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【专家观点】美丽的误会——小议《指南》中的年径流总量控制率

时间:2018-03-07     来源:海绵城市公众号     查看:550 次

文章摘要: 何为“年径流总量控制率”,海绵城市规划应该采用什么指标?要坚决贯彻海绵城市理念,因地制宜.

原标题:【专家观点】美丽的误会——小议《指南》中的年径流总量控制率

来源:海绵城市公众号

前段时间一篇名为《小区被600多万改造,一场小雨变“池塘”》的文章在网络上引爆,发文楼主把自己居住小区海绵改造后的惨状”向有关DW和BM倾诉。

由于本人没有去看过现场,所以不方便评价帖子上的东西到底对还不对。但是,结合这几年看过的规划、设计和学术论文的情况来看,有些错误确实还值得再唠叨下。

一、何为“年径流总量控制率”?

2015年10月16日,国务院颁布了《关于推进海绵城市建设的指导意见》,《指导意见》提出“ 要完善标准规范,要尽快形成一批可推广、可复制的示范项目,到2030年,城市建成区80%以上面积70%的降雨要就地消纳和利用。”

这个指标看起来非常漂亮,但是它到底是什么意思呢?

《指南》附录B“年径流总量控制率与设计降雨量之间的关系”一节计算方法如下:

“城市年径流总量控制率对应的设计降雨量值的确定,是通过统计学方法获得的。根据中国气象科学数据共享服务网中国地面国际交换站气候资料数据,选取至少近30年(反映长期的降雨规律和近年气候的变化)日降雨(不包括降雪)资料,扣除小于等于2mm的降雨事件的降雨量,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)即为设计降雨量。”

接下来我们用图文的形式生动向大家讲述一下。


二、三个观点


由于这个指标在行业内引起诸多讨论,我来谈谈自己的三个观点:

1、指标被很多人误读:现在很多城市,参考当地多年平均天然径流率,来确定年径流总量控制率的取值,是不正确的。

在OOPS开放式课程计划里,有一门麻省理工学院的研究生课程《Groundwater Hydrology》,里面有张图介绍了全球多年平均天然径流率。


 

简单来讲就是,100mm降雨中,61mm通过蒸发回到了大气中,1mm下渗到地下,产生径流并最终汇入大海的是38mm。所以,地球的多年平均天然径流率大约是38%。现在很多城市做总体规划时,就参考多年平均天然径流率,来确定年径流总量控制率的取值。

比如之前在某期刊上看到的一篇文章。是这样来确定武汉市的年径流总量控制率的。

但其实,用多年平均天然径流率来确定年径流总量控制率是不正确的。 

原因在于,多年平均天然径流率是一个水量平衡计算值,对于单场降雨没有约束,是一个黑箱模式。比如说某一天下了100mm的雨,即便是这100mm雨完全没有排出去,积在那里半年(那么一定是很严重的内涝),但是只要后半年,太阳出来,70mm的降雨都给蒸发了。那么天然径流率就还是30%左右。

 


而年径流总量控制率是一个统计学的概率值,如上篇文章所说的,需要根据年径流总量,计算一个能够约束单场降雨的下限值。

所以说,多年平均天然径流率和年径流总量控制率是性质完全不同的两个概念,不应用多年平均天然径流率来确定年径流总量控制率。

2、指标本身的适应性质:更应是一个水质控制指标,而不是水量控制指标。

国外也有关于年径流总量控制率的指标,比如美国的LEED-ND《绿色住区开发评估体系》,但是这个指标的目的是:降低雨水对地表水的污染。

 

再来看我们国家的年径流总量控制率,引用《绿色建筑评价标准》的措辞,目的是:合理规划地表与屋面雨水径流,对场地雨水实施外排总量控制。

 

问题来了,同样的指标,国外是用来控制水质,我们是用来控制水量。

那么这个指标,到底用在哪里合适呢?

我查阅了英国SUDS设计手册。加拿大的LID设计手册,澳大利亚的WUSD设计手册,都没有用年径流总量控制率作为治理内涝的水量控制指标的。

我个人认为,至少在包含水系的城市层面,用这个指标用来控制水量是不合适的。

为什么呢?我可以简单给大家进行1个估算,假定某南方城市,城市的水面率为5%(这个值并不高),这些水面的调蓄水深为2米。

 

那么他可以控制的设计降雨量是多少了?说出来吓死你,是100mm!这远远超过了70%年径流总量对应的设计降雨量。所以按照我们现在的年径流总量控制率指标,几乎每个城市都已经是海绵城市。

 

3、指标本身的适应范围:一定要用这个指标的话,应该用作地块范围(比如一个建筑小区),而不是包含水系的城市层面。

如果一定要用这个指标,那么我认为它只适用于小地块范围呢,比如说一个建筑小区,让它就地消纳70%的雨水,那么势必逼着它去建雨水消纳措施。

有一些城市,现在也意识到了这个问题,我看过一些城市的规划文本,里面在提年径流总量控制率时,特意标注了——不包含水系。

回到 《小区被600多万改造,一场小雨变“池塘”》一文,如果理解了年径流总量控制率主要是为了控制面源污染(而且是来自不透水面的雨水的面源污染),图中的绿地下凹就不太可能做成深达半米的水沟,因为它服务的不透水面积只有边上的一点点人行道。至于为什么做这么深,很可能是上位规划把整个小区当成一个整体,给了一个雨水控制量,小区改造的时候为了满足这个控制指标,不得已做这么深。如果理解了该指标是针对一个个具体的LID,不太可能需要做这么深。

 

三、海绵城市规划应该采用什么指标? 

海绵城市规划(和雨水有关部分)应分为3个层次:微排水系统、小排水系统、大排水系统(通俗叫法,目前暂时还没有权威叫法)。规划目标也应分成3个层次制定。

(1)微排水系统

英文为micro drainage system,和源头控制系统意思基本相同,其设计指标主要有2个:

1)水质:年径流总量控制率目标,主要目的是控制初期雨水;

2)水量:对于新建地区,开发后的径流峰值流量不超过开发前;对于改建地区,开发后比开发前应降低25%。

该工作在修建性详细规划阶段进行。

(2)小排水系统

英文为minor drainage system,和雨水管网系统大致相同,其设计指标主要是雨水管渠设计重现期。

该工作是由给水排水专业完成。

(3)大排水系统

英文为major drainage system,城市水系是其主要组成部分,其设计指标主要是内涝防治系统设计重现期和排涝标准。但是这些标准并不能很好的在规划层面落实,因此需要提出其他指标来辅助落实,这个主要是水面率和河网拓扑结构合理性。

水面率指标可以参考《城市水系规划规范》。

水面率指标是一个比较有争议的东西,因为平原和山区差别很大。我个人认为至少平原地区应该要按照表5.5.6实施。对于山区,由于地势高,它填湖填河,也很可能不会积水,但是会加重下游的风险,因此对于位于上游的山区,也应保证一定的水面率。如果处于流域末端的山区,可以不作严格要求。强烈建议将水面率指标纳入城市总体规划控制。


但是光有水面率指标有时还是不够,我们可以比较下福州和武汉。

 

因此,除了水面率的指标,还应考虑河网拓扑结构的合理性。定量衡量该合理性非常困难,我只能给出个人的一个初步设想。

假定地块任意一点p,其竖向高程为h1,该点离水系或湖泊的最短直线距离为d,涝水位为h2,安全超高取0.5m。那么对于任意点p,都应满足以下公式:

h1 >= h2+ 0.5 + d * 1.2 * 0.001

要满足该公式,应从以下3个方面着手:

1)增大h1,即提高地块竖向;

2)减小h2,即降低涝水位;

3)减小d,即加大河网密度。


该公式实际执行时可以通过GIS批量处理。

 在大排水系统规划中,还应加上一个水质指标,即内河水质达到四类水标准。

 

海绵城市规划指标


四、结语

海绵城市是一种理念,不是某一个专业的事情,也不是某一类项目的事情,任何一个项目都应该去落实海绵城市理念,根据自己项目特点合理设计,解决雨水水量和水质的问题。对于改造项目,要因地制宜,不要蛮干。对于新建项目,一定要坚决贯彻海绵城市理念。面源污染的问题在末端是很难解决的,从源头采用生态的方法是佳选择。

本文观点来自作者:给排水设计师梁小光

编辑整理:海绵城市网


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