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海绵城市建设模型输入的设计暴雨周玉文北京工业大学教授2018年11月2018海绵城市规划建设论坛暨第七届城市排水防涝与雨水控制利用技术研讨会2018-汇报提纲•海绵城市建设工程的设计工况•各设计工况的设计暴雨•雨水管渠设计暴雨•防涝工程设计暴雨•排涝工程设计暴雨•防洪工程设计暴雨•源头减控工程（LID）设计暴雨•结论2018-汇报提纲•海绵城市建设工程的设计工况•各设计工况的设计暴雨•雨水管渠设计暴雨•防涝工程设计暴雨•排涝工程设计暴雨•防洪工程设计暴雨•源头减控工程（LID）设计暴雨•结论2018-海绵城市建设工程的设计工况•源头减控工程（LID）——面源污染控制、雨水利用、提高排水管网设计标准和城市防涝工况•雨水管渠工程（小排水系统MinorDrainageSystem）——管网设计工况•城市防涝工程（大排水系统上游MajorDrainageSystem）——管网溢流设计工况•城市排涝工程（大排水系统下游、排水受纳水体MajorDrainageSystemandReceivingWaterBody）——受纳水体设计工况•城市防洪工程（排水受纳水体ReceivingWaterBodyofUrbanStormWater）——河道、水库、蓄滞洪区设计工况2018-海绵城市建设工程的设计工况2018-海绵城市建设工程的设计工况•模型输入条件•天上——设计暴雨•地上——地表、地下管网、河道、高程等•水力学和水文学参数、下游边界条件等•构造不同的设计工况的设计暴雨不同•模型输入的设计暴雨由设计暴雨过程线组成•笼统的称为雨型是不对的2018-海绵城市建设工程的设计工况•降雨观测数据•气象部门的数据•水利部门的数据•差别•设置观测点位置不同•服务对象不同•整理数据的方法不同2018-海绵城市建设工程的设计工况•应澄清的基本概念•城市防涝工程与雨水排水工程的差别——大排水与小排水系统•城市防涝工程与排涝工程的差别——排除或蓄存超标雨水的工程设施•城市防涝工程与防洪工程的差别——在国外都称为FLOOD，在国内应称为外洪、内涝2018-海绵城市建设工程的设计工况•可以采用气象部门降雨数据构造的设计工况•源头小区、雨水管网和防涝工程设施的设计暴雨•可以采用水利部门降雨数据构造的设计工况•排涝工程和防洪工程的设计暴雨•混淆了使用数据条件的带来的问题2018-汇报提纲•海绵城市建设工程的设计工况•各设计工况的设计暴雨•雨水管渠设计暴雨•防涝工程设计暴雨•排涝工程设计暴雨•防洪工程设计暴雨•源头减控工程（LID）设计暴雨•结论2018-雨水管渠设计暴雨•新中国建国后，我国一直采用年多个样本的降雨采样方法，其频率不是年频率，而是次频率。雨水管网的设计重现期也比较低，从一年4次（0.25年）开始•为了使城市雨水管网的设计标准与国际标准和国内的水利工程相一致，采用年最大值采样方法条件下的城市暴雨强度公式参数计算方法•现在的设计重现期调整为2~5年2018-雨水管渠设计暴雨•采样、频率分析、公式拟合、误差分析、应用分析•PIII频率分析注重低重现期部分的拟合精度•成果包括公式和芝加哥雨型降雨过程线2018-雨水管渠设计暴雨•采用年最大值采样方法可以获得重现期大于2年事件的可靠估计（预测）•用于计算重现期等于1年事件是不可靠的•由于频率分析方法采用了PIII频率分析低重现期部分的拟合精度控制策略，因此高重现期部分的拟合精度较差，数值偏低•短历时设计暴雨过程线可以用于评估管网的排水能力，用于内涝风险分析评价时结果偏低2018-防涝工程设计暴雨•城市防涝工程是排除和蓄存超过雨水管网排水能力、小于城市防洪标准的地表漫流雨水工程设施，发达国家一般采用城市道路作为超标雨水的行泄通道（称为大排水系统MajorDrainageSystem）•为了科学的规划和设计城市防涝工程，采用长历时（1440min）设计暴雨的降雨过程。•防涝工程包括行泄通道、调蓄设施和泵站等2018-防涝工程设计暴雨•防涝工程设计暴雨用于与城市防涝工程相关的设计计算，可以构造城市防涝设计工况•在最大值采样方法的基础上，长历时暴雨强度公式P-III曲线频率应采用高重现期部分拟合优化策略。•基于气象点雨量数据编制城市排水防涝系统设计的长历时（24小时）暴雨（强度）量公式、降雨过程的方法•24小时城市内涝防御工程设计暴雨为包括设计暴雨强度公式和雨型结合的合成内涝防治设计暴雨过程线2018-防涝工程设计暴雨•城市排水防涝工程设计暴雨的编制原则•采用气象部门降雨数据，区别于水利部门采集面雨量数据方法，计算精度要求高于水利部门的相关规定•最大平均时段降雨同频率事件组合原则合成设计降雨过程线，即每一个汇水时间对应的降雨都是相同设计重现期•防涝工程设计暴雨频率分析注重高重现期部分拟合精度，低重现期部分拟合精度差，数值偏低•排水和防涝工程设计暴雨不同（不同的暴雨历时和暴雨雨型）2018-防涝工程设计暴雨•采样、频率分析、公式拟合、误差分析的方法短历时类似•频率分析注重高重现期部分拟合精度2018-防涝工程设计暴雨•采集10场历史最大24小时降雨事件•参考水利部门最大24小时设计降雨•根据24小时暴雨强度公式计算时段降雨量2018-排涝工程设计暴雨•排涝工程属于水利工程，依据城市防洪工程设计规范，参考水文手册进行设计•设计暴雨一般为1个小时时段的降雨过程2018-排涝工程设计暴雨•排涝工程的设计工况是计算在设计重现期条件下能够进入河道的最大流量，用来确定排涝河道设计断面，类似于推理公式法•根据水文站24、6、1小时PIII频率曲线分析成果，采用类似公式计算其它时段的降雨量没有暴雨强度公式准确•统一排涝与防涝设计工况还需要时间2018-防洪工程设计暴雨•防洪工程属于水利工程，依据城市防洪工程设计规范，进行设计•大江、大河一般都建有水文站，采用流量发生的重现期确定设计流量•特殊情况下，采用最大可能降雨推算设计流量2018-防洪工程设计暴雨•排涝工程和防洪工程是排水和防涝工程的下游，科学确定下游边界条件非常重要•应科学区分防涝与排涝工程的差别2018-源头减控工程（LID）设计暴雨•应根据LID设施的设计目标构建设计暴雨•一般LID设施设计——降雨量（年径流总量控制率）•城市防涝削峰调蓄池设计——24小时设计暴雨•提高雨水管网标准调蓄池设计——3小时设计暴雨•雨水利用设计设计暴雨——雨水利用规范2018-汇报提纲•海绵城市建设工程的设计工况•各设计工况的设计暴雨•雨水管渠设计暴雨•防涝工程设计暴雨•排涝工程设计暴雨•防洪工程设计暴雨•源头减控工程（LID）设计暴雨•结论2018-结论•科学构建设计工况是工程设计的前提条件，设计暴雨是描述设计工况的主要参数•城市暴雨强度公式采用固定Cs/Cv=3.5、Cv单增策略，提出了P-III一族曲线人工适线参数优化方法。•提出了P-III分布短历时采用低重现期、长历时采用高重现期部分最佳拟合优化目标策略。•新的设计暴雨编制方法的设计重现期实现了市政排水、防涝与水利排涝工程的衔接。2018-结论•提出的长历时设计暴雨编制方法的暴雨强度公式部分符合国标《室外排水设计规范》的有关规定，设计雨型部分符合水利部门有关规定，在设计暴雨的精度方面有所创新。•提出了选取历史上最大10场24h降雨过程，基于水利部门同频率分析法和倍比放大法为基础的雨型构造方法，时段为5min，与水利部门1h相比，更加精细化。2018-谢谢各位敬请批评指正！周玉文Tel13581828799Emailzhouyw68@bjut.edu.cn2018-