城市洪涝与防治标准研究课件

1、城市洪涝与防治标准研究提纲一.城市洪涝问题二.为什么城市暴雨越来越多三 .为什么逢大雨必涝四.城市洪涝治理标准等问题讨论五 .小结特殊气候条件，城市防洪始终是突出问题特殊地理位置季风影响明显 城市洪涝突出1931年，长江流域发生流域性大洪水，武汉三镇，平地水深丈 余，陆地行舟，瘟疫流行，受淹时间长达133天“大船若蛙，半浮水面，小船如蚁，漂流四周”国闻周报特殊气候条件，城市防洪始终是突出问题1931年大水时的武汉关2010年，广州、重庆多城市洪涝变化环境，致城市洪涝问题越来越突出广州5.7特大暴雨洪涝，死亡6人，全市受灾人口32166人。中心城区大部交通堵塞。重庆8.2暴雨洪水，全市23个县(

2、区)155118处地段出现内涝水浸，造成城区 万人受灾，因灾死亡10人，失踪1人，紧急转移安置12.3万余人2012年北京“7.21”特大暴雨洪涝死亡79人变化环境，致城市洪涝问题越来越突出北京721洪涝，损失重，影响到，引起国家高度重视，提高 标准，加强城市基础设施建设，使得我国城市洪涝防治进入 新的历史时期2013年厦门、上海、宁波等城市暴雨洪涝7.19西马仑台风厦大为海洋大学10.8菲特强台风-同济“知识海洋”10.8菲特强台风余姚70%城区被淹洪水后的余姚变化环境，致城市洪涝问题越来越突出2015年上海、南京及苏南多城市洪涝6月17日，复旦、同济等 大学看海抓鱼6月26日，南京暴雨，城

3、 区19处大范围被淹，机 场高速关闭，网上戏称： 南京所有的大学都改名 为河海大学变化环境，致城市洪涝问题越来越突出城市暴雨频次明显增加。2008年至2010年，全国有62%的城市发生过不同程度的洪涝，有137个城市洪涝 灾害超过3次以上。城市暴雨频频破时段雨量记录。如：北京2012.7.21暴 雨房山最大点降雨量达541mm，浙江余姚2013.10.8受菲 特影响，全市过程雨量496.4毫米，其中最大张公岭 站809毫米降雨统计数据：变化环境，致城市洪涝问题越来越突出徐家汇近百年小时降水极值变化据1916-2014资料统计（有小时降水记录以来），特别是新中国成立以来， 增大趋势明显（2.72

4、mm/hr/10yr），尤以近代（1981-2014年）增大趋势（6.60mm/hr/10yr）最为显著（丁一汇院士）。变化环境，致城市洪涝问题越来越突出城市暴雨呈增多增强趋势逢大雨必涝已成中国城市的通病现象表明：变化环境，致城市洪涝问题越来越突出提纲一.城市洪涝问题二.为什么城市暴雨越来越多三 .为什么逢大雨必涝四.城市洪涝治理相关问题讨论五 .小结分析1：全球变化对暴雨特性的影响全球变暖，一方面导致水 文循环加快，海洋蒸发增加 ；另一方面大气本身的含 水量增加（温度每升高1，大气含水量可提高约1%）。大气温度与持水能力由于大气温度上升，大气的持水能力增强，需要更多的水汽，大 气才能达到饱和

5、，形成降水条件。由于空气中水分较大，一旦 发生降水，降雨强度就会较大。潮湿和温暖的大气稳定性较差，也容易形成暴雨过程。分析1：全球变化对暴雨特性的影响分析2：城市化对暴雨特性的影响城市水文效应：热岛效应(Urban heat island effect）城市人口集中，工业发达，交通拥塞，大 气污染严重，城市建筑大多为石材和混 凝土，其热容量低，热传导率高，加上 建筑物本身对风的阻挡或减弱作用，致 城市年平均气温比郊区偏高（可高2以上），在温度的空间分布上, 城市犹 如一个温暖的岛屿。城市水文效应凝结核增强作用。城市大气污染物上升，产生凝结核增强效应 ，增加城区的降雨机率和强度。(人工降雨技术就

6、是在空中播撒碘化银颗粒作为凝结核，促使水蒸气凝结)微地形阻障效应。暖湿空气在运动过程中，遇到高楼大厦群，有 一定地形爬升作用，暖湿空气上升冷却，增加降雨的可能性。分析2：城市化对暴雨特性的影响美国 “都市圈气象观测试验计划 ”(METROMEX)，发现城市对 夏季中等以上强度的对流性降 水的增雨效果尤其显著长三角城区暴雨天数增幅明显高 于郊区。19812010年与19611980年相比，苏州市城区、郊 区暴雨日数增幅分别为30.0%和18.0%，南京市分别为22.5%和11.0%；宁波市分别为32.0%和2.0%；分析2：城市化对暴雨特性的影响分析2：城市化对暴雨特性的影响34年小时强降水事件

7、的变化趋势呈现出明显的城市化效应特征：市区浦东和 徐汇站及近郊增加趋势明显，线性趋势为每10年增加0.50.7次。上海地区 各站总的强降水事件频数呈增加趋势，表明强降水事件更集中于城区与近郊30.83131.231.431.631.832-0.3-0.1500.150.30.450.60.7530.6120.8121121.2121.4121.6121.81221981-2014年上海地区小时强降水事件频数变化趋势空间分布（次/10年） （丁一汇院士）雨岛效应提纲一.城市洪涝问题二.为什么城市暴雨越来越多 三.为什么逢大雨必涝四.城市洪涝治理标准等问题讨论五 .小结当前，我国正处于城镇化高速发

8、展阶段，城镇化水平从2000年的36.3%发展至2014年的54.77%。截至2012年末，全国共有设市城 市658个，建制镇数量约20000个。资料来源：中国统计年鉴形成3个国家级和7个区域性城市群，10个城市群的面积、人口和GDP分别 约占全国10%、40%和68%。分析：城市化快速发展产生的重要影响分析：城市化快速发展产生的重要影响2013年国务院关于城 镇化建设工作情况的报告， 我国城市群的发展目标：京津冀、长江三角洲和珠 江三角洲城市群将向世界级 城市群发展；规划打造哈长、呼包鄂榆、 太原、宁夏沿黄、江淮、北 部湾、黔中、滇中、兰西、 乌昌石等10个区域性城市群。预计未来20年城镇化

9、仍将持续快速发展城市化进程推进，城市道路和广场面积增加，使得不透水面积 大幅度增加，下渗减少，流域径流系数大幅度增大；糙率系数降 低，汇流速度大幅度加快，使得地表径流过程峰高量大分析：城市化改变了流域产汇流规律城市化使得土地利用空间格局剧烈调整，大规 模挤压洪水调蓄空间城市扩张导致耕地、林地大量减少，湿地、水域衰减或破碎化，水 量调蓄能力降低，洪水长驱直入，导致城区洪涝严重。2013年浙江 余姚为例。分析：城市化挤压洪水调蓄空间城市建设破坏了改变城市排 水方式和排水格局，增加了排 水系统脆弱性。部分河道被人为填埋或暗沟 化，河网结构及排水功能退化 管道与河道排水之间的衔接和配套不合理排水路径变

10、化，排水格局紊乱分析：城市建设破坏原来的排水格局城市大量的地下停车场、商场、立交桥等微地形有利 于雨水积聚和洪涝的形成下沉式立交桥、地下商场等形成了一系列人工洼地，成为雨 水易于积聚成涝的环境。分析：城市微地形利于洪涝形成城市排水标准普遍（12年一遇 ）偏低，北京天安门的排水标 准不到5年一遇。国务院2013.9关于加强城市基础设 施建设的意见用10年左右时间建成较完善的城 市排水防涝、防洪工程体系。分析：城市排水标准低实时信息感知、监控与预警能力薄弱管理决策支持薄弱、应急预案不健全分析：城市应急管理能力薄弱提纲一.城市洪涝问题二.为什么城市暴雨越来越多三 .为什么逢大雨必涝四.城市洪涝治理标

11、准等问题讨论五 .小结城市洪涝治理相关问题讨论防治标准设计暴雨和设计洪水城市规划与管理海绵城市理念与建设城市洪涝治理相关问题讨论1.防治标准设计暴雨和设计洪水城市规划与管理海绵城市理念与建设三类标准协调城市防洪城市除涝城市排水洪涝防治标准城市防洪针对城市过境或是城市边缘（外围）洪水（高潮位）。城市 防洪系统由防御城市外围较大洪水的基础设施组成，包括泄洪河 道、泄洪闸、防洪堤、水库、蓄滞洪区等。城市防洪任务主要由水利部门主管1. 城市洪涝防治标准问题城市防洪标准是城市为防御持续时间较长的主要外河或湖泊洪水，或是滨 海城市为防御设计高潮位所设定的标准。根据防洪标准（GB50201-94，2010年

12、修订），城市防洪 标准根据其社会经济地位的重要性、非农业人口指标分为四 个等级确定。防护 等级重要性非农业（常住） 人口（万人）经济当量人口（万人）防洪标准（重现期 年）特别重要150300200重要15050300100200100比较重要50201004010050一般重要20405020以城市行洪河道所抵御的洪水（客水）的大小为依据，洪 水的大小在定量上通常以某一重现期（或频率）的洪水流 量或是水位表示。1. 城市洪涝防治标准问题防洪 防御由 永定河堤防防御 中心城的外洪水排涝由北运河 水系排除中心城的 洪涝水及北部山区 洪水北京市防洪系统防洪永定河、西山；排涝北运水系1. 城市洪涝防治

13、标准问题洪涝防治标准城市除涝解决较大汇流面积上较长历时暴雨产生的涝水排放问题， 主要指城区内承担排涝功能的河道水系及排涝泵站;包括内河、湖泊、排水沟渠和排涝泵站、水闸建设。城市排涝任务也主要由水利部门主管，少数由城建部门管1. 城市洪涝防治标准问题城市排涝标准将降雨期间的地面积水控制在可接受的范围，保障城市内涝防治 标准以内的暴雨不造成灾害，不造成较大经济损失和人员伤亡24小时暴雨不成灾。2012年颁布的城市防洪工程规划规范（GB/T 50805-2012）， 增加了城市排涝的设计标准，针对不同的城市防洪工程级别，排 涝设计标准在520年一遇，特大城市大于20年一遇。城市防洪 工程等别设计标准

14、（年）洪水涝水海潮山洪2002020050100且20010且20100且20030且5050且10010且2050且10020且3020且505且1020且5010且201. 城市洪涝防治标准问题北京市除涝系统排涝河道：清 河、坝河、通 惠河、凉水河4条主要排水 河道及120条 支流，总长约580公里，承 担着中心城的 防洪排水任务。1. 城市洪涝防治标准问题洪涝防治标准城市排水针对产生于城市内较小汇水面积上较短历时的雨水径流 进行排除，指城区内承担地面排水的排水管网沟渠。包括雨水管渠（含合流管渠）、检查井、排水明沟、雨 水泵站、闸阀等。城市排水任务主要由城建部门管1. 城市洪涝防治标准问题

15、城市排水标准主要是指雨水排水管网的设计标准。2014年2月住建部颁布的室外排水设计规范（GB50014-2006，2014年版），较大幅度地提高了我国雨水管渠的设计 重现期。城区类型城市类型中心 城区非中心 城区中心城区的 重要地区中心城区地下通 道和下沉式广场 等特大城市（市区人口在500万以上）35235103050大城市（市区人口在100万500万）25235102030中等城市和小城市（市区人口在100万以下）23233510201. 城市洪涝防治标准问题雨水管网： 中心城主要 雨水管道约2500 公里， 约 350 个 主 要排水流域。北京市排水系统1. 城市洪涝防治标准问题城市洪涝

16、治理相关问题讨论防治标准设计暴雨和设计洪水城市规划与管理海绵城市理念与建设样本选择分析方法样本决定了设计暴雨和洪水的代表性及可靠性。常用选样方法：年最大值法（MA,水利系统常用）：是对任一种历时降雨从 每年资料中选取其最大者。年超大值法：将N年全部降雨资料分别不同历时按大小顺序 排列，取前面最大的N个雨量，平均每年取一个，这样处理使 得大雨年选入资料较多，小雨年往往没有选入。超定量法：选取观测N年中某暴雨标准值以上的所有降雨资 料，资料个数与记录年限无关。年多个样法，每年对每个暴雨历时选取68个最大值，然后 不论年次，将所取的样本系列按大小次序排列，从中选择资料 年数34倍的最大值。2.设计暴

17、雨和设计洪水 样本选择水利行业频率分析法：选样系列取经验频率，频率曲线线型采用 皮尔逊III型分布。暴雨图集法：水利行业采用查所在各省地区的暴雨等值 线图、表的方法得出雨量均值和参数Cv、Cs值，按PIII型 曲线分布规律推算。q为设计暴雨强度，m3/（s.hm2）；A1为重现期为1年的设计降雨雨力；p为设计洪水重 现期，C为雨力变动参数，反映设计降雨各历时不同重现期的强度变化，t为设计降雨历 时，min。2.设计暴雨和设计洪水 分析方法城市对洪水的调蓄能力较差，决定工程规模的主要因素是洪 峰流量，设计洪水分析计算的重点是推求设计洪峰流量绝大部分城市小汇流区域一般没有实测的河川径流资料，设 计

18、洪峰流量一般由设计暴雨来间接推求。常用方法：推理公式计算洪峰流量：认为流域出口断面所形成的洪峰流量是降在流域上的暴雨所成。R iFR为洪峰流量，为径流系数，i为暴雨强度，F为汇水面积2.设计暴雨和设计洪水 设计洪水城市洪涝治理相关问题讨论防治标准设计暴雨和设计洪水城市规划与管理海绵城市理念与建设(1)低影响和可持续 开发的理念(2)提升城市管理能 力和水平低影响开发（LowImpactDevelopment，LID）20世纪80年代：美国乔治王子郡以雨水花园为基础提出LID设计理 念。并于1999年颁布第一部综合性LID设计技术标准。低影响开发是指应用源头控制理念，实现雨洪 控制与资源化利用的

19、一种雨水管理方法。LID的 目标是尽可能维持或恢复开发区域开发前的水 文特征，即开发后不增加区域径流量和径流污 染物负荷。453.城市规划与管理问题可持续排水系统（SustainableDrainageSystems,SuDS)可持续城市排水系统指运用一系列的管理措施和控制手段，通过 一种比传统技术更加可持续的方法来处理地表水的排放。可持续排水系统利用方式: 利用场地设计以及家庭和社区管理， 防止径流的产生和污染物的排放； 在源头或接近源头的地方控制径 流； 对来自不同源头的径流统一管理。3.城市规划与管理问题目的：建设技术先进、性能优越、能适应复杂条件和满足调度 要求的城市洪涝监控调度决策系

20、统，为决策部门在面临突发 性涝灾害作出科学反应提供准确的信息，以支持决策部门选 择合理可行、易于实施的调度方案和应急措施付诸实施。3.城市规划与管理问题-信息系统建设信息类型：水雨涝监测监控信息、城市管网及水利工程信息、用户信息等；服务功能：立体感知、数据存储、计算模型、预警应急、信息终端服务子系统等；信 息传输方式：4G网络和局域网；信息流程 3.城市规划与管理问题-信息系统建设模拟与三维仿真利用高精度数字地理信息，开发 精细的城市洪涝分布式模拟模 型，在三维GIS平台上动态分析 和展示洪涝演进过程。模型特点耦合降水预报，四层基本结构 （地面+路网+管网+河网），水文学与水力学方法相 结合，

21、三维高清展示。3.城市规划与管理问题-信息系统建设模型技术降水预报：基于多普勒雷达信息的临近降水预报（10分钟1小时）地表产流：根据下垫面类型，开发分布式水文模型地表坡面汇流：二维Saint-Venant方程的扩散波模型路网、管网和河网中的水流运动：一维Saint-Venant方程实时校正：Ensemble Kalman Filter3.城市规划与管理问题-信息系统建设智能预警功能：根据立体监测信 息和预报预测结果，实时发布暴雨洪涝 预警信息、提供相关 信息查询服务。方式：推送、查询客户端：PC端、手机 端、平板电脑等管理：预警信息分级 管理。 3.城市规划与管理问题-信息系统建设城市洪涝治理相关问题讨论防治标准设计暴雨和设计洪水城市规划与管理海绵城市理念与建设海绵城市然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时能够吸水、蓄水、渗 水、净水，需要时将蓄存的水“释放”出来并加以利用。4. 海绵城市理念与建设海绵城市的内涵是指城市像海绵一样，在适应环境变化和应对自海绵城市的理念海绵城市建设强调的是自然积存、自然渗透和自然净化的功能，是实现城镇化和环境资源协调发展的重要体现，