《Sustainability》：Impact of Continuous Rainfall on the Performance of LID Facilities in Different Climate Regions
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摘要：低影响开发（Low-Impact Development, LID）设施可显著削减径流并净化污染物，但其运行效率受区域降雨特征影响较大，给城市水管理可持续发展带来挑战。本研究以半湿润区西安（Xi'an）及湿润区扬州（Yangzhou）的两处LID设施为对
摘要：低影响开发（Low-Impact Development, LID）设施可显著削减径流并净化污染物，但其运行效率受区域降雨特征影响较大，给城市水管理可持续发展带来挑战。本研究以半湿润区西安（Xi'an）及湿润区扬州（Yangzhou）的两处LID设施为对象，探讨连续降雨对不同气候区LID设施径流控制效能衰减的影响。结果表明：两研究区超过75%的降雨日发生连续降雨，其雨量占全年总雨量80%以上；连续降雨期间LID设施入渗能力下降导致效能降低，实际运行效果可能偏离设计目标；扬州测得的衰减系数(Attenuation Coefficient)更小，表明湿润区LID设施受连续降雨影响更显著。针对设计年径流控制目标，西安在60%～85%设计水平下平均达标率为83.7%，较扬州高出12.09%；提高设计降雨量时，西安60%～80%目标所需设计雨深增幅为41.0%～200.7%，而扬州60%～70%目标需更大增幅方可满足；值得注意的是，西安85%以上及扬州75%以上年径流控制目标仅通过增大设计降雨量无法实现。研究指出连续降雨对湿润与半湿润区LID性能均有影响，湿润区设施尤为敏感，强调需制定气候适应性LID设计策略以支持长期可持续城市发展。
论文解读：《Impact of Continuous Rainfall on the Performance of LID Facilities in Different Climate Regions》发表于《Sustainability》
一、研究背景与意义
现行《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》（以下简称"指南"）计算年径流总量控制率时采用不少于30年的日降雨资料，将连续降雨日拆分为独立日降雨事件处理，未考虑连续降雨造成LID介质层土壤水分饱和、地下水位抬升进而限制表层雨水入渗及原生土壤侧出流（Exfiltration），使LID以临时表蓄和土壤入渗为主要机制的设施（如雨水花园 Rain Garden）径流削减效能下降。现有研究多关注单场暴雨或静态设计条件，缺乏定量表征连续降雨引起LID径流削减效能衰减及其在不同气候区的对比。研究人员选取半湿润温带大陆性气候西安（年均降雨量551.0 mm，地下水位＞3.5 m，黄土/粉土）与湿润亚热带季风气候扬州（年均降雨量1002.0 mm，地下水位0.5～1.5 m，冲积平原粉质黏土至黏土）的典型LID设施进行野外监测与历史降雨序列分析，量化连续降雨下的径流削减衰减系数(Attenuation Coefficient, φ)，修正年径流控制率及设计降雨量计算，揭示气候分区差异，为气候适应性LID设计提供依据。
二、主要关键技术方法
研究人员选用中国气象数据网1955—2005年共51年日降雨资料（两站完整序列），按指南剔除≤2 mm微量降雨；现场LID设施分别监测2016—2018年西安（35场降雨，2.0～98.2 mm）与2018—2021年扬州（88场降雨，2.0～100.8 mm）场次入流与出流（V形堰+压力传感器），筛除异常记录。连续降雨按持续1日（单日）、2日、≥3日分类；以6 h最小雨歇间隔划分独立降雨事件。理论可控降雨量按介质入渗率×降雨历时＋表面滞蓄深度×集水面积比×径流系数计算；实测径流削减率＝(1－出流体积/入流体积)×100%；衰减系数φ＝实测径流削减率/同条件下理论径流削减率（取值范围0～1，越小衰减越严重）。考虑连续降雨修正后可控雨量＝单日可控雨量×φs＋连续降雨可控雨量×φc，据此重算实际年径流总量控制率及目标达成度(Achievement Degree)，并反算需补偿的设计降雨量增量。
三、研究结果
3.1 研究区降雨特征分析（Analysis of Rainfall Characteristics in the Study Area）
基于51年序列，西安年均雨日86 d、平均日雨量6.4 mm，以小雨（＜10 mm，占年雨量32.27%）及中雨为主；扬州年均雨日105 d、平均日雨量9.5 mm，各量级分布较均匀且大雨及以上占比更高。连续降雨统计显示：西安年均单日、连续2日、≥3日降雨天数分别为22、23、40 d，对应雨量占比18.39%、27.47%、54.14%；扬州分别为20、31、54 d，对应14.27%、28.02%、57.72%。两地连续降雨日数占全年雨日＞75%，雨量占比＞80%，但扬州连续2日及≥3日事件发生频率与雨量均显著高于西安，具更典型的持续性降雨特征。
3.2 LID设施径流削减效果与衰减系数（Runoff Reduction Effect and Attenuation Coefficient of LID Facilities）
两设施在小～中雨下单场径流削减率高，随雨强增大因超出可用入渗与蓄水容量而下降。经归一化处理得平均衰减系数φ：西安小雨、中雨、大雨分别为0.90、0.67、0.55；扬州相应为0.75、0.53、0.41；扬州各雨强下φ均低于西安，说明湿润区LID受连续降雨引起的介质饱和与地下水位抬升影响更显著。暴雨及大暴雨时两地铁φ回升（西安0.72、0.79；扬州0.54、0.59），系极端雨强远超设施入渗与蓄水能力致理论控制率极低，实测与理论差值缩小所致。西安因监测期缺大暴雨，大暴雨φ参照扬州比值估算并作为不确定性说明。
3.3 连续降雨对年径流控制绩效的衰减影响（Attenuation Effects on Annual Runoff Control Performance）
针对60%～85%设计年径流控制目标，计入连续降雨衰减后西安实际年径流控制率分别为51.15%～70.06%，目标达成度82.42%～85.25%；扬州分别为43.78%～60.02%，达成度70.61%～72.97%；西安平均高出扬州12.09个百分点。按指南推荐西安（Ⅱ区）80%～85%、扬州（Ⅲ区）75%～85%目标，以80%为目标逐年评估51年序列：未考虑衰减时两地各有29年达标；考虑衰减后扬州仅1年达标、西安5年达标。分丰/平/枯水年（P?III曲线拟合，25%/50%/75%频率）西安达成度依次为84.70%、80.54%、84.56%，扬州为70.22%、73.93%、72.83%；西安年际变异性（标准差3.87）小于扬州（4.91），反映半湿润区干湿季更分明、恢复间歇更长。
3.4 径流削减衰减对设计降雨量(Design Rainfall)的影响（Influence of Runoff Reduction Attenuation on Design Rainfall）
未考虑连续降雨时西安60%～80%目标对应设计降雨量9.19～17.01 mm，考虑衰减后升至12.96～51.14 mm（增幅41.0%～200.7%），85%目标仍无法达成；扬州未考虑时60%～70%目标设计降雨量15.21～21.17 mm，考虑衰减后增至37.95～160.58 mm（增幅149.5%～658.5%），75%及以上目标不可达。单纯增大设计降雨量在湿润区代价极高且不经济，需辅以改良介质、优化穿孔底排(Underground Drain)、溢流通道、分散调蓄等措施。
3.5 适用性、不确定性与局限（Applicability, Uncertainty, and Limitations）
衰减系数为事件平均归一化指标，未完全刻画动态土壤水、地下水响应及维护影响；研究基于两代表性站点，推广至其他气候区需本地监测标定；西安强降雨φ靠外推存不确定性；日降雨分辨率无法反映次降雨雨强峰值影响，建议后续结合长序列监测与过程水文模型及气候情景深化。
四、讨论与结论翻译
讨论指出：连续降雨在两气候区均致LID效能衰减，湿润区更敏感；随目标提高达标率下降，西安平均达成度高于扬州12.09个百分点；西安需设计降雨量增200.7%方满足80%目标，扬州需增658.5%方满足70%目标，更高目标仅靠加大设计雨深无法实现，须综合评估水文效能与经济可行性以确定适宜分区目标值。
结论：（1）连续降雨致西安与扬州LID设施径流控制性能衰减；φ值在小～中雨随雨强增大降低，大～特大暴雨回升；西安φ整体高于扬州，表明扬州LID受连续降雨影响更严重。（2）随年径流控制目标提高两地目标达成度递减，扬州较西安更敏感；考虑连续降雨后60%～85%目标下西安平均达成率较扬州高12.09个百分点。（3）计入连续降雨影响后，西安达80%年径流控制目标需设计降雨量增幅200.7%，扬州达70%目标需增幅658.5%；强调对不同气候区应综合评估水文性能与经济可行性确定最优年径流控制目标，以平衡环境有效性、资源效率与长期韧性，推进可持续城市雨水管理。
