城镇雨水系统规划设计暴雨径流计算标准宣贯培训课件 34页

'北京市地方标准《城镇雨水系统规划设计暴雨径流计算标准》宣贯培训材料北京市城乡规划标准化办公室2017年8月 目录修订原因目标与范围主要修订内容 2014年2月，住建部颁布实施了《室外排水设计规范》（2014年版），在推理公式适用范围、暴雨强度公式统计取样方法、立体交叉道路雨水管渠设计重现期等方面进行了修改；总结后认为，地标也存在不足之处。1、修订原因 修订目标为规范北京市行政区域内城镇雨水系统规划设计工作，提高雨水系统规划设计质量和水平，确保城市雨水系统的安全可靠，减少城市内涝灾害，修订本标准。适用范围（1）标准规定了城镇雨水排除系统规划设计中暴雨径流计算的基本方法和参数。（2）标准适用于北京市行政区域内新建、改建、扩建城镇雨水系统的规划和设计，以及内涝积水模拟计算。2、目标与范围 本标准采用的暴雨强度公式选样方法为年最大值法。说明1：采用延庆站1965年～2014年共计50年的降雨资料，统计分析得出第Ⅰ区暴雨强度公式，其为山后背风区的代表公式。共选取了19个降雨历时（1min、2min、3min、4min、5min、10min、15min、20min、30min、45min、60min、90min、120min、150min、180min、240min、360min、720min、1440min），每个历时每年选取1个样本，50年共有950个样本。按照不同历时分别对样本系列进行排序和经验频率计算，采用皮尔逊III型曲线适线，暴雨强度公式推求采用了直接拟合法。说明2：采用观象台站1941年～2014年共计74年的降雨资料，统计分析得出第II区暴雨强度公式，其是北京市除山后背风区以外的其他地区的代表公式。共选取了19个降雨历时，每个历时每年选取1个样本，74年共有1406个样本。按照不同历时分别对样本系列进行排序和经验频率计算，采用皮尔逊III型曲线适线，暴雨强度公式推求采用了直接拟合法。3、主要修订内容——暴雨强度公式 适用范围3.2.3第I区设计暴雨强度应按公式（3.2.3.1）及（3.2.3.2）计算。（3.2.3.1）式中：q——设计暴雨强度［L/（s·hm2）］；t——设计降雨历时（min）；P——设计重现期（年）。适用范围为：1min≤t≤5min，P=2年～100年（3.2.3.2）适用范围为：5min50050～10010010050新城通州100～5005010010050顺义、亦庄、大兴、昌平、房山、门城、怀柔、密云、平谷、延庆<100301005030镇中心区<100201003020下凹式立体交叉道路内涝防治设计重现期表（水务、防汛、规划部门研究值，应以新总规为准）3、主要修订内容——重现期 径流系数runoffcoefficie1nt一定汇水面积某一时间段内地面径流量与降雨量的比值。次暴雨流域平均综合径流系数（也可称雨量径流系数、平均径流系数）——一次降雨过程产生的径流总量与总雨量之比。峰值径流系数（也可称流量径流系数）——形成峰值流量的径流量与降雨量之比。3、主要修订内容——径流系数 规划建设区即指现状为非建设区，规划为建设区的地区。综合径流系数值仅适用于雨水管渠设计峰值流量计算。（不能算别的，如水量）当实际地面铺装比例特殊时（如公交停车场和广场等），应按实际情况计算；在规划设计工作中，不同下垫面的径流系数可根据设计重现期不同进行选取，当重现期高时，径流系数取范围值的上限值；当重现期低时，径流系数取范围值的下限值；其它重现期的径流系数可采用插值法选取。另外，同一类型典型区域的径流系数主要依据其容积率选取，容积率越高，径流系数越大。用地类型综合径流系数公园绿地区0.30～0.40工业及集中居住区0.60～0.70集中办公及集中商业区0.64～0.85校园区0.60～0.65重现期建设区农田区村庄区20年0.500.200.3450年0.600.210.36100年0.630.230.39峰值误差：1.2%径流系数：0.56通惠河-乐家花园721次暴雨流域平均综合径流系数用于控制总净雨量=总产水量，实现物质守恒定律地面类型径流系数屋面、混凝土或沥青路面及广场0.85～0.95沥青表面处理的碎石路面及广场0.55～0.65大块石铺砌路面及广场0.55～0.70非铺砌土路面0.25～0.353、主要修订内容——径流系数一般情况下，无建筑物及硬化道路的绿地、农田、林地综合径流系数可取0.15，公园可取0.3，现状村庄及丘陵（丘陵地区的绿地及农田）综合径流系数可取0.40。单材质城镇下垫面 固定径流系数法：按固定比例从每个时段降雨中扣除损失得到净雨过程。优点：计算简单，总水量正确缺点：净雨过程不符合自然规律，任何流域均不适用，使用这一方法只是无奈的选择。平割法（也可称为固定损失值法）：降雨过程减去设定的固定损失值得到净雨过程。优点：计算简单，总水量正确，净雨过程基本符合自然规律。基本适合城市建设区。缺点：不能考虑前期影响雨量，因此降雨初期的净雨过程不符合自然规律。本方法不适合自然流域。净雨过程这是我们以前采用的方法3、主要修订内容——径流系数 初损—固定损失值法：在降雨初期扣除一定的雨量损失，之后采用平割法得到净雨过程。优点：净雨过程更符合自然规律缺点：变动的初损值难以确定，计算更加复杂。适用于任何流域。入渗曲线法：降雨过程减去入渗过程（也可视为损失过程）得到净雨过程。优点：符合自然规律缺点：损失过程难以确定，计算更加复杂。适用于任何流域。净雨过程3、主要修订内容——径流系数 3.1.2当汇水面积超过2km2时，宜考虑降雨时空分布的不均匀性、地面产流过程和管网汇流过程，采用数学模型法计算雨水设计流量；也可采用其他小流域流量计算方法计算。以前想偷懒，用的5km2，现在改2km2了。3、主要修订内容——雨水设计流量计算方法说明1：给出了目前我国普遍采用的恒定均匀流推理公式法流量计算公式。当有允许排入雨水管道的生产废水排入时，应将其水量计算在内。说明2：恒定均匀流推理公式基于以下假设：降雨在整个汇水面积上的分布是均匀的，降雨强度在选定的降雨时段内均匀不变，汇水面积随集流时间增长的速度为常数。因此,推理公式适用于较小规模雨水系统的流量计算，当应用于较大规模雨水系统的计算时会产生较大误差。因此《室外排水设计规范》GB50014-2006（2014年版）提出当汇水面积超过2km2时，雨水设计流量宜采用数学模型进行计算。下面讲2个案例案例一：数学模型法计算雨水设计流量实验案例案例二：多点入流法计算雨水设计流量案例 案例一：数学模型法计算雨水设计流量实验案例——方庄小区方庄流域汇水面积4.22km2，雨水管道总长度29.69km，为分流制系统，下游入凉水河。数学模型参数率定的实测数据包括雨量站的实测降雨数据、下游凉水河的实测水位过程以及两处管网监测点的实测流量过程。通过对区域下垫面属性进行实际调查，方庄流域共划分为道路面、房屋面、硬化铺装、植被、裸土和水域面六种属性地表。方庄案例流域范围方庄流域不同类型下垫面分布图3、主要修订内容——雨水设计流量计算方法 数学模型参数率定拟合采用2015年6月和7月份的两场实测降雨，同时段的凉水河实测水位过程作为模型的下游边界，雨水管网系统中两处监测点的实测流量过程和模拟结果的对比情况如下：3、主要修订内容——雨水设计流量计算方法案例一：数学模型法计算雨水设计流量实验案例——方庄小区 两场实测降雨情景的率定峰值流量误差均在10%以内，误差较小，基本满足模型精度要求。MIKE模型情景时间总历时（min）总雨量（mm）第一处监测点第二处监测点实测峰值（m3/s）模拟峰值（m3/s）误差实测峰值（m3/s）模拟峰值（m3/s）误差12015-6-2630012.31.031.074.5%3.202.948.1%22015-7-1824023.23.232.929.6%6.686.108.7%采用固定综合径流系数法。流域内六种下垫面模型参数率定结果如表所示。其中，道路、房屋和硬化铺装为不可渗透地表，率定参数包括地表粗糙系数和降雨初损；植被和裸土为可渗透地表，率定参数包括地表粗糙系数、降雨初损及霍顿下渗模型参数；其他地表为缺乏实测资料的空白区域。地表类型固定径流系数地表曼宁系数初损（地表洼蓄、植被截留等）（mm）后损（城市地表下渗）采用霍顿下渗模型f0fck道路/0.022.0///房屋/0.021.5///硬化铺装/0.0253.0///植被/0.156.076202.28裸土/0.044.034.863.3其他0.650.023.0///注：霍顿模型中f0（mm/hr）为初始入渗率，fc（mm/hr）为稳定入渗率，k为衰减系数；3、主要修订内容——雨水设计流量计算方法案例一：数学模型法计算雨水设计流量实验案例——方庄小区实测资料少，尚无参数规律性研究结果，无法推广。 案例二：多点入流法计算雨水设计流量案例目前，北京市尚无可供使用的成熟雨水管道模拟模型，暂无法推广数学模型法计算雨水设计流量。当雨水管道汇水面积超过2km2时，可将其视为城市河道，按多点入流汇流计算方法计算雨水设计流量。多点入流法为一种适用于计算较大汇水面积流量过程线的数学模型法，北京市城市规划设计研究院曾对该方法进行过可靠性和实用性论证及参数率定，在模拟通惠河乐家花园站历史洪水时，洪峰流量误差在5%以内，峰现时间误差1小时以内。该方法的主要参数为设计重现期、次暴雨流域平均径流系数、流域平均汇流速度、雨水管道排水能力、等流时块面积、长办汇流曲线、设计降雨过程线等。3、主要修订内容——雨水设计流量计算方法 多点入流法基本原理以等流时线法为基础的一种多维线性定常汇流系统，考虑了净雨空间分布的不均匀性，运用河槽汇流曲线进行以等流时块为单元区的流域汇流计算，也可进行区间支流的河道演算。输入（净雨或入流流量过程）为阶梯型时，汇流系统方程为：式中：t、△t——时间及梯形输入的单位时段、汇流曲线的入流历时或计算时段；n——子系统数（或等流时块数）；q——阶梯型输入（等流时块上的时段净雨量）；p——子系统的传递函数（相应等流时块的汇流曲线）；r——阶梯型输入情况的入流时段数；Qj、Q——第j子系统、系统的输出（即流量值）。每个子系统在推算以等流时块为单元区的流域汇流时：式中：Ck——第K等流时块的汇流曲线时段数；F、R——等流时面积及其时段净雨深；n、P——等流时块数、“长办”汇流系数。3、主要修订内容——雨水设计流量计算方法 “长办”汇流曲线：一历时为tk，流量为1立方米/秒的矩形入流，流经任意n个河段后产生的出流过程。式中：M＝m-mk；m=t/τ；mk=tk/τ；n、τ——流经河段数及汇流时间；tk——入流历时；Pn——流经河段数为n的“长办”汇流曲线。汇流演算时，取计算时段长△t等于河段的流域平均汇流时间τ，并取入流历时tk等于计算时段长△t，即：多点入流法基本原理3、主要修订内容——雨水设计流量计算方法 改进多点入流法计算河道流量研究表明改进多点入流法可用于城市河道流量计算，洪峰流量误差5%以内，峰现时间误差为一个小时以内。主要参数有：流域平均径流系数、洪峰径流系数、流域平均汇流速度20年一遇平均径流系数根据实测洪水推算得到，50年及100年径流系数根据暴雨径流关系推算得到。20年一遇洪峰径流系数采用雨水管道流域平均径流系数，50年及100年径流系数根据经验关系关系推算得到。流域平均汇流速度采用洪峰流速的0.7倍。设计暴雨采用地标设计暴雨，经平割法和雨水管道排水能力处理得到设计净雨过程。等流时块长采用1800米。自下游往上游输入等流时块面积。假设20、50、100年降雨损失量基本一致。城市产流过程类似于蓄满产流过程3、主要修订内容——雨水设计流量计算方法 （1）设计重现期计算雨水设计流量时的重现期采用50年一遇。基于两种雨水设计流量计算方法的机理不同，以及我国各单位多年的研究成果，认为该设计重现期可满足雨水管道5年一遇设计重现期标准。当某计算管段雨水设计流量小于上游时，应采用上游管段设计流量。（2）次暴雨流域平均径流系数根据北京市防洪规划的相关研究，当采用多点入流法计算河道设计流量时，建设区规划50年一遇次暴雨流域平均径流系数宜采用0.57，非建设区采用0.30。计算雨水设计流量时可采用上述参数。（3）流域平均汇流速度根据北京市防洪规划的相关研究，认为河道流域平均汇流速度为河道洪峰流速的0.6～0.7倍。在计算雨水设计流量时可采用0.7倍。应采用试算法得到流域平均汇流速度。（4）雨水管道排水能力在中心城及新城，汇水面积大于2km2的雨水流域内一般含有城市主干道，流域内雨水设计重现期一般为3年～5年；为安全起见，可采用5年一遇；其中位于Ⅰ区的雨水管道最大1h排水能力为34.7mm/h，Ⅱ区为54.3mm/h。（5）等流时块根据多点入流法的原理及相关资料，为保证雨水设计流量计算结果的准确性，在雨水流域内划定的等流时块数至少为7个。3、主要修订内容——雨水设计流量计算方法改进多点入流法计算雨水管道流量 （6）长办汇流曲线根据北京市防洪规划的相关研究，在本市采用多点入流法计算河道流量时，选用参数mk=1是适宜的（参数验证时计算洪峰流量与实测值误差在5%以内）。在采用多点入流法计算雨水设计流量时，可按mk=1选取长办汇流曲线。（7）设计降雨过程线根据北京市水利局1999年编制的《北京市水文手册》中的60min、360min、1440min等三个标准历时的雨量均值和变差系数Cv等值线图，查出60min、360min、1440min三个标准历时的点雨量及变差系数后，计算50年一遇的点暴雨量。由于雨水管道流域面积较小，因此用点设计暴雨量代表流域面设计暴雨量。按照《北京市水文手册》提供的北京市城近郊平原区设计雨型，进行时程分配。设计降雨过程线时间步长为1h，总历时为24h。中心城及各新城设计暴雨过程见下表（后峰雨，经雨水管道能力削平头处理）。时间延庆新城密云新城怀柔新城平谷新城顺义新城昌平新城海淀山后门头沟新城房山新城大兴新城通州新城亦庄新城清河流域坝河流域凉水河流域通惠河流域分区I区II区II区II区II区I区II区I区II区II区II区II区II区II区II区II区II区II区155.37.010.47.89.910.610.612.212.213.99.79.79.09.712.411.611.011.0168.711.517.112.916.317.617.620.220.223.016.116.114.816.120.419.118.218.21723.531.046.134.743.947.447.454.454.462.143.443.440.043.455.051.649.049.01826.434.851.839.049.353.253.261.161.169.748.748.744.948.761.857.955.155.11944.663.983.072.080.684.784.792.592.5100.274.974.974.273.886.182.581.481.42052.676.696.686.494.198.398.3106.2106.2113.486.286.286.984.796.693.292.892.82156.883.4103.994.1101.4105.6105.6113.5113.5120.592.392.393.890.5102.298.999.099.02269.9104.8126.6116.8123.4127.5127.5135.4135.4141.9111.1111.1114.4108.8120.7117.5118.4118.423104.9158.8180.6170.8177.4162.5181.5170.4189.4195.9165.1165.1168.4162.8174.7171.5172.4172.424139.9212.8234.6224.8231.4197.5235.5205.4243.4249.9219.1219.1222.4216.8228.7225.5226.4226.41158.4259.8286.8254.0264.3232.5263.2240.4271.1276.7238.7238.7244.9238.7269.8265.9260.1260.12263.2271.1中心城及各新城设计24小时暴雨后峰降雨过程表3、主要修订内容——雨水设计流量计算方法 典型流域流域1流域2流域3流域4流域5流域6流域7流域8流域9流域10流域11流域形状长方形长方形长方形长方形长方形方形方形方形方形条状条状流域面积（平方公里）3.74.34.33.13.72.652.82.754.9流域范围内绿地面积（平方公里）0.20.20.20.10.20.30.90.70.20.10.8雨水管道峰值流速（米/秒）1.952.122.011.9721.932.141.911.911.982.01等流时块长度(米)562582600500521460500500430763750流域平均汇流速度（米/秒）1.371.481.411.381.41.351.51.341.341.391.41单一等流时块汇流时间（分钟）6.96.57.166.25.75.66.25.49.28.9洪峰流量（立方米/秒）推理公式法4257514450406037374751多点入流法3137372632223921234439推理公式法与多点入流法对比（%）365337695884557861731（8）多点入流法与暴雨强度公式法计算结果对比选取中心城11个流域面积在2.7～5.0km2的典型雨水流域，流域形状包括方形、长方形及细长型。其主干雨水管道长度为2.6～5.4km，雨水管道峰值流速1.9～2.1m/s。根据汇流速度为雨水管道峰值流速的0.7倍的规律，推算得到流域平均汇流速度为1.3～1.5m/s。分别采用推理公式法及多点入流法对11个典型流域雨水管道出口流量进行计算。结果显示采用推理公式法计算的流量大于多点入流法的计算结果，其差异为7%～69%。中心城典型流域相关参数及不同方法计算洪峰流量对比表3、主要修订内容——雨水设计流量计算方法 中心城典型流域不同方法计算洪峰流量对比图3、主要修订内容——雨水设计流量计算方法 暴雨径流计算时，针对建设区与非建设区有不同的方法与参数。如何判断什么是非建设区、农田与绿地。看排水方式（主要明渠排水，还是管道），是否有组织排水，是否允许积水一定时间（一般农作物一天）。3、主要修订内容——雨水设计流量计算方法 3.5.1Ⅰ区最小时间段为5min总历时为1440min的设计雨型分配过程详见附录A.1，Ⅱ区详见附录A.2，其适用于不同重现期最小时间段为5min总历时为1440min的降雨过程推求。Ⅰ区设计雨型分配过程概化图Ⅱ区设计雨型分配过程概化图3、主要修订内容——设计雨型 3.5.2以暴雨强度公式计算时段降雨量推求的设计降雨过程，可用于汇水面积超过2km2的雨水管渠及泵站设计流量计算。Ⅰ区3年、5年、10年、20年、30年、50年、100年一遇设计降雨过程详见附录B.1，Ⅱ区详见附录B.2。3.5.3以北京市水文手册设计暴雨图集确定的时段降雨量推求的设计降雨过程，可用于城市涝水汇流计算及排涝河道设计流量计算。Ⅰ区延庆站站址处3年、5年、10年、20年、30年、50年、100年一遇设计降雨过程详见附录B.3，Ⅱ区观象台站站址处详见附录B.4。3、主要修订内容——设计雨型 3、主要修订内容——设计雨型方法24小时总量5分钟最大值3年5年10年20年30年50年100年3年5年10年20年30年50年100年暴雨强度公式法145.1167.5197.7228.1245.7268.2298.510.612.214.416.617.919.621.8水文手册法116.5150.8209.0265.0306.9339.9409.913.616.017.420.521.922.926.0暴雨强度公式法与水文手册法计算降雨强度对比表降雨强度差别较大，原因：资料站点数不同，单站、多站；资料年限不同，差16年；数值得到方法不同，一个是纯公式计算；另一个是不同站分别PⅢ定好数值，再内插画等值图。从原理看。公式法适合小面积，水文法适合大面积。50年一遇降雨100年一遇降雨'