降雨径流总量控制目标区域划分

2015海绵城市建设指南解读之降雨径流总量控制目标区域划分2015-04-24中国给水排水2015海绵城市建设指南解读之降雨径流总量控制目标区域划分李俊奇1,2，王文亮2,3，车伍1，刘超1，赵杨2,4(1.北京建筑大学城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室，北京100044；2.北京建筑大学北京建筑节能减排关键技术协同创新中心，北京100044；3.中国地质大学<北京>水资源与环境学院，北京100083；4.北京雨人润科生态技术有限责任公司，北京100044)摘要：为切实贯彻《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》，科学合理地确定控制目标，落实年径流总量控制，对我国大陆地区设计降雨量的地域分布特征及成因进行了分析，并结合年径流总量控制率目标确定的影响因素，论述了我国大陆地区径流总量控制目标区域划分的原则、方法及应用的注意事项，以指导相关规范标准和地方性技术导则的编制，及各地因地制宜地确定年径流总量控制率及其对应的设计降雨量目标。

为大力推进建设自然渗透、自然积存、自然排放的“海绵城市”，指导各地积极推行低影响开发建设模式，缓解各地新型城镇化建设过程中遇到的内涝问题，削减城市径流污染负荷、节约水资源、保护和改善城市生态环境，促进生态文明建设，住建部组织编制了《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》)。

其中，《指南》提出了径流总量控制目标，而此目标的确定既要符合自然水文循环规律，也要符合技术经济合理性原则，还要可实施性强，具体受各地气候特征、水资源禀赋情况、城市开发强度、雨水资源化利用与排水防涝需求、土壤地质条件及经济条件等因素影响，如何根据这些因素合理确定各地径流总量控制目标是落实径流总量控制需要首先解决的重要问题。

1 径流总量控制目标及其落实途径建设海绵城市，构建低影响开发雨水系统，规划控制目标一般包括径流总量控制、径流峰值控制、径流污染控制、雨水资源化利用等。

各地应结合水环境现状、水文地质条件等，合理选择其中一项或多项目标作为规划控制目标。

鉴于径流污染控制目标、雨水资源化利用目标大多可通过径流总量控制实现，除超标雨水径流排放系统（也称超常规雨水径流蓄排系统或大排水系统）和雨水管渠系统（也称常规雨水径流蓄排系统或小排水系统）规划设计标准外，可选择径流总量控制作为低影响开发雨水系统构建的重要控制目标。

径流总量控制目标的落实途径包括雨水的下渗减排和直接集蓄利用,主要技术措施有渗透技术和储存技术，主要设施有透水铺装、下沉式绿地（狭义）、生物滞留、雨水罐、湿塘、雨水湿地及大型（多功能）调蓄设施等。

2 年径流总量控制率与设计降雨量低影响开发雨水系统的径流总量控制一般采用年径流总量控制率作为控制指标。

年径流总量控制率根据当地多年日降雨量数据统计得出，年径流总量控制率指标是指通过自然和人工强化的渗透、集蓄利用、蒸发（腾）等方式，场地内累计全年得到控制（不外排）的雨量占全年总降雨量的比例。

年径流总量控制率（α）与设计降雨量（H，mm）为对应关系，当以径流总量为控制目标时，设计降雨量可用于确定低影响开发设施的设计规模。

年径流总量控制率对应的设计降雨量的确定，是通过统计学方法获得的。

根据中国气象科学数据共享服务网中国地面国际交换站气候资料数据，选取至少近30年（反映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≤2 mm的降雨事件的降雨量（一般不产生径流），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在总降雨量（小于该降雨量的按实际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）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。

设计降雨量是各城市实施年径流总量控制的专有量值，考虑不同城市的降雨分布特征不同，各城市的设计降雨量应单独推求，资料缺乏的城市可参照与其长期降雨规律相近城市的设计降雨量确定。

3 设计降雨量的地域分布从全国195个城市地面国际交换站中，选取符合上述降雨数据年限要求的186个城市地面国际交换站1983年—2012年的日降雨量数据进行统计分析，得到各城市年径流总量控制率对应的设计降雨量(如表1所示)，阴影部分旨在解释年径流总量控制率区域划分的方法，详见后文。

根据表1，以年径流总量控制率85%为例，按照其对应的设计降雨量不同可将我国分为六个区，如图1所示。

表1 我国部分城市年径流总量控制率对应的设计降雨量续表1（Continued）图1 年径流总量控制率为85%对应的设计降雨量分布由表1和图1可以看出，设计降雨量的地域分布具有以下特征：①设计降雨量的地域变化较大。

如西部干旱半干旱地区，85%年径流总量控制率对应的设计降雨量仅为5~20 mm，而海南、广东、广西等部分东南沿海城市，设计降雨量高达60~85 mm，是西部地区值的三倍以上。

②在B区与C区之间，从云南北部、四川盆地西侧、陕西西部、山西北部、燕山、大兴安岭，一直到小兴安岭，有一条从西南至东北的设计降雨量分界线。

该线西北为A区与B区，设计降雨量变化幅度小（5~20 mm），该线东南为C区~F区，设计降雨量变化幅度大（20~85 mm）。

③ 区域性地形地貌对设计降雨量的地域分布影响明显，设计降雨量分区的地域跨度大。

如C区~E区，其地域分区遍布于我国南北，且各分区之间的边界与南岭-武夷山、四川盆地、太行山等主要地形地貌的走向较为一致，设计降雨量的高值分布在山脉的迎风坡，背风坡相对较小。

由于设计降雨量地域分布的巨大差异，依据年径流总量控制率与设计降雨量的对应关系对我国大陆地区进行径流总量目标区域划分时，不宜按统一的年径流总量控制率尺度来规定，否则将会忽略径流总量控制具体实施过程中遇到的系列实际问题，如不同地区、具体项目投资额度、涉水需求等的差异，以及绿地空间条件对实施难易程度的影响等。

4 设计降雨量地域分布特征的成因分析4.1 全年降雨（多年平均）的分布特征海口、万源、上海、北京、哈尔滨、甘孜、拉萨、乌鲁木齐及和田涵盖了我国主要的气候类型，以这些城市为例分析它们的全年降雨分布特征,结果如表2所示。

表2 我国大陆地区部分代表城市气候特征根据当地多年日降雨量数据统计分析，以上城市不同降雨量（日降雨量）区段的累计降雨场次和雨量在全年降雨（多年平均）中的分布情况如图2、图3所示。

各城市不同降雨量区段的降雨在全年降雨中的分布特征与设计降雨量存在以下关系：强降雨（如日降雨量≥50 mm的暴雨）的雨量占年总降雨量的比例越大，或中小降雨（日降雨量<25 mm的降雨）的雨量占年总降雨量的比例越小，设计降雨量越大。

以海口和乌鲁木齐为例，≤20 mm降雨的雨量比例分别约为26%和82%，虽然海口暴雨次数占全年总降雨次数的比例仅为9%，但贡献的雨量占年均降雨量的比例高达42%，海口85%年径流总量控制率对应的设计降雨量比乌鲁木齐高50 mm。

图2 我国大陆地区部分城市不同降雨量区段的累计降雨场次在全年总降雨场次中的分布情况图3 我国大陆地区部分城市不同降雨量区段的累计雨量在全年总雨量中的分布情况由此，设计降雨量的地域分布与我国暴雨的地域分布关系密切，相关研究表明，B区与C区之间边界与我国暴雨的分界线（基于年最大3 d点雨量均值等值线图）较为吻合，此边界东南为暴雨频发区，雨量大，而边界西北主要为暴雨低发区，雨量小；我国24 h点雨量极值分布图表明，我国主要大暴雨多发区有：①东南沿海;②自辽东半岛沿燕山、太行山、伏牛山、巫山一线以东的海河、黄河、淮河流域和长江中下游地区;③四川盆地等。

暴雨的区域分布与设计降雨量高值（D区~F区）的地域分布较为吻合。

表2、图2及图3也表明设计降雨量与年均降雨量无必然联系，即使属于同一气候类型，年均降雨量相近，若强降雨的雨量占全年总雨量的比例相差较多，设计降雨量差别也会较大，如万源和上海，北京和哈尔滨；相反，即使气候类型不同，年均降雨量差别很大，若强降雨的雨量占全年总雨量的比例差别较小，设计降雨量较为接近，如北京和上海，拉萨、甘孜及乌鲁木齐。

因此，不同城市全年降雨（多年平均）的分布特征是形成设计降雨量地域分布特征的直接成因。

4.2 气候与地形地貌特征我国季风气候、非季风气候的边界（大兴安岭、阴山、贺兰山与冈底斯山形成的山脉线）和干、湿气候（按降水量划分）的边界与B区及C区之间的边界接近，其中，C区~F区恰位于受季风气候与台风影响的东部地区，强降雨主要由锋面、气旋、低涡切变线和台风等引起，而A区、B区主要位于西北地区和青藏高原地区，强降雨主要由冷锋、局地热对流、高原切变线和高原槽等引起，与东部相比，暴雨雨量小，次数少。

季风气候和地形地貌与我国暴雨的地域分布密切相关。

山岭、盆地、峡谷、“喇叭口”等特殊地形地貌可迅速抬升来自印度洋和太平洋的暖湿气流，伴随来自北方的弱冷气流与暖湿气流的对流作用，为强降雨的形成提供了有利条件。

如位于南岭-武夷山以南迎风坡的广西、广东等地，受到高山对暖湿气流的阻挡和对台风的削弱作用，暴雨发生的频率和强度高于位于背风坡的湖南、江西等地区，而位于江淮地区的湖北、安徽等地，受到台风和持续稳定的梅雨峰作用，暴雨发生的频率和强度也要高于湘赣地区；四川盆地地区，由于受到高山对暖湿气流的抬升及来自高原地区弱冷气流的影响，也容易形成暴雨。

位于华南及东部沿海的海南、辽宁、广东等地，受台风影响，也容易形成暴雨。

正是由于受复杂气候与地形地貌的影响，暴雨的地域分布差异较大，进而导致设计降雨量的地域变化较大，设计降雨量分区的地域跨度也较大。

因此，我国复杂多样的气候与地形地貌是形成设计降雨量地域分布特征的内在成因。

5 年径流总量控制率目标确定方法5.1 最佳控制目标按照低影响开发的理念，从维持区域良性水文循环及经济合理性角度出发，径流总量控制目标应以开发建设后径流排放量接近开发建设前自然地貌时的径流排放量为标准。

在2009年美国环保局颁布的“雨水径流减排技术导则”中，径流总量目标为“控制95%年降雨场次”，其依据即为95%降雨场次控制率所对应的年径流总量与未开发前自然地貌下的年均下渗量一致。

但我国地域辽阔，自然地貌多样，如在我国西部的大部分地区，城市开发前的自然地貌多为沙漠，其产流量非常小，若各地以此作为建设基准，将会造成雨水的过量收集、减排，从而导致原有水体的萎缩或影响水系统的良性循环；从经济性角度看，当年径流总量控制率超过一定值时，投资效益会急剧下降，造成设施规模过大、投资浪费。

一般情况下，草地的年径流总量外排率为15%~20%（相当于年雨量径流系数为0.15~0.20），因此，自然地貌如按照草地考虑，我国年径流总量控制率一般情况下最佳为80% ~85%。