郑州市暴雨强度公式计算与对比分析

为真实客观地反映郑州市近年来暴雨特征变化,进一步优化郑州市暴雨强度公式,选取2000~2022年11个降雨历时的年最大暴雨量,采用最小二乘法、遗传算法、拟牛顿法优化了郑州市暴雨强度公式参数,并与郑州市2002年暴雨强度公式以及2023年暴雨强度公式进行对比分析。结果表明,郑州市暴雨强度公式在指数分布中采用拟牛顿法拟合误差最小,最终确定的优化参数A1为11.312、C为2.968、b为19.8、n为0.900;在不同重现期暴雨条件下,优化公式相对于2002年公式呈现出完全不同的极值分布情况,即“大的更大、小的更小”,而与2023年公式的雨强相差较小;在不同降雨情景管网水力运行特征中,优化公式与2023年公式的模拟结果高度一致,两者在预测郑州市内涝情况整体上具有相似的准确性和可靠性,对城市排水防涝具有一定的指导作用。

利用短序列高密度台站资料推算暴雨重现期方法研究及应用

暴雨重现期是城市排水防涝设计的重要基础,通常基于长年代观测数据进行推算。但在无降水观测或观测时间较短的情况下,如何进行重现期推算和暴雨强度评估是目前亟需解决的科学问题。基于重庆市近14年高密度台站降水观测资料,建立各站逐年日降水极值抽样数据集,以“空间换时间”的思想,对日降水极值样本进行空间抽样,通过与国家级气象站长序列观测数据(>60 a)进行交叉检验,构建试验区目标点最佳百分位合成序列,该方法简称为空间抽样合成法(SBS)。通过重庆地区34个测站长年代观测资料计算重现期降水量“真值”与SBS、邻近点替换、克雷斯曼(Cressman)空间插值、年多个样法等推算结果进行对比检验,就平均而言,SBS的相对误差最小,其中含目标点样本的SBS相对误差最小为7.2%,邻近点替代法相对误差最大(13.2%),表明SBS可以较好地用于中国复杂地形的重庆地区,利用短序列高密度台站降水资料构建无有效降水观测资料目标点处的长序列极值降水样本,从而开展概率拟合优选及暴雨重现期推算。在对上述方法验证基础上,实现重庆地区2062个高密度气象观测站多年(50 a)一遇重现期降水量推算,提高了日尺度极端降水的空间精细化水平,结果能更好反映山区地形对降水的影响。SBS可以充分利用短序列高密度台站降水观测资料,实现区域内任意目标点重现期降水量推算。

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。

应用年最大值法推求城市暴雨强度公式的研究

目前采用年最大值法采样的条件日趋成熟。比较了年最大值法与年多个样法推求暴雨强度公式的差别,并通过北京市的实例分析了两种取样方法获得的样本在重现期上存在的关系。在此基础上论述了推行年最大值法取样推求暴雨强度公式存在的问题及建议,提出了该方法在未来应用的可行性,为未来过渡到采用年最大值法选样提供参考依据。

重庆主城区暴雨强度公式推算和应用探讨

根据重庆市主城区沙坪坝、北碚、巴南、渝北站1981-2013年逐分钟降水资料,基于年最大值和年多个样法两种数据采样方式,采用皮尔逊Ⅲ型分布、耿贝尔分布和指数分布曲线拟合,分别编制了暴雨强度公式。结果表明:年最大值法取样推求的暴雨强度值在10 a以下重现期部分小于年多个样法,在11-30 a重现期部分两者差别小,在31-100 a重现期部分年最大值法大于年多个样法。4站均以年多个样法取样推求的暴雨强度公式误差最小。巴南和北碚选用1981-2013年、渝北与沙坪坝选用1991-2013年降水数据根据年多个样法取样采用指数分布曲线拟合推算的暴雨强度公式。通过分析各历时降水量空间分布特征,划定了新编暴雨强度公式在重庆主城区的适用范围。

不同选样方法下暴雨频率指数分布曲线的适用性

为了判定指数分布曲线是否适用于选取的样本系列,对不同选样样本系列的概率密度曲线和指数分布曲线之间的相似情况进行了理论分析,并结合实例采用指数分布曲线对不同选样方法下选取的样本系列概率密度直方图进行曲线拟合.结果表明:年最大值法选样从理论上不适宜选用指数分布曲线进行频率分析;年多个样法选取样本系列只有在概率密度曲线呈"捺"形时,才可以考虑采用指数分布曲线,否则不宜采用.

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。

三种设计波高计算方法比较

目前国际上设计波高的常用计算方法有三种：年最大波高法（Annual Maximum method）、波高阈值法（Peak—Over—Threshold method）和年N大波法（Annual N-Largest method）。利用澳大利亚悉尼观测站连续16年的实测资料和Gumbel概率分布函数对这三种方法进行分析和比较，选出一种比较好的计算方法。结果表明，由年最大波高法计算得到的设计波高值偏大，线性回归系数较小，均方误也较大；波高阈值法计算所得结果与阈值本身取值关系并不大，线性回归相关性也较好；年N大波法计算得到的设计波高与每年大波数量取值无关（N≥5时），均方误较小，线性回归相关性较好。因此，在这三种方法中，年N大波法更适合用来计算设计波高，建议每年大波数取5-6个。

济南短历时暴雨强度公式研究

文章基于暴雨强度公式在城市雨水利用与防洪排涝中的重要地位,选择可代表济南市区降雨特点的黄台桥站的降雨资料,采用年最大值法进行数据选样,利用耿贝尔曲线进行频率调整,采用计算机辅助的图解法与线性最小二乘法相结合的综合方法,推求雨强公式中各待定参数值,并进行精度分析。结果显示:(1)重现期10年以下的均方差符合标准要求;(2)重现期大于10年可与2004年版公式联合求解,取二者中较大值作为城市雨水利用工程的设计依据。

关于城市暴雨强度公式推求的研究

城市暴雨强度公式的准确性直接影响着城市排水管网的规划设计,老一代的暴雨强度公式已经不能正确反映当地的降雨规律,亟需重新修订。本文以郑州市降雨资料为例,采用年最大值法选样和年多个样法选样对公式进行推求,通过对比分析发现年最大值法操作简单,误差更小,该方法有利于新一轮暴雨强度公式修编的普及。

基于最大熵谱估计的水文周期分析

最大熵谱估计法是以AR模型为基础的一种参数谱估计方法。该方法通过频谱分析，可以计算出全局性的主要周期，从而反映出水文时间序列的整体特性。介绍了最大熵谱估计法的基本概念和理论，并论述了用Burg算法作为求解AR模型参数的方法。针对岷江紫坪铺水文站1937-2004年的年径流实测资料，将最大熵谱估计理论应用于水文时间序列周期的提取上，并采用Fisher检验方法对提取出的周期进行了检验。通过分析发现，岷江紫坪铺站年径流序列存在4年左右的变化准周期，对揭示岷江中上游水文周期的变化规律具有一定的探讨意义。在研究中同时也发现，最大熵谱估计也存在一定的缺陷，在今后的研究中还需进一步建立熵与水文过程之间的联系，从而更好地揭示出水文时间序列的变化规律。

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.

城市暴雨两种选样方法的概率关系与应用评述

论证城市暴雨选样的年最大值法与年多个样法的理论与应用问题,导出两者的概率关系,评述频率分布模型的选择以及不同选样有关换算的意见。建议《室外排水设计规范》尽早改用年最大值法选样。

水库汛期分期方法研究及其应用

应用矢量统计法和相对频率法,基于年最大值取样以及超定量取样进行汛期分期计算,并与现有的方法进行比较研究。实例应用结果表明,这两种方法均可用于汛期的分期计算中,具有一定的实用价值。

贵阳市暴雨强度公式推求

利用贵阳国家基准气候站1961-2014年逐分钟降水资料,选取并计算5、10、15、20、30、45、60、90、120、150、180 min共11个时段逐年最大降雨量样本,依据《室外排水设计规范》（GB50014-2006,2014版）和《城市暴雨强度公式编制和设计暴雨雨型确定技术导则》（2014版）技术要求,对贵阳暴雨强度公式进行推求,得到以下结论：三种频率分布曲线拟合结果表明耿贝尔分布曲线优于皮尔逊Ⅲ型和指数分布;在形式上分别给出了贵阳市暴雨强度总公式、单一重现期暴雨强度公式和区间（任意重现期）暴雨强度公式;计算贵阳市暴雨强度区间公式和总公式重现期2-20 a暴雨强度平均绝对均方误差及平均相对均方误差,结果均满足《室外排水设计规范》（GB50014-3006,2014版）提出的精度要求,但区间公式精度明显优于总公式,因此在实际应用中推荐使用贵阳市暴雨强度区间公式。

风速统计特性研究探讨

结合上海地区两个气象站的实测数据，在对上海地区的风特性进行分析研究的基础上，提出了风速统计特性研究的一种改进方法。

年最大值法推求暴雨强度公式对现行市政排水设计的影响

随着降雨水文资料的积累,各地采用年最大值法推求暴雨强度公式的条件趋于成熟。以诏安县为例,分析比较了年最大值法与年多个样法推求暴雨强度公式对现行市政排水设计的影响,建议新旧工程设计标准进行衔接时要注意重现期的转换,并且为了提高设计标准应当适当提高重现期,并进行校核;一般年多个样法重现期与年最大值法重现期无明确的函数关系。

不同选样方法设计暴雨重现期衔接关系探讨

目前国内推行采用年最大值法进行短历时暴雨选样,为了解决年最大值法选样在小重现期(1a^5a)内暴雨强度设计值明显偏小以及设计重现期的衔接问题,以广州市设计暴雨为例,采用不同频率分布模型对年最大值法及年多个样法进行频率分布适线,得到不同情形下的暴雨强度公式。结果表明,虽然不同频率分布模型对两种选样方法的衔接关系有较大影响,但转换的年最大值法可在一定程度上改进由年最大值选样引起的小重现期暴雨强度较小的问题,同时也可解决室外排水工程常用设计重现期统一问题。

设计洪水计算中年最大选样法与超定量选样法的比较

利用宜昌站实测径流资料,对年最大选样法和超定量选样法进行比较,两种选样方法简便易算,超定量选样法可从有限的洪水资料中利用更多的洪水信息。在进行洪水频率分析前,检验样本系列的独立性,并利用常用的线型优选方法选择合适的频率线型。结果表明,超定量选样法在设计洪水计算中的结果是可靠的。

基于Kendall与R/S法的年最大洪峰流量变化特性分析

应用线性回归法、Kendall秩次相关检验法等方法分析年最大洪峰流量序列总体变化趋势,根据重标极差R/S法求出年最大洪峰流量序列的变异点并划分序列,采用Kendall秩次相关检验法或线性回归法分析每段序列变化趋势,并根据R/S法分析每段序列的持续性特征,以两者的结果综合分析序列未来的变化特性。以闽江十里庵站年最大洪峰流量序列为例进行的分析表明,Kendall与R/S法应用于年最大洪峰流量变化特性分析可行,可以为流域汛前防汛备汛工作提供参考。