摘要：基于水文学原理，本文分析了年径流总控制率的概念，这是海绵城市建设中最为关键的问题。需要指出的是，目前年度总径流控制率的计算基本上是年降水量总控制率。如果回到水文概念，年径流总控制率必须与水文系统响应增益因子，径流系数有内在联系；有必要研究径流系数不是常数，而是随时间变化的非线性理论问题与土壤湿度，降水强度和下垫面相结合。最后，提出了中国海绵城建设的建议。
关键词：海绵城市；城市化；水系统；水文学；总径流控制率
1.引言
海绵城市是我国生态文明建设的重要组成成分，由于城市内涝灾害不断发生，海绵城市能有效缓解城市内涝灾害，控制水污染，实现雨水资源的循环利用，促进城市发展模式的生态转型。
2.海绵城市建设的水系统概念
海绵城市建设的核心是一个复杂水系统问题，基本概念是以水循环为纽带，联系降雨－径流物理过程，以水环境水生态表征的生物地球生物化学过程和以城市建设高强度人类活动为特点的人文过程相互作用和反馈的复杂系统[1]。
变化环境下的水系统科学涉及“水与气候、环境、生态、社会”多个方面的综合问题[2]，其核心是水文学。因此，我国海绵城市建设的水系统科学基础系统包括城市水文学，城市水生态，城市水环境，海绵城市水系统规划，这是海绵城市建设新的需求。
3.海绵城市建设的水文学问题
3.1年径流总量控制率
年径流总控制率是海绵城市建设中最基本的水文问题之一。2016年住房和城乡建设部提出的《指南》定义年径流总量控制率为：根据多年日降雨量统计数据分析计算，通过自然和人工强化的渗透、储存、蒸发(腾)等方式，场地内累计全年得到控制(不外排)的雨量占全年总降雨量的百分比[3]。《指南》中提出的年径流总控制率计算方法介于美国总径流计算方法和降雨场百分点之间。
3.2径流的形成与转化
雨水收集区（流域或城市）的降雨形成过程称为径流形成和转换，包括径流的产生和汇合的运动，以及复杂河流流域或城市的水文过程。降水产生的径流量在水文学中的专有名词为径流系数，也叫水文系统增益系数G。
3.2.1径流系数α
径流系数α是城市雨水控制和利用系统的重要参数，它综合反映了自然地理要素对流域径流的影响。对整个排水系统的排水能力和工程成本影响较大的因素是径流系数的选择是否合适。然而，径流系数的当前计算基本上基于线性理论。
3.2.2径流系数的非线性问题研究
在系统水文学中，径流系数也称为水文系统的增益。在总径流线性系统模型或简单线性模型中，增益因子G被假定为常数。然而，来自许多流域的观测表明，系统增益是随时间变化的，并且与流域湿度成正比[4-5]。
系统增益G（t）的水文概念是流域的流量系数（0≤G（t）≤1.0）。夏军[6]根据世界不同气候区60多个盆地的大量降雨径流数据，确定了降水和土壤水分等关键控制因素的时变和非线性特征。由于上述的非线性因素，降雨形成径流的系统增益不是恒定和平均的。进一步的研究发现了径流形成的增益因子G（t）与土壤湿度API（t），降雨强度P（t）和下垫面相结合的时变非线性指数定律。此外，提出了一种新的径流计算方法和时变增益模型。
以上方面的研究从理论上阐释了径流非线性响应与降雨强度、土壤湿度（API）、基础表面参数（g1，g2，Ke）等之间的内在联系。它揭示了一种非线性流动机制，可以在复杂的关系中找到一种简单的联系。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆径流系数是一个恒定的线性系统理论，但它是一阶异常。时变增益模型中径流计算的一种新方法解决了水文线性理论中假定的产生流量增益恒定和平均的问题[5]。在海绵城市建设中，有必要建立一种与径流系数及其非线性特征相关的年径流总控制率的新计算方法。
4.结论与建议
我们急需更新海绵城市建设的水文理论，需要开发和应用时变非线性变径流系数的方法。海绵城市规划和建设评估最重要和最基本的指标是年度总径流控制率，也就是说，应该分离自然条件和城市化后储存的水量变化之间的差异。
针对上述问题，我提出了未来中国海绵城市建设的两点建议：
（1）对现有部门资源进行总体规划和再利用，建立一个集遥感、空中、地下为一体的多部门协调有效监测监测系统；
（2）加大水文学在海绵城市建设中的应用比例。城市建设部门应吸纳水文、水利、环境保护和生态等领域的更多专家，开发城市水系模型[7]；加强海绵城市建设的科技创新和支持，通过技术创新全面提升海绵城市水安全的功能和支撑能力。
参考文献
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[2]夏军,石卫.变化环境下中国水安全问题研究与展望[J].水利学报,2016,47(3):292-301.
[3]住房与城乡建设部.海面城市建设指南:低影响开发雨水系统构建(试行)[M].北京:住房与城乡建设部,2014.
[4]XIA J. Identification of a constrained nonlinear hydrological system described by Volterra Functional Series[J].Water Resources Research,1991,27 ( 9) :2415-2420.
[5]XIA J, O’CONNORKM, KACHROORK and et al. A non-linear Perturbation model considering catchment wetness and its application in river flow forecasting[J].Journal of Hydrology,1997,200: 164-178.
[6]夏军.水文非线性系统理论与方法[M].武汉:武汉大学出版社,2002. Victorian Stormwater Committee. Urban stormwater-best practice environmental management guidelines[M].Canberra: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) ,1999.
[7]车伍，赵杨，李俊奇.海绵城市建设热潮下的冷思考[J].南方建筑,2015(4):104-107.(CHE Wu, ZHAO Yang, LI Junqi.Considerations and discussions about sponge city [J].South Architecture,2015(4):104-107.(in Chinese) )
论文作者:高玮
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/6/17
标签：径流论文; 海绵论文; 水文论文; 系数论文; 城市论文; 增益论文; 城市建设论文; 《防护工程》2019年第5期论文;