年径流总量控制率对应设计降雨量一般推求方法

楼 剑

（中国市政工程西南设计研究总院有限公司，四川 成都 610081）

1 概述

2014年10月22日，住房和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，提出了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、因地制宜地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，根据设计经验，在市政工程项目初步设计评审过程中，都增加了海绵城市章节内容的审查要求。在实际设计工作中，在通过容积法计算目标海绵城市有效调蓄容积过程中，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，非目录中的城市在海绵城市设计计算过程中，往往只能就近参照。在西南山区，常常出现地域相隔很近却因山脉阻断，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。下面本文就以此为出发点，通过某项目实例，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

该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。该项目距附录B中所列最近城市重庆约180 km，宜宾约150 km、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1984～2014年逐日降雨量数据。该数据可以由《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 a（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2 m m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Excel 2007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2.1 m m的数据后，得到有效日值降雨数据序列:

本次有效日值降雨数据一共有1 004个，即1 004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}。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

该项目中有效日值降雨数据n=1 004。

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 1～1 004；

（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1 004行均使用该公式，得到所有降雨量对应的控制率P（见图1）

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；“（1 004-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”。

图1 日降雨量对应年径流总量控制率

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（见图2）。

图2 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（见表1）。

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。

表1 年径流总量控制率分别对应的设计降雨量

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见表2。

表2 最紧邻城市年径流总量控制率与设计降雨量关系

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，至今未有更新版本。《指南》中推求年径流总量控制率依据的是1983～2012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。