银川市海绵城市建设中年径流总量控制率及对应设计降雨量推求

董娜　杨蓉　冯子格

摘 要 年径流总量控制率及其对应的设计降雨量是海绵城市建设的重要指标，银川市在海绵城市建设中指标数据只能从国家2014年发布的《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》中获取，且数据具有局限性。本文立足于该《指南》，对年径流总量控制率的控制范围扩大至40%≤a≤95%，为银川市海绵城市的渐进式建设提供更精确的指标数据。本文利用1960～2017年58年的银川市日降雨量数据，通过Excel软件对其年径流总量控制率及其对应的设计降雨量进行全面精准推求，使银川市年径流总量控制率指标更具针对性和全面性，为银川市海绵城市建设提供理论依据和相关建议。

关键词 银川市海绵城市 设计降雨量 年径流总量控制率 推求方法

中图分类号：TU992文献标识码：A

1银川市的现状

1.1银川市水文的特点

根据对银川市1960—2017年平均降雨数据分析可知银川市多年降雨量集中在7—9月份，占全年降雨总量的60.2%，呈降水季节差异大，夏秋多、冬春少的特征，且降水形式多为暴雨，极易引起洪涝灾害。银川市境内沟渠成网，湖泊湿地众多。流域面积大、范围广且历史悠久。

1.2银川市土壤特点

银川市处于宁夏平原，土壤类型主要为长期引黄灌溉淤积和耕作交替而形成的灌淤土，局部低洼地区有湖土和盐土分布。灌淤土土质适中，有机质含量高，保水保肥适种性广。多样的土壤类型非常适合发展农业生产和多种经济作物生长。

1.3银川市海绵城市建设的重要性

海绵城市是通过加强城市规划建设管理，充分发挥各个生态系统对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用，有效控制雨水径流，实现自然积存、渗透和净化的一种城市发展方式。

随着银川市城市化建设进程的快速推进，城市越来越多的自然下垫面被改变成为不渗水的水泥或硬质人工地表，加之银川市区排水工程设计不尽合理。到了多雨的夏秋季节，急降的暴雨使城市内雨水无法及时下渗，极易发生暴雨内涝灾害，而在降水较少的春冬季节，各个湖泊便面临干涸的危险。因此，海绵城市建设对于银川市的发展具有重要作用。

2017年2月银川市政府通过的《银川市海绵城市专项规划（2016-2030）》提出“通过银川市海绵城市建设，到2020年将70%的降雨就地消纳和利用，到2030年雨水年径流总量控制率达到80%的目标要求。”

2年径流总量控制率及对应设计降雨量推求的意义

《指南》中提出的低影响开发是指：要维持径流总量不变，就要采取渗透、储存等方式，实现开发后一定量的径流量不外排。而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目标。

其中，年径流总量控制率是海绵城市建设的核心指标之一，即全年降落的雨水被城市下垫面渗吸控制的比率;设计降雨量是根据雨水年径流总量控制率确定的降雨量专有量值。由于年径流总量控制率与设计降雨量为对应关系，所以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。

《指南》对我国近200个城市1983-2012年间的日降雨量统计分析，分别得到各城市年径流总量控制率及其对应的设计降雨量值关系。但在海绵城市渐进式的建设中，《指南》中所提供的数据是具有一些局限性的，具体表现在一下方面：

（1）《指南》只规定了年径流总量控制率从60%-85%相对应的的设计降雨量，但在实际工作中有时需要年径流总量控制率<60%或>85%内对应的设计降雨量。

（2）年份不是最新的，数据不能及时反应近几年降水变化。因此，我们从中国气象数据网上、《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）》获得1960—2017年近58年的日降雨资料，进而推求银川市40%～95%的年径流总量控制率对应的设計降雨量，对《指南》数据进行补充。

3推求过程的理论指导

年径流总量控制率是指全年降落的雨水被城市下垫面渗吸控制的比率。（即年径流总量控制率=100%-（全年外排雨量/全年总降雨量）*100%;设计降雨量为：扣除≤2mm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））。

4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，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，本次有效日值降雨数据总计2099个。

5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，XiX，从而得到：

控制率Pi=（X1+X2+……）+X（N-1）/（X1+X2+……Xn） （n=2099）。

5.1公式编辑

（1）将升序后的有效日值降雨量数列在B列中从上往下排列;

（2）根据控制率P的定义，在C列中编辑公式=（SUM（$B$2：B2）+（2099-A2）*B2）/（SUM（$B$2：$B$2099）），通过下拉的方式，将C列中2099行均使用该公式，得到所有降雨量对应的控制率P（见表1）。

5.2公式解释

“SUM（$B$2：B2）”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;“（2099-A2）*B2）”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。

“SUM（$B$2：$B$2099）”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”。

6银川市年径流总量控制率与设计降水量的关系

将B、C三列数据选中后复制粘贴为无公式的普通数值，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“面积堆积图”，在图表上单击右键选择“选择数据源”，即可得到年径流总量控制率对应的设计降雨量形成的面积堆积图（见图1）。

从Excel及图表中均可读出对应40%、45%、……95%（以5%为间隔）年径流总量控制率分别对应的设计降雨量（见表2）。

7基于设计降水量的银川市海绵城市建设建议

银川处于黄河上游，区位独特，地貌类型多样，属于水生态敏感地区。在以年径流总量控制率作为规划控制目标的海绵城市建设中需扩大数据分析范围，结合各个气象站点数据做好统计分析工作，推求设计降雨量，尽量減小地块开发对水文循环的破坏。本文根据实际情况及数据分析对银川市海绵城市建设提出以下建议。

（1）银川市7、8月降水多，洪涝灾害频发，在建设中应根据设计降雨量加强吸水设施的建设，准备足够的蓄水空间，选择渗水能力及抗压能力强的材料。将一定比例的降水用于城市基础建设，使其就地消纳和利用，剩余部分用于农田灌溉或工业用水等，使其二次利用。春冬降水较少，提高就地消纳和利用的效率。利用降水多时贮存的帮助维持城市基础设施建设，有效控制好年径流总量。

（2）推进海绵型建筑和相关基础设施建设。结合居民集聚点、交通道路与广场推广海绵型建筑，如北京路、宁阳广场、万达广场等，推进城市排水防涝设施建设和易涝点改造，科学布局雨水调蓄设施建设。

（3）推进绿地建设和生态修复。在中山公园、森林公园等地建设海绵型公园和绿地，消纳自身雨水，并为蓄滞周边区域雨水提供空间，加强月牙湖、清水河、鸣翠湖湿地等水体的保护与生态修复。

（4）抓好组织落实。银川市政府做好整体规划，各个区分政府根据情况调节改善，因地制宜。住房城乡建设部同发展改革委、水利部等部门指导各地做好相关工作。

（通讯作者：杨蓉）

作者简介：董娜（1996.5-），女，汉族，宁夏回族自治区固原市原州区，本科，在读学生，地理科学（教师教育）;通讯作者：杨蓉（1979.4-），女，汉族，陕西汉中，博士，副教授，主要研究方向：干旱区可持续发展。

参考文献

[1] 贾茹.银川市海绵城市专项规划[N].宁夏新闻网，2017-02-07.

[2] 住房和城乡建设部.海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）（建城函275号）[Z].2014-10-22.

[3] 楼剑.年径流总量控制率对应设计降雨量一般推求方法[J].城市道桥与防洪.2018（09）：10-11+67-69.

[4] 朱慧芳，赵乐军，宋现财.天津市海绵城市建设中年径流总量控制率及对应设计降雨量推求[J].天津建设科技，2017（02）：51-53.