年径流总量控制率对应设计降雨量一般推求方法

发表时间：2018-09-06T10:02:12.017Z 来源：《防护工程》2018年第9期 作者： 楼剑

[导读] 利用1984年至2014年间日值降雨量数据推求年径流总量控制率与设计降雨量关系的过程，介绍了年径流总量控制率对应设计降雨量一般推求方法，同时也为资阳市及其周边地区海绵城市建设提供了指导。

楼剑

中国市政工程西南设计研究总院有限公司 四川成都 610000

摘要：《海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建（试行）》中提出的海绵城市建设核心指标之一就是年径流总量控制率，《指南》中依据我国1983年～2012年降雨资料，推求出我国31个重要城市的基础年径流总量控制率对应设计降雨量，然而在实际设计工作中，项目所在可能既无海绵城市规划，也不在《指南》附录B的表中，为满足海绵城市建设及海绵城市设计工作需求，本文通过资阳市附近某实际工程中，利用1984年至2014年间日值降雨量数据推求年径流总量控制率与设计降雨量关系的过程，介绍了年径流总量控制率对应设计降雨量一般推求方法，同时也为资阳市及其周边地区海绵城市建设提供了指导。关键词：海绵城市；年径流总量控制率；设计降雨量 1 引言

2014年10月22日，住房城乡建设部组织编制的《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》(以下简称《指南》)发布实施，为各地开展海绵城市建设提供了指导和依据。《指南》明确了海绵城市的概念和建设路径，提出了低影响开发的理念、低影响开发雨水系统构建的规划控制目标分解、落实及其构建技术框架，并指出海绵城市建设应以径流总量、径流峰值与径流污染综合控制为目标，通过容积法、流量法或水量平衡法等方法计算确定低影响设施总体规模，综合用地性质、建设和改造难度、经济性等方面，统筹兼顾、因地制宜的将总体控制目标和设施规模逐层分解落实到城市开发用地上。[1]

近年来，根据我院设计经验，在市政工程项目初步设计设计评审过程中，都增加了海绵城市章节内容的审查要求。在实际设计工作过程中，因通过容积法计算目标海绵城市有效调蓄容积的过程中，需要用到年径流总量控制率对应的设计降雨量这个指标，而《指南》附录B中，仅给出了全国约31个重要城市60%、70%、75%、80%、85%年径流总量控制率对应的设计降雨量，而在非目录中的城市海绵城市设计计算过程中，往往只能就近参照，而在西南山区，常常出现地域相隔很近却因为山脉阻断，气候、降雨特征截然不同的情况，这就引出一个很实际的问题，如何能够在没有海绵城市规划之前，简单快速得到年径流总量控制率与对应设计降雨量指标的关系。下面本文就将以此为出发点，通过我院设计的某项目为例，介绍通过EXCEL等工具快速整理数据获得年径流总量控制率与设计降雨量的对应关系的方法。 2 项目概况及数据来源

本项目位于成都市以东，资阳市以西，位于《指南》中附录F中III区（年径流总量控制率75%≤α≤85%）。《指南》中并未包含成都市的年径流总量控制率与设计降雨量关系，本项目距附录B中所列最近城市重庆约180公里，宜宾约150公里，区内无海绵城市相关规划。因此该设计无就近城市可供参照，只能自行计算。

根据项目地理位置以及资料收集情况，本次设计采用资阳市1984年至2014年逐日降雨量数据，本数据可以由《中国地面气候资料日值数据集》和《中国地面气候资料日值数据集（V3.0）》中获得。 3 年径流总量控制率与设计降雨量推求

年径流总量控制率即通过海绵城市低影响开发设施作用，为维持场地开发前后水文特征不变，将雨水渗、滞、蓄、净、用、排后留在场地内雨量占全年总降雨量的比例。

根据《指南》中介绍，要求选取至少近30年（反应长期的降雨规律和近年气候的变化）日降雨（不包括降雪）资料，扣除小于等于2mm的降雨事件的降雨量，将降雨量日值按雨量由小到大进行排序，统计小于某一降雨量的降雨总量（小于该降雨量的按真实雨量计算出降雨总量，大于该降雨量的按该降雨量计算出降雨总量，两者累计总和）在总降雨量中的比率，此比率（即年径流总量控制率）对应的降雨量（日值）即为设计降雨量。[2] 3.1数据整理

气象站原始数据为EXCEL文档，按照日期进行排列。先选择所有数据集，选择“数据”分页（本文均以EXCEL2007为例），选择“排序”，并以降雨量列为关键字，进行升序排列。删除降雨量小于2.1mm的数据后，得到有效日值降雨数据序列: [2.1，2.1，2.1，....112.7，143.8]

本次有效日值降雨数据一共有1004个，即1004行。 3.2计算原理

年径流总量控制率与设计降雨量为一一对应的关系，升序处理后的数据集为{X1、X2...... Xn-1、Xn}，我们假设需要计算的年径流总量控制率为P，而P对应的设计降雨量为X，Xi＜X，Xi+1＞X，从而得到{X1、X2、X3、...Xi、Xi+1、......Xn-1、Xn}。[3] 控制率Pi=

本项目中有效日值降雨数据n=1004。 3.3 公式编辑

（1）将升序后的有效日值降雨量数列在A列中从上往下排列； （2）在B列新建序数列，采用填充序列的方式填充数字1至1004；

（3）根据2.2中控制率P的定义，在C列中编辑公式=(SUM($A$1:A1)+(1004-B1)*A1)/(SUM($A$1:$A$1004))，同时注意将C列单元格格式设置为百分比，小数位数为2位。通过下拉的方式，将C列中1004行均使用该公式，得到所有降雨量对应的控制率P：

表1-日降雨量对应年径流总量控制率

该公式前半部分“SUM($A$1:A1)”为“小于该降雨量的按真实雨量计算出降雨总量”，设第i项为所求设计降雨量，即小于i项降雨量的按真实雨量加总A1至Ai项和；“(1004-B1)*A1)”为“大于该降雨量的按该降雨量计算出降雨总量”，即大于i项降雨量的按第i项降雨量，乘以i项以后的项目数。

该公式后半部分“SUM($A$1:$A$1004)”为总降雨量，两项相除，即为年径流总量控制率定义中的“小于某一降雨量的降雨总量（小于该降雨量的按真实雨量计算出降雨总量，大于该降雨量的按该降雨量计算出降雨总量，两者累计总和）在总降雨量中的比率”。 3.4绘制图表

因该数据中存在大量重复，无法直接绘制图表，因此先要对重复数据进行清除。将A、B、C三列数据选中后复制至TXT文本后再粘回，文本即变为无公式的普通数值，删除序数列后，选中剩下两列：设计降雨量及年径流总量控制率。选择“数据”分页中的“删除重复项”。

选择“插入”分页中的“带平滑线的散点图”，在图表上单击右键选择“选择数据源”，在图例项中选择X、Y轴数据源，即可得到年径流总量控制率对应的设计降雨量形成的散点图表：

图1—日降雨量对应年径流总量控制率散点图

从EXCEL及图表中均可读出对应60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%年径流总量控制率分别对应的设计降雨量为：

得到了不同的年径流总量控制率对应的设计降雨量，就可以通过容积法计算海绵城市低影响开发设施所提供的有效调蓄容积，是否满足年径流总量控制率要求的总有效调蓄容积要求，从而判断海绵城市设计是否满足总体规划指标要求。 4 结果对比与讨论

《指南》中，项目最紧邻城市年径流总量控制率与设计降雨量关系如下：年径流总量控制率（%） 设计降雨量（mm）

根据《指南》附录F—我国大陆地区年径流总量控制率分区图，本次项目所在地和重庆、宜宾同在III区范围内，降雨及气候特征存在一定程度的一致性，这与设计降雨量最终推求结果一致。本文在《指南》的基础上有以下改进：

1)提高了针对性。目前，《指南》中无成都市及周边邻近城市年径流总量控制率指标。本次通过资阳站日值降雨量数据，推算出年径流总量控制率及设计降雨量的关系，可以适用于资阳周边邻近地区海绵城市建设指标计算。随着整个四川省海绵城市建设工作的深入，年径流总量控制率需要具有更多的针对性。同时在缺少海绵城市规划的地区，在没有可以参照的邻近城市年径流总量控制率指标计算的情况下，能够通过基本气象资料推求不同地区的年径流总量控制率，对地区的海绵城市建设以及设计院的工程设计人员具有指导意义。 2)增补了海绵城市数据。《指南》中提供了60%、70%、75%、80%、85%的年径流总量控制率对应的设计降雨量参数，但是在老城区、建筑小区、绿地等海绵城市设计中，往往会出现高于85%或低于60%的情况，通过本文介绍的方法，实际可以建立20%～95%的年径流总量控制率—设计降雨量关系，能够弥补指南的不足，为海绵城市指标设计提供更多的可靠的依据。

3）提高了时效性。《指南》编制于2015年，至今日未有更新版本，指南中推求年径流总量控制率依据的是1983年至2012年的数据，而中国气象数据中可以检索2016年以后的数据，选择更长、更新的数据加入年径流总量控制率—设计降雨量关系推算中，数据更准确，更有时效性。参考文献：

[1] 国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导意见（国办发[2015]75号）.

[2]住房城乡建设部.海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建（试行）[S].2014

[3]朱慧芳. 天津市海绵城市建设中年径流总量控制率对应设计降雨量推求. 天津建设科技,第27卷第2期，2017年4月. 作者简介：楼剑（1986-8），男，汉族，浙江宁波人，研究生，工程师，主要从事给排水工程设计工作。