雨洪滞留措施在梅雨期面临的挑战

李楠 王旻忆 李星竹 张帅康

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2102-5640-5672

摘  要：因我国幅员辽阔，不同气候条件相差很大，不同区域的海绵城市会面临一些特殊的问题，海绵城市建设需区别采取措施。本文以江淮地区的梅雨季节为研究对象，针对梅雨集中期进行典型梅雨的推求，利用皮尔逊Ⅲ型频率曲线——配线法设计暴雨的推求。地下水位变化对降雨入渗的响应明显滞后，特别是地下水位埋深较大时，滞后现象更为明显。此时在海绵城市建设标准实施过程中，面对不同设计条件下是否应提高海绵城市雨洪滞留措施的标准，若提高相应海绵城市的建设标准，应采取何种方法进行改变，本文对上述问题进行了分析。

关键词：雨洪滞留措施  梅雨期  皮尔逊Ⅲ型频率曲线  建设标准

中图分类号：X825          文献标识码：A                   文章编号：1674-098X（2021）03（c）-0104-04

Challenges Faced by Sponge City Rainwater Detention Measures during the Meiyu Period

LI Nan1  WANG Minyi1  LI Xingzhu1  ZHANG Shuaikang2

（1.Yangzhou  University， Yangzhou， Jiang'su  Province， 225000  China;  2.Jiaxing  University， Jiaxing， Zhe'jiang  Province， 314000  China）

Abstract： Sponge city construction measures due to our countrys vast territory and different climatic conditions vary greatly. Sponge cities in different regions will face some special problems and need to be treated differently. This paper takes the Meiyu season in the Jianghuai area as the research object， and calculates the typical Meiyu during the concentrated period of the Meiyu， and uses the Pearson type III frequency curve-wiring method to calculate the design storm. The response of groundwater level changes to rainfall infiltration is obviously lagging， especially when the groundwater level is deeply buried， the lagging phenomenon is more obvious. At this time， during the implementation of the sponge city construction standards， whether the sponge city rainwater retention measures should be raised under different design conditions. If the construction standards of the corresponding sponge cities are raised， what methods should be adopted to make changes？

Key words： Rainwater detention measures; Meiyu period; Pearson type III frequency curve-wiring; Construction standards

為了应对快速城市化进程对于雨洪过程的负面影响，我国正在大力推广海绵城市的建设。其核心是利用分散式就地消纳方式，修复城市就地滞留雨水的“海绵能力”。国家先后颁布了海绵城市建设及评估指南，引导国内海绵城市的遴选、建设和评价工作。但由于我国幅员辽阔，不同气候条件相差很大，不同区域的海绵城市建设会面临一些特殊的问题，需要区别对待。其中我国的江淮地区有着一种由于季风引起的气候现象，就是每年6～7月的梅雨期。梅雨期中强降雨过程具有持续性、反复性和频发性的特征，江淮梅雨期的降雨过程基本决定了该地区整年降雨的时、空分布[1]。因此梅雨期的持续降水更对海绵城市的建设措施带来了挑战。

在Maryland大学的两个停车场建设长11m、宽2.4m，汇流面积为0.24公顷的生物滞留池（又名雨水花园），美国学者Davis等对其进行了实际效果监测实验证明，在49场次降雨过程中，生物滞留系统均能有效地削减雨洪径流[2];任心欣等人[4]采用SWMM模型，选取实际监测的降雨数据、深圳市短历时设计雨型推求降雨数据以及深圳市长历时设计雨型推求降雨数据作为模型降雨数据，确定在海绵城市建设过程中设定指标体系时应将年径流量控制率作为核心指标;但在江南梅雨这一特殊时期条件下研究海绵城市所表现的特征，实际监测的雨型数据与年径流量这一指标是远远不够的。本文依据距扬州大学江阳路南校区最近的国家气象站高邮站1953—2019年的降雨资料，推求出在气象站有记录以来江南典型梅雨期的设计暴雨，以此更好地测定在集中降雨的情况下海绵城市将要表现出的特性。

1  研究区域与采用方法

1.1 研究区域概况

本文中所指雨水花园位于江苏省扬州市某高校。该雨水花园主要汇集降水径流。研究区内多年平均气温14.8℃，年平均降水量1021mm。年内降雨时空分布不均，雨热同期。本文中所处理的降雨资料来自江苏省高邮市58241号台站1953-2016年逐日、2017—2019年逐小时（20时-20时，北京时，下同）的观测资料（东经119°27;北纬32°48;）气压传感器拔海高度9.6m，观测场拔海高度5.4m距离水校18km，是国家气象站所有站台中最近的，再加之该处属于江南梅雨区域，遂取该站的降水资料进行研究。

1.2 参数率定与模型推求

1.2.1 江南梅雨特征参数

经资料查证，1955—2018年，国家气象站（这里指典型五站）有记录以来，在1953—2005年，这52年中有44年出现梅雨集中期，另有8年出现空梅。非空梅年中平均6月19日入梅，7月13日出梅，梅雨期长23.7d。有24年出现2段及以上梅雨集中期，这就说明存在间歇期。除去间歇期淮河梅雨期平均长度20.9d，5站梅雨总量近52年平均1350mm[5]。梅雨期和降水集中期的降水量分别为270.7mm（14.2d）和263.0mm（13.6d），最后一个雨期结束的次日即为出梅日期[6]。经数据处理可知，高邮站的梅雨期降水量为207.18mm，梅雨期长由省气象局可知与上述大致相同。由此对比可知，高邮站梅雨期降雨资料在江南一带的梅雨天气中具有代表性。

1.2.2 1955—2018年高邮站降雨数据

由图1可知，在梅雨期22d中的降雨量占比全年降雨量的20%，基本上可以根据这段时间的降雨量判断该年为丰水年还是枯水年。利用1.2.1的梅雨期长进行长历时梅雨降雨资料的推求见图1。

1.2.3 高邮站梅雨期长历时降雨量推求

（1）长历梅雨期降雨量。

由上述资料可知，平均入梅日为6月19日，平均出梅日为7月13日，总历时22d。对高邮站1955-2016年降雨资料进行数据处理（如表1）。

（2）利用皮尔逊Ⅲ型曲线——配线法推求设计暴雨

①将长历时梅雨期降雨量由大到小排列，计算各年梅雨量经验频率;

②该处水文频率曲线，选定皮尔逊Ⅲ型为水文频率线型;

③通过上述已知资料，计算

在1955-2016年中，梅雨期平均降雨量为

计算变差系数即，其中Ki=（模比系数），经计算得cv=0.66。

④由上述推求数据，利用相关软件即可得到高邮站降雨量频率曲线（推求数据如表2）。

2  结果与分析

上述表格所代表的数据含义为，当重现期为百年一遇时，即P=1%的情况下，梅雨期降雨量为679mm。上表中的各组数据，依次类推。而在海绵城市建设技术指南[7]中常采用重现期为5年一遇的降雨资料即P=20%，由表可知，梅雨期雨量为297.2mm。再针对典型梅雨集中期降雨的特点，根据梅雨期内的不同降雨类型进行推求，即可得到不同降雨类型在整个梅雨期内的降雨历程。针对在强度相当的降雨与持续地下高水位的降雨中，雨洪滞留措施的响应与滞留效果进行比较。

海绵城市建设过程中本着“因地制宜”为原则，不同地区不同城市有其自身建设特点，目前海绵城市建设标准一般以某一强度暴雨削减效果为标准，针对高强度的短历时降雨，雨洪滞留措施在短时间内可以尽快地将地面积水渗入至地下并在雨停之后以地表或者地下径流的方式排除，而海绵城市建设措施在梅雨期即集中入渗的情况下，土壤水的变化由于受到雨前土壤水分、入渗水量、非饱和区土层深度等因素的综合影响，地下水位变化对降雨入渗的响应明显滞后，特别是地下水位埋深较大时，滞后现象更为明显[8]。由上述推求的数据可知，五年一遇的梅雨降水量为297.2mm，但二十年一遇的梅雨降水量就已经达到了477mm。由于梅雨期降雨有着持续降雨的特征，降雨的叠加效果往往大于强度相当，但是时间间隔更大的降雨事件。而如果以梅雨期的降雨为标准，提高海绵城市雨洪滞留措施的标准则可能会增加工程费用。因此，这里存在是否需要考虑这一特殊时段影响的问题[9]。

3  结语

海绵城市雨洪滞留措施是在梅雨期中所面临的一个挑戰，需要寻求一个正确的衡量与实现其建设目标。而该目标的制定是一个科学性和经济合理性的问题，盲目地取大还是采小都存在着可能违背自然规律、科学法则和经济规律，造成投资浪费，更有可能会对该地区的自然水文条件特性造成显著变化。国家海绵城市建设相关政策针对不同功能区海绵城市所表现出的特点，出台了一系列与其相关的技术指南，例如不同规模和尺度水生态基础设施构建指南，以及各类技术综合集成的应用指南等，在这些指南中《海绵城市建设技术指南》是一个良好的开端，但还远远不够。由国内外现有先进经验表明，在海绵城市雨洪滞留建设措施得到推广之前，经过当地示范工程检验合格后，方可形成适宜当地具体情况的技术指南。

参考文献

[1] 李勇，金荣花，周宁芳，等.江淮梅雨季节强降雨过程特征分析[J].气象学报，2017，75（5）：717-728.

[2] Iowa State University. Iowa Stormwater Management Manual[M].Iowa State： Iowa State University of Sci-ence and Technology， 2007.

[3] 罗红梅，车伍，李俊奇，等.雨水花园在雨洪控制与利用中的应用[J].中国给水排水，2008（6）：48-52.

[4] 任心欣，汤伟真.海绵城市年径流总量控制率等指标应用初探[J].中国给水排水，2015，31（13）：105-109.

[5] 徐群，张艳霞.近52年淮河流域的梅雨[J].应用气象学报，2007（2）：147-157.

[6] 周平，周玉良，金菊良，等.基于梅雨监测指标的安徽江淮地区梅雨过程识别[J].水利水运工程学报，2020（6）：9-15.

[7] 解明利，王贤萍.《嘉兴市海绵城市设施运行管理技术指南》简介[J].给水排水，2020，56（6）：91-94.

[8] 许目瑶，罗纨，贾忠华，等.雨水花园集中入渗对非饱和土壤含水量和地下水的影响[J].扬州大学学报（自然科学版），2020，23（2）：63-68.

[9] 王赫，肖龙，刘勇，等.基于城市内涝浅谈海绵城市 建设[J].南昌工程学院学报，2016，35（6）：66-71.