“(雨水)年徑流總量控制率”辨析

林炳章 廖一帆 丁輝

摘?要：“（雨水）年徑流總量控制率”是近年來在中國海綿城市建設中出現(xiàn)的一個新名詞，使用非常廣泛，指導海綿城市建設中低影響開發(fā)（LID）地塊的規(guī)劃、設計、建設，并且是海綿城市建設驗收和管理的核心指標。但是，由于其物理概念不明、專業(yè)語義模糊不清，在不同涉水行業(yè)中引起了混亂解讀，妨礙了人們對海綿城市建設內涵的正確理解。其實，從學術的角度來說，年徑流總量控制率就是“日雨量系列經(jīng)驗排序的百分位數(shù)”?！澳陱搅骺偭靠刂坡省蓖c“將70%的降雨就地消納和利用”這一海綿城市建設的總目標聯(lián)系在一起，就全國范圍的平均情況，與日雨量經(jīng)驗排序70%對應的設計日雨量僅相當于1年一遇的30%（0.304）;而與85%對應的設計日雨量僅相當于1年一遇的50%（0.534）。由此看來，LID控制的僅是小雨部分，對解決初雨污染是起作用的，可以看作海綿城市建設的第一階段;海綿城市建設的第二階段應該是解決城市洪澇問題。建議把“（雨水）年徑流總量控制率”改換成“（雨水）源頭處理設計日雨量”，更加專業(yè)、易懂、易推廣。

關鍵詞：年徑流總量;日雨量;百分位數(shù);頻率計算;線性矩;地區(qū)分析

中圖分類號：P426.62;F407.9;TU984.11+1;N04??文獻標識碼：A??DOI：10.3969/j.issn.1673-8578.2019.05.011

Differentiation of “Volume Capture Ratio of Annual Rainfall”//LIN

Bingzhang，LIAO Yifan，DING Hui

Abstract： The “volume capture ratio of annual rainfall” as a new term has emerged in Sponge City Construction in recent years. It has been applied widely in planning， design， construction of LID （low impact development） in Sponge City Construction， and been a key index during acceptance inspection and management of the LID construction as well. However， due to its unclear physical concept and indistinct connotation， it has caused confuse understandings within the waterrelated communities and hinders people from understanding of Sponge City Construction. In fact， from academic points of view， the Volume Capture Ratio of Annual Rainfall is simply the Percentile of Empirical Sorting of Dairy Rainfall Series， which is usually associated with the goal given to the Sponge City Construction， i.e. “to absorb and utilize 70% of the rainfall locally”. Having had computation based on historical rainfall series， on average nationwide， the design daily rainfall amount is 30% （0.304） of the 1year quantile corresponding to 70% percentile of the empirical sorting of daily rainfall series while 50% （0.534） of the 1year quantile corresponding to 85% percentile of the empirical sorting of daily rainfall series. The Sponge City Construction should be phased into two： Phase I is focused on LID and Phase II is focused on mitigation of the urban flooding. We suggest that it is better to replace the term of “Volume Capture Ratio of Annual Rainfall” with “Design daily rainfall to basin watershed source treatment” for better understanding and?application.

Keywords： volume of annual runoff; daily rainfall amount;

percentile; frequency analysis; Lmoments; regional analysis

這是2014年以來在海綿城市建設中出現(xiàn)的一個很重要的術語，用作指導、控制低影響開發(fā)（low impact development，

LID）地塊的規(guī)劃、設計、建設、驗收和管理的一個核心指標。“雨水年徑流總量控制率”往往與“將70%的降雨就地消納和利用”＼[3＼]這一海綿城市建設的總目標聯(lián)系在一起。但是，由于其語義模糊不清，在不同涉水行業(yè)中引起了混亂解讀。

這是一個由非傳統(tǒng)水文學者創(chuàng)造的術語，用于指導蓬勃開展的海綿城市建設中LID地塊降雨-徑流設計工作。之所以說它是“專業(yè)”，因為其影響海綿城市建設投資、管理、驗收非常廣泛和深遠，至今還在用;之所以說是“非傳統(tǒng)水文學者”，大概是創(chuàng)建者缺乏必要的跨專業(yè)的水文知識，又急需要創(chuàng)造出一個新穎的詞條來指導方興未艾的海綿建設。它根本同徑流沒有任何關系，更不用說年總量了——這從2018年版的國標中的英文注釋中沒有“runoff（徑流）”一詞也看出來了;但是由于有的指南和手冊在正式引用它時使用了“彎彎繞”的解釋，弄得不同專業(yè)人士之間爭論得不亦樂乎。其實，究其提供的計算方法，這里的“（雨水）年徑流總量控制率”實質是“日雨量系列經(jīng)驗排序的百分位數(shù)（percentile of empirical sorting of dairy rainfall series）”，在學術上是很簡單明白的一句話。若用降序排列，看看各地的實踐，一般取與70% 或 85%

相對應的日雨量。譬如，北京分別是19.40mm（70%）和33.60mm（85%），南京20.5mm（70%）和36.6mm（85%），廣州25.2mm（70%）和43.4mm（85%），等等。根據(jù)分布全國2417個水文站點的具有長期歷史日雨量年最大值AMS（平均50年以上有效數(shù)據(jù)）系列，應用目前最先進的“地區(qū)線性矩降雨頻率分析法”進行頻率計算＼[4-5＼]，求出全國從東到西、從南到北34個省會和重要城市（不含港澳臺）的日雨量年最大值AMS降雨頻率估計值（為了保證常遇頻率＼[一般20年一遇以下＼]估計值的可靠性，即與重現(xiàn)期的概念一致，利用AMS和年超大值AES重現(xiàn)期的轉換關系，對AMS的估計值進行校正）①，然后分別求出這34個城市的70%日雨量與其1年一遇估計值的比率。分別是：北京0.2877、南京0.2622、廣州0.2882，全國34個城市的平均值是0.3041。換言之，全國范圍內，與日雨量經(jīng)驗排序70%對應的日雨量僅相當于當?shù)?年一遇的30%;而與85%對應的日雨量相當于1年一遇的50%（0.534），詳見表1。可見，這幾年來，廣泛應用在海綿城市建設LID的“（雨水）年徑流總量控制率”只控制了小雨，對解決初雨污染是起作用的，功不可沒;但是對城市積水、澇澤、洪患是起不到任何紓解作用，或者說對“城市看海”沒有任何觸動。一般，年徑流總量是由小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨等綜合做出貢獻的。所以說，海綿城市建設理念高于LID，要解決城市洪澇，任重道遠，海綿城市建設還是大有可為。

因此說，“將70%的降雨就地消納和利用”這句話實際上等價于“將相當于1年一遇30%的降雨就地消納和利用”。這兩句話的含義相同，可是，若采用后一句話表述的話，結果會怎么樣呢？至少：（1）語義上沒有歧義，不同領域專家不必爭吵;（2）讓人們清楚這一目標只能有助于減輕城市初雨污染（控制小雨或部分中雨），但是解決不了城市洪澇或“城市看?！?。

專業(yè)術語的科學內涵必須準確、達意和適用，從這個角度說，把“（雨水）年徑流總量控制率”改換成“（雨水）源頭處理設計日雨量（design daily

rainfall to basin watershed source treatment”似乎更好一些，易懂，易用，易推廣。

延伸地講，海綿城市建設應該是分階段的，第一階段是以解決初雨污染為主的LID建設，第二階段是以解決“城市看?！睘橹鞯某鞘泻闈硢栴}（此處只談論水量，不涉及水質或黑臭水體問題）。由于中國的城市特別是大城市皆是傍水的“濱河城市”，在解決城市洪澇時，就必須解決涵蓋LID在內的各種不同水平的治水（防洪）設計標準。本文提出以下建議：

基本思路：統(tǒng)一的“防洪標準”體系、不同的“設防標準”規(guī)定。

防洪標準（客觀）： 對該地區(qū)客觀世界（降雨、氣候、地貌）的科學描述;

設防標準（主觀）： 對不同對象抵御洪災能力、工程規(guī)模及避免失事后果的主觀要求。

技術實施：一套（不同設計時段要求）防洪標準體系應涵蓋五大設防標準（我國規(guī)劃設計行業(yè)習慣把設計標準和設防標準等同）。

a.源頭“（雨水）年徑流總量控制率”→30%或50%的1年一遇;

b.排水管渠設計標準→1～5年一遇（特別重要的可提高至10年一遇）;

c.城市內澇防治設計標準→10～20年一遇（特別重要的可提高至30年一遇）;

d.城市內河排澇標準→30～50年一遇（特別重要的可提高至100年一遇）;

e.（城市+濱河）防洪標準→100～200年一遇。

這樣，城建、水利等跨行業(yè)設計暴雨標準就可實現(xiàn)一體化，基于“（雨水）年徑流總量控制率”的LID就可以同海綿城市建設下一階段的城市排澇防洪工作的規(guī)劃、設計在一個科學的體系上統(tǒng)一起來。

注釋

① 直接用AMS系列的重現(xiàn)期概念是推求不出1年一遇估計值的，必須在AES重現(xiàn)期概念下，利用AMS與AES的關系，再應用AMS系列間接推求。例如，AMS的1.58年才相當于AES的1年一遇估計值，AMS的2.54年才是AES的2年一遇，等等，或者說幾十年來采用AMS的老算法推求的常遇頻率估計值是偏小了[5-6]。

參考文獻

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收稿日期：2019-09-17

作者簡介：林炳章（1944—），男，教授，博士生導師，美國國家海洋大氣管理總署（NOAA）天氣總局水文局水文氣象設計研究中心原首席水文統(tǒng)計學家（ChiefStatisticalHydrologist，1997—2009），其間曾主持全美暴雨頻率圖集的更新（NOAA Atlas 14 Updates），南京信息工程大學應用水文氣象研究院（AHMRI）創(chuàng)院院長、水文氣象學院（COHM）建院院長，住房和城鄉(xiāng)建設部海綿城市建設技術指導專家委員會委員。通信方式：lbz@nuist.edu.cn。??“年徑流總量控制率”出自2014年10月的《海綿城市建設技術指南：低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構建（試行）》＼[1＼]，2018年《海綿城市建設評價標準》增加了“雨水”兩字并且提供了解釋的英文詞條“volume capture ratio of annual?rainfall”＼[2＼]。該國家標準指出：“雨水年徑流總量控制率是海綿城市建設的核心評價指標”，可見其重要性。