1.2年径流总量控制率?:年径流总量控制率

图文版

8月12日 上海城规院 链接:

0.1海绵城市百家争鸣

0.2 海绵城市是个筐?

1.1专项规划指标管控

1.2年径流总量控制率?

国务院75号文件要求2020年是20%以上，2030年要80%以上的建成区，达到70%的雨水就地消纳，能做到吗？

对年径流总量控制率的指标争论太多了，这是“Sponge Club海绵城市和流域群”，是美国的郭祺忠教授建立的微信群，这个群里面争论最剧烈。

程晓陶是中国水科院副总工，他@车伍，对年径流总量控制率感觉“困惑”，他意思就是有人不懂基本的水文知识，搞市政排水的不懂水文。然后他就讲到“小雨留住，大雨快排”，是理念出了问题，70%的小雨留住，就可能意味着90%以上的时间，河道没有汇流......。

讨论很激烈，7月22日的凌晨5点半，这么早起来讨论，美国时间是晚上，因为正好差12个小时，是傍晚的时间。

关于小雨没留住是不是问题？我学水利出身，后来搞水务，而且跟城市规划紧密合作，了解水相关专业及关系；我来回答程总的问题：

其实小雨留住没问题，小海绵留住小雨，你说留住的雨水到哪里去了？其实大部分下渗了，下渗就增加了生态基流，怎么会90%以上的时间没有生态基流呢？

第二留住小雨会增加蒸发，我下面会用一张图来表示，下雨又回归大地。

第三小雨留住后，哪怕用了，那你用了的雨水又到哪里去了呢？用了你不是又排出来了吗？水没有减少，因为物质不灭。

我当时对着他说，有些水利工程如大水库留住小雨，那才大大减少生态基流。这是另外一个问题了，包括现在对三峡和南水北调的争论，今天不在这儿说。

大雨全部快排倒行吗？我反过来提问题。武汉今年严重内涝是什么原因？

引用中规院王家卓所长的部分观点，武汉内涝首先是因为连续强雨，

其中6月30到7月6日，1周内武汉降雨累计576毫米，超过98大洪水的539毫米：

第二是因洪致涝，因为长江水位抬高了，

长江汉口水位比武汉的地面高出5~6米，

武汉的水排不出来，只有靠泵站排。

第三个原因是武汉大量填湖，造成滞蓄严重不足，

　　第四个原因是排水不力。2013年发布的武汉排水三年行动计划，投资130亿，但到2015年底只完成40亿，武汉的规划增加泵站大部分没建，

今年长江中下游城市严重内涝，与“98”大洪水比较，最大一周的降雨强度是超过98大洪水，但一个月的降雨量总量还没有98洪水大。

为什么今年长江中下游水位超过98大洪水同期水位？天灾还是人祸？

　　人祸大于天灾。98洪水后，长江上游水土保持还是有成效的，所以主因是“水泥地太多”，沿长江的城镇”水往高处强排”，把整个长江中下游水位抬高了。这是整个长江流域的问题，所以要建设长江全流域海绵。

8月4日《南方周末》“千篇一绿”专栏：

　　我引用“一锅粥”这篇文章的内容：

“连最基本的参数--年径流总量控制率都争论不休”，程总的意见是：海绵城市留住一二十毫米小雨，只是小尺度地解决“小雨不积水”，但对于“大雨不内涝”与“水体不黑臭”不仅不能解决，反而阻拦了城市河道基流，导致河道干涸。

各家观点摘录如下:

　　车伍教授怎么说？

车教授有一点不屑一顾，他说两年了还纠结这个？我们在会上、会下，当面不知道跟他们说了多少次了，有一点傲慢，其实也没说清楚，否则不会争论到现在。

我同意车教授后面讲的“海绵能够蓄水、滞水和保水，回补地下水，为河湖提供必要的基流”，这个说法是对的，但是他应当把整个条件说清楚。

我用车老师的下面这张图来说，车老师从雨水收集利用到雨洪管理，搞了二三十年，确实资深。

这是车老师的水循环图，来自他的论文，自然排水、灰色排水与LID水循环的比较：

传统城市化造成什么后果呢？一下雨55%的雨水排出来，而且排出来的是黑水，只有15%下渗，30%蒸发回到天空。

通过海绵城市LID改造以后，能够从55%的排出减少到20%，而且水质变好。

下渗从15%增加到35%；蒸发从30%增加到45%，增加率达50%。

不过海绵城市改造，不可能回到纯自然的水循环：

自然水循环是下雨后，只有10%的雨水产生径流，40%下渗，50%蒸发回去又循环。

我讲来讲去，就是说水利和市政排水及城市规划，他们讲的都不是一个事情。

所以第一个问题是：海绵城市的对象有都没搞清楚？对象是大海绵、中海绵，还是小海绵？

其实市政排水因为专业限制，考虑的就是小海绵，最多到管网，把中海绵带进来。

水利是大海绵概念，是从流域水循环考虑，其实水利的流域还不是完整的流域，因为水利流域一般没考虑到城市小海绵，还有雨水的入渗和蒸发，地上和地下甚至大气是一个整体。

有一位清华水利系教授畅想：控制和利用大气水循环，设计一条水汽输送“天路”，来代替"南水北调"和"西水东送"工程！

第二个问题是三个专业的目标没搞清楚。我们搞海绵城市也好，搞水利工程也好，我们的目的是什么？是水量？水质？还是生态？目标没搞清楚。

第三个问题，条件没搞清楚。各家不是同一个边界条件：

第1个条件降雨，是小雨还是大雨？是点暴雨还是面暴雨？是短历时还是长历时降雨？都没说清楚。

第2个条件土壤，土壤的下渗怎么样？前期有没有饱和？其实海绵城市的关键在下边，雨水花园下面的土要换掉，渗透率比原状土增加几十倍以上。所以美国要求雨水花园中的积水必须要24小时下渗完成，所以雨水花园要换土。

第3个条件是竖向，海绵城市最最重要的是竖向设计。上半节我引用过小光的话：“没有竖向专业深度参与的LID设计一定会失败”。

如果海绵城市的对象、目标和条件不说清楚，各家都不在一个平台和一个频道上对话，鸡同鸭讲，所以吵成一锅粥。

建议用大数据虚拟现实，现在不是VR吗？完全可以靠大数据数学模型，把地表、地下和大气的整个水循环模拟出来，然后大家看模型计算的虚拟现实动画，就知道整个过程，就像我今天讲课一样，用图和数字说话。

我再用一张图来说话，这是地球的水循环图，陆地和海洋的水循环：

　　陆地上的100毫米降雨，其中39毫米来自海洋，其余61毫米是陆地自己的蒸发，包括植物和土壤蒸发、蒸腾，所以61%雨水是自我循环的。

当然回到海洋是39毫米，因为水是平衡的，其中38毫米通过径流入海，还有1毫米是通过地下水回归海洋，是这么一个水的循环。

水循环资料来源：Gleick, P.H., 1996 ：水资源，天气气候百科全书，编辑S.H. Schneider ，哈佛大学出版社，纽约，第 2卷：

地球上只有3%的水是淡水，而河流、淡水湖和淡水沼泽等地表淡水，只占地球淡水的0.3%。

但是世界上20%的地表淡水集中于贝加尔湖，还有20%储存于美国的大湖(休伦湖、密歇根湖和苏必利尔湖)。

江河只占有全世界淡水总量的0.006%；由此看出地球上的生命只依赖于地球总供水量的"沧海一栗"。

为什么只占全世界淡水0.006%的江河，能够养活全球几十亿人？

因为水在循环！

我们再从流域来看水循环，这是长江流域的整个汇水范围，

　　这是多年平均降雨在长江流域不同地方的分布，年降雨最大的地方是四川盆地，平均年降雨1200~2000毫米(灰色、局部蓝色)；太湖到上海长江口都是绿色，年降雨1000~1200毫米。

整个长江流域的平均年降水量是1067毫米，因为长江流域面积是180万平方公里，所以总降雨的水量有1.92万亿方。

从长江口入东海的径流有多少呢？是9513亿方，占总降水量49%。什么意思呢？按照雨水能够在流域内自我消纳不外排的算法，全长江流域的年径流控制率就是51%吗？

这个51%跟车老师自然水循环图中，蒸发占50%的比例倒差不多，因为它是全球平均，查阅了很多水文气象资料，平均50%的雨水是又蒸发回去，因为物质是不灭的，水是不断地在循环当中。

再比如黄河流域，一年有好几个月断流，因为外排入海的水量很少，难道黄河的年径流控制率达到90%多了吗？

所以年径流总量控制率指标，能适用于大海绵吗？

回到中小海绵的年径流控总量制率指标讨论。2015年11月，在国外从事给排水的小光写了一篇文章，引起大家的讨论，他认为年径流控总量制率是误读，不能用多年平均天然径流率，因为海绵城市主要是对城市中小区块，

　　第二是指标的适应性：应该是水质控制指标，而不是水量控制指标，但国内现在主要针对水量。

第三是指标的适用范围，主要适用于地块、建筑小区等，不适用于包含水系的城市区域。

因为住建部的海绵城市指标体系没有界定清楚，所以各家各说。比如上海怎么说？怎么应对年径流总量控制率的达标问题？

上海也出了一套海绵城市的指标体系，七家单位共同编制，

　　比九龙治水少两个龙，住建、规划、发改、水务、交通、环保加园林绿化，一共七条龙共同治水。

上海的年径流总量控制率，如果控制75%对应22毫米，80%对应26.7毫米。

上海的指标体系有名词解释，把雨水滞蓄量算进去：

然后上海有个非常有意思的解释：因为根据要求，上海是达不到80%的年径流总量控制率，为什么？

因为上海所谓“三高一低”：地下水位高，覆盖率高，开发强度高，而下渗率又低，所以你住建部有指标考核的政策，那我上海就有对策。上海用什么对策呢？用河道来托底：

　　如果上海的年径流控制率没有达标的话，那我通过内河调蓄，甚至通过深邃调蓄，只要河道调蓄了以后就算。我上次跟住建部制定70%标准的人说，我说你们没说清楚，那没办法，你有政策我们上海就有对策。

争来争去，说明年径流总量控制率定义不清，又不说清楚适用范围，更不知道为了什么？反而造成误会，让水文专家误解海绵城市使河流断流！其实国外不太关心水量问题，主要关心水质，还有前面说到的水循环。

在《指南》里面，关于年径流总量控制率有一个分区，《指南》的附表F2-1中，全国的四个直辖市和省会城市平均，80%的径流控制率对应24.9毫米，也就是25毫米。

　　上海根据近百年上万场降雨的统计分析，每次控制住26.7毫米的降雨，就等于控制了80%的年降雨径流总量。

再回到水循环图，这是全球的水循环图，前面说到的25毫米，前几年跟国外的专家一直在讨论，他们一直说，国外的LID设计对降雨径流及污染的控制，一般是20毫米到30毫米，平均值就是25毫米一英寸，他们就控制一英寸降雨。开始我听不懂，我说为什么就一英寸，不是两英寸，不是半英寸，他们说就控制这么多。

现在找到答案了，这是哈佛大学出版的自然百科的一篇文章里面介绍的，关于全球的水循环，大家知道吗？地球的大气当中的水是多少？是12900立方公里，有12.9万亿吨雨水，就是大气当中的水气。

这些水气如果一次性地降雨落到地面，平摊在地球表面，整个地球表面平均下多少雨呢？

25毫米，2.5厘米，一英寸！这就是自然规律，也就是道。也就是说我们空气当中的水气，全球平均就是一英寸25毫米，所以你看它在不断地循环，它的平均一次完整降雨，就是25毫米。

比如上海，因为相对湿润，比平均大一点，是26.7毫米，就对应80%的控制率。所以这个一英寸的数字后面，是自然规律也就是道，非常有意思。

这是上海，徐家汇气象站在这儿，

是中国最早的气象站，有一百多年的气象记录。

根据近百年上万场降雨的统计分析，徐家汇站的降雨场次和降雨总量累积的概率分布，如下图：

你看不同的降雨，5毫米、10毫米、27（26.7）毫米，有一个降雨场次的统计分析，因为下小雨的场次多，降雨小于27毫米的场次差不多要占到95%，因为还有少量几场大雨。

把小于27毫米的降雨累计，也就是说控制了27毫米，有多少累计降雨被控制呢？大概有82%到83%的降雨总量被控制。这么一个数值是根据近百年上万场降雨统计分析来的，但背后是自然水循环的规律。

所以我讲来讲去，这是一个水循环问题，可见我们搞海绵城市，要上知天文、下知地理，你要懂这些才知道内在的规律是什么。

我再来深入地讲一下地下的水循环。这是地下的水循环示意图，

雨水渗入后，地表下面有隔水层、承压层，这个水又可以通过植物和土壤蒸腾、蒸发，回到大气当中。

大气中有10%的水来自于植物蒸腾，一棵大橡树一年蒸腾151吨水：

7月30日，在上海的《海绵城市规划设计与建设管理》培训，我讲了“周易屯卦看海绵”：

后来整理成周易看海绵系列：

屯卦就是上面一个水下面一个雷，