汶川县降雨时空分布特征及设计暴雨频率分析

为减少降雨及设计暴雨时空异质性对汶川县造成的损失,揭示汶川县降雨时空分布特征与设计暴雨特征,基于2001~2020年的GPM卫星降雨数据,采用Mann-Kendall等方法,从年、月、汛期、日等时间尺度和不同量级尺度,对汶川县降雨时空变化进行分析,并采用随机暴雨移置法(Stochastic Storm Transposition, SST)进行设计暴雨频率分析。结果表明:(1)汶川县年总降雨量呈显著增长趋势,主要受汛期降雨变化影响。(2)降雨空间分布不均匀,小雨主要分布在汶川县西南部,中到暴雨主要分布在汶川县东部。(3)基于随机暴雨移置法得到的设计降雨结果具有可靠性;随着降雨历时的增长,设计暴雨中心有从汶川县西南部向中东部移动的趋势;小重现期时,设计暴雨的空间分布不均匀性更为显著。研究成果可为汶川县暴雨洪涝防治提供参考。

天津地区设计暴雨强度的推算与适用

设计暴雨是防洪和排水设施建设的重要基础,完善设计暴雨是加强应对区域洪水和城市内涝灾害风险的重要保障。由于一般气象站的暴雨观测资料不足以推算城市排水所需的设计暴雨强度,因此研究如何最大限度地利用常规观测资料,对于在空间上细化城市排水设计暴雨具有重要意义。该文选取天津市区和塘沽两个具有长年分钟雨量资料的气象站,基于年最大值和年多值两种数据采样方式对暴雨强度进行推算,并分别编制了暴雨强度公式。与天津市区相比,塘沽的暴雨强度明显偏大,其在市政排水设计上不宜采用与天津市区相同的标准,否则将面临更大的暴雨内涝风险。对比分析两种暴雨强度公式计算值表明:当标准为2～10年一遇时,基于年最大值采样法的暴雨强度公式在排水设计上具有适用性,即利用常规观测资料推算的设计暴雨强度在排水设计方面的适用范围。这为在空间上进一步细化城市排水设计暴雨提供了参考。

城市设计暴雨雨型研究

采用模糊模式识别方法对我国四个雨量站的雨型进行分类和统计，获得了短历时暴雨雨型的分布特性；经过模拟分析和比较，找出了一种较好地满足城市排水设计要求的设计雨型。

基于联合分布的设计暴雨方法

利用Gumbel-Hougaard Copula函数构建边缘分布均为PIII型分布的年最大日雨量与年最大七日雨量之间的联合分布。以隔河岩43年降雨资料为例进行分析,结果表明,年最大日雨量与年最大七日雨量联合观测值的理论分布和经验频率拟合较好。在年最大日雨量和年最大七日雨量的边缘分布和理论分布的基础上,推求两变量的联合分布、联合重现期,并基于联合分布推求设计暴雨值,以更加准确地根据设计条件推求设计暴雨过程。

天津市设计暴雨方法比较及公式修正

设计暴雨是防洪设施建设的安全标准之一,由于气候改变,水文循环过程随之改变,降雨强度及规律也相应发生改变,因此有必要对设计暴雨进行进一步研究.以天津市为研究对象,采用52年P-Ⅲ型的降雨资料作为样本;采用年最大值法、年多个样法进行选样,采用耿贝尔分布、广义极值分布、指数分布和P-Ⅲ型分布对设计暴雨进行理论频率分析,以回归分析中的决定系数作为评价指标.通过频率适线分析得出暴雨强度-历时-重现期关系曲线,并采用高斯-牛顿迭代法对暴雨强度公式进行求解,以绝对标准差及相对标准差作为暴雨强度公式评价指标.结果表明P-Ⅲ型曲线更为适用,而目前使用的设计暴雨强度小于根据52年降雨资料得出的设计暴雨强度.因此,随着数据的积累对设计暴雨进行修正是非常必要的.

重庆市主城区设计暴雨量推算探讨

设计暴雨量是城市勘查设计重要标准之一.根据年最大值法与年多个样法选取的重庆市主城区沙坪坝站1961-2013年60,120,180,360,540,720,1 440min历时资料,采用皮尔逊Ⅲ型分布、耿贝尔分布、指数分布、对数正态分布、广义帕雷托(GP)分布函数对其进行拟合,并对拟合效果进行检验,结果表明:GP分布函数的拟合效果最好,可信度更高.重庆主城区推荐使用GP分布函数拟合的设计暴雨量.当所需设计暴雨量的各历时及其资料年限与暴雨强度公式编制时使用的相同时,可用暴雨强度公式计算设计暴雨量,否则会有误差.

城市内涝综合设计暴雨研究

随着城市化进程的加快,城市暴雨致灾所导致的社会影响和经济损失越来越大,合理规划城区内排水体系就成为当前的研究难点。针对城市排水体系中区域排涝和市政排水综合设计需求,首先对现行城市排涝和城市排水相关设计暴雨规范进行分析,由此提出城市内涝综合设计暴雨计算与评判方法,并以武汉市汉口区黄孝河地区排水系统为例进行了综合设计暴雨和排涝流量计算。结果表明,考虑降雨强度和降雨总量的综合设计暴雨方法,符合研究区域特性,能较好地将城市排水与排涝设计有机联系起来,满足排水与排涝综合设计需求。该研究成果可应用于城市防洪、排水排涝系统现状评估和城市规划等方面。

基于二次重现期的城市两级排涝标准衔接的设计暴雨

使用珠海市1984—2015年R_(1h)-R_(6h)、R_(1h)-R_(12h)、R_(1h)-R_(24h)3个历时暴雨组合推算排水排涝两级标准衔接的设计暴雨水平。应用阿基米德极值Copula与Kendall分布函数构建不同历时暴雨组合的联合概率分布模式。分析各历时暴雨组合的遭遇概率、"或"重现期、"且"重现期和二次重现期,以出现最大可能概率的方法推算各组合的设计暴雨值。结果表明:二次重现期所对应的累积频率更准确地代表了特定设计频率情况下不同历时暴雨组合的风险率;重现期分别为2年、3年、5年、10年、20年、50年、100年推算的二次重现期设计值介于"或"重现期和"且"重现期设计值之间,小于相应的边缘分布重现期设计值,R_(1h)-R_(6h)组合推算的设计值相对误差为3.1%~7.1%;R_(1h)-R_(12h)组合推算的设计值相对误差为3.3%~9.3%;R_(1h)-R_(24h)组合推算的设计值相对误差为3.9%~12.0%。二次重现期推算的不同历时暴雨组合的设计暴雨分位值为内涝工程的风险管理和管渠尺寸提供了优选标准和设计参考。

平原河网地区设计暴雨下的洪水计算——以苏州地区为例

对苏州市河网进行了概化,采用Arc GIS的"欧氏分配"等工具进行了集水域和子流域的划分,以MIKE11软件为平台,建立了苏州河网的NAM水文模型和一维水动力模型,率定了水文和水动力参数,实现了水文水动力模型的耦合。计算研究区域200年一遇频率下的设计暴雨量,并推求暴雨过程分配。在此基础上,设置闸站工程的运行方式,对苏州地区200年一遇设计暴雨条件下的洪水演进过程进行模拟预测,并重点分析苏州城市中心区的防洪安全裕度。计算结果表明,在200年一遇设计暴雨条件下,苏州地区闸站工程运行方式设置及其调度原则满足城市中心区的防洪要求。

流域设计暴雨计算方法研究

从理论上分析了目前流域设计暴雨计算方法存在的问题，以气候变化的物理成因为基础，提出了分旬设计暴雨及设计暴雨量过程线的基本概念和两种计算方法，对计算结果进行了比较分析，最后说明了设计暴雨与汛限水位的关系。

南通城市设计暴雨方法比较及公式修订

以南通市为研究对象,以31年实测降雨资料作为样本,采用年最大值法、年多个样法进行选样,通过皮尔逊-Ⅲ型频率曲线分析和高斯-牛顿法对暴雨强度公式进行求解,以绝对均方差作为暴雨强度公式评价指标。结果表明,年最大值法选样使其得到的暴雨公式较年多个样法得到的暴雨公式精度要高。新编暴雨公式与现有公式的比较表明,新编公式比现行公式雨强总体偏大8.5%左右,体现了南通市城区短历时降雨强度较20世纪80年代增幅明显的现实,说明新公式更能反映南通城区现状降雨情况。

不同历时设计暴雨组合的风险率分析

基于Copula理论与方法,以广州1951~2010年的日降水为例,以最大日降水量为基准,构建最大日降水量（W1）与历时3日（W3）降水量,最大日降水量（W1）与历时7日（W7）降水量两个组合的联合概率分布模式。经择优检验建立了边缘分布为广义极值和P-III型的Gumbel-Hougaard Copula两变量联合分布。随之,推算了两个组合降水的同现重现期和设计暴雨值。最后,依据条件分布计算了在大于或小于年最大日降水量特定设计暴雨条件下超过历时3日或7日降水设计值的风险率。

设计暴雨条件下下凹式绿地的雨水蓄渗效果

下凹式绿地具有蓄渗雨水、削减洪峰流量、过滤水质和防止水土流失等优点 ,是城市雨洪利用的重要措施之一。对在设计暴雨条件下下凹式绿地的蓄渗、减洪效果进行了分析计算 ,结果表明 :在 1倍汇水面积的情况下 ,对于 10 ,5 0和 10 0年一遇的暴雨 ,下凹式绿地的降雨拦蓄率分别为 87.15 ,5 8.4 8和 5 0 .75 ;其减峰率分别为 71.0 4 ,4 6 .82和 4 1.5 2 ;蓄渗。

南京主城区设计暴雨计算研究

科学合理地推求城市设计暴雨过程直接关系到城市防洪安全。论文以南京市为研究对象,基于由年最大值法选取得到的1982-2015年1h南京市面平均雨量样本,从P-Ⅲ型分布函数、耿贝尔分布函数、指数分布函数中优选拟合最佳的分布函数,并结合南京站1h雨量样本计算主城区设计面雨量;在对比分析同倍比法与同频率法推求不同历时典型暴雨时程分配的优缺点的基础上,选择同频率法由设计面雨量推求得到南京市主城区历时12h的不同重现期设计暴雨过程。结果表明:P-Ⅲ型曲线拟合最优,同频率法求得的暴雨时程分配更符合防洪排涝工程的要求。研究成果可为确定城镇防洪排涝工程的设计标准提供科学依据。

排水和排涝设计暴雨重现期的异同

针对市政系统和水利系统中设计暴雨重现期不一致的情况,提出基于年多个样法和年最大值法的次风险理念和年风险理念.指出市政系统重现期所表征的风险除特大值外还包括次大值等所引起的风险,而水利系统重现期所表征的风险仅为年最大值主宰的风险.以广州市暴雨资料为例,分析2种重现期的大小关系.研究表明,市政系统重现期小于或等于水利系统重现期的数量关系,2种重现期化异求同的关键在于统一风险理念和选样时采用年最大值法.

中国设计暴雨和暴雨特性的研究

全面回顾了中国近５０ 年来的暴雨研究工作， 分别介绍了有关设计暴雨地区综合研究成果、设计暴雨分析计算方法的改进以及暴雨特性研究的进展； 概略叙述了各项研究的主要内容、资料基础、分析方法和重要结论。

平坦区域设计暴雨重现期对雨水管道工程投资的影响研究

针对选定的平坦区域,用不同设计暴雨重现期和管道布置方式对工程投资的影响进行分析,分别采用8种设计暴雨重现期和2种管道系统设计方案,进行雨水管道工程设计及投资计算.得出工程投资增加倍数与设计暴雨重现期的函数关系,研究表明管道布置方式和区域面积的大小对于暴雨重现期提高所带来的工程投资增加的倍数影响不显著,并对雨水管道设计暴雨重现期的取值提出建议。

城市设计暴雨频率曲线线型的研究

城市排水规划需有一定设计标准的暴雨值,这类设计暴雨的特点是历时短、设计标准不高和统计分布呈反S形。提出了用两端有限对数正态分布和广义指数分布作为频率曲线线型进行计算,可避免用Γ分布适线欠佳的缺点。通过实例,发现采用这两类分布,计算简便,能获得适线较好的结果。

唐山市区短历时设计暴雨雨型分析

利用唐山市国家基本气象站1964~2014年的逐分钟降雨资料,通过模糊识别法对历时60min、120min和180min的降雨过程进行统计分析,并分别采用芝加哥法和P&C法推求唐山市区3个历时,重现期2年以5min为单位时段的短历时设计暴雨雨型,比较分析两种方法所得结果的差异。结果表明:芝加哥法和P&C法推求的唐山市区短历时设计暴雨雨型均呈单峰型,这与模糊识别法统计的结果基本吻合;两种方法得到的60min和120min设计暴雨雨型峰值基本处于整场降雨过程的1/3分位,而历时180min的雨型峰值则均超前于整场降雨过程的1/3分位;芝加哥法和P&C法推求短历时设计暴雨雨型基本具有"单峰型、时间短、强度大"的特点,因此当短历时暴雨发生时,各相关部门应积极配合,在第一时间做好城市排水防涝工作。

郑州市“7.20”暴雨与10年一遇设计暴雨条件下的积水特性对比分析

为进一步区分极端罕见暴雨与一般大暴雨对城市内涝影响的不同,采用SWMM雨洪模型,分析郑州市金水区“7.20”暴雨与10年一遇设计暴雨情境下的城市暴雨内涝积水特性变化。结果表明,郑州市金水区排水除涝标准较低,仅能抵抗1.5年一遇暴雨内涝风险;郑州市“7.20”暴雨和10年一遇设计暴雨均能引起城市内涝,且“7.20”暴雨内涝积水严重程度均远高于10年一遇设计暴雨内涝积水严重程度;与10年一遇设计暴雨相比,“7.20”暴雨情境下管段超载程度、排水能力及管网流量均达到上限,内涝积水点数量及积水范围增大,且主要集中于东南部,积水峰值时间相对于暴雨峰现时间推迟了1 h;受连接管段数量和坡度的影响,各排放口的径流量特性有所差异,各排放口洪峰时间比其雨峰平均推迟了1.4 h。研究成果可为城市雨洪应急管理提供参考。