DB11/T 2074-2022 城镇排水防涝系统数学模型构建与应用技术规程

北京市地方标准

编号：DB11/T2074—2022

城镇排水防涝系统数学模型

构建与应用技术规程

Technicalspecificationforconstructionandapplicationof

mathematicalmodelofurbanfloodingprevention

andcontrolsystem

2022-12-29发布2023-07-01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

北京市地方标准

城镇排水防涝系统数学模型

构建与应用技术规程

Technicalspecificationforconstructionandapplicationof

mathematicalmodelofurbanfloodingprevention

andcontrolsystem

DB11/T2074—2022

主编单位：北京市城市规划设计研究院

批准部门：北京市规划和自然资源委员会

北京市市场监督管理局

实施日期：2023年07月01日

2022北京

前言

为贯彻落实国务院、住房和城乡建设部以及市委、市政府近年来关于城镇排

水防涝工作的指示精神、推动《北京城市总体规划（2016年-2035年）》实施与

体检评估，根据《北京市“十四五”时期规划和自然资源标准化工作规划（2021

年-2025年）》和北京市市场监督管理局《2021年北京市地方标准制修订项目计

划（第一批）》（京市监发〔2021〕19号）的要求，编制组经广泛调查研究，认真

总结实践经验，充分吸取科研成果，并在广泛征求意见的基础上，制定本规程。

本规程的主要技术内容是：1.总则；2.术语；3.基本规定；4.模型构建与测

试；5.参数率定与模型验证；6.模型应用；7.模型成果编制。

本规程由北京市规划和自然资源委员会、北京市市场监督管理局共同负责管

理，由北京市规划和自然资源委员会归口并负责组织实施，北京市规划和自然资

源标准化中心负责日常管理，北京市城市规划设计研究院负责具体技术内容的解

释。（地址：北京市西城区南礼士路60号；邮政编码：100045；电子邮

箱:szs@）。

本规程执行过程中如有意见和建议，请寄送至北京市规划和自然资源标准化

中心，以供今后修订时参考。（地址：北京市通州区承安路1号院；邮政编码：

101117；邮箱：bjbb@）

本规程主编单位：北京市城市规划设计研究院

本规程参编单位：北京师范大学

北京市水科学技术研究院

北京市市政工程设计研究总院有限公司

北京市水文总站

北京工业大学

本规程主要起草人员：张晓昕徐宗学王强刘子龙庞博于磊

吕志成王昊杜龙刚曾玉蛟叶婉露初祁

李永坤杨京生王亚娟陈浩叶陈雷李鹏

石树兰郑自琪张书函邸苏闯武彦杰席广朋

王伟王槿妍赵洪岩黄俊雄李洪博王巍皓

本规程主要审查人员：周玉文任希岩李娜赵冬泉刘兴坡李树平

王文亮白宇张楠

目次

1总则..................................................................................................1

2术语..................................................................................................2

3基本规定..............................................................................................4

4模型构建与测试..................................................................................5

4.1一般规定.............................................................................................5

4.2资料收集.............................................................................................5

4.3模型构建.............................................................................................6

4.4模型测试.............................................................................................9

5参数率定与模型验证........................................................................10

5.1一般规定...........................................................................................10

5.2率定与验证标准...............................................................................10

6模型应用............................................................................................12

7模型成果编制....................................................................................14

7.1一般规定...........................................................................................14

7.2专题报告及模型附件.......................................................................14

附录A源头减排设施模型参数............................................................15

附录B北京市设计降雨计算方法及附表............................................18

本规程用词说明......................................................................................38

引用标准名录..........................................................................................39

附：条文说明..........................................................................................40

CONTENTS

1Generalprovisions...............................................................................1

2Terms....................................................................................................2

3Basicregulations..................................................................................4

4Modeldevelopmentandtest................................................................5

4.1Generalregulation................................................................................5

4.2Datacollection.....................................................................................5

4.3Modeldevelopment.............................................................................6

4.4Modeltest.............................................................................................9

5Parametercalibrationandmodelvalidation......................................10

5.1Generalregulation..............................................................................10

5.2Calibrationandvalidationcriteria.....................................................10

6Modelapplication..............................................................................12

7Formulationofmodelresults.............................................................14

7.1Generalregulation..............................................................................14

7.2Specialreportandmodelaccessories................................................14

AppendixAParametersofsourcecontrolfacilitiesmodel.....................15

AppendixBDesignrainfallandschedulesinBeijing.............................18

Explanationofwordinginthisspecification...........................................38

Listofquotedstandards...........................................................................39

Addition：Explanationofprovisions......................................................40

1总则

1.0.1为提升北京市城镇排水防涝系统规划、设计和管理水平及成

果质量，指导和规范城镇排水防涝系统数学模型构建和应用，制定本

规程。

1.0.2本规程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、设计和评估。

1.0.3城镇排水防涝系统数学模型除应符合本规程外，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城镇排水防涝系统数学模型mathematicalmodelofurban

floodingpreventionandcontrolsystem

用于城镇排水防涝系统规划、设计及评估的数学模型，包括产流

模型、汇流模型、管渠（河道）水动力学模型、地表漫溢模型及地表

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

模拟净雨形成汇水区域出口断面径流过程的数学模型。

2.0.4管渠（河道）水动力学模型stormsewer/riverhydrodynamic

model

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overflowmodel

模拟雨水从雨水口、管渠检查井或河道漫溢出，在地表坡面运动

过程的数学模型。

2.0.6地表漫流模型overlandflowmodel

模拟净雨在地表坡面运动过程的数学模型。

2.0.7框架模型frameworkmodel

主要基于地形特征进行地表漫流模拟的数学模型。

2.0.8概化模型simplifiedmodel

基于城镇排水防涝系统主要要素特征进行概化模拟的数学模型。

2.0.9详细模型detailedmodel

基于城镇排水防涝系统全要素特征进行详细模拟的数学模型。

2.0.10雨量径流系数volumetricrunoffcoefficient

设定历时内降雨产生的径流深与降雨量之比。

2.0.11流量径流系数dischargerunoffcoefficient

形成高峰流量的历时内产生的径流深与降雨量之比。

2.0.12模型测试modeltest

2

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。

2.0.13参数率定parametercalibration

合理调整模型参数使模型模拟结果与监测数据相吻合的过程。

2.0.14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。

3

3基本规定

3.0.1在城镇排水防涝系统规划、设计工作中应构建数学模型，分

析内涝风险、评估方案预期效果，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

统数学模型可分为三种类型：框架模型、概化模型和详细模型。模型

的选用宜符合下列规定：

1辅助编制城市总体规划方案、识别低洼易涝区域宜选用框架模

型；

2辅助编制详细规划及排水防涝专项规划方案、分析规划区域内

涝风险、评估主要排水防涝设施能力宜选用概化模型；

3辅助编制排水防涝工程设计方案宜选用详细模型；

4在同一项目中可同时采用其中1种及以上模型。

3.0.3模型的构建和应用应明确设计工况、模型方法、参数选取和

边界条件设置。

4

4模型构建与测试

4.1一般规定

4.1.1城镇排水防涝系统数学模型应符合下列规定：

1模型工具宜具备输入输出、数值模拟和计算结果可视化的功能；

2数学模型宜包括产流模型、汇流模型、管渠（河道）水动力学

模型、地表漫溢模型和地表漫流模型，应根据应用目的选择适宜的模

型；

3考虑源头海绵设施的影响时，数学模型宜包括源头减排设施模

型，模型参数选取可参照本规程附录A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数学模型

构建要求时，应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、设施运行资料和其他边界条件。

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1h；

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5min~10min；

3设计降雨常用于分析一定重现期标准下的城镇排水防涝系统

特征，辅助编制城镇排水防涝系统规划、设计方案，数据间隔不应大

于5min，并应符合本规程附录B的规定。

5

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（涝）泵站、调蓄水池等设施的空间布局、拓扑关系、

结构物理属性和运行管理数据；

3排水管渠的混接、淤积、入流、入渗等情况；

4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：流域范围、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流量和水位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，流量和水位监测数据采样时间间隔不宜大于5min；

3流量和水位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、评估缺

失数据和可疑数据、拓扑结构检查、数据推断、数据修改、数据标签

设置等。

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：

6

1应用于排水管渠规划、设计和评估时宜采用短历时设计降雨，

短历时设计降雨历时宜取1h~3h，最小时间步长宜为5min；

2应用于城镇内涝防治系统规划、设计和评估时应采用长历时设

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

和退水时间，最小时间步长宜为5min；

3应用于城镇排水管渠系统和内涝防治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4.3.3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

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70mm以

上降雨，共13场，126站次降雨资料；共不透水面积比例（%）；

降雨径流相关

13个水文流量站，151站次流量资料，建次降雨量（mm）；

图法

立以不透水面积百分比为参数的降雨径流次径流深（mm）

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

下渗速率（mm/h）：可采

量；后损即流域产流后下渗的水量。通常

初损后损法用下渗曲线描述（如霍顿

将流域分为透水区域和不透水区域，认为

下渗曲线），涉及参数包括

在透水区域前、后损过程都会发生，而在

初始下渗率、稳定下渗率

不透水区域则只会发生前损

以及衰减常数

3宜运用实测资料对产流模型参数进行率定，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：

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。

7

2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，各种方法涉及主要参数详见表4.3.4。

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

汇流速度（汇流时间）；

等流时线法一个等流时块在汇流时段内的降雨径流累

汇流曲线类型

加到达出口断面

特征宽度；

非线性水库法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、单位净雨量

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率定，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）水动力学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、表4.3.5-2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、水泥土明渠

0.013~0.0140.025~0.030

砂浆抹面渠道（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

紧密黄土或细砾土渠，有薄淤泥层0.018

紧密粘土、黄土、壤土的渠道，养护条件在中等

0.02

以上的渠道

紧密粘土、黄土、壤土的渠道，有薄淤泥层，开

0.0225

凿的很好的岩石渠道

8

河道表面特征曼宁粗糙系数n

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

自然植被覆盖的渠道0.035

多杂草、有深潭或林木滩地过洪的渠道0.075

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）水动力学

模型的出口水位边界条件。

4.3.6地表漫溢模型和地表漫流模型构建宜符合下列规定：

1地表漫溢模型和地表漫流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）水动力学模型相互耦合模拟；

3地表漫流模型宜考虑雨水口空间布局和实际收水能力，对地表

径流量进行扣损计算。

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

和连接情况进行核实，可采用异常值检查和拓扑关系抽查方法，并通

过现场勘察、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节点水量连续性相对误差不宜大于10%；

3系统总水量连续性相对误差不宜大于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设计工况。

9

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数据宜采用现场实测数据、调研数据、

遥感数据等。

5.1.2参数率定与模型验证前，应根据模型方法确定率定参数，并

开展参数灵敏度分析。

5.1.3参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；

3采用另外一套或多套独立数据进行模型验证。

5.1.4基于规划、设计数据构建城镇排水防涝系统数学模型时，模

型参数应根据相关设计工况和当地气候、地理、水文等条件合理确定，

不需进行参数率定与模型验证。

5.2率定与验证标准

5.2.1基于实测数据进行参数率定与模型验证时，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框架模型开展参数率定与模型验证时，应确保模型模拟的积

水内涝区域与实际基本相符。

5.2.3概化模型开展参数率定与模型验证时，应满足下列要求：

1模拟与实测的最大积水深度偏差不应大于20%，积水持续时间

偏差不应大于20%，最大积水持续时间偏差不应大于1h；

2管渠（河道）关键节点和断面水文过程模拟与实测的总水量偏

差不应大于20%，峰现时间偏差不应大于1h，峰值偏差不应大于25%。

5.2.4详细模型开展参数率定与模型验证时，除了满足本规程第

5.2.3条中的相关规定外，还宜满足下列要求：

1管渠关键位置未满管时，模拟与实测的水位差在±0.1m以内；

10

2管渠关键位置满管后，模拟与实测的水位差在－0.1m~＋0.5m

范围内。

11

6模型应用

6.0.1框架模型模拟对象应包括地形，模拟计算应考虑排水防涝系

统的能力；框架模型宜包括产流模型和地表漫流模型。主要应用场景

可包括：

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辅助编制城市总体规划方案。

6.0.2概化模型模拟对象应包括地形、河道、蓄涝区、雨水管渠干

线、雨水泵站、调蓄水池等主要排水防涝设施，概化模型应对模拟对

象进行概化处理；概化模型宜包括产流模型、汇流模型、管渠（河道）

水动力学模型和地表漫溢模型。主要应用场景可包括：

1评估河道、蓄涝区、主要雨水管渠、雨水泵站、调蓄水池等排

水防涝设施能力，开展区域积水内涝风险定量分析；

2辅助编制详细规划及排水防涝专项规划方案。

6.0.3详细模型模拟对象应包括地形、河道、蓄涝区、雨水管渠、

雨水泵站、调蓄水池及其附属设施；详细模型宜包括产流模型、汇流

模型、管渠（河道）水动力学模型和地表漫溢模型。除本规程第6.0.1

条、第6.0.2条的应用情景外，详细模型还可应用于：

1评估建筑小区等地块内排水防涝设施能力，开展地块积水内涝

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。

6.0.4传统雨水管渠规划、设计方案宜采用数学模型法进行校核；

当汇水面积大于2km2时，应符合现行国家标准《室外排水设计标准》

GB50014的有关规定，采用数学模型法确定雨水设计流量。数学模型

法在雨水管渠规划、设计中的应用场景及其判定标准宜符合下列规定：

1判断管渠满足设计标准时，以管渠模拟充满度小于1为判定标

准；

2判断管渠为瓶颈管渠时，以管渠超载且模拟水力坡度大于管渠

坡度为判定标准；

12

3判断管渠发生溢流时，以管渠模拟水位线高于地面高程为判定

标准。

13

7模型成果编制

7.1一般规定

7.1.1模型成果应包括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专题报告及模型附件

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、模拟结果分析及应用结论等主要章节。

7.2.2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。

7.2.3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。

7.2.4模型工程文件应包括模型空间及属性数据、时间序列数据、

模型运行结果及其他模型文件。

7.2.5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、时间序列数据表及其他数据记录。

7.2.6模型监测数据记录宜包括测点分布图、测点现场情况记录及

各测点的水位、流量、积水等监测数据记录。

7.2.7模型过程数据宜包括参数率定与模型验证、工况分析等各阶

段过程结果数据图表。

14

附录A源头减排设施模型参数

A.0.1依据源头减排设施的主要功能，其类型可分为：

1渗透设施：透水铺装、绿色屋顶、生物滞留池、雨水花园；

2转输设施：植草沟、渗透渠；

3调蓄设施：雨水桶、调蓄水池。

A.0.2依据源头减排设施类型，其模型宜包括：生物滞留池、雨水

花园、绿色屋顶、渗透渠、透水铺装、雨水桶、植草沟等7种单体模

块，通过对调蓄、渗透及蒸发等水文过程的概化，结合汇流模型和水

质模型，实现源头减排设施对径流量、峰值流量及径流污染控制效果

的模拟。

A.0.3源头减排设施模型各单体模块可由表面层、蓄水层、路面透

水层、土壤层、排水材料层和管渠层组合构建形成，各单体模块的结

构组成详见表A.0.3。

表A.0.3源头减排设施模型各单体模块结构组成表

单体模块表面层蓄水层路面透水层土壤层排水材料层管渠层

生物滞留池√√√*

雨水花园√√

绿色屋顶√√√

渗透渠√√*

透水铺装√√√**

雨水桶√

植草沟√

注：√为必选，*为可选。

A.0.4源头减排设施模型各结构层主要参数详见表A.0.4-1，其各

项参数应根据实测资料或设计施工图纸确定，缺乏资料时，可按表

A.0.4-2-A.0.4-7选取。

表A.0.4-1源头减排设施模型各结构层主要参数表

结构层参数（单位）

护坡高度（mm）

植被容积

表面层地表粗糙系数

表面坡度

边坡坡度

厚度（mm）

蓄水层

孔隙比

15

结构层参数（单位）

渗透系数（mm/h）

堵塞因子

厚度（mm）

孔隙比

路面透水层非透水面比例

渗透系数（mm/h）

堵塞因子

厚度（mm）

孔隙率

田间持水量

土壤层凋萎点

导水率（mm/h）

导水坡度

吸入水头（mm）

厚度（mm）

排水材料层