北京通州文化旅游區(qū)東區(qū)豎向設(shè)計研究

路 峰

（北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司，北京市100082）

0 引 言

北京市通州文化旅游區(qū)位于北京市東南部，通州新城西南部，京哈高速北側(cè)，東六環(huán)路西側(cè)，距離天安門20 km、首都機場24 km，是北京通往天津、唐山、東北的東大門。文化旅游區(qū)是通州新城重要功能區(qū)，是提升通州新城文化旅游品質(zhì)的功能區(qū)，是集聚文化功能、完善消費功能的重要空間載體。

北京市通州文化旅游區(qū)占地面積約12 km2，以九棵樹中路為界分為東、西兩個部分。東側(cè)主要為北京國際旅游度假區(qū)、軌道車輛段、蕭太后河分洪渠及綠化隔離帶等，用地總面積約7.5 km2。北京國際旅游度假區(qū)規(guī)劃占地約5.4 km2，其中環(huán)球主題公園占地約4 km2，文化創(chuàng)意用地約1.4 km2，軌道車輛段、蕭太后河分洪渠、綠化隔離帶等其他用地約2.1 km2。西側(cè)為配套地塊，面積約4.5 km2。

為配合環(huán)球主題公園的建設(shè)，需加快文化旅游區(qū)特別是環(huán)球主題公園周邊道路豎向設(shè)計，為園區(qū)內(nèi)部場地平整、建筑標高設(shè)計提供依據(jù)。

1 研究范圍及研究內(nèi)容

1.1 研究目的

結(jié)合文化旅游區(qū)功能要求、場地自然地形特點、平面布局要求，充分利用現(xiàn)況地形，減少土方填挖量，因地制宜合理確定道路、地塊豎向標高，合理組織文化旅游區(qū)內(nèi)地面排水，解決好與外圍現(xiàn)況、規(guī)劃控制高程的銜接。

1.2 研究范圍與內(nèi)容

（1）研究范圍

該項目研究范圍為文化旅游區(qū)東區(qū)，北至萬盛南街（群芳南街），南至京哈高速，西至九棵樹中路，東至東六環(huán)路（見圖1）。研究區(qū)域包含道路27條，其中城市主干路7條，城市次干路7條，城市支路13條（見表1）。

圖1 項目研究范圍

（2）研究內(nèi)容

本次研究內(nèi)容主要包括：道路控制高程、河道控制高程、地塊控制高程、構(gòu)建暴雨模型。

1.3 研究目標

（1）對文化旅游區(qū)內(nèi)道路、橋梁及地塊進行豎向標高設(shè)計，充分利用和改造自然地形，合理確定設(shè)計標高，滿足建設(shè)項目的使用功能，以及經(jīng)濟、安全和景觀方面的要求。

（2）全面貫徹“環(huán)境友好、資源節(jié)約、低影響開發(fā)”的設(shè)計理念，符合文化旅游區(qū)建設(shè)低碳、生態(tài)、海綿園區(qū)的要求。

2 設(shè)計原則及工作思路

2.1 設(shè)計原則

（1）滿足文化旅游區(qū)及周邊地塊建、構(gòu)筑物的功能布局要求。

表1 研究區(qū)域內(nèi)道路情況一覽表

要按照建、構(gòu)筑物使用功能要求合理安排其位置，使建、構(gòu)筑物間的交通聯(lián)系方便、簡捷、通暢，并滿足消防要求，符合景觀環(huán)境及生態(tài)環(huán)境要求。

（2）充分利用自然地形

充分利用自然地形，對地形的改造要因地制宜，因勢利導(dǎo)。改造地形時，應(yīng)考慮建筑物的布置及空間效果，減少土石方工程量和各種工程構(gòu)筑物的工程量，并力求填、挖方就近平衡，運距最短，從而降低工程造價。設(shè)計上應(yīng)采取措施，避免造成水土流失，盡可能保護場地原有的生態(tài)條件和原有的風貌，體現(xiàn)不同場地的個性與特色。

（3）滿足各項技術(shù)規(guī)程、規(guī)范要求，保證工程建設(shè)與使用期間的穩(wěn)定和安全。

（4）解決場地排水問題。

建設(shè)場地應(yīng)有完整、有效的雨水排除系統(tǒng)，重力自流管線盡量滿足自然排放要求，保證場地雨水能順利排除，且與周邊現(xiàn)有的或規(guī)劃的道路排水設(shè)施標高相適應(yīng)。當進行坡地場地、濱水場地設(shè)計時，應(yīng)特別考慮防洪、排洪的問題，以保證場地不被洪水淹沒。

（5）滿足工程建設(shè)與使用的地質(zhì)、水文等要求。

豎向設(shè)計要以安全為原則，充分考慮地形、地質(zhì)和水文的影響，避免不良地質(zhì)構(gòu)造的不利影響，采取適當?shù)姆乐未胧ν诜降囟螒?yīng)防止造成滑坡、塌方和地下水位上升等惡化工程地質(zhì)的后果。

2.2 工作思路

（1）對現(xiàn)況及規(guī)劃主要控制因素進行梳理。

場地高程主要控制因素包括場地防洪高程、蕭太后河分洪渠20 a水位、排水管線覆土厚度、道路高程和場地設(shè)施性質(zhì)。

（2）根據(jù)雨污水排除規(guī)劃確定排水管線平面和豎向。

根據(jù)場地雨污水排除規(guī)劃方案，確定排水管線平面和豎向。為滿足場地排水要求，雨水管線內(nèi)頂高程應(yīng)不低于蕭太后河規(guī)劃20 a一遇水位，并合理設(shè)置排水縱坡，確定排水縱斷高程。

（3）根據(jù)排水管線覆土要求和跨河要求，確定道路豎向高程。

（4）結(jié)合道路高程，確定周邊不同性質(zhì)的地塊高程。

（5）建立暴雨模型，對設(shè)計高程進行內(nèi)澇風險評估，為區(qū)域排水系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計及運營管理提供依據(jù)。

3 控制條件梳理

3.1 地形地貌

區(qū)域位于通州區(qū)南部，地貌上位于永定河沖洪積平原上，地勢總體較為平坦，總體上西北稍高，東南略低。

區(qū)域內(nèi)主要為村莊、耕地、林地、企業(yè)用地、河道以及魚塘等，主要涉及鋪頭、曹園、大馬莊、田家府、將軍墳、高樓金、崗家墳及大高力莊等村莊。場區(qū)內(nèi)溝渠縱橫，中部有蕭太后河通過，西部有南大溝通過，現(xiàn)狀均有流水。蕭太后河寬20～70m，深4～5m，除局部地段有襯砌處理外，其余大部分地段無襯砌。南大溝寬25～30m，深約6m，無襯砌，在田家府西北側(cè)匯入蕭太后河。在耕地區(qū)域有較多的排水溝渠，寬度一般為5～15m，深度一般不大，為2～3m。在鋪頭村北、曹園村東北側(cè)、將軍墳村南、大高力莊村西北側(cè)以及高樓金村南側(cè)，有成片的魚塘分布。

豎向設(shè)計時應(yīng)總體符合區(qū)域地勢走向以及排水方向。

3.2 區(qū)域河道條件

（1）蕭太后河分洪渠

蕭太后河分洪渠規(guī)劃河道承擔流域內(nèi)防洪排水功能，并兼顧景觀和生態(tài)功能。根據(jù)《通州文化旅游區(qū)蕭太后河分洪渠工程規(guī)劃》，蕭太后河分洪渠按50 a一遇洪水設(shè)計進行綜合整治。河道20 a一遇規(guī)劃洪水位一般不淹沒主要雨水管道出口內(nèi)頂。

在停車場東側(cè)段（停車場西邊界—停車場東邊界），新挖蕭太后河分洪渠長約505m，規(guī)劃河道橫斷面采用矩形斷面，規(guī)劃河底寬為40m，邊坡系數(shù)為0，糙率為0.023，河底縱坡為0.000 48，河深為4m，上口寬為40m。

其余段河道橫斷面采用梯形斷面，規(guī)劃河底寬約50 m，邊坡系數(shù)不小于3，糙率為0.025，縱坡為0.000 48，河深為4.5～5 m，上口寬為80～120m。

本區(qū)域蕭太后河分洪渠（九棵樹中路至東六環(huán)路段）規(guī)劃常水位19.0m，濱水綠道高程為19.5m。

（2）蕭太后景觀河

根據(jù)蕭太后景觀河道設(shè)計條件，其河底高程不高于17.5m，水系最高常水位20.5m，低水位20m；河道與橋梁的夾角按90°進行設(shè)計，誤差不超過3°；通航凈空要求為25.6m（寬）×3.6m（高），其中3.6m凈高從高水位計算，跨河橋內(nèi)側(cè)預(yù)留人行道凈空條件，寬度建議按照不小于2.7m控制，高程大于2.2m。

區(qū)域河道控制水位見圖2。

3.3 排水規(guī)劃

圖2 河道平面位置及控制水位圖（單位：m）

研究區(qū)域主要雨水排除下游為蕭太后河分洪渠，入河口共有6處，20 a水位為19.36～20.18m（見圖3）。雨水排除路線一共6處，分別為：曹園南大街北側(cè)地塊沿南北向道路排入曹園南大街雨水管線，然后由西向東接入頤瑞東路雨水管線，頤瑞東路東側(cè)地塊雨水接入頤瑞東路雨水管線，最終由北向南接入蕭太后河分洪渠；九棵樹中路東側(cè)地塊通過東西向道路由東向西接入九棵樹中路雨水管線，然后向南排入蕭太后河分洪渠；停車場西路兩側(cè)地塊通過蕭太后河南街排入停車場西路雨水管線，然后由北往南接入云瑞南街雨水管線，由西往東接入云瑞中路，由北往南排入分洪渠；停車場中路兩側(cè)地塊通過停車場中路雨水管線由北往南接入云瑞南街雨水管線，由西向東排入分洪渠；京哈高速北側(cè)路西側(cè)雨水通過云瑞中路雨水管線由南向北排入分洪渠；京哈高速北側(cè)路東側(cè)以及東六環(huán)西側(cè)路南側(cè)雨水接入云瑞南街雨水管線，最終向西排入分洪渠。

圖3 雨水排除及下游控制水位圖（單位：m）

4 豎向設(shè)計成果

4.1 道路定線及界面劃分

道路定線按照測繪院提供的中線成果定線，并按照城市規(guī)范要求設(shè)置曲線元素。道路紅線以控規(guī)中提供的道路紅線為依據(jù)，紅線內(nèi)部分為道路高程范圍，紅線外5 m為地塊高程控制范圍，5m為高程銜接過度范圍。

4.2 道路縱斷面設(shè)計

豎向設(shè)計主要滿足場地防洪高程、沿線排水設(shè)施及管線覆土深度要求，以及跨景觀河、分洪渠控高要求，避免在路口范圍內(nèi)設(shè)置低點。為保證行車安全、舒適，縱坡宜緩順，起伏不宜頻繁，做到縱坡均衡、平順。

（1）場地防洪高程

為保證通州文化旅游區(qū)園區(qū)內(nèi)防洪安全，園區(qū)內(nèi)道路標高按照不低于規(guī)劃蕭太后河分洪渠50 a一遇洪水位+安全高度控制。50 a水位見圖2。

（2）排水管線覆土要求

道路高程按照雨水排除下游出口處蕭太后河分洪渠的20 a水位進行控制，按照排水下游區(qū)域縱坡0.06%反算，考慮設(shè)計排水管道覆土深度滿足防凍及結(jié)構(gòu)荷載要求，按照不低于20 a水位坡度線1.2m控制。

（3）橋梁控制標高

本次文化旅游區(qū)東區(qū)范圍內(nèi)共包括新建橋梁12座，其中跨線橋2座，跨河橋10座。橋梁分布如圖4所示。

圖4 綠道及橋梁分布圖

主要控制因素為：

a.7、8、9號橋跨景觀河橋梁控高要求：考慮河道通航要求，通航處凈空按照不小于3.6m控制，通航寬度為25.6m，通航水位為20.5m，河底高程為17.2m。同時，本次文化旅游區(qū)考慮結(jié)合河道兩側(cè)及道路兩側(cè)公共綠地布設(shè)綠道系統(tǒng)，打造人文綠色空間。河道兩側(cè)處設(shè)置5m寬綠道系統(tǒng)，考慮綠道要求，綠道凈空按照不小于2.5m控制。綠道系統(tǒng)分布如圖4所示。

b.3、5、6、10、11、12號橋跨蕭太后河分洪渠：分洪渠無通航要求，凈空按照50 a洪水位加安全高度、雍水高控制。河道兩側(cè)設(shè)置5m寬人行通道，凈空按照不小于2.5m控制。

c.1號橋為九棵樹中路上跨蕭太后河南街跨線橋。蕭太后河南街規(guī)劃為城市次干路，該處凈空按照不小于4.5m控制。2號橋為九棵樹中路輔路上跨蕭太后河分洪渠，該節(jié)點處無河道通航要求及綠道系統(tǒng)，凈空按照50 a洪水位加安全高度、雍水高控制。

d.4號橋為九棵樹中路上跨京哈高速。京哈高速規(guī)劃為高速公路，該處凈空按照不小于5m控制。控制具體高程見表2。

表2 橋梁梁底控制高程表

（4）規(guī)范要求

本次研究范圍內(nèi)，主干路設(shè)計車速按照50 km/h設(shè)計，次干路按照40 km/h設(shè)計，支路按照30 km/h設(shè)計，各等級道路豎向設(shè)計滿足《城市道路工程設(shè)計規(guī)范》（CJJ 37—2012）中最大縱坡、最小縱坡、坡長、豎曲線半徑及長度要求。

4.3 豎向設(shè)計成果

考慮地塊內(nèi)雨水部分就近排入周邊道路雨水管線，以及地塊散水流入道路，避免道路路面水流入地塊，地塊高程應(yīng)略高于周邊道路標高，地塊標高可按照周邊交叉口標高的平均值+0.3m控制，且高于最低點標高。

研究區(qū)域現(xiàn)況地面高程為18.79~30.04m，整體地勢為西北地區(qū)地勢較高，東南地區(qū)地勢較低，設(shè)計高程為18.83~30.04m，整體趨勢符合現(xiàn)況地勢。

區(qū)域內(nèi)部曹園南大街以北平均填高約0.75m，將軍府西路以西平均填高約0.77m，頤瑞東路以東平均填高約1.75 m，云瑞南街以南平均填高約0.64m，環(huán)球影城內(nèi)部平均填高約1.47m。區(qū)域內(nèi)部蕭太后河南街以南、停車場中路以東、云瑞南街以北、東六環(huán)西側(cè)路以西范圍內(nèi)填方較大，平均填高約2.6m。

道路各節(jié)點標高以及地塊標高如圖5所示。

圖5 道路及地塊控制標高（單位：m）

5 構(gòu)建暴雨模型及內(nèi)澇風險評估

5.1 模型介紹

城市綜合流域排水模型（InfoWorks ICM）是一個綜合性的模擬平臺。它整合了城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)模型和河道模型，采用一維和二維水動力學(xué)計算模型，通過模擬城市地上地下所有的雨水系統(tǒng)精確再現(xiàn)了排水系統(tǒng)中的所有水力路徑。InfoWorks ICM將自然環(huán)境和人工構(gòu)筑環(huán)境下的水力水文特征完整地融合到了一個單一的模型中。InfoWorks ICM通常用于分析城市積水、河道溢流等產(chǎn)生的原因，并找出解決這些問題的方法。

5.2 模型構(gòu)建

通州文化旅游區(qū)模型輸入信息包括基礎(chǔ)管網(wǎng)信息（長度、起始位置、坡度、管材、管型、管徑、管底標高等）、檢查井（類型、直徑、地表標高、管底標高等）、匯水分區(qū)、規(guī)劃區(qū)土地利用類型、降雨數(shù)據(jù)、匯水分區(qū)下滲參數(shù)、排水口處受納水體的水位信息等基礎(chǔ)資料。

（1）排水管網(wǎng)構(gòu)建

根據(jù)通州文化旅游區(qū)市政管網(wǎng)設(shè)計的資料，利用Arcgis軟件對雨水管網(wǎng)進行梳理，并轉(zhuǎn)化為管網(wǎng)拓撲數(shù)據(jù)文件，進行模型導(dǎo)入。

（2）匯水分區(qū)確定

根據(jù)排水規(guī)劃，該項目九棵樹中路、頤瑞東路等道路雨水管線為更大范圍流域下游，因此該項目需要模擬整個流域，總面積為18.56 km2。圖6為匯水區(qū)劃分圖。

（3）下墊面解析

通州文化旅游區(qū)下墊面類型可分為3類，分別為屋面、道路及廣場、綠地。匯水面徑流系數(shù)見表3。

圖6 匯水區(qū)劃分圖

表3 匯水面徑流系數(shù)

（4）地面DEM構(gòu)建

該項目范圍采用設(shè)計高程數(shù)據(jù)。該項目范圍之外多為建成區(qū)，采用現(xiàn)況地面高程數(shù)據(jù)。通州文化旅游區(qū)地形如圖7所示。為了獲得比較精確的地表漫流模型，一般需要將模擬區(qū)的路網(wǎng)、水系等下墊面圖層進行矢量化解析，然后疊加到DEM地形圖上。

（5）河道水位

河道水位情況詳見圖2、圖3。

（6）降雨條件

a.低重現(xiàn)期降雨雨型

該項目中降雨重現(xiàn)期為1 a、3 a、5 a及10 a時，采用的是短歷時降雨，根據(jù)北京最新暴雨強度公式推求，雨型采用芝加哥雨型，雨峰系數(shù)0.4，降雨歷時2 h，降雨步長1min（見圖8）。

圖7 DEM 地形圖

圖8 北京市低重現(xiàn)期降雨雨型（單位：mm/h）

b.高重現(xiàn)期降雨雨型

該項目中重現(xiàn)期為20 a、50 a及100 a，采用的是長歷時降雨，根據(jù)北京市雨型分配，降雨歷時24 h，降雨步長5min（見圖9）。

圖9 北京市高重現(xiàn)期降雨雨型（單位：mm/h）

5.3 模擬區(qū)域內(nèi)澇風險評估

（1）內(nèi)澇評估標準

通州文化旅游區(qū)海綿城市建設(shè)試點區(qū)規(guī)劃控制指標要求防澇標準為50 a一遇。在50 a一遇設(shè)計降雨條件下區(qū)域不出現(xiàn)內(nèi)澇積水。因此，本次內(nèi)澇風險評估采用情景模擬法。基于Infoworks ICM雨洪模型軟件的1D-2D耦合模型計算成果，評價50 a一遇24 h設(shè)計暴雨造成的試點區(qū)的內(nèi)澇災(zāi)害情形。參考《室外排水設(shè)計規(guī)范》（2016年版）中規(guī)定的“居民住宅和工商業(yè)建筑物的底層不進水、道路中一條車道的積水深度不超15 cm和《城市內(nèi)澇防治規(guī)劃標準（征求意見稿）》，確定內(nèi)澇風險劃分等級（見表4）。

表4 內(nèi)澇風險等級的劃分

（2）內(nèi)澇風險評估

依據(jù)設(shè)計管網(wǎng)及地形條件，模擬試點區(qū)在5 a一遇2 h短歷時降雨下以及50 a一遇條件下，最不利時刻的內(nèi)澇發(fā)生場景和積水區(qū)域。

由圖10可知，在不同降雨情形條件下，研究范圍內(nèi)道路、地塊基本不存在嚴重積水情況。在文化旅游區(qū)北部地區(qū)存在嚴重積水情況，主要是由于現(xiàn)況地勢比較低以及排水管線標準偏低造成的。

圖10 研究區(qū)域內(nèi)澇積水情況示意圖（單位：m）

6 結(jié) 語

通過模型驗證分析，研究區(qū)域基本不存在嚴重積水情況，道路及地塊高程設(shè)計基本合理，豎向設(shè)計成果可以為下階段道路及周邊區(qū)域地塊建設(shè)高程提供依據(jù)。此外，該項目的研究思路以及研究方法可供同類工程建設(shè)這或設(shè)計者參考。