城市暴雨强度公式复核——以杭州主城区为例

在气候变化与快速城镇化共同影响下,很多城市暴雨特性发生变化,现行的暴雨强度计算公式可能不再适用,需要复核和更新。以杭州市主城区为例,根据钱塘江江畔闸口站1982—2022年降雨极值资料,分别选用皮尔逊Ⅲ型分布和耿贝尔分布曲线进行线型拟合,采用粒子群优化算法推求暴雨强度公式参数,与现行规范给出的暴雨强度公式进行复核分析。结果表明:在重现期为2~20 a时,根据皮尔逊Ⅲ型分布和耿贝尔分布推求得到暴雨强度新公式的平均绝对均方差均小于0.05 mm/min,平均相对均方差均小于5%,符合精度要求;仅当降雨历时为10 min时,2个新公式的暴雨强度要小于现行公式的暴雨强度,其他历时下2个新公式的暴雨强度都明显大于现行公式的暴雨强度;经合理性分析,本研究根据最新暴雨资料推求的暴雨强度公式可为杭州市主城区排水防涝工程设计和相关设施建设提供参考。

吴川市暴雨强度公式的推导及评估

为进一步做好城市排水系统的科学性和实用性,采用吴川市国家气象观测站1980—2021年逐分钟雨量数据资料,利用年最大值法、数值逼近和最小二乘法等,推导吴川市暴雨强度公式,结果表明:湛江市暴雨强度公式理论值与吴川市实际值误差太大,不能达到室外排水规范的要求,而推导的暴雨强度区间参数公式和暴雨强度综合公式精度均符合精度要求,可作为相关部门设计吴川市排水基础设施的相关参考依据,且暴雨强度区间参数公式精度明显优于暴雨强度综合公式。

计及多因素的电网冰灾风险评估模型研究

为综合评价电网遭受的冰灾风险,提出了一种计及多因素的电网冰灾风险评估模型。首先对冰灾气候建模,采用皮尔森Ⅲ分布描述年极值冰厚概率分布,并给出电网设计冰厚与年极值冰厚的关系;接着分析了覆冰厚度、融冰机配置和资源保障率等因素对元件停运模型的影响,并通过模糊推理系统建立线路的停运模型。在此基础上建立电网的冰灾风险评估模型,对算例的仿真结果表明,该方法可以准确、合理地考虑多种因素对电网冰灾风险的影响,并指出采用融冰机等措施能够有效地减小电网的运行风险,从而为电力部门的运行和管理提供有益的参考和意见。

基于广义Pareto分布的洪水序列频率分析

广义Pareto分布是超定量洪水频率分析的常用线型,其阈值的合理选择是关键。对洪水序列超阈值分布的阈值选择和超定量样本的适用性检验两个方面深入讨论,为设计洪水提供更优的频率分析方法。基于广东省曹江流域大拜水文站1968~2013年日流量的洪水序列数据,采用不同的抽样方法,检验不同洪水超定量的泊松分布、广义极值分布和超定量样本分布的拟合优度指标。将择优的GPD、GEV和P-III型模型推算的洪水重现水平做了对比分析。获得以下结论:大拜站洪水序列GPD模型属于重尾分布;洪水GPD阈值的选择可以参考经验平均超过函数图,而最佳阈值应采用多种指标综合确定;三种概率分布的拟合优度结果显示,构建的大拜站洪水GPD模型精度与GEV和P-III型相比较高;GPD的参数估计方法对洪水重现水平的计算结果有较大影响。

关于适线法中经验频率计算公式的对比研究

阐述适线法的理论基础并简介 1 0个经验频率计算公式 .采用统计试验方法 ,选取常见的 8个经验频率公式 ,对P Ⅲ型分布适线计算的设计值优劣进行对比分析 .结果表明 :用数学期望公式计算的结果偏大 ;华氏公式、海森公式、Маматнов公式的计算结果相对较好 .研究还表明 。

广东省年最高水位多年一遇的极值计算

利用广东省各主要河流的20个水文站的年最高水位资料,采用皮尔逊-Ⅲ型分布理论和适线法进行重现期的极值计算分析。结果表明,采用这种方法拟合效果较好,大多数站点的绝对误差小于0.4 m,相对误差小于5％;不管从现有资料分析,还是从多年一遇的极值分析,北江、东江、西江的极值距平值均较大,重现期T=100 a时半数站点的极值距平值在6.0 m以上,其中西江流域的梧州站圾值距平值最大达8.04 m。因此,北江、西江、东江是广东省防洪的重点流域。

基于正多面体算法的水文频率自动计算研究

基于正多面体算法能有效地解决包括带约束的非线性规划的最优化问题在内的各种类型的优化问题,将正多面体方法引入到水文频率计算领域,用来自动获得皮尔逊Ⅲ型分布3个参数E(X),Cv,Cs的最佳估计值,使经验点据尽可能地接近理论曲线,从而取代目估适线,实现了频率参数的自动优化.以洛阳地区水资源评价为例,验证了本文方法在理论和应用研究中取得较好的效果.

风暴增水随机分析的过阈法及其统计计算模式

以青岛大港观测站 32年增水过程为例 ,探讨风暴增水工程设计参数的频率分析法 ,进行了不同阈值序列及各种理论线型的分布拟合。首次提出 Poisson- Pearson- III型分布模式 ,并将其用于工程计算 :对比分析 POT法与年极值法的计算结果 ;给出青岛大港站风暴增水多年一遇设计值 ,为进一步科学地确定海岸防潮工程设计水位奠定了基础。

极值分布和P-III型分布线性矩法在区域洪水频率分析中的检验

以江西省和福建省的86个水文站的年最大洪水资料为样本,在成因水文分区———模糊聚类法的基础上,采用线性矩区域综合方法进行区域洪水频率分析,并选用两种区域洪水分布线型:通用极值分布(GEV)、P-III型分布来检验这两省的洪水特性。结果表明,P-III型分布优于GEV分布。

P-III型分布混合权函数估计法的研究

为克服传统的马秀峰权函数法所存在的缺陷,提出了一种可考虑线性矩法优点的新的权函数估计法即混合权函数法,经过统计试验论证,该法对传统的马秀峰权函数法有较大改进,是一种统计性能较优秀的参数估计方法。

南岳电线积冰标准冰厚气候特征

利用1957～2012年南岳高山观测站逐日覆冰资料，对南岳覆冰标准厚度和覆冰日数的时间演变、突变和周期变化进行分析，并推算出南岳各重现期的标准冰厚，结果表明：1）南岳南北向和东西向标准冰厚年代际变化非常相似，呈现偏大—偏小—偏大—偏小—偏大的年代际变化；冰冻日数在20世纪60年代中后期之前，90年代中后期之后冰冻日数偏少，60年代中后期到90年代中后期冰冻日数偏多。2）冰冻在1～4月、10～12月均有发生，其中1月出现天数最多，占全年的31.8%。3）滑动t检验分析发现，南岳东西向和南北向标准冰厚在20世纪60年代末有减小的突变，冰冻日数在近56年没有出现明显突变。4）Morlet小波和小波功率谱分析发现，南北向和东西向标准冰厚存在显著的2～3年、4～6年振荡周期；冰冻日数存在显著的2～4年、5～7年振荡周期。5）基于Pearson III型概率分布统计发现，各重现期东西向标准冰厚均较南北向标准冰厚要大，其中20年一遇南北向和东西向标准冰厚分别为76.33、85.22 mm，10年一遇南北向和东西向标准冰厚分别为60.86、69.57 mm。6）分析气象要素对覆冰的影响发现，覆冰期气温较无覆冰期要低，相对湿地要大，能见度要小，覆冰期风向以偏北风为准，无覆冰期风向以偏南风为主，覆冰期平均风速较无覆冰期风速要小。

用两种极值推断法推算粤中上百年一遇最大日降雨量

根据粤中具有代表性的四会气象观测站1961—2010年共50年的气候资料,应用皮尔森-Ⅲ分布和第Ⅰ型极值分布函数来拟合该地区不同重现期的最大日降雨量,结果表明用第Ⅰ型极值分布函数推算重现期为5年以上的最大日降雨量拟合程度更高,用此研究方法可求出的超历史资料记录范围的最大日雨量。

中国设计暴雨量变化及其对降水变化的响应

为探究气候变化对水利工程防御洪水标准及其自身安全性的潜在威胁,根据639个站点的日值降雨数据,综合Pearson-III型曲线、最小二乘法及F检验等方法,研究了1958-2017年的中国设计暴雨量的变化及其对降水变化的响应。结果表明:(1)多年平均降水量、日最大降水量及不同重现期下的设计暴雨量在空间上均沿东南向西北逐渐减少。(2)华南、华中、西北和西南地区的多年平均降水量和日最大降水量均呈显著增加趋势(p<0.05),年降水量的增加速率分别为0.82、0.46、0.24和0.21 mm/a,而日最大降水量的增加速率为0.02~0.06 mm/a。(3)在20 a一遇的重现期下,华中、西北、西南地区的设计暴雨量呈显著增加趋势(p<0.05),增加速率分别为0.19、0.05和0.15 mm/a,华南(0.03 mm/a)和华东地区(0.10mm/a)呈不显著增加趋势。华北地区呈显著减少趋势(p<0.05),减少速率为-0.08 mm/a,而东北地区不显著减少(-0.03mm/a)。随重现期的增长,设计暴雨量的变化速率具有“增的愈增,减的愈减”的基本特征。(4)设计暴雨量变化与日最大降水量变化呈显著的正相关关系。在特定重现期下,设计暴雨量会随日最大降水量的增加而增加,可能造成工程实际防洪标准下降,亟需对已建工程的防御标准进行校核修订。研究结果可以为我国工程设计标准的更新及防洪减灾工作提供理论与实践支撑。

三参数Pearson-Ⅲ型分布的一种通用模式及其应用

本文利用Γ函数的递推公式开拓了双Γ函数的展开式的定义域,并引入黄金分割法,给出了一种通用型的三参数Pearson-Ⅱ型分布极大似然估计方法,最后给出了一个应用实例。

成都日降水量年极大值的渐近分布

利用 195 1～ 1999年成都日降水量年极大值的记录 ,通过统计推断 ,找出了成都日降水量年极大值遵循的渐近分布。讨论了两种分布———皮尔逊Ⅲ型分布、对数正态分布 ,并比较了它们的拟合效果 ,最后得出成都日降水量年极大值较好地遵循对数正态分布 ,并讨论了它们的参数估计方法。

基于线性矩系数图的日降雨量年最大值系列频率分布选型

为提高对暴雨数据的预测精度,探讨城市暴雨频率分布选型,考察线性矩系数图作为城市暴雨分布直观判断工具的可行。以南京市58年日降雨量年最大值系列为例,采用线性矩系数图方法,并配合L-kurtosis的偏差以及K-S检验法,分析5种常的3参数分布函数(即GEV、GLO、LN3、GPA和PE3)的拟合情况,得到计算结果,并绘制线性矩系数图。根据线性矩系数图观判断,皮尔逊III型分布(PE3)拟合最佳,3参数对数正态分布(LN3)次之,该结果与L-kurtosis的偏差和K-S检验法保持很的一致性。结果表明,线性矩系数图作为一种判断工具,应用在国内城市暴雨频率分布选型上有其可行性。

蒙特卡罗法在嫩江流域汛期降雨量预测中的应用

以蒙特卡罗理论为基础,采用P-Ⅲ型分布函数来概括流域汛期降雨量的概率特性,并以包含预测值样本系列的均值不超出历史均值范围为控制条件,经有限次试验确定预测值。结合嫩江流域尼尔基站控制断面以上1970年-2009年汛期(6月-9月)降雨资料,以1970年-2005年汛期降雨量为计算样本,预报2006年汛期降雨量,并以2006年实测降雨量进行检验,不断外推预测与检验,直至2010年。预测结果表明:当实际汛期降雨量属平水时,都会获得较高的预报精度,如2006年和2008年;在极枯情况,如2007年(降雨保证率为99.82%)的相对误差较大,为0.75;在较丰情况,如2009年(降雨保证率为19.63%)的相对误差也较大,为-0.20。所以,本方法适合平水年的预测,对于如何进行丰枯极值预报,最后从原理和方法上进行了探讨性思考。

考虑水文因素黄土地基降雨入渗规律研究

如何判定连阴雨条件下岩土体的稳定性是黄土地区工程设计尚未解决的一大难题,而其关键是土体含水率的演化规律。基于西安市近35 a降雨资料,根据地区降雨的统计特征,利用皮尔逊Ⅲ型曲线,构建了考虑水文因素的特定地区的连阴雨边界;在此基础上,基于非饱和土渗流数值模拟开展不同降雨边界条件、工程条件对黄土地基降雨入渗规律影响研究。具体结论如下:①百年一遇连阴雨作用下,地基表层出现了暂态饱和区,其他3种重现期未出现暂饱和区;②降雨入渗对地基稳定性的影响不仅发生在降雨过程中,降雨停止后一定时间内,水分会继续入渗,对地基的稳定性持续造成危害;③随着地基处理宽度、深度增大地基含水率增速变慢、增量变小。

基于极大似然法的负偏水文序列参数估计方法研究

针对皮尔逊Ⅲ型曲线参数估计方法中尺度参数β>0,无法适用于潮位、水位等负偏水文序列(β<0)参数估计的问题,从正偏序列与负偏序列的关系出发,提出了一种极大似然估计的新方法。该方法是将负偏序列先后转换为正偏序列、伽马分布序列,并利用负偏序列确定ξ初值,通过伽马分布序列迭代计算得到α,β的极大似然估计值。以某潮位站44 a的最高潮位数据为算例,比较了负偏极大似然法、负偏矩法、正偏查表法3种估计方法对负偏序列拟合的精度,结果发现负偏极大似然估计法的3项拟合指标:PPCC检验值为0.993,OLS检验值为0.010,KS检验值为0.052,均优于负偏矩法、正偏查表法。为此,负偏极大似然法对负偏序列拟合的精度为最优。

海河流域近51年降水量时空变化特征

利用海河流域1960年-2010年25个典型气象站点的逐月降雨量资料,采用线性回归法、累计距平法分析海河流域年际降雨特征,应用皮尔逊III型曲线法综合分析降雨量的概率分布,运用空间插值法分析海河流域降雨的空间变化特征。结果表明:海河流域近51年来降雨量呈现微弱下降趋势,且近年来下降趋势稳定。海河流域丰水年较少,枯水年较多,且有加剧的趋势,年内降雨极不均匀,季节变化明显,降雨量空间上由南向北逐渐递减。