《城市雨水系统规划设计暴雨径流计算标准 宣贯材料.pdf 20页

'《城市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2013年7月 标准编制背景1、极端天气造成北京市内涝积水事件明显增多，交通严重堵塞甚至瘫痪，城市安全运行受到影响，造成人民生命财产损失。2、反思我市现行雨水系统规划设计标准与世界城市的目标不符，影响社会经济发展。 前期研究北京城市雨水系统规划设计标准研究主要包括6个研究子课题：北京城市雨水系统规划北京市降雨变化趋势(一)北京市降雨变化趋势研究设计方法研究研究(二)北京市中心城降雨雨型研究(三)北京市城市雨水系统规划设计方法研究北京市暴雨强度北京市中心城北京市径流系北京市雨水系统(四)北京市暴雨强度公式修订及研究公式修订及研究降雨雨型研究数研究设计重现期研究(五)北京市城市径流系数研究(六)北京市城市雨水系统规划设计重现期研究北京市雨水系统规划设计标准综合分析总结与建议 （1）规划设计方法资料收集资料调查现状资料监测资料规划资料地形下游区域现状排水排水上位用地排水下游相邻地面气象CCTV排水地貌河道排水其它流量水质规划控规流域河道铺装监测监测管道资料现状现状管道监测监测资料资料资料规划资料资料资料规划资料资料资料资料资料资料采用计算机模拟技术，对规划设计方案进行模拟评估，规划设计确定规划设计标准甄别积水风险点及灾害程度，并对规划方案进行修正，管道定线和平面布置规划设计标准体系：暴雨强设计流量计算方法：传统公度公式、径流系数、设计重式推量法现期同时提出防汛应急措施。排水流域划分设计流量计算和水力计算否是否需要模型校核？规划设计方案是模型建立建立模型数据库模型数据库要素：DEM数据、地面铺装、排水流域、管道(材质、管长、管径、起止点底高程等)、检规划设计标准体系：增加降查井（直径、底高程等）、水池、雨雨型水泵、排出口、下游河道等系统边建立和校核系统模型界条件信息设计校核设计标准状况模拟调整方案是否分析原因水位是否超过管顶？规划设计方案否抗洪评价抗洪标准状况模拟基本要素:抗洪标准状况、重现期标准、排水流域、详细地形地应对措施貌、径流参数、降雨雨型、系统边界条件等否分析原因抗洪标准满足否？（情景选择）理论降雨雨型(P=5，10,20,30,50,100)工程性措施：加管、加是实际降雨雨型水池、渗水铺装等；非工程措施。。。。。抗洪能力评价评价指标：积水频率、积水面积、积水深度、积水时间超标情景模拟与对策结论与建议 （2）降雨变化趋势——空间分布规律北京市降雨变化趋势研究41410.920.5540.840.80.90.50.450.880.440.640.60.860.35国内外文献调研0.30.840.2540.40.820.240.40.150.80.10.780.0540.240.200.76资料收集与整理-0.050.74-0.14040-0.150.72-0.2(1)北京地区20个气0.7-0.25a、自记纸扫描39.8象站资料39.80.68-0.3-0.350.66-0.439.6b、扫描检查39.60.64-0.45(2)北京地区121个-0.5雨量站资料115.6115.8116116.2116.4116.6116.8117117.2117.4c、图像数字化第一特征向量变化图115.6第二特征向量变化图115.8116116.2116.4116.6116.8117117.2117.460分钟距平图(3)短历时代表气象d、数据精细化站逐分钟雨量资料降雨历史变化趋势降雨空间分布规律降雨量变化主成分法分析暴雨极端降雨趋势等值线图法分析分区Ⅲ短历时雨强变化距平百分率法分析Ⅰ未来降雨变化预测Ⅱ降雨趋势预测北京市分为4个暴雨分区。降雨强度预测Ⅳ小结 （2）降雨变化趋势——时间变化规律40160A2A1BB114030120(%)1002080106040020降水距平百分率0-10-20-40-20降水量（mm）最高气温（℃）最低气温（℃）日照时数（h）19001950200020502100年预测用的雨量、气温等200个样本数据预测2020年和2050年降雨变化趋势图结论：预测了未来不同历时和重现期的降雨量，未来降雨量呈增加趋势。 （3）暴雨强度公式北京市暴雨强度公式修订及研究国内外文献调研各暴雨分区代表站场降雨挑暴雨强度公式修订及研究结果资料选、自记纸扫描、数字化、分收集钟雨量值读取等与整理(1)年多个值法取样(2)年最大值法取样以观象台站数据分析与以观象台站数据分析与选取频率曲线拟合方法选取频率曲线拟合方法PIII型指数PIII型Gumbel分布分布方分布分布频率法选取适合北京地区的比选取适合北京地区的分频率分布曲线选频率分布曲线析其它气象代表站数据频其它气象代表站数据频率曲线拟合(Cv、Cs)率曲线拟合(Cv、Cs)各气象代表站P-i-t表各气象代表站P-i-t表多种方法推求暴雨强度多种方法推求暴雨强度公式参数公式参数公150式误差分析误差分析140推80版公式130求各代表站年多个值法暴各代表站年最大值法暴120观象台站公式雨强度公式雨强度公式110密云站公式100延庆站公式90比较多个值法公式与最各代表站之间公式与80版暴雨强度公80q(L/s.ha)大值法公比较分析比较与分析式比较分析70分60析降雨强度5040小结3020101、采用年多个样法和年最大值法推导了北00.250.5123456102050100重现期(a)京市分区暴雨强度公式；观象台站多个样法频率分析2、分析认为应采用年多个样法公式。 （4）降雨雨型北京市中心城降雨雨型研究同频率法推求1440分钟(24小时)降雨雨型国内外降雨雨型研究方法调研资料收集北京地区气象代表站与整理数据资料雨型推求方法比选推求北京市中心城降推求雨型雨雨型降雨雨型适用性分析小结P&C法推求120分钟降雨雨型P&C法180分钟设计降雨雨型推求了5分钟时间段的历时为1440分钟的设计雨型，用于模拟计算等方面工作使用。 （5）径流系数北京市降雨研究国内外资料调研降雨历时（min）5551051552052553053554054555055556056557057558058559059551005105511051155120512551305135514050.01.00单材影响因素分析0.50.90质下①地表条件(坡度、地表铺装等)；②0.80土壤状况(透水、不透水、含水率1.0垫面0.70等)；③降雨情况(强度、历时等)1.50.60径流雨强2.0径流系数0.50系数mm/min)径流系数结合实验分析0.402.5推荐设计参数雨强（0.303.00.203.50.10典型区域选取4.00.00降雨历时（min）555105155205255305355405455505555605655705755805855905955100510551105115512051255130513551405综合0.01.00径流图纸作业0.900.50.80系数实地踏勘1.00.701.50.60理论计算雨强mm/min)2.0径流系数0.50径流系数0.40雨强（2.50.303.0实验研究0.20雨洪3.50.10利用4.00.00影响实际监测分析30.01.0028.0降雨过程0.90影响性分析26.0累积雨量24.0径流系数变化0.8022.00.7020.0）18.00.6016.0小结mm0.5014.012.00.40径流系数雨量（10.00.308.06.00.204.00.10研究了单材质径流系数，且建成区综合径流2.00.00.00610172526283033354145降雨历时（min）系数应由现行的0.55提高至0.65。 （6）重现期25投资加损失与重现期关系投资损失综合考虑情况58000830020560007800悉尼54000伦敦730015柏林52000巴黎投资+损失6800纽约投资加损失5000010东京6300北京48000558004600013+135+3513+135+351234567123456710+510重现期80版公式情景10+510重现期08版多个样公式情景008版最大值公式情景80版公式情景12345678910111208版多个样公式情景08版最大值公式情景社会总投入分析曲线1社会总投入分析曲线2世界各国月降雨量比较重现期研究11对比分析法(1())基于社会总投入最低的成本效益分析法国内情况国外情况区分重点地区和一般地区并选择案例20(2)(tm(1)m)调研调研121推荐重现推荐重现重点地区案例：奥一般地区案例：亦期P1-1期P1-2运中心区庄G地块11雨水方案编制雨水方案编制ca推荐重现用地规划Pbee212期P1竖向规划Zn((()))模型构建模型构建xavxa参数选取ix1070b暴雨模型v(tanh()1)tanh()1积水情况分析积水情况分析0积水造成交通经bb济损失计算方法积水损失及雨水系积水损失及雨水系统投资计算统投资计算推荐重现期P2-1推荐重现期P2-2一般地区采用3年一遇，重点地区采用5年一遇。推荐重现期P2重现期与工程投优化资关系￥～P推荐重现期P 编制目的目的为规范北京市城市雨水排除系统规划设计工作，提高雨水规划设计质量和水平，确保城市雨水排除系统的安全可靠，减少城市涝水灾害，编制本标准。适用范围（1）标准规定了城市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）标准适用于城市雨水系统的规划和设计。（3）标准适用于北京市范围内的规划城市建设区。必要性（1）城市化发展和气候变化（2）政治地位与公众利益（3）国标如何在北京应用（4）北京与发达国家的标准存在较大差异（5）北京现有标准存在问题 编制依据与思路（1）由相关单位组成课题组。（2）由参与过标准制订及审查工作的技术人员组成起草组。（3）依据“北京市城市雨水系统规划设计标准研究”的成果，并根据“北京市地方标准管理办法”、“关于进一步加强北京市地方标准管理工作的通知（京质监标发〔2010〕291号）”、“工程建设标准编写规定”等文件的要求编写本地标，地标草案。（4）广泛征询水务、市政、发改、园林、设计、科研机构、区县政府等单位的意见。 主要技术内容3.1暴雨径流量计算方法3.1.1采用推理公式计算雨水系统设计流量，应按下式计算。有条件的地区，雨水系统设计流量也可采用数学模型法计算。Qs=qΨF式中：Qs——雨水系统设计流量（L/s）；q——设计暴雨强度［L/（s·hm2）］；Ψ——径流系数；F——汇水面积（hm2）。注：当有允许排入雨水管道的生产废水排入雨水管道时，应将其水量计算在内。3.1.2区域性雨水干线的流量计算，除应按雨水管道流量计算方法计算外，还应采用其他小流域流量计算等方法复核。说明1、GB50014-2006室外排水设计规范（2011年版）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。鉴于目前发达国家已把雨水管渠作为一个系统考虑，并采用数学模型模拟降雨产汇流过程，对管网进行管理。因此，本标准也提出雨水设计流量的计算可采用数学模型法，其计算步骤可详见GB50014-2006室外排水设计规范（2011年版）。说明2、为方便具体规划设计工作，减少工作量，本标准根据相关单位多年的工作经验，结合北京市的具体情况，对雨水干线的汇水面积作出了基本规定。区域性雨水干线一般指汇水面积大于5平方公里的雨水管渠及泵站。 3.2暴雨强度公式3.2.1本标准给出的暴雨强度公式的选样方法为年多个样法。3.2.2北京市分为2个暴雨分区。以镇级行政区作为划分基础单元。3.2.3第I区设计暴雨强度应按如下公式（3.2.3）计算3064(10.74lgP)q(t11.35)0.912式中：q—设计暴雨强度［L/（s·hm2）］；t—降雨历时（min）；P—设计重现期（年）。适用范围为：t≤180min，p=0.25年～100年。说明1、研究表明北京市西北部降雨强度小于全市平均值；因此，以最大1h降雨量等值线将北京市划分为两个暴雨分区。考虑实际应用的可操作性，每个暴雨分区以镇级行政区作为基础划分单元，对于跨暴雨分区的乡镇，以乡镇政府所在地的位置确定乡镇所属暴雨分区。说明2、采用延庆站1965年～2008年共计44年的降雨资料，统计分析得出第Ⅰ区暴雨强度公式，是山后背风区的代表公式。数理统计分析采用的降雨样本选样方法是年多个样法，共选取了11个降雨历时（5min～180min），分别进行经验频率计算。采用皮尔逊III型曲线适线，采用6种方法推导公式，采用误差最小的公式。 3.2.4第Ⅱ区设计暴雨强度根据降雨历时和重现期的不同应分别按下列公式计算说明：第II区暴雨强度公式是采用观象台站的降雨数据推导2001(10.811lgP)q0.711的公式。目前北京市使用的公式（简称原公式）是于1983年(t8)推导完成的。该公式采用的是1941年～1980年共计40年的降适用范围为：t≤120min，p≤10年。雨资料，样本选样方法是年多个样法，共选取了9个降雨历时（5min～120min），计算每个历时的暴雨强度，并同时统计经验频率。1984年又完成了降雨历时120min～360min的公式1378(11.047lgP)q0.642。(t8)适用范围为：t≤120min，p＞10年。2010年，《北京市城市雨水系统规划设计标准研究》课题根据观象台站的降雨数据完成了新的公式（简称新公式），将降雨数据从1980年延至2008年，共计68年的降雨资料，降雨2313(11.091lgP)q0.759样本取样方法是年多个样法，共选取了11个降雨历时（5min(t10)适用范围为：360min≥t＞120min，p≤10年。～180min）。研究发现在短历时（5min～45min）、低重现期（3年～10年）情况下，新公式的降雨强度小于原公式，而该范围是雨水1913(11.321lgP)q管渠规划设计常用的范围，特别是道路立交桥雨水泵站的降0.744(t10)适用范围为：360min≥t＞120min，p＞10年。雨历时大部分小于10min；为保证城市的雨水排除安全，最终仍推荐采用原公式。 3.2.5雨水管渠的降雨历时t应按公式（3.2.5）计算。说明1：发达国家在运用推理公式法计算雨水流量时都没有采用折减系数。本市目前的雨水管渠规划设tc=t1+mt2计中采用了折减系数，虽达到了节省投资的目的，但同时也降低了雨水系统的安全性和设计标准。近式中：年来，北京市多次发生较严重的内涝，给人民生活t1-地面集水时间（min），视距离长短、地形坡度和地面铺装情况和生产造成了不利影响。为减少类似事件，有必要而定，一般可采用5min～15min（下凹桥区雨水泵站除外）。提高城镇排水设计标准。t2-管渠内雨水流行时间（min）；为提高雨水排除的安全性，GB50014-2006室外排m-折减系数，宜采用1。水设计规范（2011年版）提出经济条件较好、安全性要求高的地区，其雨水管渠折减系数m可取1。北京市将建设世界城市，无论是从经济角度还是从安3.2.6对于跨越暴雨分区的雨水管渠，下游管渠采用的设计暴雨强全角度来看，北京在全国均属于需要重点保护的地度不应低于上游。区，因此本标准确定宜采用m=1。说明2：因第II区的暴雨强度大于第I区，则当第I区雨水管渠的下游途径，其采用第II区暴雨强度公式位于第II区的管网应采用公式（3.2.4-1）～（3.2.4-4）计算暴雨强度。 3.3重现期3.3.1雨水管渠设计重现期应根据汇水范围内用地性质、地形特点和气候特征等因素确定。同一雨水系统可采用同一重现期或不同重现期。3.3.2雨水管渠及泵站的规划设计重现期，应按表3.3.2的规定选取。一般地区重要地区特别重要地区一般道路重要道路特别重要道路雨水管渠35103510雨水泵站55～101055～1010说明1：由于一条雨水管渠的不同管段位于的道路等级和其途经地区的重要性、地形特点、气候特征可能不同，因此其不同管段所对应的设计重现期可能不同。说明2：国家级党政军行政办公区为特别重要地区，市级党政军行政办公区、重点功能区、不耐水浸泡的重点文物保护单位、外事办公区、重要基础设施等为重要地区，其他地区为一般地区。说明3：特别重要道路指高速公路及城市快速路的城市段，重要道路指中心城和新城的城市主干道，一般道路指中心城和新城的城市主干道（不含）以下等级的城市道路，以及镇中心区和分散的规划城市建设区内的城市道路。对于穿越镇中心区的一级公路，其位于镇中心区内段如为城市主干道，则该段道路的雨水管渠规划设计重现期可采用5年一遇。说明4：对于地形低洼且无法通过重力流方式正常排水的建设区，以及短时暴雨可造成较大损失的地区，其雨水管渠及泵站设计重现期应在表3.3.2的基础上适当提高，并应采取雨水控制与利用措施。 3.3.3地铁、重要地下设施出入口等重要基础设施必须单独设防，其设防标准应结合具体情况依据相关规范确定。3.3.4下游雨水管渠设计重现期不应低于上游管渠。参加下游雨水管渠流量计算的全部汇水面积所对应的设计重现期应与下游管渠的设计重现期一致。3.3.5计算承担重要道路及城市主干道雨水排除任务的雨水管渠流量时，其全部汇水面积所对应的设计重现期均应采用该道路的设计雨水重现期。说明1：由于地铁、重要地下设施等的设防标准较高，城市雨水系统基本无法满足其要求，因此其设防标准应结合具体情况依据相关规范确定，并采取相关防涝措施，保证一般地区3年防涝安全。说:2：为保证雨水排除安全，充分发挥雨水管渠的整体作用，要求下游雨水管渠设计重现期不应低于上游管渠。当下游雨水管渠设计重现期高于上游雨水管渠时，如遇下游雨水管渠设计重现期的降雨，上游雨水管渠汇水面积所产生的雨水径流将通过上游管渠和地面汇流到下游管渠，为使下游雨水管渠切实达到其设计重现期要求，保证雨水排除安全，要求参加下游雨水管渠流量计算的全部汇水面积所采用的设计重现期应与该管渠的设计重现期一致。说明3：当位于重要道路的雨水管渠承担道路本身及其周边区域的雨水排除任务，并且该道路周边区域的雨水管渠设计重现期低于该道路时，如遇该道路设计重现期的降雨，道路周边区域的雨水径流将通过该区域的雨水管渠及地面汇流到该道路，为使该道路的雨水管渠切实达到其设计重现期要求，保证雨水排除安全，要求其流量计算的全部汇水面积所采用的设计重现期应与该管渠的设计重现期一致。 3.4径流系数3.4.1绿地、屋面和路面等不同种类下垫面的径流系数应依据实测数据确定，缺乏资料时可按表3.4.1选取。3.4.2汇水范围内的综合径流系数应根据不同地面种类的径流系数，按照其各自面积占汇水面积的比例，采用加权平均的方法计算得到。3.4.3不同用地类型的规划建设区规划综合径流系数参考值可按表3.4.3选取。3.4.4应依据相关规范和标准加强雨水控制与利用设施建设。表3.4.1不同地面种类径流系数表表3.4.3已建成区综合径流系数表地面种类径流系数用地类型综合径流系数绿地0.15～0.3公园绿地区0.30～0.40各类屋面、混凝土或沥青路面及广场0.85～0.95工业及集中居住区0.60～0.70大块石铺砌路面及广场0.55～0.70集中办公及集中商业区0.64～0.85沥青表面处理的碎石路面及广场0.55～0.65校园区0.60～0.65级配碎石路面及广场0.40～0.50干砌砖石或碎石路面及广场0.35～0.40非铺砌土路面0.25～0.35说明1：规划设计中，不同下垫面的径流系数可根据设计重现期进行选取，当重现期处于上限时，径流系数取范围值的上限值；当重现期为下限值时，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。说明2：表3.4.3规定了尚未建成的规划建设区的不同用地类型的综合径流系数的参考值选用范围。预见到已建成的旧平房区的建筑和道路密度很大，其综合径流系数应进行实地测量和计算；为减少工作量和缩短工作周期，其参考值可采用0.9。水面应控制雨水不外排。说明3：为保证雨水排除安全，减少积水灾害，充分利用水资源，改建及新建建设项目应实施雨水控制与利用设施建设。 3.5设计雨型设计雨型可用于雨水管渠和泵站的模拟计算，也可用于小流域设计洪水计算等。重现期为3年、5年、10年、20年、50年、100年一遇的最小时间段为5min、最大时间段为1440min的设计雨型分配过程详见附录A.1，其适用于1440min以内不同时间段的雨型推求。说明：设计雨型是依据北京市典型实测降雨资料采用同频率放大的方法分析计算得出的。不同重现期的历时分别为5min～1440min的设计降雨量应根据《北京市水文手册》第一分册暴雨图集推求。《北京市水文手册》第一分册暴雨图集是北京市水利局组织编制，于1999年9月发布的，其暴雨等值线图、各种历时暴雨特征值等适用于北京市范围。'