雨洪滯留措施在梅雨期面臨的挑戰

李楠 王旻憶 李星竹 張帥康

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2102-5640-5672

摘? 要：因我國幅員遼闊，不同氣候條件相差很大，不同區域的海綿城市會面臨一些特殊的問題，海綿城市建設需區別采取措施。本文以江淮地區的梅雨季節為研究對象，針對梅雨集中期進行典型梅雨的推求，利用皮爾遜Ⅲ型頻率曲線——配線法設計暴雨的推求。地下水位變化對降雨入滲的響應明顯滯后，特別是地下水位埋深較大時，滯后現象更為明顯。此時在海綿城市建設標準實施過程中，面對不同設計條件下是否應提高海綿城市雨洪滯留措施的標準，若提高相應海綿城市的建設標準，應采取何種方法進行改變，本文對上述問題進行了分析。

關鍵詞：雨洪滯留措施? 梅雨期? 皮爾遜Ⅲ型頻率曲線? 建設標準

中圖分類號：X825 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2021）03（c）-0104-04

Challenges Faced by Sponge City Rainwater Detention Measures during the Meiyu Period

LI Nan1? WANG Minyi1? LI Xingzhu1? ZHANG Shuaikang2

（1.Yangzhou? University， Yangzhou， Jiang'su? Province， 225000? China;? 2.Jiaxing? University， Jiaxing， Zhe'jiang? Province， 314000? China）

Abstract： Sponge city construction measures due to our countrys vast territory and different climatic conditions vary greatly. Sponge cities in different regions will face some special problems and need to be treated differently. This paper takes the Meiyu season in the Jianghuai area as the research object， and calculates the typical Meiyu during the concentrated period of the Meiyu， and uses the Pearson type III frequency curve-wiring method to calculate the design storm. The response of groundwater level changes to rainfall infiltration is obviously lagging， especially when the groundwater level is deeply buried， the lagging phenomenon is more obvious. At this time， during the implementation of the sponge city construction standards， whether the sponge city rainwater retention measures should be raised under different design conditions. If the construction standards of the corresponding sponge cities are raised， what methods should be adopted to make changes？

Key words： Rainwater detention measures; Meiyu period; Pearson type III frequency curve-wiring; Construction standards

為了應對快速城市化進程對于雨洪過程的負面影響，我國正在大力推廣海綿城市的建設。其核心是利用分散式就地消納方式，修復城市就地滯留雨水的“海綿能力”。國家先后頒布了海綿城市建設及評估指南，引導國內海綿城市的遴選、建設和評價工作。但由于我國幅員遼闊，不同氣候條件相差很大，不同區域的海綿城市建設會面臨一些特殊的問題，需要區別對待。其中我國的江淮地區有著一種由于季風引起的氣候現象，就是每年6～7月的梅雨期。梅雨期中強降雨過程具有持續性、反復性和頻發性的特征，江淮梅雨期的降雨過程基本決定了該地區整年降雨的時、空分布[1]。因此梅雨期的持續降水更對海綿城市的建設措施帶來了挑戰。

在Maryland大學的兩個停車場建設長11m、寬2.4m，匯流面積為0.24公頃的生物滯留池（又名雨水花園），美國學者Davis等對其進行了實際效果監測實驗證明，在49場次降雨過程中，生物滯留系統均能有效地削減雨洪徑流[2];任心欣等人[4]采用SWMM模型，選取實際監測的降雨數據、深圳市短歷時設計雨型推求降雨數據以及深圳市長歷時設計雨型推求降雨數據作為模型降雨數據，確定在海綿城市建設過程中設定指標體系時應將年徑流量控制率作為核心指標;但在江南梅雨這一特殊時期條件下研究海綿城市所表現的特征，實際監測的雨型數據與年徑流量這一指標是遠遠不夠的。本文依據距揚州大學江陽路南校區最近的國家氣象站高郵站1953—2019年的降雨資料，推求出在氣象站有記錄以來江南典型梅雨期的設計暴雨，以此更好地測定在集中降雨的情況下海綿城市將要表現出的特性。

1? 研究區域與采用方法

1.1 研究區域概況

本文中所指雨水花園位于江蘇省揚州市某高校。該雨水花園主要匯集降水徑流。研究區內多年平均氣溫14.8℃，年平均降水量1021mm。年內降雨時空分布不均，雨熱同期。本文中所處理的降雨資料來自江蘇省高郵市58241號臺站1953-2016年逐日、2017—2019年逐小時（20時-20時，北京時，下同）的觀測資料（東經119°27;北緯32°48;）氣壓傳感器拔海高度9.6m，觀測場拔海高度5.4m距離水校18km，是國家氣象站所有站臺中最近的，再加之該處屬于江南梅雨區域，遂取該站的降水資料進行研究。

1.2 參數率定與模型推求

1.2.1 江南梅雨特征參數

經資料查證，1955—2018年，國家氣象站（這里指典型五站）有記錄以來，在1953—2005年，這52年中有44年出現梅雨集中期，另有8年出現空梅。非空梅年中平均6月19日入梅，7月13日出梅，梅雨期長23.7d。有24年出現2段及以上梅雨集中期，這就說明存在間歇期。除去間歇期淮河梅雨期平均長度20.9d，5站梅雨總量近52年平均1350mm[5]。梅雨期和降水集中期的降水量分別為270.7mm（14.2d）和263.0mm（13.6d），最后一個雨期結束的次日即為出梅日期[6]。經數據處理可知，高郵站的梅雨期降水量為207.18mm，梅雨期長由省氣象局可知與上述大致相同。由此對比可知，高郵站梅雨期降雨資料在江南一帶的梅雨天氣中具有代表性。

1.2.2 1955—2018年高郵站降雨數據

由圖1可知，在梅雨期22d中的降雨量占比全年降雨量的20%，基本上可以根據這段時間的降雨量判斷該年為豐水年還是枯水年。利用1.2.1的梅雨期長進行長歷時梅雨降雨資料的推求見圖1。

1.2.3 高郵站梅雨期長歷時降雨量推求

（1）長歷梅雨期降雨量。

由上述資料可知，平均入梅日為6月19日，平均出梅日為7月13日，總歷時22d。對高郵站1955-2016年降雨資料進行數據處理（如表1）。

（2）利用皮爾遜Ⅲ型曲線——配線法推求設計暴雨

①將長歷時梅雨期降雨量由大到小排列，計算各年梅雨量經驗頻率;

②該處水文頻率曲線，選定皮爾遜Ⅲ型為水文頻率線型;

③通過上述已知資料，計算

在1955-2016年中，梅雨期平均降雨量為

計算變差系數即，其中Ki=（模比系數），經計算得cv=0.66。

④由上述推求數據，利用相關軟件即可得到高郵站降雨量頻率曲線（推求數據如表2）。

2? 結果與分析

上述表格所代表的數據含義為，當重現期為百年一遇時，即P=1%的情況下，梅雨期降雨量為679mm。上表中的各組數據，依次類推。而在海綿城市建設技術指南[7]中常采用重現期為5年一遇的降雨資料即P=20%，由表可知，梅雨期雨量為297.2mm。再針對典型梅雨集中期降雨的特點，根據梅雨期內的不同降雨類型進行推求，即可得到不同降雨類型在整個梅雨期內的降雨歷程。針對在強度相當的降雨與持續地下高水位的降雨中，雨洪滯留措施的響應與滯留效果進行比較。

海綿城市建設過程中本著“因地制宜”為原則，不同地區不同城市有其自身建設特點，目前海綿城市建設標準一般以某一強度暴雨削減效果為標準，針對高強度的短歷時降雨，雨洪滯留措施在短時間內可以盡快地將地面積水滲入至地下并在雨停之后以地表或者地下徑流的方式排除，而海綿城市建設措施在梅雨期即集中入滲的情況下，土壤水的變化由于受到雨前土壤水分、入滲水量、非飽和區土層深度等因素的綜合影響，地下水位變化對降雨入滲的響應明顯滯后，特別是地下水位埋深較大時，滯后現象更為明顯[8]。由上述推求的數據可知，五年一遇的梅雨降水量為297.2mm，但二十年一遇的梅雨降水量就已經達到了477mm。由于梅雨期降雨有著持續降雨的特征，降雨的疊加效果往往大于強度相當，但是時間間隔更大的降雨事件。而如果以梅雨期的降雨為標準，提高海綿城市雨洪滯留措施的標準則可能會增加工程費用。因此，這里存在是否需要考慮這一特殊時段影響的問題[9]。

3? 結語

海綿城市雨洪滯留措施是在梅雨期中所面臨的一個挑戰，需要尋求一個正確的衡量與實現其建設目標。而該目標的制定是一個科學性和經濟合理性的問題，盲目地取大還是采小都存在著可能違背自然規律、科學法則和經濟規律，造成投資浪費，更有可能會對該地區的自然水文條件特性造成顯著變化。國家海綿城市建設相關政策針對不同功能區海綿城市所表現出的特點，出臺了一系列與其相關的技術指南，例如不同規模和尺度水生態基礎設施構建指南，以及各類技術綜合集成的應用指南等，在這些指南中《海綿城市建設技術指南》是一個良好的開端，但還遠遠不夠。由國內外現有先進經驗表明，在海綿城市雨洪滯留建設措施得到推廣之前，經過當地示范工程檢驗合格后，方可形成適宜當地具體情況的技術指南。

參考文獻

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[9] 王赫，肖龍，劉勇，等.基于城市內澇淺談海綿城市 建設[J].南昌工程學院學報，2016，35（6）：66-71.