北京市城市雨水系统规划设计标准研究

 

1 前言

图1 2004年7月28日复兴门桥积水

        近年来,北京市经济飞速发展,城市化进程较快,土地硬化面积越来越大,城市“热岛效应”突显,加上全球气候变暖等原因,造成极端天气事件明显增多,汛期区域环境恶化、交通阻塞,财产受损现象频繁发生。当前,人们对城市积水或内涝十分敏感,对雨水系统重要性的认识不断提高,对雨水系统的规划、设计、建设和管理提出了更高要求。在这样的背景下,由北京市城市规划设计研究院会同北京市气象、水文、设计、高校等单位对北京市城市雨水系统规划设计标准进行研究、校核与修订。

 

 

2 目标

        按照北京市防洪排涝要求,与规划设计方法体系相适应,研究适合北京气候特点和经济发展需要的城市雨水系统规划设计标准,提高城市雨水基础设施保障城市安全运行的能力,减少洪涝灾害。

 

3 内容

 

 

 

        研究内容包括:北京市城市雨水系统规划设计方法研究、北京市降雨变化趋势研究、北京市暴雨强度公式修订及研究、北京市径流系数研究、北京市中心城降雨雨型研究、北京市城市雨水系统规划设计重现期研究。

 

 

4 立意构思

1)首先,在国内外设计方法比较的基础上,研究适合北京市的雨水系统规划设计方法、校核方法和评价方法,分析各个阶段对应的设计标准,以指导后续各项研究工作;同时分析北京市降雨时空变化

 

 

        趋势,为后续研究工作奠定基础;2)在上述工作指导下,重点开展北京市暴雨强度公式、降雨雨型、径流系数和设计重现期等研究工作;3)将各项标准的研究成果综合分析,与现行标准体系相比较,推荐新的雨水系统规划设计标准。

 

 

5 技术路线

        技术路线如图2所示。

 

6 研究内容

6.1 规划设计方法研究

         对国内外设计理论基础、设计流量计算方法和规划设计标准三方面进行了调查和比较,并结合我国现有国家规范、行业规定和技术条件,提出引入水力模拟技术,研究适宜北京的城市雨水系统规划计算、校核与评价方法,如图3所示。

6.2 降雨变化趋势

 

 

 

        对历史上北京市降雨随时间变化的趋势进行了统计分析,近50年以来,日降雨强度有增大的趋势,暴雨集中度增加,并对未来50年降雨变化趋势进行了预测。

 

       采用主成分分析法、等值线图分析法和距平百分率法研究了降雨空间变化规律,最终将北京地区分为4个暴雨区域,如图4所示。

6.3 暴雨强度公式

        暴雨强度公式是根据代表站的历史气象资料,采用数理统计方法来推导,其推求过程包括样本选取、频率分析、参数求解三个主要环节。

        本课题对延庆站、海淀站、观象台站、密云站和大兴站分别采用年多个样法和年最大值法两种取样方法推导暴雨强度公式。经比较分析,将4个暴雨分区合并为2个,分别对应选取了具有代表性的暴雨强度公式。

6.4 降雨雨型

        基于北京市中心城代表站(观象台站、松林闸站、东直门站)的长系列高精度降雨资料,采用同频率分析方法和Pilgrim & Cordery法分别推求了1440分钟长历时降雨雨型和180分钟、120分钟、60分钟短历时降雨雨型,如图5~8所示。

 

图5 5分钟间隔1440分钟降雨雨型(P=5a)

图6历时60分钟的降雨雨型

图7历时120分钟的降雨雨型

图8历时180分钟的降雨雨型

 

 

 

图9 径流系数研究案例(首师大和金融街)

6.5 径流系数

 

        首先,通过资料调研和实验研究,对单材质径流系数进行了调研。在此基础上,采用统计分析法和典型调查法,分别测算出平房区、老居住区、新居住区、学校体育区、公园区、商业区和工业区的综合径流系数,最终推荐规划建设区适合的综合径流系数。另外,本课题还研究了雨水控制和利用措施对综合径流系数削减程度的影响。

6.7 设计重现期

        采用国内外城市标准对比分析法和社会总投入最低分析法研究。结论为:北京市域一般地区雨水系统设计重现期宜采用1~3年一遇,重点地区宜采用3~5年一遇。其中,北京市中心城雨水系统宜采用重现期标准上限,即一般地区采用3年一遇,重点地区及主要道路采用5年一遇,特别重要地区宜采用10年一遇。新城、镇中心区及远郊县城应酌情确定。

 

7 创新性

本研究创新点如下:

  1. 应用主成分分析方法对短历时降雨进行分区研究。
  2. 利用天气模式预估结果和气候发生器方法预估未来降雨趋势。
  3. 利用广义极值分布和广义帕雷托分布方法预测北京市未来不同历时、不同重现期最大降雨量。
  4. 以同频率方法推求5分钟间隔的1440分钟设计暴雨雨型。
  5. 以Pilgrim & Cordery法推求5分钟间隔的180分钟设计暴雨雨型。
  6. 基于社会总投入最低方法的雨水系统规划设计重现期研究。
  7. 研究积水深度影响下的车速模型、车速影响下的经济损耗模型,推求积水交通损失。
  8. 引入计算机模拟技术构建城市雨水系统评价体系。

 

8 实用性

        经专家评审认为,该研究成果可以作为下阶段制定北京市雨水系统规划设计地方标准的依据,并可作为北京市雨水系统规划设计工作的参考。