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雨水,好想和你谈恋爱

曾胜 城PLUS 2022-09-21


雨水是我们与自然最直接的联系,小雨淅淅,杏花烟雨,大雨滂沱,淫雨霏霏,都会给我们带来不同的感受。


温润的小雨引发我们的灵感与柔情:“天街小雨润如酥,草色遥看近却无”、“沾衣欲湿桃花雨,吹面不寒杨柳风”......


而狂暴大雨、洪涝灾害,也会带给我们惊心动魄的体验:“电尾烧黑云,雨脚飞银线”、“风怒欲掀屋,雨来如决堤”……

 

今天,让我们一起来认识她,善待她,与她更好地相伴于天地人间。


越是自然的东西,我们越缺少对她的探究,让我们一起来认识一下我们经常见到的雨水是什么样的。


她,是一个舞者


江河湖海的水面,以及土壤和动、植物的水分,随着蒸发到空中变成水汽。水汽进入大气后,成云致雨,或凝聚为霜露,然后又返回地面,渗入土壤或流入江河湖海。以后又再蒸发,再凝结下降。如此,周而复始,循环不已。雨水是水文循环中的一个我们看得到的舞者,是地表径流的本源,亦是地下水的主要补给来源。


图源: 《水文学原理》,高等教育出版社,河海大学,芮孝芳

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她,不是你想象的模样


雨滴的形状受表面张力和空气阻力互相作用。其实,雨滴不是大多数人认为的那样呈泪状(A),很小的雨滴主要受表明张力影响,几乎是球形的(B),由于空气阻力,较大的雨滴在底部像汉堡包一样变得平坦(C),大雨滴具有很大的空气阻力,这使它们开始变得不稳定(D),由于空气阻力,很大的雨滴分成较小的雨滴(E)。


图源:《云与降水的微物理学》,1978年,雷德尔,波士顿
commons.wikimedia.org(维基百科)


她,是个敏捷的姑娘


雨水降落速度受重力和空气阻力的作用,因阻力与速度成正比,在雨滴由静止状态下落的加速度运动中,阻力由小变大,经过短暂时间后阻力与重力相平衡,雨滴以匀速下落。


一般而言,毛毛细雨(直径0.5mm)的速度为2米/秒,而暴雨(雨滴最大直径5.5mm左右)的雨滴最大速度为8~9米/秒。


原图源:知乎 ©Triivi

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她,情绪敏感而丰富


降雨,有时候是温润的,随风潜入夜,润物细无声,有时候是汹涌的,倾盆大雨、暴风疾雨是也。降雨可以作为随机事件来观测,一般来说,在一段时间内降下多少雨量,以及在这段时间内的降雨强度的分布是不同的,并呈现出统计学特征。


根据降雨量的不同,降雨可分为零星小雨,小雨,中雨,大雨,暴雨,大暴雨和特大暴雨7个等级。


图源:引自GB/T 28592-2012 降水量等级


她,让世界不一样了


山水林田湖海草是一个生命共同体,降雨的时空分布,是塑造我们生态系统的重要力量。从时间上看,我国降雨主要集中在夏秋季节,南方雨季长,北方雨季短,年际变化大。从空间上看,我国降水东多西少,南多北少,从东南沿海向西北内陆逐渐减少。受降雨、光照、地形等的的影响,形成了不同的大地自然生态景观。草原生态系统、森林生态系统、荒漠生态系统等等在大势上与降雨等值线分布具有明显的相关性。


图源:知乎·地理沙龙(zhuanlan.zhihu.com)

2015年中国陆地生态系统类型空间分布数据
图源:中科院地理科学与资源研究所

降雨作为水文循环的最基本环节和地表径流的来源,在城市发展的过程中,雨水受到大气污染和地表沉积物的影响,产生了径流污染;受到城市开发建设对调蓄、排放空间的挤占和渗透机能的干扰,产生了洪涝灾害。


因污染而压力重重


城市雨水径流污染主要来自大气污染、地表污染和污水入流污染。降雨初期,雨水溶解了空气中的污染性气体,降落后,由于冲刷屋面、沥青混凝土道路等,使得前期雨水中含有大量的污染物质。雨水降落时被空气中的尘埃和以SS(悬浮性颗粒物)、COD(化学需氧量)为主的污染物,这些污染物,来自工业生产、燃煤和汽车尾气等,其中空气中的硫化物和氮氧化物还会导致酸雨的形成。


图源:air.epa.gov.tw


她的玩耍空间变得狭窄


2020年7月长江流域重庆、武汉等地发生的洪涝灾害引起了全国人民的广泛关注。城市开发建设对水生态空间的挤占,是洪涝灾害的形成的重要原因之一,雨水降落之后,可容纳的空间、下渗的场地减少了,就会侵入城市生活空间,形成洪涝灾害。随着城市化的进程,我国近十年来,年均洪涝灾害受灾人口达到了1.1亿以上。



她正悄悄变得“郁躁”


近年洪涝灾害频发的另一个原因与气候变化有关,由于地球持续变暖,气象学家观察到,暴雨,特大暴雨的情况增多了,而毛毛细雨减少了。IPCC(政府间气候变化专门委员会)预测,平均气温升高1℃的话,大气中能够容纳的水蒸气含量将增加7%。这样一来,就会形成更多的云,增大降水量。极端降雨的增多给我们城市现有排水系统构成了更大的挑战。


一年内出现日降雨水量超过50毫米强降雨的次数。红线表示在这一期间内的长期化倾向趋势。统计表明,年均强降雨暴雨次数在逐渐增多,增加速率为0.03天/10年。基于任国玉等(2015)数据制作。

一年内出现降水的日数。红线表示在这一期间内的趋势。统计表明,全国平均降水日数逐步下降,下降速率达到3.2天/10年。这主要是小雨频率剧烈下降造成的。基于任国玉等 (2015)数据制作。 


气候变化的影响是广泛的,它会提高极端降雨的强度,也会提高海平面、引发风暴潮、改变河流地貌等。对于内陆城市,单纯的极端降水就可能引起内涝;对于河流沿岸地区,洪水可能来自于上游的强降水;而对于海滨城市,海平面、降雨、风暴潮对洪水都有“贡献”。也就是说,气候变化会对多个方面产生影响,而这些变化共同叠加,增加了灾害风险。


为她改变生产方式


为了应对气候变化和大气污染,我们正在改变我们的生产生活方式,从高速度发展向高质量发展转型,走低碳绿色、可持续发展之路。


2016年,中国加入了《巴黎气候协定》,2020年,中国提出了2030年碳达峰(二氧化碳排放量达到顶峰),2060年碳中和(排放的二氧化碳被植树等措施抵消中和)的国际承诺。近年,我国也一直在进行大气污染治理和能源结构的调整。


2016年-2019年,二氧化硫排放量下降46.5%,氮氧化物排放量下降17.9%,废气中颗粒物排放量下降32.3%。2012年至2019年,我国清洁能源消费占能源消费总量的由14.5%提高至23.4%;与此同时,酸雨覆盖面积从117平方公里,缩减至48平方公里,重度酸雨范围也有大幅降低。



为她改变营城理念


为了应对洪涝灾害和径流污染,实现“小雨不积水、大雨不内涝、水体不黑臭、热岛有缓解”等城市建设理想,2013年,习近平总书记在中央城镇化工作会议上提出“建设自然积存、自然渗透、自然净化的海绵城市”


湿地景观:
图源:www.thewilddeckcompany.co.uk


海绵城市是一种生态营城的开发建设理念,内在本质是良性的城市水循环系统。通过发挥自然系统渗、滞、蓄、净与人工强化功能作用,实现人与自然的和谐相处,维护好“山水林田湖海草”生命共同体。


海绵城市不是工程,而是理念;没有海绵城市工程,只有落实海绵城市理念的工程。


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工作以来,我游走全国各大城市,追寻她的足迹,在各地各类规划中与她相遇,无论是降雨天数最多的雅安,干旱少雨的和林格尔,还是暴雨极多的珠三角,天南海北,有我有她。


在雅安大兴台地……


雅安台地地形 

图源:川观新闻


雅安位于四川盆地西缘,距成都120公里,气候类型为亚热带季风性湿润气候。根据20年的气象数据统计,雅安平均每年有207天会有降雨,素有“雨城”之称。


根据雅安国家基本气象站(站号56287)数据进行整理

为了给雨水留足空间并保持生态的内在连续性,在雅安二台地,我们(项目组)系统考虑蓝绿空间预留,保留自然溪沟,塑造自然水景,并将原本设计为通过截洪沟全部截流的周公山雨水,归还给水系空间场所,让雨水在自然通道内畅快行走,自然停留。

引水口分布与山水汇水范围

 

在内蒙古和林格尔新区……


图源:花粉俱乐部  ©炉火纯青


内蒙古和林格尔新区位于呼和浩特市南部,年均降雨量不到400毫米,属于半干旱地区。作为新区,我们希望雨水降落之后,不再受到污染困扰。在该项目中,我们大量运用了生态明渠和植草沟等自然雨水转输系统,布置约125千米生态转输雨水系统,覆盖服务约20%的地块雨水转输。在这儿,雨水可以更快的渗透回补地下水,并通过生态雨水转输系统、雨水口终端湿地系统等得到过滤和净化。

雨水口终端湿地分布图


在惠州新材料产业园……


图源:项目组拍摄


惠州新材料产业园位于惠东县南部,属于亚热带季风气候,降雨强度高降雨量大,年径降雨量1980毫米。这儿的雨水性格比较躁动,我们希望她不要出去搞破坏。我们保留产业园内部现有鸡笼山水库及上游小水库,蓄滞山水;预留预控场地内排水主干通道,让场地雨水有出路;根据计算和模拟,坚定提出产业园段莆田河需预留120米蓝绿空间,让雨洪有容身之所。在这120米空间内,结合产业园开发不加强下游排水压力的原则,还构建了堤背引流排海系统。


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排水系统运行示意图
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水文循环催动了生命之歌,雨水则是这一运动中回归人们生活的重要一环。常想儿时,走在乡间的小路上,淋浴在细雨微风中,感受春天万物的萌发;大雨过后,与小伙伴们去溪沟里抓鱼摸虾,那时的天是蓝的,水是甜的。作为一个规划师,一直与雨水、水系、海绵规划发生着不解之缘,我只是希望,我们的下一代,他们也能感受我们儿时的快乐,享受美好的自然力量。


图源:alpha.wallhaven.com


…… 

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作者 | 曾胜
中规院深圳分院市政交通规划所

作者简介:2013年毕业于哈尔滨工业大学后开始在深圳分院工作。坚持规划的系统性思维,从宏观视角到微观研究,先后参与了十多个城市的市政基础设施、海绵城市、水系、排水防涝、综合管廊等的规划、设计和研究项目30多项。目前主要以市政基础设施系统性方案、排水防涝规划等作为主要研究方向。在从市政工程规划、设计到建设全过程方面,具有相当丰富的经验。

 

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