奥林匹克公园中心区下沉花园雨洪调蓄与利用讲稿.ppt

北京市建筑设计研究院,北京奥运场区雨洪资源利用-奥林匹克公园中心区下沉花园雨洪调蓄与利用,郑克白教授级高工2011.03.30,前言中心区下沉花园简介下沉花园雨洪调蓄与利用方案简介下沉花园蓄洪方案设计计算下沉花园雨洪利用设计参数验证小结,内容简介,1.前言,北京市是水资源严重短缺的城市，人均水资源占有量不足300m3。另外：随着城市的发展，城区不透水面积增长，区域径流系数增加，汛期径流量和峰值加大，易产生积滞水等城市内涝。雨水收集利用是解决或缓解发展过程中面临的上述问题的重要措施之一。可以削减峰值流量，减轻城市防洪排洪的压力；还可以为城市提供新的供给水源，减少自来水使用量。为办好2008年北京奥运会，北京市政府提出了“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的理念。在奥运场区建设了大面积的雨洪利用示范工程，并取得了较好的效果。,1.前言,奥林匹克中心区下沉花园雨洪利用系统是整个中心区雨洪利用的重点，因其地势特殊，将防洪系统作为首要问题考虑并将蓄洪与雨水收集系统有机结合起来形成一个体系，成为其特点。当前，中心城区寸土寸金，地下建筑越来越普遍，另外城市轨道交通发展迅速，集交通枢纽、休闲购物、文化娱乐为一体的大型地下城市空间越来越多见，因此，下沉花园雨洪利用系统得到越来越多的推广和应用。,2.中心区下沉花园简介,奥林匹克公园中心区位于北京市中轴线的北端，为2008年奥运会主赛区，规划总用地面积约115公顷。共由3部分组成：第一部分为奥林匹克公园森林公园，其位于辛店村路以；第二部分为奥林匹克公园中心区；第三部分为国家奥林匹克体育中心用地及南部预留地。奥林匹克公园中心区沿中轴线两侧形成重要景观区，将成为由现代城市生活向自然生态的过渡空间，为市民生活、休憩、娱乐的理想场所。2008年，这里充分展示了中国品格和北京特色，成为世界瞩目的焦点。,2.中心区下沉花园简介,下沉花园位于奥林匹克公园中心区，南端接国家体育场及庆典广场，北端与休闲花园自然连接，全长约730m，宽约40120m，总占地面积约4ha。下沉花园中部被大屯路分隔为南北两部分，南区标高为35.55m，比自然地面约低9m；北区标高为36.55m，比自然地面约低8m。深下沉区域地下最底部分是整体的混凝土结构底板，底板上方有平均为3m厚的覆土。,2.中心区下沉花园简介,下沉花园东西两侧，中轴景观大道及龙形水系下方为大型商业、地下交通枢纽、文化广场及服务办公用房、变电站在下沉花园东西两侧，中轴景观大道及龙形水系下方为大型商业、地下交通枢纽、文化广场及服务办公用房、变电站、泵站、热力站等。下沉花园作为地下轨道交通和地下商业区的主要出入口，通过地铁站、地下公交站到体育场馆观看比赛、到中心区游览或到地下商业区购物的人群将在这里集散，同时兼有文化广场功能。可以预见，无论是赛时还是赛后，这里都将是人员密集的奥林匹克公园中心区的集散和活动中心。针对下沉花园的独特性和位置的重要性，其防洪安全就显得尤为重要。,3.下沉花园雨洪调蓄与利用方案简介,3.1雨洪利用设计原则防洪作为首要问题考虑，蓄洪与雨水收集系统有机结合起来形成一个体系。,3.2中心区雨水系统共性1）区域位置重要，奥运会正值雨季，排水标准相应提高。2）采取了雨水收集利用系统：雨水入渗收集与地面排水口的矛盾设计标准的矛盾各设计参数相互间的协调关系。3）入渗系统带来的影响：土壤饱和率及其性质的变化。下垫面种类齐全，径流系数的取值4）规范、资料缺乏，设计标准确定困难。,3.下沉花园雨洪调蓄与利用方案简介,3.下沉花园雨洪调蓄与利用方案简介,3.3市政条件：1）北京奥林匹克公园中心区内及周围现状道路：中一路、景观路、科荟路、北四环路等均设有市政雨水管道，市政雨水管线设计标准：降雨强度重现期取5年、综合径流系数取0.5。2）用地内的雨水就近分别排入周边市政雨水管。,3.4下沉花园雨水系统特点：1）下沉花园的特点：位于中心区重要区域、面积大至4公顷、周边建筑性质重要。2）排水标准的确定引入了防洪标准：周边建筑中的交通枢纽、地下轨道交通及区域性变电站在城镇防洪设计中有要求。3）在地面下设计了雨水收集与利用统一的系统。4）下沉花园高标准的雨水排放系统与接纳体市政管道设计标准低的矛盾。5）暴雨时排水流域的控制。,3.下沉花园雨洪调蓄与利用方案简介,3.下沉花园雨洪调蓄与利用方案简介,3.5雨水收集利用：1）设计标准为5年一遇降雨外排水径流系数不大于0.5：2）采取的措施透水铺装：广场及人行道有80的面积采用透水砖铺装，其他部分为不透水路面。按入渗要求，不透水路面坡向透水路面。下凹绿地：采用带增渗设施的下凹式绿地形式。绿地比周围路面或广场下凹50100mm，路面和广场多余的雨水可经过绿地入渗。3）收水系统：雨水利用系统设计标准内的雨水经过透水铺装（或绿地）、疏水层、收水沟汇集到雨水收集池。收集池设在下沉花园南、北区主入口大坡道下的蓄水池内，水池总容积近2800m3，用于绿化浇灌及水景补充用水等。,3.下沉花园雨洪调蓄与利用方案简介,3.6雨水排放：1）设计参数：排水重现期定为50年。2）径流雨水的汇集：严格控制下沉花园与周边地下建筑的地面标高关系即排水坡向：地下过街遂道、建筑出入口（室内）标高建筑周边地面标高路面及小广场标高绿地及水景水面标高，确保降雨优先进入雨水收集系统。人行道及小广场雨水口设在旁边绿地内，收水蓖子低于路面但高于周围绿地。在人行坡道、地下过街遂道及地下建筑出入口（即铺装地面最高处）设连续的线性排水沟。,3.下沉花园雨洪调蓄与利用方案简介,3.7蓄洪涵蓄洪标准的确定：（2006年2月16日由“2008”工程指挥部及北京新奥集团有限公司共同组织的专家论证会上，确定了设计标准）。根据城市防洪工程设计规范，该区域防洪标准应为50年重现期。根据地铁设计规范，地铁站出入口处室内外高差应大于450mm，但实际做法仅为150mm，因此，提出：在下沉花园设蓄洪空间，容纳50年重现期最大日降雨量（北京地区50年重现期最大日降雨量为342.7mm，加上150mm室内外高差，可满足地铁规范的标准。），并按100年重现期时，即使雨水系统受下游雨水管道影响不能正常提升排水、排水设施失去作用也不至形成水患，来校核计算下沉花园总蓄洪能力。,4.下沉花园蓄洪方案,根据雨量资料推算雨型曲线图积分面积得：下沉花园50年和100年重现期24小时设计洪水总量,分别为12003m3和15427m3。在下沉花园中央设置的蓄洪排水涵，由蓄洪涵和排水沟成。考虑绿化及管道交叉，涵顶覆土1.35米。排水沟按排水明渠设计，底宽1米，边坡1：0.75，沟底坡度:2。上部蓄洪空间截面为矩型，跟据地面标高。以大屯路地下隧道为界，分成南、北、中三段。南段蓄洪涵高2.5m，净宽7m；北段蓄洪涵高3.5m，净宽5m。两侧结合下沉花园地板设雨水收水沟，沟宽1.0米，底低于结构底板1米。蓄洪涵过大屯路时排水涵沟设在大屯路隧道以下，高1.61.7m，净宽2m。,4.下沉花园蓄洪方案设计计算,4.下沉花园蓄洪方案设计计算,4.下沉花园蓄洪方案设计计算,4.1设计参数汇水面积按4.64公顷计算（含大屯路地下通道开口面积）。,4.下沉花园蓄洪方案设计计算,4.2设计计算,4.下沉花园蓄洪方案设计计算,4.3蓄洪能力校核1）50年蓄洪能力校核50年一遇的洪水总量为12003m3，基本满足蓄存50年一遇日降雨量的要求（11823m3）。2）100年最大日降雨量校核下沉区域南北区100年重现期24小时暴雨总量为15427m3。在泵站不能正常工作的极端情况下，由于北区地面高于南区1m，所以南区地面（包括路面）的最大集水深度为(1542711823)/30000=0.120m，小于室内外建筑最小高差0.15m，因此雨水不致进入室内形成水患，满足要求。,4.下沉花园蓄洪方案设计计算,4.4防洪保证措施1）防止周边地面雨水进入：设防高度高于同边道路中心线100mm；2）奥运水系防洪设计：水系防洪标准为100年一遇，与下沉区域一致；3）雨水泵站的备用设施：电源、应急泵、泄压阀井的特殊做法。,5.下沉花园雨洪利用设计参数验证,5.1实验目的下沉区域的独特结构，没有相应的降雨技术资料可循，而且其防洪要求高，需要验证深下沉区域的防洪排水体系是否安全、合理。5.2实验方法采用现场实验与室内简化单元模拟实验相结合、研究与示范相结合。依据设计方案制作缩小的简化单元，用人工降雨模拟系统对简化单元进行模拟实验，并测定相关参数，对设计参数进行验证。,5.下沉花园雨洪利用设计参数验证,5.3实验装置的建立以下沉区域任意一地表面积为4m2（2m2m）的断面样品（H=3m）作为研究对象，考虑到研究方便和实验室内空间问题，断面样品在高度上将土壤厚度减半（h=1.5m），减半后的断面样品定义为“简化单元”。,5.下沉花园雨洪利用设计参数验证,5.3实验装置的建立简化单元蓄洪涵和收集池的容积根据3.2节计算，简化单元的蓄洪涵和收集池的容积按照平面比例缩放，由于简化单元平面与深下沉区域的面积之比为1：10000，所以简化单元雨水收集池的容积为366.7L，蓄洪涵的体积为1182.3L，分别取370L和1180L。采用容积计量法用1#水箱计量收集池雨水渗透量；用2#水箱计量蓄洪涵雨水地表径流量。,5.下沉花园雨洪利用设计参数验证,5.3实验装置的建立下垫面和铺装面层做法简化单元下垫面做法按照雨洪利用设计要求做。铺装面层做法按照现实铺装面积比乘以简化单元面积值，计算得到透水面积和不透水面积。,5.下沉花园雨洪利用设计参数验证,5.3实验装置的建立人工模拟降雨装置,实验装置下垫面收集的模拟雨水，经集水沟用管道接至1#水箱计量。地面径流模拟雨水：经实验装置四周的排水沟，汇至2#水箱计量。,5.下沉花园雨洪利用设计参数验证,5.3实验装置的建立标准单元（立柱）的建立水量分配实验采用的简化单元下垫面土壤及填充层高度均比实际工程减少50，可能影响实测结果，为此采取做立柱实验进行对比。按照深下沉区域下垫面实际的做法，做一个与下沉花园下垫面高度、填埋完全相同的立柱装置。,5.下沉花园雨洪利用设计参数验证,5.下沉花园雨洪利用设计参数验证,5.4实验内容典型年雨量分配实验；雨水利用设计标准（5年一遇24小时降雨）下的水量分配实验；防洪设计标准（50年一遇和100年一遇24小时）下的雨量实验。以上实验均在标准单元与立柱装置按同等参数进行。,5.下沉花园雨洪利用设计参数验证,5.5实验技术路线,5.下沉花园雨洪利用设计参数验证,5.6.1典型年雨量分配实验典型年雨量资料根据20052008年奥运公园降雨实测数据选取。其中2007年降雨量为为564mm，69月降雨量为425mm，占全年降雨量的75.4%。降雨数据与北京多年平均雨量数据接近，因此选取2007年降雨资料为典型年雨量数据做实验。2007年共有36场降雨，选取以5min降雨量大于或等于1mm为一场有效降雨，的9场降雨数值做实验。,5.下沉花园雨洪利用设计参数验证,5.6.1典型年雨量分配实验,2007年降雨统计表,5.下沉花园雨洪利用设计参数验证,5.6.1典型年雨量分配实验降雨过程简化如按真实的降雨过程模拟，则周期较长。而本实验的主要目的是获得深下沉区域降雨的渗透量和径流量的分配关系，不是研究降雨过程，因此，实验采取简化方法，将一场雨分两个阶段进行：第一阶段模拟降雨强度按照最大降雨强度去模拟，降雨历时采用5min；第二阶段模拟降雨强度小于第一阶段的模拟降雨强度，将总雨量减去第一阶段模拟雨量后按平均雨强模拟，降雨历时采用试算法确定，原则是降雨强度不大于第一阶段强度。参数计算：按降雨强度在实验装置受水面雨量确定流量,5.下沉花园雨洪利用设计参数验证,5.6.1典型年雨量分配实验,模拟实验参数统计表（简化单元）,5.下沉花园雨洪利用设计参数验证,5.6.1典型年雨量分配实验,模拟实验参数统计表（立柱）,5.下沉花园雨洪利用设计参数验证,5.6.1典型年雨量分配实验,实验结果统计表,5.下沉花园雨洪利用设计参数验证,5.6.1典型年雨量分配实验结论,典型年9场有效降雨下沉花园雨水收集量统计表,其余27场降雨总雨量为133mm。因其不可能产生地表径流，计算时都按完全入渗处理。典型年深下沉区域总收集雨量为10563.2m3，土壤滞留雨量为11996.8m3。,5.下沉花园雨洪利用设计参数验证,5.6.2雨水利用设计标准降雨试验,实验结果统计表,实验参数统计表,5.下沉花园雨洪利用设计参数验证,5.6.2雨水利用设计标准降雨实验结论：2年一遇的降雨时，雨水收集池收集雨水2189m3，土壤滞留雨水1651m3，蓄洪涵雨水量为0m3，不会产生地表径流。5年一遇的降雨时，雨水收集池收集雨水2587.2m33666m3，土壤滞留雨水2032.8m3，蓄洪涵雨水量为180m3，径流系数为0.07，远小于雨水利用设计标准下的径流系数0.5，满足要求。说明结果与雨水利用设计标准相一致。全年可收集的总雨量为10563m3；土壤滞留雨量为11836.8m3。经计算采用智能灌溉方式时绿化实际用水量小于9843.55m3。显然，可收集的雨量大于绿化用水，因此，原方案下沉区域收集的雨水有剩余，没有得到充分的利用。,5.下沉花园雨洪利用设计参数验证,5.6.3防洪、蓄洪设计标准降雨实验,实验结果统计表,实验参数统计表,5.下沉花园雨洪利用设计参数验证,5.6.3防洪、蓄洪设计标准降雨实验结论：到100年一遇降雨结束时，下