城镇排水防涝系统规划水力模型应用规范

北京市地方标准

编号：DB11/Txxxx—20xx

备案号：

城镇排水防涝系统规划水力模型

应用规范

Codeforapplicationofstormwaterfloodmodelinurbandrainage

andurbanfloodcontrolsystemplanninganddesign

（征求意见稿）

20xx-xx-xx发布20xx-xx-xx实施

北京市规划和自然资源委员会

联合发布

北京市市场监督管理局

1

1总则

1.0.1为提升北京市城镇排水防涝系统规划设计工作科技水平和成

果质量，指导和规范城镇雨洪模型应用技术方法，制定本标准。

1.0.2本标准适用于北京市行政区域内新建、改建、扩建城镇排水

防涝系统的规划和设计，以及内涝积水过程模拟与分析。

1.0.3本标准规定了城镇排水防涝系统规划设计雨洪模型应用的基

本方法，提出了模型构建与测试、参数率定与模型验证、模型应用以

及模型成果编制等相关工作的指导。

1.0.4城镇排水防涝系统规划设计雨洪模型除应符合本标准外，尚

应符合国家及北京市现行有关标准的规定。

1

2术语

2.0.1城镇雨洪模型urbanstormwatermodel

用于城镇排水（雨水）系统规划、设计及应用的数学模型，包括

产流模型、汇流模型、管渠（河道）水动力模型及地表漫流模型等。

2.0.2产流模型flowgenerationmodel

模拟降雨通过地表下垫面下渗、填洼、截留、蒸发等降雨损失后

形成地表径流过程的数学模型。

2.0.3汇流模型flowroutingmodel

模拟降雨产流后形成的净雨，通过地表汇流至汇水区域出口断面

过程的数学模型。

2.0.4管渠（河道）水动力模型channel/riverhydrodynamicmodel

模拟水流在管渠或河道中随时间运动及演进过程的数学模型。

2.0.5地表漫溢模型overlandflowmodel

模拟雨水从管渠雨水口或河道漫溢出地表后，在地表坡面运动过

程的数学模型。

2.0.6雨量径流系数volumetricrunoffcoefficient

设定历时内降雨产生的径流总量与总降雨量之比。

2.0.7洪峰流量径流系数peakrunoffcoefficient

洪峰流量的径流强度与形成洪峰流量历时内平均降雨强度之比。

2.0.8模型测试modeltest

对排水防涝系统构成要素空间分布和连接性进行核实，及对模型

计算的稳定性进行评判的过程。

2.0.9参数率定parametercalibration

调整模型参数使模型模拟结果与监测数据相吻合的过程。

2.0.10模型验证modelvalidation

根据独立于参数率定选用的监测数据检查模型准确性的过程。

2

3基本规定

3.0.1考虑城镇范围内不同汇水区域地表渗透性能的差异、降雨时

空分布的不均匀性、管网及地表非线性汇流过程等因素，在城镇排水

防涝规划设计工作中应构建城镇雨洪模型，分析内涝风险、评估方案

实施效果，优化规划设计方案。

3.0.2根据规划设计不同阶段和模型应用目的，城镇排水防涝系统

规划设计雨洪模型可分为三种类型：框架模型、概化模型和详细模型。

1框架模型主要目的是识别低洼易涝区域，可辅助编制总体规划

方案；

2概化模型主要目的是分析规划区域内涝风险，评估主要排水防

涝设施能力，可辅助编制详细规划及排水防涝专项规划方案；

3详细模型主要目的是分析建设项目内涝风险，可辅助编制排水

防涝工程设计方案。

3.0.3模型的构建和应用应明确规划设计工况、模型方法、参数选

取和边界条件设置，并应开展模型的不确定性分析。

3

4模型构建与测试

4.1一般规定

4.1.1城镇排水防涝系统规划设计雨洪模型应符合下列一般性规定：

1模型工具通常宜具备输入输出、数值模拟和计算结果可视化的

功能；

2宜包括产流模型、汇流模型、管渠（河道）水动力模型和地表

漫溢模型，应根据应用目的选择适宜模型；

3当考虑源头海绵设施的影响时，宜包括源头减排设施模型，模

型构建方法及参数应参照附录B执行

4模型应具有良好的稳定性，在合理初始条件下模拟结果精度应

满足城镇排水防涝系统规划设计需求。

4.1.2当模型资料范围和精度不能满足城镇排水防涝系统规划设计

雨洪模型构建要求时，需开展补充测量和测验工作。

4.2资料收集

4.2.1模型基础数据资料宜包括降雨资料、地面高程资料、下垫面

资料、排水管渠（设施）资料、城镇河道（蓄涝区）资料、流量和水

位监测资料、设施运行资料和边界条件等。

4.2.2模型应收集的降雨资料通常包括长序列历史降雨资料、场次

监测降雨资料和合成设计降雨，并应符合下列规定：

1长序列历史降雨资料主要用于分析降雨特征及演变规律，有效

时间段内数据间隔不宜大于1小时；

2场次监测降雨资料主要用于参数率定和模型验证，应包括完整

的一次降雨发生过程，数据间隔宜采用5-10分钟；

3合成设计降雨常用于分析一定重现期标准下的城市排水防涝

特征，辅助编制排水防涝规划设计方案，数据间隔不应大于5分钟，

并应参照附录A执行。

4

4.2.3地面高程数据的精度应根据模型类型确定。详细模型的地面

高程数据测图比例尺不宜小于1:500，概化模型不宜小于1:5000，框

架模型不宜小于1:10000。

4.2.4排水管渠（设施）资料宜包括：

1排水流域范围、边界条件及相应排水体制；

2排水管渠、检查井、雨水管渠排放口、合流制溢流排放口、污

水截流井、排水泵站等设施的空间布局、拓扑关系、结构物理属性和

运行管理数据；

3限制系统整体转输、截流能力的管渠、附属构筑物位置及其实

际转输或截流能力；

4排水管渠的混接错接、入流入渗情况；

5项目范围内排水防涝规划、系统化实施方案、工程设计文件和

竣工资料等。

4.2.5城镇河道（蓄涝区）资料宜包括：河道断面高程数据、河道

断面分区粗糙系数；蓄涝区底部地形、水深-容积关系曲线；水闸、

桥梁、涵洞、堰坝、泵站等设施结构尺寸和运行控制规则；水文站监

测断面水位、流速和流量资料等。

4.2.6流量和水位监测资料应符合现行国家标准《城市排水防涝设

施数据采集与维护技术规范》GB/T51187的有关规定，并应符合下

列规定：

1监测数据时间段应覆盖一场完整的降雨过程，包括降雨停止后

系统的退水过程，并宜记录雨前无雨天数；

2降雨时段内，监测数据采样时间间隔不宜大于5min；

3监测数据成果使用前，应进行数据质量评估、问题数据甄别及

修正，确保数据的准确性和时效性。

4.3模型构建

4.3.1模型数据整理与导入过程应包括数据导入模型软件、拓扑结

构检查、评估缺失数据和可疑数据、数据推断、数据修改、数据标签

设置等。

5

4.3.2模型中的设计降雨应根据城市气象规律、汇水区域特征以及

规划设计需求等综合确定，并应符合下列规定：

1应用于排水管渠规划设计时宜采用短历时设计降雨，短历时设

计降雨历时宜取1~3h，并应覆盖系统完整汇流时间，最小时间步长

宜为5min；

2应用于城镇内涝防治系统规划设计时应采用长历时设计降雨，

长历时设计降雨历时宜取24h，并应覆盖系统完整汇流时间，最小时

间步长宜为5min；

3应用于大排水系统、小排水系统衔接能力评估时，可采用长、

短历时设计降雨相互校核。

4.3.3产流模型选择及参数设置应符合下列规定：

1应根据模型使用目的以及可获取的基础资料实际情况，合理选

择产流模型类型，并对模型的适用条件和参数做详细分析和评估；

2根据以往经验，可采用固定径流系数法、降雨径流相关图法或

初损后损法进行净雨过程计算，各种方法涉及主要参数详见表4.3.3。

表产流模型方法及其参数选择表

产流模型方法方法概述主要参数

4.3.3

洪峰流量径流系数

固定径流系数降雨落到地面后按照径流系数进行净雨量

雨量径流系数

法折减

径流系数修正系数

通过选取北京市中心城区次降雨70毫米

以上降雨，共13场，126站次降雨资料；不透水面积比例（%）

降雨径流相关

共13个水文流量站，151站次流量资料，次降雨量（mm）

图法

建立以不透水面积百分比为参数的降雨径次径流深（mm）

流相关图

植物截留量（mm）

降雨产流以前的总损失水量称为初损，通

初始填洼量（mm）

常包括植物截留、填洼及产流前下渗的水

下透速率（mm/h）：一般可

量；后损即流域产流后下渗的水量。通常

初损后损法采用下渗曲线描述（如霍顿

将流域分为透水区域和不透水区域，认为

下渗曲线），其中可能涉及

在透水区域前、后损过程都会发生，而在

参数包括：初始下渗率、稳

不透水区域则只会发生前损

定下渗率以及衰减常数

3宜运用实测资料对产流模型参数进行校正，并满足参数率定与

模型验证相关标准和要求。

4.3.4汇流模型选择及参数设置应符合下列规定：

6

1应根据汇水区域的概化情况以及可获取的基础资料实际情况，

合理选择汇流模型类型，并对模型的适用条件和参数做详细分析和评

估；

2根据以往经验，可采用等流时线法、非线性水库法、、时段单

位线法等进行地表汇流模拟，方法涉及主要参数详见表4.3.4-1。

表4.3.4汇流模型方法及其参数选择表

汇流模型方法方法概述主要参数

将汇水区域划分成为有限个等流时块，每一

汇流速度（汇流时间）

等流时线法个等流时块在汇流时段内的降雨径流累加

汇流曲线类型

到达出口断面

特征宽度

非线性水库把地表汇流看作是非线性水库的调蓄过程平均坡度

地表粗糙系数

单位时段均匀分布的单位净雨量在出口断

时段单位线法单位时段、单位净雨

面形成的流量过程线

3宜运用实测资料对汇流模型参数进行校正，并满足参数率定与

模型验证相关标准和要求。

4.3.5管渠（河道）水动力模型构建及参数设置应符合下列规定：

1管渠内的水流运动模拟应采用基于一维圣维南方程组的数值

模拟计算，河道宜采用基于一维或二维圣维南方程组的数值模拟计算；

2管渠（河道）粗糙系数应依据实测数据确定，缺乏资料时可按

表4.3.5-1、2选取；

表4.3.5-1不同类型材质的管渠粗糙系数（曼宁粗糙系数n值）取值表

管渠类别曼宁粗糙系数n管渠类别曼宁粗糙系数n

混凝土管、钢筋混凝土管、水泥砂土明渠

0.0130.0140.0250.030

浆抹面渠道~（包括带草皮）~

水泥砂浆内衬球墨铸铁管0.011~0.012干砌块石渠道0.020~0.025

石棉水泥管、钢管0.012浆砌块石渠道0.017

UPVC管、PE管、玻璃钢管0.009~0.010浆砌砖渠道0.015

表4.3.5-2不同表面特征的河道粗糙系数（曼宁粗糙系数n值）取值表

河道表面特征曼宁粗糙系数n

抹光的水泥抹面0.012

光滑的护面0.015

粗糙的护面0.017

紧密黄土或细石乐土渠，有薄淤泥层0.018

7

河道表面特征曼宁粗糙系数n

紧密粘土、黄土、壤土的渠道，养护条件在中等以上

0.02

的渠道

紧密粘土、黄土、壤土的渠道，有薄淤泥层，开凿的

0.0225

很好的岩石渠道

良好的干砌石渠道，养护条件中等的土渠0.025

养护条件低于一般标准的土渠0.0275

条件较差的土渠0.03

条件很恶劣的渠道（如断面不规则等）0.035

条件异常恶劣的渠道（如有塌岸石块等）0.04

3采用圣维南方程组模拟管渠（河道）水流运动过程，宜采用动

力波方法进行模拟；

4应根据实测数据和模型目的，合理设置管渠（河道）水动力模

型的出口水位边界条件。

4.3.6地表漫溢模型构建宜符合下列规定：

1地表漫溢模型宜进行地表网格划分，并采用二维水动力学方法

进行模拟；

2地表漫溢模型宜与管渠（河道）水动力模型相互耦合模拟。

4.4模型测试

4.4.1在模型应用前，应对模型中排水防涝系统构成要素空间分布

和连接性进行核实，可采用异常值检查和拓扑关系抽查方法，并通过

现场勘查、人工经验判断方式对发现的问题进行处理。

4.4.2在模型应用前，应对模型运行的稳定性进行测试和修正，修

正后模型应符合下列规定：

1模型计算应能够正常收敛，计算过程应基本稳定；

2除有调蓄功能的节点外，节点水量连续性误差不应大于10%；

3系统总水量连续性误差不宜大于5%；

4当模型中存在泵站、水闸、堰等附属构筑物时，其运行调度方

式应符合实际情况或规划设计工况。

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5参数率定与模型验证

5.1一般规定

5.1.1参数率定与模型验证步骤应包括：

1评估实测数据可用性,确保用于参数率定和模型验证的数据满

足质量和数量要求；

2采用一套或多套独立数据进行参数率定，对比模型结果与实测

数据，合理调整模型参数，使模型结果与实测数据满足参数率定标准；

3采用另外一套或多套独立数据进行模型验证，评估模型结果与

实测数据的拟合程度是否满足模型验证标准。

5.1.2参数率定和模型验证数据可来自现场实测数据、调研数据、

遥感数据等。

5.1.3参数率定和模型验证前，应根据模型方法确定率定参数，并

开展参数灵敏度分析。

5.2率定与验证标准

5.2.1基于实测数据进行参数率定和模型验证时，应满足至少两场

独立降雨事件的模拟结果与实测数据拟合程度符合相应标准。

5.2.2框架模型率定与验证时应确保模型模拟的内涝积水点覆盖常

见积水点和关键区域易涝点。

5.2.3概化模型率定与验证时，对于管渠（河道）水动力模型应以

总流量相对误差、峰值相对误差、峰现时间绝对误差和纳什效率系数

为目标函数，满足以下标准之一：

1总水量偏差不应大于20%，时间序列数据的峰现时间偏差不应

大于1h，峰值偏差不应大于25%；

2总水量偏差不应大于20%，且时间序列数据的纳什效率系数不

应小于0.5。

5.2.4详细模型率定与验证时，对于管渠水动力模型除了满足第

5.2.3条中的相关规定外，还应满足如下要求：

9

1已超载的关键节点，超载深度差在＋0.5m至－0.1m范围内。

2未超载的关键节点（比如在合流制溢流井处），深度差在±0.1m

以内。

5.2.5基于规划设计数据构建城镇雨洪模型时，模型参数应根据相

关规划设计工况和当地气候、地理、水文等条件合理确定。

10

6模型应用

6.0.1框架模型模拟对象包括地形等，模拟计算宜考虑排水防涝系

统的能力；计算模型包括产流模型、汇流模型、地表漫流模型等。应

用场景包括：

1辅助划定汇水区域范围，确定模型模拟边界；

2快速识别低洼易涝区域，快速评估城镇内涝风险；

3辅助编制总体规划方案。

6.0.2概化模型模拟对象包括地形、河道、蓄涝区、主要雨水管渠、

雨水泵站、调蓄水池等，概化模型宜对模拟对象进行概化处理；计算

模型包括产流模型、汇流模型、管渠（河道）水动力模型、地表漫流

模型等。应用场景包括：

1评估河道、蓄涝区、主要雨水管渠、雨水泵站、调蓄水池等市

政排水防涝设施能力，开展区域内涝积水风险定量分析；

2辅助编制详细规划及排水防涝专项规划方案；

6.0.3详细模型模拟对象包括地形、河道、蓄涝区、雨水管渠、雨

水泵站、调蓄水池及其附属设施等；模型应包括产流模型、汇流模型、

管渠（河道）水动力模型、地表漫流模型等。详细模型除6.0.1、6.0.2

条的应用情景以外，还可用于：

1评估建筑小区等地块内排水防涝设施能力，开展地块内涝积水

风险定量分析；

2辅助编制建设项目排水防涝工程设计方案；

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7模型成果编制

7.1一般规定

7.1.1模型成果应包括模型专题报告及模型附件两部分。

7.1.2模型成果编制过程中应遵循“完整真实、简洁高效”的原则。

7.2专题报告

7.2.1专题报告应包含项目概况、资料收集、模型构建与测试、参数率定与

模型验证、模拟工况与模拟结果、模拟结果分析及应用结论等主要章节。

7.3模型附件

7.3.1模型附件应包括模型说明文件和模型工程文件，可附加模型数据记录、

监测数据记录和模型过程数据。

7.3.2模型说明文件内容应包括基础数据说明、模型参数取值、模拟工况及

模拟结果。

7.3.3模型工程文件应包括模型空间及属性数据、时间序列数据、模型运行结

果、其他模型文件。

7.3.4模型数据记录宜包括系统原始数据记录、修改增补数据记录、模型参

数设置表、时间序列数据表、其他数据记录。

7.3.5模型过程与结果数据宜包括参数率定、模型验证、工况分析等各阶段

结果数据图表。

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附录A北京市设计降雨计算方法及附表

A.0.1北京市设计降雨计算方法应符合现行北京市地方标准《城镇雨水

系统规划设计暴雨径流计算标准》DB11/T969的相关规定。

A.0.2短历时设计降雨的总历时应为3小时，时间步长应为5分钟，依

据北京市现行2个暴雨分区，分别构建Ⅰ区和Ⅱ区的短历时设计降雨不同时

段雨量分配表如下：

表A.1Ⅰ区短历时设计降雨不同时段雨量分配表（%）

序号H180-H150H150-H120H120-H90H90-H60H60-H45H45-H30H30-H15H15-H5H5

113.64

217.88

316.06

422.12

516.67

613.63

713.93

814.84

919.24

1015.64

1121.78

1212.90

1310.99

1419.45

1525.73

1619.08

1720.23

1813.92

198.58

2012.46

2147.43

22100.00

2352.57

2438.54

2537.72

2623.74

2741.85

2826.69

2931.46

3038.50

3136.63

13

序号H180-H150H150-H120H120-H90H90-H60H60-H45H45-H30H30-H15H15-H5H5

3224.87

3314.61

3421.24

3519.63

3615.75

表Ⅱ区短历时设计降雨不同时段雨量分配表（）

序号H180-H150H150-H120H120-H90H90-H60H60-H45H45-H30H30-H15H15-H5H5

A.2%

129.29

239.69

346.67

4100.00

553.33

634.55

725.76

849.88

920.82

1041.02

1130.79

1228.19

1317.52

1415.06

1519.12

1626.12

1710.93

1811.25

1916.02

2014.86

2116.80

2213.88

2319.74

2418.71

2525.23

2615.73

2712.46

2816.76

2913.63

3016.19

3120.90

3218.21

14

序号H180-H150H150-H120H120-H90H90-H60H60-H45H45-H30H30-H15H15-H5H5

3313.24

3412.88

3515.14

3619.64

A.0.3短历时设计降雨各历时雨量计算应根据现行北京市暴雨强度公

式计算确定。分别计算I区和Ⅱ区不同重现期的3小时历时、5分钟步长设计

降雨过程如下：

表Ⅰ区不同重现期小时历时、分钟步长设计降雨过程表单位：

时段A.310年一遇355年一遇3年一遇mm2年一遇

10.190.170.140.13

20.250.220.190.17

30.230.190.170.15

40.310.270.230.21

50.240.200.180.16

60.190.170.140.13

70.250.220.190.17

80.270.230.200.18

90.480.410.360.31

100.390.330.290.26

110.540.460.400.36

120.320.270.240.21

130.270.230.200.18

140.480.410.360.32

150.980.840.730.65

160.730.620.540.48

170.770.660.580.51

180.530.450.400.35

190.330.280.240.22

200.480.410.350.31

215.784.934.303.80

2212.6910.829.448.35

236.415.464.774.21

243.222.752.402.12

253.152.692.352.07

261.981.691.481.31

271.891.621.411.25

281.211.030.900.79

15

时段10年一遇5年一遇3年一遇2年一遇

291.421.211.060.94

301.140.970.850.75

311.090.930.810.71

320.740.630.550.49

330.270.230.200.17

340.390.330.290.25

350.360.300.270.23

360.290.240.210.19

累积雨量50.2842.8737.4033.07

表Ⅱ区不同重现期小时历时、分钟步长设计降雨过程摘录表，单位：

时段A.410年一3遇55年一遇3年一遇m2m年一遇

12.942.492.161.89

25.935.024.353.82

37.936.725.825.11

414.4512.2410.619.31

59.067.676.655.84

65.164.373.793.32

73.853.262.822.48

85.004.243.673.22

92.091.771.531.35

103.152.672.312.03

112.362.001.731.52

122.161.831.591.39

132.041.731.501.32

141.761.491.291.13

152.231.891.641.44

163.052.582.231.96

171.271.080.940.82

181.311.110.960.84

191.431.211.050.92

201.331.120.970.86

211.501.271.100.97

221.241.050.910.80

231.761.491.291.14

241.671.421.231.08

251.861.571.361.20

261.160.980.850.75

270.920.780.670.59

16

时段10年一遇5年一遇3年一遇2年一遇

281.231.040.900.79

291.000.850.740.65

301.191.010.870.77

311.321.120.970.85

321.150.970.840.74

330.840.710.610.54

340.810.690.600.52

350.960.810.700.62

361.241.050.910.80

累积雨量98.3583.2872.1763.35

A.0.4长历时设计降雨的总历时应为24小时，时间步长应为5分钟，

依据北京市现行2个暴雨分区，分别构建Ⅰ区和Ⅱ区的长历时设计降雨不同

时段雨量分配表如下：

表Ⅰ区长历时设计降雨不同时段雨量分配表（）

序H1440-H720-H360-H240-H180-H150-H120-H30-HH15-H

H90-H60H60-H45H45-H30H5

号H720H360H240A.5H180H150H120H90%155

10.33

20.23

30.39

40.36

50.44

60.49

70.36

80.16

90.23

100.42

110.29

120.16

130.26

140.36

150.21

160.31

170.93

181.69

191.43

201.32

211.61

221.95

231.01

17

序H1440-H720-H360-H240-H180-H150-H120-H30-HH15-H

H90-H60H60-H45H45-H30H5

号H720H360H240H180H150H120H90155

240.86

250.73

260.93

270.93

281.43

292.81

303.42

315.78

325.17

334.79

341.21

351.81

361.89

372.13

382.58

391.98

402.89

414.18

425.78

4310.26

445.93

457.22

464.79

475.93

486.23

494.33

508.06

517.64

529.03

539.44

5410

559.31

566.67

576.25

587.36

598.33

609.72

618.19

6213.64

6317.88

6416.06

6522.12

18

序H1440-H720-H360-H240-H180-H150-H120-H30-HH15-H

H90-H60H60-H45H45-H30H5

号H720H360H240H180H150H120H90155

6616.67

6713.63

6813.93

6914.84

7019.24

7115.64

7221.78

7312.9

7410.99

7519.45

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