雨洪滯留措施在梅雨期面臨的挑戰(zhàn)

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(qū)域的海綿城市會面臨一些特殊的問題，海綿城市建設(shè)需區(qū)別采取措施。本文以江淮地區(qū)的梅雨季節(jié)為研究對象，針對梅雨集中期進(jìn)行典型梅雨的推求，利用皮爾遜Ⅲ型頻率曲線——配線法設(shè)計暴雨的推求。地下水位變化對降雨入滲的響應(yīng)明顯滯后，特別是地下水位埋深較大時，滯后現(xiàn)象更為明顯。此時在海綿城市建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施過程中，面對不同設(shè)計條件下是否應(yīng)提高海綿城市雨洪滯留措施的標(biāo)準(zhǔn)，若提高相應(yīng)海綿城市的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)采取何種方法進(jìn)行改變，本文對上述問題進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：雨洪滯留措施? 梅雨期? 皮爾遜Ⅲ型頻率曲線? 建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類號：X825 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)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(yīng)對快速城市化進(jìn)程對于雨洪過程的負(fù)面影響，我國正在大力推廣海綿城市的建設(shè)。其核心是利用分散式就地消納方式，修復(fù)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(shè)及評估指南，引導(dǎo)國內(nèi)海綿城市的遴選、建設(shè)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(qū)域的海綿城市建設(shè)會面臨一些特殊的問題，需要區(qū)別對待。其中我國的江淮地區(qū)有著一種由于季風(fēng)引起的氣候現(xiàn)象，就是每年6～7月的梅雨期。梅雨期中強(qiáng)降雨過程具有持續(xù)性、反復(fù)性和頻發(fā)性的特征，江淮梅雨期的降雨過程基本決定了該地區(qū)整年降雨的時、空分布[1]。因此梅雨期的持續(xù)降水更對海綿城市的建設(shè)措施帶來了挑戰(zhàn)。

在Maryland大學(xué)的兩個停車場建設(shè)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(xué)者Davis等對其進(jìn)行了實(shí)際效果監(jiān)測實(shí)驗(yàn)證明，在49場次降雨過程中，生物滯留系統(tǒng)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(shí)際監(jiān)測的降雨數(shù)據(jù)、深圳市短歷時設(shè)計雨型推求降雨數(shù)據(jù)以及深圳市長歷時設(shè)計雨型推求降雨數(shù)據(jù)作為模型降雨數(shù)據(jù)，確定在海綿城市建設(shè)過程中設(shè)定指標(biāo)體系時應(yīng)將年徑流量控制率作為核心指標(biāo);但在江南梅雨這一特殊時期條件下研究海綿城市所表現(xiàn)的特征，實(shí)際監(jiān)測的雨型數(shù)據(jù)與年徑流量這一指標(biāo)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。本文依據(jù)距揚(yáng)州大學(xué)江陽路南校區(qū)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(shè)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(xiàn)出的特性。

1? 研究區(qū)域與采用方法

1.1 研究區(qū)域概況

本文中所指雨水花園位于江蘇省揚(yáng)州市某高校。該雨水花園主要匯集降水徑流。研究區(qū)內(nèi)多年平均氣溫14.8℃，年平均降水量1021mm。年內(nèi)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(jīng)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(qū)域，遂取該站的降水資料進(jìn)行研究。

1.2 參數(shù)率定與模型推求

1.2.1 江南梅雨特征參數(shù)

經(jīng)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(xiàn)梅雨集中期，另有8年出現(xiàn)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(xiàn)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(jié)束的次日即為出梅日期[6]。經(jīng)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)

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(jù)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(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)處理（如表1）。

（2）利用皮爾遜Ⅲ型曲線——配線法推求設(shè)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(jīng)驗(yàn)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(shù)即，其中Ki=（模比系數(shù)），經(jīng)計算得cv=0.66。

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

2? 結(jié)果與分析

上述表格所代表的數(shù)據(jù)含義為，當(dāng)重現(xiàn)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(shù)據(jù)，依次類推。而在海綿城市建設(shè)技術(shù)指南[7]中常采用重現(xiàn)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(diǎn)，根據(jù)梅雨期內(nèi)的不同降雨類型進(jìn)行推求，即可得到不同降雨類型在整個梅雨期內(nèi)的降雨歷程。針對在強(qiáng)度相當(dāng)?shù)慕涤昱c持續(xù)地下高水位的降雨中，雨洪滯留措施的響應(yīng)與滯留效果進(jìn)行比較。

海綿城市建設(shè)過程中本著“因地制宜”為原則，不同地區(qū)不同城市有其自身建設(shè)特點(diǎn)，目前海綿城市建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)一般以某一強(qiáng)度暴雨削減效果為標(biāo)準(zhǔn)，針對高強(qiáng)度的短歷時降雨，雨洪滯留措施在短時間內(nèi)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(shè)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(qū)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(yīng)明顯滯后，特別是地下水位埋深較大時，滯后現(xiàn)象更為明顯[8]。由上述推求的數(shù)據(jù)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(jīng)達(dá)到了477mm。由于梅雨期降雨有著持續(xù)降雨的特征，降雨的疊加效果往往大于強(qiáng)度相當(dāng)，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(biāo)準(zhǔn)，提高海綿城市雨洪滯留措施的標(biāo)準(zhǔn)則可能會增加工程費(fèi)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(jié)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(zhàn)，需要尋求一個正確的衡量與實(shí)現(xiàn)其建設(shè)目標(biāo)。而該目標(biāo)的制定是一個科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)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(guī)律、科學(xué)法則和經(jīng)濟(jì)規(guī)律，造成投資浪費(fèi)，更有可能會對該地區(qū)的自然水文條件特性造成顯著變化。國家海綿城市建設(shè)相關(guān)政策針對不同功能區(qū)海綿城市所表現(xiàn)出的特點(diǎn)，出臺了一系列與其相關(guān)的技術(shù)指南，例如不同規(guī)模和尺度水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建指南，以及各類技術(shù)綜合集成的應(yīng)用指南等，在這些指南中《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》是一個良好的開端，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。由國內(nèi)外現(xiàn)有先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)表明，在海綿城市雨洪滯留建設(shè)措施得到推廣之前，經(jīng)過當(dāng)?shù)厥痉豆こ虣z驗(yàn)合格后，方可形成適宜當(dāng)?shù)鼐唧w情況的技術(shù)指南。

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