海绵城市建设中若干水文学问题的分析

韩元元

【摘 要】本文探讨海绵城市水系统及海绵城市建设问题，进一步分析水文若干问题，通过有效的计算方式，解决降水量及径流量等计算问题，为海绵城市建设提供参考依据。

【关键词】海绵城市;建设;水文问题

中图分类号： TU992 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）02-0006-002

全球气候变暖的背景下，城市面临的洪涝灾害及水资源短缺问题。极端气候变化及城市快速发展的背景下，海绵城市理念进入人们眼中。我国洪涝灾害影响范围较大，造成较大的经济损失，比如武汉市，在2016年期间，暴雨灾害使得市民生存质量受到影响，全市范围12个区受灾，农作物受损面积在100000公顷左右，灾害丧命人数约为14人，造成的直接经济损失22.65亿元。武汉市经过暴雨灾害后，开始探讨如何解决排水问题。海绵城市建设成为人们热议的话题，提升城市排水系统时应当思考将雨水存留，利用自然力量，实现城市净化。本次研究对城市建设过程中水文问题进行探讨。

1 海绵城市建设水系统

海绵城市建设核心为复杂水系统问题，将水循环作为纽带，通过降雨及径流等物理反应，利用水环境水生态表征生物地球生化过程，将城市建设高强度人类活动特点相互作用反馈系统作为核心。国际水系统研究中，将水循环联系三个过程作用实现联系，并强调水循環系统的调控能力，从而为环境城市建设综合治理提供支撑。环境不断变化，水系统研究目光转向水与环境及水域生态领域，但核心问题依旧是水文学。我国海绵城市建设的水系统科学基础中应用水文学及城市生态学等，实现海绵城市的建设与管理，并有效评价工程建设情况。这也是海绵城市建设的需求。在海绵城市水系统建设过程中，需强调整体规划，根据监测体系，建立水与环境及水与生态等联系的反馈模型，并通过科学的分析调整产业结构，调整建设制度。

2 海绵城市建设面临的问题

我国预计在2030年将面对水资源安全问题，我国在1981年城市化覆盖率为21.15%，在2011年城镇化覆盖率为51.25%，并预计在2030年城市覆盖率能够达到70%。我国城市日供水总规模预计在3.15亿m3。据传统供需模式，未来水资源缺口将不断扩大。我国城镇化发展进程快，建设速度与城市治理速度存在落差，传统城市建设问题逐渐凸显。城市内涝及洪涝灾害问题愈发严重，城市垃圾及生活污水排放等问题导致城市生态退化。并面临持续被侵蚀的危险，城市人们疾病发病率增加。水污染及废气等环境问题不断凸显，人口膨胀及交通拥挤使得人们面临较大的经济压力，从而制约城市发展。

国家在海绵城市部署方面，为有效更改我国城市建设战略。我国海绵城市建设依旧存在诸多挑战，部分地区海绵城市认识不足，并未进行合理的规划与设计。海绵城市建设的主要问题便是水问题，我国海绵城市建设及规划、设计等缺少水文为核心的理念，从而导致在海绵城市设计过程中缺乏有效的监控体系。缺乏海绵城市“水与气候”、“水与环境”联系的城市综合水系统交叉先进技术支撑，现阶段技术问题较为显著，缺乏建设评估体系。我国海绵城市建设存在急于求成问题，实施效果不理想，我国受到大暴雨及洪涝灾害问题，使得海绵城市建设面临重大挑战。

3 海绵城市建设水文问题

我国政府于2015年发表海绵城市建设的总体要求，通过综合“渗、滞、蓄、净、用、排”措施，实现对城市最小限度的开发影响，从而有效将降水利用。预计在2020年我国城市建设20%面积的目标达成，并在后续的10年完成建设80%的目标。我国在2016年住房及城市建设部门发表的海绵城市建设规定中，规划海绵城市建设目标，通过具体的目标及指标，实现近期及远期的建设具体面积及比例，通过相关考核方法，从而提出海绵城市建设指标。在每年的径流量控制方面，相关指南中提出，年径流总量控制率应当根据30年日降水量进行排列，提取中年均总量在20-30mm中小雨事件。

3.1 年径流量控制率问题

年径流总流量控制率为海绵城市建设较为基础性的水文问题。我国在2016年，相关组织部门提出年径流量总控制率应当为日降水量数据计算得出，利用自然及人工强化渗透及储存等方式，使场地积累水量得以控制，并在不外排的情况下，获得最终的降雨量百分比。在上述文件中能够观察到年径流总量控制率计算方法，从而将30年日降雨，将其中的2mm降雨事件扣除的情况下，使降雨量日值自小到大进行排序，对小于2mm降雨量的总量进行统计，若小于某一降雨量，需根据实际降雨量进行计算，若大于2mm降雨量，则根据降雨量计算降雨总量。总降雨量中的比例，对应降雨量日值为设计降雨量。海绵城市建设关键指标为年径流总量控制率。我国某设计院根据以上文件中的计算方法，从而获取径流雨量在全年雨量中的比例。计算公式为：

年径流总量控制率=■*100

为明确文件中年径流总量控制率是否为科学的计算方式，应当明确几个问题。首先为城市径流形成概念，其次为城市径流系数，再次为城市年径流总量的科学控制方法，最后为科学计算城市年径流总量控制率。

3.2 径流形成及转化问题

降雨一般在集雨区形成径流过程中被不断转化，在整体的形成中涵盖运动汇流等复杂水文过程，降水产生径流量多少也是成为水文系统的关键增益因子，水文学中将其称为径流系数，通过系统的分析方式。观察径流的转化流程，从而提出科学的计算依据。

在计算径流系数α过程中，通过汇水面积总净流量Y与降水量X比值进行计算，降水量中径流水转化，能反映流域自然地理情况对径流产生的影响。计算公式便是α=Y/X。降水量多余水分在植物截留及填挖或者蒸发中消失。径流系数为城市雨水控制系统的重要环节，雨水控制系统利用理论及设计计算，从而观察径流系数选择是否合适，该指标对排水系统的排水能力具有直接影响，现阶段的径流系数计算一般将线性理论作为基础。

在径流系数的非线性问题分析过程中，系统水文学观点看，径流系数为水文系统的增益，总径流线性模型及简单线性模型中，增益因子G被设定为一个常数，从而形成多年平均降水系数。但是部分流域在相关数据表示，增值系数存在变性，与流域湿度呈现正比关系，比如在前期降雨量指标计算为实际蒸发量及降雨量的比值。计算公式为：

系统增益G（t）水文概念是流域产流系数。相关研究人员对全球范围内的不同气候区域多个流域降水量进行数据分析，从而分辨降水及土壤湿度等因素的非线性关系。高度非线性导致降水径流系统增益量处于变化过程。通过进一步的研究可以发现，径流形成增益因子G（t）与土壤湿度及降雨量、降雨强度存在非线性关系。若土壤湿度资料缺少，流域降水量计算便会存在偏差。水文时变增益因子G（t）与流域土壤降水量湿度关系可利用公式进行表达：G（t）=α'API{t，p（t）}β。在此公式中α与β分别为下垫面参数。为进一步分析径流量计算的有效方式，从而观察时变增益模型，将降水量及径流转化过程划分为流域产流模型及汇流模型，产流模型中，明确净雨水量与毛雨量的增益关系。在产流过程中，降水量引入增益指标中，对净雨量进行计算，从而得出单位线模型，得出径流量，完成汇流过程。流域汇流利用线性函数，能够得出Volerra非线性函数普适性关系，从而构建物理机制适用解。上述研究的价值为自理论层面分析径流非线性响应与土壤湿度及下垫面参数、降雨强度的关系，从而明确简单关系非线性产流机理，非线性系统可良好描述降雨与径流的关系，径流系数为定常线性系统理论，属于阶段性特例，时变增益模型中径流计算方法中，将水文线性假定产流增益作为常数问题有效解决。海绵城市建设过程中需建立径流系数与非线性特性的关系，从而得出年径流量控制率及计算方法。

3.3 城市水文效应问题

城市的发展会经历不同的阶段，海绵城市建设理念的提出，使人们适应城市水文效应，从而使城市回归于原始。我国目前海绵城市建设处于建设热潮期，并面临城市看海的困境，需对生态海绵城市建设的技术及作用进行分析。

在自然情况下，城市蓄水量变化与年降水量变化等关系较为复杂，可通过△S0=P0-R0-E0表示，在此公式中可以引入不同的常数，代表不同时段的蓄水量及径流量等。P0表示年降水量，R0表示年径流量，E0表示年蒸发量。△S0表示蓄水量变化。径流系数可以利用以下公式表示：

针对本文设计的公式，能够观察到海绵城市年径流量控制率并未思考雨水在陆地的蒸发量，雨水滞留储蓄量通过生态海绵城市建设的技术理念及雨水实际渗入量等进行分析，其中明显缺少地区水系调蓄量。

城市化背景下，水文平衡關系及蒸发关系等利用△S=P0-R1-E1表示，在此公式中，P0表示城市化后的年均降水量，R1表示城市化后的年径流量，E1表示城市化后的年蒸发量，利用△E表示蒸发后的雨水减少量，从而得出城市化的背景下蓄水量变化△S=△S1+△S2+△S3+△S4，且：△S1=△S10-d1，△S2=△S20-d2，△S3=△S30-d3，△S4=△S40-d4，在此公式中，d1，d2，d3，d4分别表示城市化后的土壤渗透及塘堰蓄水、河湖蓄水、湿地蓄水减少量指标。城市化雨水积蓄总减少量D可利用D=d1+d2+d3+d4表示。

在城市看海问题的解决过程中，可利用消除城市化建设不利水文效应，采取工程及非线性工程将降水渗入量及蓄水量等恢复自然状态。并客观分析城市基础设施建设抗洪涝灾害能力。城市化最大蓄水量与海绵城市生态技术措施存在联系，是渗水量及水塘等蓄水量的总和。针对城市看海问题，还需进一步分析，建立全方位的监测系统，从而利用海绵城市建设恢复生态，实现绿色发展目标。

4 结束语

我国海绵城市建设处于初级阶段，目前存在的问题还无法全部解决，但建设已经初见成效，在水文学研究方面，还需加大研究力度，通过有效的计算方式，规划建设目标，满足海绵城市建设需求，解决城市看海问题，使洪涝灾害不会对人们的生活质量产生影响。

【参考文献】

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