北京通州文化旅游区东区竖向设计研究

路 峰

（北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京市100082）

0 引 言

北京市通州文化旅游区位于北京市东南部，通州新城西南部，京哈高速北侧，东六环路西侧，距离天安门20 km、首都机场24 km，是北京通往天津、唐山、东北的东大门。文化旅游区是通州新城重要功能区，是提升通州新城文化旅游品质的功能区，是集聚文化功能、完善消费功能的重要空间载体。

北京市通州文化旅游区占地面积约12 km2，以九棵树中路为界分为东、西两个部分。东侧主要为北京国际旅游度假区、轨道车辆段、萧太后河分洪渠及绿化隔离带等，用地总面积约7.5 km2。北京国际旅游度假区规划占地约5.4 km2，其中环球主题公园占地约4 km2，文化创意用地约1.4 km2，轨道车辆段、萧太后河分洪渠、绿化隔离带等其他用地约2.1 km2。西侧为配套地块，面积约4.5 km2。

为配合环球主题公园的建设，需加快文化旅游区特别是环球主题公园周边道路竖向设计，为园区内部场地平整、建筑标高设计提供依据。

1 研究范围及研究内容

1.1 研究目的

结合文化旅游区功能要求、场地自然地形特点、平面布局要求，充分利用现况地形，减少土方填挖量，因地制宜合理确定道路、地块竖向标高，合理组织文化旅游区内地面排水，解决好与外围现况、规划控制高程的衔接。

1.2 研究范围与内容

（1）研究范围

该项目研究范围为文化旅游区东区，北至万盛南街（群芳南街），南至京哈高速，西至九棵树中路，东至东六环路（见图1）。研究区域包含道路27条，其中城市主干路7条，城市次干路7条，城市支路13条（见表1）。

图1 项目研究范围

（2）研究内容

本次研究内容主要包括：道路控制高程、河道控制高程、地块控制高程、构建暴雨模型。

1.3 研究目标

（1）对文化旅游区内道路、桥梁及地块进行竖向标高设计，充分利用和改造自然地形，合理确定设计标高，满足建设项目的使用功能，以及经济、安全和景观方面的要求。

（2）全面贯彻“环境友好、资源节约、低影响开发”的设计理念，符合文化旅游区建设低碳、生态、海绵园区的要求。

2 设计原则及工作思路

2.1 设计原则

（1）满足文化旅游区及周边地块建、构筑物的功能布局要求。

表1 研究区域内道路情况一览表

要按照建、构筑物使用功能要求合理安排其位置，使建、构筑物间的交通联系方便、简捷、通畅，并满足消防要求，符合景观环境及生态环境要求。

（2）充分利用自然地形

充分利用自然地形，对地形的改造要因地制宜，因势利导。改造地形时，应考虑建筑物的布置及空间效果，减少土石方工程量和各种工程构筑物的工程量，并力求填、挖方就近平衡，运距最短，从而降低工程造价。设计上应采取措施，避免造成水土流失，尽可能保护场地原有的生态条件和原有的风貌，体现不同场地的个性与特色。

（3）满足各项技术规程、规范要求，保证工程建设与使用期间的稳定和安全。

（4）解决场地排水问题。

建设场地应有完整、有效的雨水排除系统，重力自流管线尽量满足自然排放要求，保证场地雨水能顺利排除，且与周边现有的或规划的道路排水设施标高相适应。当进行坡地场地、滨水场地设计时，应特别考虑防洪、排洪的问题，以保证场地不被洪水淹没。

（5）满足工程建设与使用的地质、水文等要求。

竖向设计要以安全为原则，充分考虑地形、地质和水文的影响，避免不良地质构造的不利影响，采取适当的防治措施。对挖方地段应防止造成滑坡、塌方和地下水位上升等恶化工程地质的后果。

2.2 工作思路

（1）对现况及规划主要控制因素进行梳理。

场地高程主要控制因素包括场地防洪高程、萧太后河分洪渠20 a水位、排水管线覆土厚度、道路高程和场地设施性质。

（2）根据雨污水排除规划确定排水管线平面和竖向。

根据场地雨污水排除规划方案，确定排水管线平面和竖向。为满足场地排水要求，雨水管线内顶高程应不低于萧太后河规划20 a一遇水位，并合理设置排水纵坡，确定排水纵断高程。

（3）根据排水管线覆土要求和跨河要求，确定道路竖向高程。

（4）结合道路高程，确定周边不同性质的地块高程。

（5）建立暴雨模型，对设计高程进行内涝风险评估，为区域排水系统的规划设计及运营管理提供依据。

3 控制条件梳理

3.1 地形地貌

区域位于通州区南部，地貌上位于永定河冲洪积平原上，地势总体较为平坦，总体上西北稍高，东南略低。

区域内主要为村庄、耕地、林地、企业用地、河道以及鱼塘等，主要涉及铺头、曹园、大马庄、田家府、将军坟、高楼金、岗家坟及大高力庄等村庄。场区内沟渠纵横，中部有萧太后河通过，西部有南大沟通过，现状均有流水。萧太后河宽20～70m，深4～5m，除局部地段有衬砌处理外，其余大部分地段无衬砌。南大沟宽25～30m，深约6m，无衬砌，在田家府西北侧汇入萧太后河。在耕地区域有较多的排水沟渠，宽度一般为5～15m，深度一般不大，为2～3m。在铺头村北、曹园村东北侧、将军坟村南、大高力庄村西北侧以及高楼金村南侧，有成片的鱼塘分布。

竖向设计时应总体符合区域地势走向以及排水方向。

3.2 区域河道条件

（1）萧太后河分洪渠

萧太后河分洪渠规划河道承担流域内防洪排水功能，并兼顾景观和生态功能。根据《通州文化旅游区萧太后河分洪渠工程规划》，萧太后河分洪渠按50 a一遇洪水设计进行综合整治。河道20 a一遇规划洪水位一般不淹没主要雨水管道出口内顶。

在停车场东侧段（停车场西边界—停车场东边界），新挖萧太后河分洪渠长约505m，规划河道横断面采用矩形断面，规划河底宽为40m，边坡系数为0，糙率为0.023，河底纵坡为0.000 48，河深为4m，上口宽为40m。

其余段河道横断面采用梯形断面，规划河底宽约50 m，边坡系数不小于3，糙率为0.025，纵坡为0.000 48，河深为4.5～5 m，上口宽为80～120m。

本区域萧太后河分洪渠（九棵树中路至东六环路段）规划常水位19.0m，滨水绿道高程为19.5m。

（2）萧太后景观河

根据萧太后景观河道设计条件，其河底高程不高于17.5m，水系最高常水位20.5m，低水位20m；河道与桥梁的夹角按90°进行设计，误差不超过3°；通航净空要求为25.6m（宽）×3.6m（高），其中3.6m净高从高水位计算，跨河桥内侧预留人行道净空条件，宽度建议按照不小于2.7m控制，高程大于2.2m。

区域河道控制水位见图2。

3.3 排水规划

图2 河道平面位置及控制水位图（单位：m）

研究区域主要雨水排除下游为萧太后河分洪渠，入河口共有6处，20 a水位为19.36～20.18m（见图3）。雨水排除路线一共6处，分别为：曹园南大街北侧地块沿南北向道路排入曹园南大街雨水管线，然后由西向东接入颐瑞东路雨水管线，颐瑞东路东侧地块雨水接入颐瑞东路雨水管线，最终由北向南接入萧太后河分洪渠；九棵树中路东侧地块通过东西向道路由东向西接入九棵树中路雨水管线，然后向南排入萧太后河分洪渠；停车场西路两侧地块通过萧太后河南街排入停车场西路雨水管线，然后由北往南接入云瑞南街雨水管线，由西往东接入云瑞中路，由北往南排入分洪渠；停车场中路两侧地块通过停车场中路雨水管线由北往南接入云瑞南街雨水管线，由西向东排入分洪渠；京哈高速北侧路西侧雨水通过云瑞中路雨水管线由南向北排入分洪渠；京哈高速北侧路东侧以及东六环西侧路南侧雨水接入云瑞南街雨水管线，最终向西排入分洪渠。

图3 雨水排除及下游控制水位图（单位：m）

4 竖向设计成果

4.1 道路定线及界面划分

道路定线按照测绘院提供的中线成果定线，并按照城市规范要求设置曲线元素。道路红线以控规中提供的道路红线为依据，红线内部分为道路高程范围，红线外5 m为地块高程控制范围，5m为高程衔接过度范围。

4.2 道路纵断面设计

竖向设计主要满足场地防洪高程、沿线排水设施及管线覆土深度要求，以及跨景观河、分洪渠控高要求，避免在路口范围内设置低点。为保证行车安全、舒适，纵坡宜缓顺，起伏不宜频繁，做到纵坡均衡、平顺。

（1）场地防洪高程

为保证通州文化旅游区园区内防洪安全，园区内道路标高按照不低于规划萧太后河分洪渠50 a一遇洪水位+安全高度控制。50 a水位见图2。

（2）排水管线覆土要求

道路高程按照雨水排除下游出口处萧太后河分洪渠的20 a水位进行控制，按照排水下游区域纵坡0.06%反算，考虑设计排水管道覆土深度满足防冻及结构荷载要求，按照不低于20 a水位坡度线1.2m控制。

（3）桥梁控制标高

本次文化旅游区东区范围内共包括新建桥梁12座，其中跨线桥2座，跨河桥10座。桥梁分布如图4所示。

图4 绿道及桥梁分布图

主要控制因素为：

a.7、8、9号桥跨景观河桥梁控高要求：考虑河道通航要求，通航处净空按照不小于3.6m控制，通航宽度为25.6m，通航水位为20.5m，河底高程为17.2m。同时，本次文化旅游区考虑结合河道两侧及道路两侧公共绿地布设绿道系统，打造人文绿色空间。河道两侧处设置5m宽绿道系统，考虑绿道要求，绿道净空按照不小于2.5m控制。绿道系统分布如图4所示。

b.3、5、6、10、11、12号桥跨萧太后河分洪渠：分洪渠无通航要求，净空按照50 a洪水位加安全高度、雍水高控制。河道两侧设置5m宽人行通道，净空按照不小于2.5m控制。

c.1号桥为九棵树中路上跨萧太后河南街跨线桥。萧太后河南街规划为城市次干路，该处净空按照不小于4.5m控制。2号桥为九棵树中路辅路上跨萧太后河分洪渠，该节点处无河道通航要求及绿道系统，净空按照50 a洪水位加安全高度、雍水高控制。

d.4号桥为九棵树中路上跨京哈高速。京哈高速规划为高速公路，该处净空按照不小于5m控制。控制具体高程见表2。

表2 桥梁梁底控制高程表

（4）规范要求

本次研究范围内，主干路设计车速按照50 km/h设计，次干路按照40 km/h设计，支路按照30 km/h设计，各等级道路竖向设计满足《城市道路工程设计规范》（CJJ 37—2012）中最大纵坡、最小纵坡、坡长、竖曲线半径及长度要求。

4.3 竖向设计成果

考虑地块内雨水部分就近排入周边道路雨水管线，以及地块散水流入道路，避免道路路面水流入地块，地块高程应略高于周边道路标高，地块标高可按照周边交叉口标高的平均值+0.3m控制，且高于最低点标高。

研究区域现况地面高程为18.79~30.04m，整体地势为西北地区地势较高，东南地区地势较低，设计高程为18.83~30.04m，整体趋势符合现况地势。

区域内部曹园南大街以北平均填高约0.75m，将军府西路以西平均填高约0.77m，颐瑞东路以东平均填高约1.75 m，云瑞南街以南平均填高约0.64m，环球影城内部平均填高约1.47m。区域内部萧太后河南街以南、停车场中路以东、云瑞南街以北、东六环西侧路以西范围内填方较大，平均填高约2.6m。

道路各节点标高以及地块标高如图5所示。

图5 道路及地块控制标高（单位：m）

5 构建暴雨模型及内涝风险评估

5.1 模型介绍

城市综合流域排水模型（InfoWorks ICM）是一个综合性的模拟平台。它整合了城市排水管网系统模型和河道模型，采用一维和二维水动力学计算模型，通过模拟城市地上地下所有的雨水系统精确再现了排水系统中的所有水力路径。InfoWorks ICM将自然环境和人工构筑环境下的水力水文特征完整地融合到了一个单一的模型中。InfoWorks ICM通常用于分析城市积水、河道溢流等产生的原因，并找出解决这些问题的方法。

5.2 模型构建

通州文化旅游区模型输入信息包括基础管网信息（长度、起始位置、坡度、管材、管型、管径、管底标高等）、检查井（类型、直径、地表标高、管底标高等）、汇水分区、规划区土地利用类型、降雨数据、汇水分区下渗参数、排水口处受纳水体的水位信息等基础资料。

（1）排水管网构建

根据通州文化旅游区市政管网设计的资料，利用Arcgis软件对雨水管网进行梳理，并转化为管网拓扑数据文件，进行模型导入。

（2）汇水分区确定

根据排水规划，该项目九棵树中路、颐瑞东路等道路雨水管线为更大范围流域下游，因此该项目需要模拟整个流域，总面积为18.56 km2。图6为汇水区划分图。

（3）下垫面解析

通州文化旅游区下垫面类型可分为3类，分别为屋面、道路及广场、绿地。汇水面径流系数见表3。

图6 汇水区划分图

表3 汇水面径流系数

（4）地面DEM构建

该项目范围采用设计高程数据。该项目范围之外多为建成区，采用现况地面高程数据。通州文化旅游区地形如图7所示。为了获得比较精确的地表漫流模型，一般需要将模拟区的路网、水系等下垫面图层进行矢量化解析，然后叠加到DEM地形图上。

（5）河道水位

河道水位情况详见图2、图3。

（6）降雨条件

a.低重现期降雨雨型

该项目中降雨重现期为1 a、3 a、5 a及10 a时，采用的是短历时降雨，根据北京最新暴雨强度公式推求，雨型采用芝加哥雨型，雨峰系数0.4，降雨历时2 h，降雨步长1min（见图8）。

图7 DEM 地形图

图8 北京市低重现期降雨雨型（单位：mm/h）

b.高重现期降雨雨型

该项目中重现期为20 a、50 a及100 a，采用的是长历时降雨，根据北京市雨型分配，降雨历时24 h，降雨步长5min（见图9）。

图9 北京市高重现期降雨雨型（单位：mm/h）

5.3 模拟区域内涝风险评估

（1）内涝评估标准

通州文化旅游区海绵城市建设试点区规划控制指标要求防涝标准为50 a一遇。在50 a一遇设计降雨条件下区域不出现内涝积水。因此，本次内涝风险评估采用情景模拟法。基于Infoworks ICM雨洪模型软件的1D-2D耦合模型计算成果，评价50 a一遇24 h设计暴雨造成的试点区的内涝灾害情形。参考《室外排水设计规范》（2016年版）中规定的“居民住宅和工商业建筑物的底层不进水、道路中一条车道的积水深度不超15 cm和《城市内涝防治规划标准（征求意见稿）》，确定内涝风险划分等级（见表4）。

表4 内涝风险等级的划分

（2）内涝风险评估

依据设计管网及地形条件，模拟试点区在5 a一遇2 h短历时降雨下以及50 a一遇条件下，最不利时刻的内涝发生场景和积水区域。

由图10可知，在不同降雨情形条件下，研究范围内道路、地块基本不存在严重积水情况。在文化旅游区北部地区存在严重积水情况，主要是由于现况地势比较低以及排水管线标准偏低造成的。

图10 研究区域内涝积水情况示意图（单位：m）

6 结 语

通过模型验证分析，研究区域基本不存在严重积水情况，道路及地块高程设计基本合理，竖向设计成果可以为下阶段道路及周边区域地块建设高程提供依据。此外，该项目的研究思路以及研究方法可供同类工程建设这或设计者参考。