体现，如何科学合理地确定年径流总量控制目标，是近年来海绵城市建设过程中主要探索内容。以广州科教城片区为例，结合片区下垫面、排水管网等资料，利用容积法对年径流总量控制率进行指标分解，同时采用Infoworks ICM模型对各地块年径流总量控制率指标分解的合理性进行模拟验证，结果显示各地块在按照规划年径流总量控制率开发建设后，片区排水管网均满足10年一遇设计重现期，在100年一遇降雨条件下部分区域虽出现积水，但无内涝发生。研究表明，分解确定的各地块年径流总量控制率可用于指导片区开发建设，通过海绵城市建设可有效降低雨水外排，提升区域防灾减灾能力。     

一种基于重现期定义海绵城市设计降雨量的方法——以常德市为例

确定径流总量控制目标及其对应的设计降雨量是海绵城市建设的首要任务。以常德市为例,首先评估了《海绵城市建设技术指南》(以下简称《指南》)中设计降雨量计算方法在南方多雨城市的适用性,并提出了根据降雨的连续性和雨水超排(年径流总量控制率78%)重现期定义设计降雨量的方法,结论如下:(1)常德市降雨丰富且集中,近20年降雨的年际变率增大,面临的洪涝和干旱风险加剧,建设海绵城市的必要性凸显。(2)《指南》中给出的设计降雨量是多年日降雨数据的统计结果,不能保证每年都实现径流控制目标。在21mm设计降雨量下,1968～2015年常德市有34年的控制率低于目标值78%。(3)设计降雨量越大,建设成本越高。根据海绵城市建设的经济合理性原则,保证每一年的径流控制率都达到78%是不现实的。考虑南方城市降雨的连续性,根据雨水超排重现期计算设计降雨量更符合实际。若将常德市的雨水超排重现期设置为5年,则对应的设计降雨量约为58mm。     

基于线性插值法的年径流总量控制率与设计降雨量快速估算

各城市5%步长年径流总量控制率与设计降雨量无法完全满足海绵城市专项规划编制及相关科研工作的需求。因此,本研究以萍乡市莲花县为例借助线性插值法对1%步长年径流总量控制率与设计降雨量进行估算,并将10958条降雨数据统计得出的实际值与估算值做误差分析,结果表明,该方法具有准确率高、快速、简便且无需重新统计萍乡市近30年日值降雨数据等优点,具有较好的可推广性。     

海绵城市年径流总量控制率的若干问题探讨

针对年径流总量控制率这一海绵城市建设重要指标,探讨不同暴雨类型地区及数据年限对年径流总量控制率的影响、年径流总量控制率与年降雨场次控制率比较分析、年径流总量控制率对合流制溢流污染控制效果等内容,为海绵城市规划设计应用年径流总量控制率指标提供参考。     

基于小波分析的海绵城市试点未来降雨变化预测分析研究

为有效预测海绵试点城市未来降雨变化特征,以及在面对未来降雨变化时,海绵城市将如何建设提出建议,收集整理30个海绵城市试点1983～2012年的年际降雨变化时间序列,采用Morlet小波函数进行小波分析,探究试点城市降雨变化的多时间尺度的周期性变化规律,并根据主周期对未来降雨变化进行了预测。结果表明,未来降雨变化体现出地区性特点,按照变化规律,30个试点可分为10类。根据预测从2018年开始,环渤海地区东北部、东南部沿海地区试点城市的降雨量会在未来5年内出现明显上升,故这2个区域应加强城市雨水系统的建设,以达到未来降雨变化情景下年径流总量控制率的要求,并根据实际情况加强超标雨水排放设施建设,有效应对未来可能出现的极端降雨事件;其他大部分地区未来5～8年内降雨量变化表现出微弱下降的持平或明显下降状态,在这些区域内,尤其是西北部干旱区及华北平原与华北平原中南部地区的城市,应加强源头雨水控制利用与雨水资源利用设施的建设,并加强非传统水源的收集与利用。     

南昌市低影响开发设计降雨量的确定方法研究

海绵城市建设中,一般采用多年平均的方法确定标准年径流总量控制率下设计降雨量,该方法忽略了降雨的年际变异性,也未明确“年控制”的概念。为此,以南昌市为研究区域,分别采用多年平均法、年单样本方法推求低影响开发设施的设计降雨量,并将两种方法得到的不同标准控制率下的设计值与《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建(试行)》(简称《指南》)中的同标准设计值进行对比。结果表明：《指南》的设计值反映多年平均降雨水平,该设计值仅有约60%概率实现年降雨总量控制目标;而年单样本方法考虑了降雨的年际变异性,能给出不同频率下的设计降雨量,实现统计意义上的“年控制”,可提高对城市的降雨控制水平的估计。     

海绵城市雨水年径流总量控制率研究——以沈阳市中心城区为例

径流年总量控制率是海绵城市规划建设需要控制的核心指标,对于海绵城市的建设实施具有重要的指导作用。本文以沈阳市中心城区雨水年径流总量控制率为研究对象,从建设需求、建设要求、建设的可行性3个方面进行分析,比较现状沈阳市域及中心城区的水文特征,参考国家要求及其他城市年径流总量控制率的选取范围,并对沈阳市现状及规划用地情况进行系统研究,最终确定适用于沈阳市的雨水年径流总量控制率。     

南宁市设计降雨及其总量控制率时空异质性特征

针对当前我国海绵城市建设及成效考核中设计降雨及其控制率指标单一均化、难以有效定量指导不同下垫面LID设施建设并评价其效果等问题,以南宁市市区为例,基于2020年Quick Bird土地利用及子流域精细划分,根据1981-2010年南宁市0.1°CMFD格点日降雨序列资料,采用ArcGIS空间插值法、《指南》中设计降雨量与控制率关系法以及容积法,分析了研究区日降雨量、设计降雨量及其总量控制率的时空异质性特征,并讨论了现状下垫面调蓄及管网排水对控制率指标的定量影响。结果表明：南宁市市区日降雨频次、年分配、设计降雨量及其控制率均具有显著的时空异质性特征,按75%控制率对应各月的日设计降雨量变化范围为9.72（2月）~32.05 mm（7月）;南宁市主城区（面积占比31.99%）现状年降雨总量控制率普遍低于50%,仅靠绿色LID设施难以实现75%控制率目标,要实现该控制率目标,主城区还需增加调蓄容积120~211 m³/hm²,若考虑管网排水能力70~103 m³/hm²,则所需调蓄容积可减少30~108 m³/hm²。综上,为实现南宁市75%控制率目标,应针对现状下垫面水平,建立考虑时空异质性的不同控制率目标与调蓄容积、管网排水之间的定量函数关系,这是有效提升海绵城市调控雨洪径流能力的一个主要途径。     

基于既有数据的年径流总量控制率与设计降雨量模型拟合方法研究

年径流总量控制率是海绵城市建设的重要目标,为了方便其在海绵城市规划和绿色建筑设计中的应用,基于对既有数据的分析,探讨年径流总量控制率与设计降雨量的对应模型拟合方法。结果表明:利用"对数处理+多项式拟合"方法,可以得到拟合度和准确度均较高的年径流总量控制率与设计降雨量计算模型,具有误差小、方便快捷、可嵌入软件等优点。     

不同水文年型海绵城市径流总量控制率特征研究

国家海绵城市试点已进入验收阶段,径流总量控制率是建设效果评估的关键指标之一。海绵城市建设技术指南中给出了径流总量控制率的计算方法,但它是通过长序列(一般30年以上)降雨数据排序计算得到的,是反映了长期降雨规律的一个综合平均值。海绵城市考核的年份往往对应具体的水文年型,用统一的综合平均值去考核具体的水文年型,在丰水年标准偏严,在枯水年偏松,不能客观反映海绵城市的建设效果。本文定量分析了海绵城市径流总量控制率的年际变化特性和概率分布特征,基于海绵城市建设技术指南核算了特定年份径流总量控制率的客观指标,可为海绵城市建设效果的考核提供参考依据。     

基于SWMM的年径流总量控制率计算探讨

年径流总量控制率是我国海绵城市建设的一个重要指标,采用模型软件计算该指标是行业发展的一个趋势。通过构造一个无下渗能力的极端特殊案例,证明年径流总量控制率和开发后雨量径流系数之和并不为1。基于该案例模型模拟结果和《浙江省海绵城市规划设计导则(试行)》定义,计算各LID设施或设施链的年径流总量控制率,并和《海绵城市建设技术指南》容积法计算结果相比。由于计算原理的不同,模型法计算得到的年径流总量控制率只能用于单个LID设施或设施链,未经LID设施处理的不透水子汇水区年径流总量控制率为0。     

不同汇流关系LID降雨控制方式分析检验

雨水径流总量控制作为城市低影响开发(Low Impact Development,LID)重要目标之一,对降雨选用何种控制模式(方式)是个重要的问题。本文通过理论分析与实际监测检验,对不同汇流关系下LID降雨控制方式的区别进行了分析研究。理论分析结果表明,LID设施与不透水地表之间依汇流方式不同可以分为串联、并联两种关系形式,分别对应不同的降雨控制方式。对于小于设计降雨量的降雨,前者为场次控制,后者为部分控制;对于大于设计降雨量的降雨,两者均为部分控制。从各场次降雨控制总量来看,前者略大于后者;从对地下水涵养、径流水质改善和流量峰值削减角度而言,前者效果要优于后者。因此,对于LID雨水径流控制效果的检验,不能仅限于降雨总量控制率的统计,还需分析判别LID降雨控制的方式,尽量选用串联的汇流形式。以北京未来科技城为例,对其LID雨水径流控制效果与方式进行了分析检验。结果表明,虽然监测期内雨水总量控制率可以达到≥85%的目标,但对小于设计降雨量的场次降雨未能实现场次控制,原因在于区内不透水车道与两侧绿化带未按规划实现串联布置,后期有待加以改进。     

兴义市海绵城市规划措施探讨

在分析兴义市海绵城市建设试点区综合径流系数、年径流总量控制率等基本情况的基础上,规划提出海绵城市建设的"渗、滞、蓄、净、用、排"等各项规划措施,并对实施预期效果进行评估。结果表明:1试点区下垫面解析后经加权平均计算,规划范围综合径流系数为0.59;2试点区年径流总量控制率设为80%,年径流总量控制率对应的设计降雨量为27.7 mm;3试点区基于低影响开发雨水系统的构建,通过渗透工程、滞留工程、调蓄工程、净化工程、回用工程及利用工程等手段,形成"一园四区,多点滞蓄,水网通达",点、线、面相结合的城市海绵系统;4渗透工程发挥了海绵城市的核心作用,在年径流控制率对应的设计降雨量中渗透工程可分担的雨水控制量比例达到52%。     

兴义市海绵城市规划措施探讨

在分析兴义市海绵城市建设试点区综合径流系数、年径流总量控制率等基本情况的基础上,规划提出海绵城市建设的"渗、滞、蓄、净、用、排"等各项规划措施,并对实施预期效果进行评估。结果表明:(1)试点区下垫面解析后经加权平均计算,规划范围综合径流系数为0.59;(2)试点区年径流总量控制率设为80%,年径流总量控制率对应的设计降雨量为27.7mm;(3)试点区基于低影响开发雨水系统的构建,通过渗透工程、滞留工程、调蓄工程、净化工程、回用工程及利用工程等手段,形成"一园四区,多点滞蓄,水网通达",点、线、面相结合的城市海绵系统;(4)渗透工程发挥了海绵城市的核心作用,在年径流控制率对应的设计降雨量中渗透工程可分担的雨水控制量比例达到52%。     

石狩川流域雨洪涝灾害应对经验对中国海绵城市发展的启示

海绵城市中年径流总量控制率这一指标对小雨或者中雨资源的控制是显而有效的，但如果遇到暴雨或极端降雨事件，城市依然存在较高的雨洪涝灾害风险。首先用一个超过百年系列的降雨与受灾统计数据，说明仅仅依靠低影响开发措施无法控制城市雨洪涝灾害；然后整理了石狩川流域在城市雨洪涝应对措施方面先后采取实施的雨水贮留渗透计划与流域综合治水对策；最后，通过借鉴石狩川流域采取的措施，结合我国海绵城市成功经验，提出通过多途径协同控制洪涝径流的海绵城市建设方法，以提升中国特色海绵城市在雨洪涝防灾减灾中潜力。     

山地城市屋面雨水可利用量分析——以重庆市沙坪坝某片区为例

为定量评估山地城市屋面雨水可利用量,以重庆市沙坪坝某片区为例,分析了重庆市的降雨特征,利用改进的径流系数法定量评估了代表年屋面雨水可利用量,并分析了降雨特征对可利用量的影响;运用设计降雨量和设计暴雨强度两个指标相结合的方法确定了蓄水池规模,使其满足径流控制率和防洪减涝的要求。研究表明:在代表年降雨量为1 198.9、1 104.4和962.7 mm时,研究区域屋面雨水可利用量分别为267 951.8、247 421.3和198 917.9 m~3,雨水利用潜力较大,降雨量对可利用量的影响较大,而降雨强度对其影响很小;研究区域蓄水池总规模为9 312 m~3,屋面径流控制率达到86.4%,为山地城市雨水利用系统中蓄水池的规模设计提供了参考依据。     

基于海绵城市建设的公共建筑改造——以北京市通州文化馆和图书馆为例

以北京市通州文化馆和图书馆为例,探讨海绵城市建设方法,分析各技术措施在控制雨水年径流总量控制率和年径流污染削减率中的作用,实现对城市雨水的滞蓄、净化与回用的海绵城市建设源头控制的理念。     

海绵城市规划中年径流总量控制目标分解方法研究

海绵城市建设的控制目标包括径流总量控制、径流峰值控制和径流污染控制。其中,年径流总量控制率是总量控制、峰值控制和污染控制的实施载体,是海绵城市建设目标的集中体现。在不同层次的海绵城市规划中,如何科学合理地落实年径流总量控制率目标,是近年来海绵城市规划编制的重要探索内容。采用多因子权重综合评分法,根据研究区域的不同特点和尺度,确定不同的评分指标及评分权重,综合评估不同区域海绵城市建设的适宜性,差别化落实年径流总量控制率目标。