樓 劍

（中國市政工程西南設計研究總院有限公司，四川 成都 610081）

1 概述

2014年10月22日，住房和城鄉(xiāng)建設部組織編制的《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）》(以下簡稱《指南》)發(fā)布實施，為各地開展海綿城市建設提供了指導和依據(jù)?！吨改稀访鞔_了海綿城市的概念和建設路徑，提出了低影響開發(fā)的理念，提出了低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構建的規(guī)劃控制目標分解、落實及其構建技術框架，并指出海綿城市建設應以徑流總量、徑流峰值與徑流污染綜合控制為目標，通過容積法、流量法或水量平衡法等方法計算確定低影響設施總體規(guī)模，綜合用地性質(zhì)、建設和改造難度、經(jīng)濟性等方面，統(tǒng)籌兼顧、因地制宜地將總體控制目標和設施規(guī)模逐層分解落實到城市開發(fā)用地上[1]。

近年來，根據(jù)設計經(jīng)驗，在市政工程項目初步設計評審過程中，都增加了海綿城市章節(jié)內(nèi)容的審查要求。在實際設計工作中，在通過容積法計算目標海綿城市有效調(diào)蓄容積過程中，需要用到年徑流總量控制率對應的設計降雨量這個指標，而《指南》附錄B中，僅給出了全國約31個重要城市60%、70%、75%、80%、85%年徑流總量控制率對應的設計降雨量，非目錄中的城市在海綿城市設計計算過程中，往往只能就近參照。在西南山區(qū)，常常出現(xiàn)地域相隔很近卻因山脈阻斷，氣候、降雨特征截然不同的情況，這就引出一個很實際的問題，如何能夠在沒有海綿城市規(guī)劃之前，簡單快速得到年徑流總量控制率與對應設計降雨量指標的關系。下面本文就以此為出發(fā)點，通過某項目實例，介紹通過Excel等工具快速整理數(shù)據(jù)獲得年徑流總量控制率與設計降雨量的對應關系的方法。

2 項目概況及數(shù)據(jù)來源

該項目位于成都市以東，資陽市以西，位于《指南》中附錄F中III區(qū)（年徑流總量控制率75%≤α≤85%）。《指南》中并未包含成都市的年徑流總量控制率與設計降雨量關系。該項目距附錄B中所列最近城市重慶約180 km，宜賓約150 km、區(qū)內(nèi)無海綿城市相關規(guī)劃。因此，該設計無就近城市可供參照，只能自行計算。

根據(jù)項目地理位置以及資料收集情況，本次設計采用資陽市1984～2014年逐日降雨量數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)可以由《中國地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集》和《中國地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集（V3.0）》中獲得。

3 年徑流總量控制率與設計降雨量推求

年徑流總量控制率，即通過海綿城市低影響開發(fā)設施作用，為維持場地開發(fā)前后水文特征不變，將雨水滲、滯、蓄、凈、用、排后留在場地內(nèi)雨量占全年總降雨量的比例。

根據(jù)《指南》中介紹，要求選取至少近30 a（反應長期的降雨規(guī)律和近年氣候的變化）日降雨（不包括降雪）資料，扣除小于等于2 m m的降雨事件的降雨量，將降雨量日值按雨量由小到大進行排序，統(tǒng)計小于某一降雨量的降雨總量（小于該降雨量的按真實雨量計算出降雨總量，大于該降雨量的按該降雨量計算出降雨總量，兩者累計總和）在總降雨量中的比率。此比率（即年徑流總量控制率）對應的降雨量（日值）即為設計降雨量[2]。

3.1 數(shù)據(jù)整理

氣象站原始數(shù)據(jù)為Excel文檔，按照日期進行排列。先選擇所有數(shù)據(jù)集，選擇“數(shù)據(jù)”分頁（本文均以Excel 2007為例），選擇“排序”，并以降雨量列為關鍵字，進行升序排列。刪除降雨量小于2.1 m m的數(shù)據(jù)后，得到有效日值降雨數(shù)據(jù)序列:

本次有效日值降雨數(shù)據(jù)一共有1 004個，即1 004行。

3.2 計算原理

年徑流總量控制率與設計降雨量為一一對應的關系，升序處理后的數(shù)據(jù)集為 {X1、X2......Xn-1、Xn}。假設需要計算的年徑流總量控制率為P，而P對應的設計降雨量為X，Xi＜X，Xi+1＞X，從而得到

該項目中有效日值降雨數(shù)據(jù)n=1 004。

3.3 公式編輯

（1）將升序后的有效日值降雨量數(shù)列在A列中從上往下排列；

（2）在B列新建序數(shù)列，采用填充序列的方式填充數(shù)字 1～1 004；

（3）根據(jù)2.2中控制率P的定義，在C列中編輯公式=（SUM（$A$1:A1）+（1004-B1）*A1）/（SUM（$A$1:$A$1004）），同時注意將C列單元格格式設置為百分比，小數(shù)位數(shù)為2位。通過下拉的方式，將C列中1 004行均使用該公式，得到所有降雨量對應的控制率P（見圖1）

該公式前半部分“SUM（$A$1:A1）”為“小于該降雨量的按真實雨量計算出降雨總量”，設第i項為所求設計降雨量，即小于i項降雨量的按真實雨量加總 A1 至 Ai項和；“（1 004-B1）*A1）”為“大于該降雨量的按該降雨量計算出降雨總量”，即大于i項降雨量的按第i項降雨量，乘以i項以后的項目數(shù)。

該公式后半部分“SUM（$A$1:$A$1004）”為總降雨量，兩項相除，即為年徑流總量控制率定義中的“小于某一降雨量的降雨總量（小于該降雨量的按真實雨量計算出降雨總量，大于該降雨量的按該降雨量計算出降雨總量，兩者累計總和）在總降雨量中的比率”。

圖1 日降雨量對應年徑流總量控制率

3.4 繪制圖表

因該數(shù)據(jù)中存在大量重復，無法直接繪制圖表，因此先要對重復數(shù)據(jù)進行清除。將A、B、C三列數(shù)據(jù)選中后復制至TXT文本后再粘回，文本即變?yōu)闊o公式的普通數(shù)值，刪除序數(shù)列后，選中剩下兩列：設計降雨量及年徑流總量控制率。選擇“數(shù)據(jù)”分頁中的“刪除重復項”。

選擇“插入”分頁中的“帶平滑線的散點圖”，在圖表上單擊右鍵選擇“選擇數(shù)據(jù)源”，在圖例項中選擇X、Y軸數(shù)據(jù)源，即可得到年徑流總量控制率對應的設計降雨量形成的散點圖表（見圖2）。

圖2 日降雨量對應年徑流總量控制率散點圖

從Excel及圖表中均可讀出對應60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%年徑流總量控制率分別對應的設計降雨量（見表1）。

得到了不同的年徑流總量控制率對應的設計降雨量，就可以通過容積法計算海綿城市低影響開發(fā)設施所提供的有效調(diào)蓄容積，是否滿足年徑流總量控制率要求的總有效調(diào)蓄容積要求，從而判斷海綿城市設計是否滿足總體規(guī)劃指標要求。

表1 年徑流總量控制率分別對應的設計降雨量

4 結果對比與討論

《指南》中，項目最緊鄰城市年徑流總量控制率與設計降雨量關系見表2。

表2 最緊鄰城市年徑流總量控制率與設計降雨量關系

根據(jù)《指南》附錄F——我國大陸地區(qū)年徑流總量控制率分區(qū)圖，本次項目所在地和重慶、宜賓同在III區(qū)范圍內(nèi)，降雨及氣候特征存在一定程度的一致性，這與設計降雨量最終推求結果一致。本文在《指南》的基礎上有以下改進：

（1）提高了針對性。目前，《指南》中無成都市及周邊鄰近城市年徑流總量控制率指標。本次通過資陽站日值降雨量數(shù)據(jù)，推算出年徑流總量控制率及設計降雨量的關系，可以適用于資陽周邊鄰近地區(qū)海綿城市建設指標計算。隨著整個四川省海綿城市建設工作的深入，年徑流總量控制率需要具有更多的針對性。同時在缺少海綿城市規(guī)劃的地區(qū)，在沒有可以參照的鄰近城市年徑流總量控制率指標計算的情況下，能夠通過基本氣象資料推求不同地區(qū)的年徑流總量控制率，對地區(qū)的海綿城市建設以及設計院的工程設計人員具有指導意義。

（2）增補了海綿城市數(shù)據(jù)?！吨改稀分刑峁┝?0%、70%、75%、80%、85%的年徑流總量控制率對應的設計降雨量參數(shù)，但是在老城區(qū)、建筑小區(qū)、綠地等海綿城市設計中，往往會出現(xiàn)高于85%或低于60%的情況。通過本文介紹的方法，實際可以建立20%～95%的年徑流總量控制率——設計降雨量關系，能夠彌補《指南》的不足，為海綿城市指標設計提供更多的可靠的依據(jù)。

（3）提高了時效性?！吨改稀肪幹朴?015年，至今未有更新版本?！吨改稀分型魄竽陱搅骺偭靠刂坡室罁?jù)的是1983～2012年的數(shù)據(jù)，而中國氣象數(shù)據(jù)中可以檢索2016年以后的數(shù)據(jù)。選擇更長、更新的數(shù)據(jù)加入年徑流總量控制率——設計降雨量關系推算中，數(shù)據(jù)更準確，更有時效性。