雄安新区长历时暴雨强度公式及其设计雨型推求

设计暴雨研究是城市排水防涝工程建设的重要基础。基于1981-2020年雄安新区3个地面气象观测站的降雨资料,对其降雨量和暴雨日数的时间变化特征进行了分析;采用雄县分钟级降雨数据,通过年最大值法选样,为兼顾长、短历时降雨样本的拟合优度,选用P-Ⅲ型曲线对降雨数据进行理论频率分析,通过MATLAB的高斯-牛顿法求解暴雨强度公式中的参数,最终得到长历时综合暴雨强度公式,根据同频率分析法对雄县1440min的设计暴雨雨型进行推求。结果表明:雄安新区多年平均降雨量为490.4mm,暴雨日数为4.4d;2000-2020年暴雨日数呈增多趋势,尤以大暴雨增多明显,近10a大暴雨发生日数占暴雨日数的比率最大,为20.8%,较21世纪初10a大将近7倍。编制的长历时综合暴雨强度公式,可计算5-1440min任意历时、2-100a任意重现期的设计暴雨。雄县以5min为步长的1440min设计暴雨雨型为单峰型,雨峰系数为0.806,结合所编制的长历时综合暴雨强度公式,可推求任意指定重现期下1440min的设计雨型。

信阳市近30年短历时暴雨雨型特征研究

【目的】研究信阳市近30年短历时暴雨雨型特征,为防灾减灾、服务地方提供技术支撑。【方法】运用信阳国家气象站1991—2020年逐分钟雨量资料,通过模糊识别法确定了60 min、120 min和180 min历时暴雨雨型,并通过计算雨峰系数总结出雨峰分布规律。【结果】(1)不同历时暴雨中雨型Ⅲ出现概率大,占比为33.6%~36.5%。(2)在不同年代中,历时60 min和120 min暴雨雨型均以雨型Ⅲ为主,而180 min暴雨雨型在2000s以雨型I为主。(3)信阳市短历时强降雨量较为集中,各历时暴雨雨峰均位于降雨过程1/2偏前位置。【结论】信阳市区短历时暴雨雨型的主要特征为“单峰型、速度快、强度高、尾巴长”,在工程设计中需重视单峰雨型雨峰前置引发的城市内涝风险。

湖南短历时暴雨雨型分析

采用湖南14个地市州所在地国家气象站1980—2013年逐分钟降雨资料,分别利用模糊识别法、芝加哥法、Pilgrim&cordery法及同频率法对各地短历时60 min、90 min、120 min、150 min、180 min以5 min为单位时段的暴雨雨型进行了识别和推求,结果表明:推求的各地暴雨雨型基本以峰值在前部的单峰型为主;芝加哥、Pilgrim&cordery计算的峰值、强度相当,推求的各历时暴雨雨型基本一致,也更接近实际,同频率法相对来说效果较差些。

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。

气候变化背景下济南短历时暴雨强度及雨型特征

城市暴雨强度和暴雨雨型的确定是科学合理规划和设计城市排水系统的基础。根据济南国家基本气象站1961—2017年分钟降水数据,采用概率分布模型、芝加哥法及同频率法,研究济南1961—1990年、1971—2000年、1981—2010年、1991—2017年等4个不同年代下短历时暴雨强度和雨型变化特征。结果表明:济南短历时强降水自20世纪80年代开始增强,特别是20世纪90年代以来增大的趋势较明显;短历时和长历时强降水都主要集中在降水过程的前半程且有推后的趋势时段。建议每隔10年或当暴雨强度变化率超过5%时,对当地暴雨强度公式进行修订。

贵阳市暴雨变化趋势及短历时暴雨雨型研究

该文利用贵阳站1951—2013年逐日降水量及1961—2013年逐分钟降水量资料,对贵阳市暴雨变化趋势进行分析,其结果显示贵阳市暴雨平均雨量整体呈上升趋势,暴雨日数及总暴雨量总体呈现出下降趋势,21世纪以来贵阳市暴雨强度有所增强,近30 a的降水极端性及降水强度较强。以1981—2013年逐分钟降水资料为数据基础,依据《室外排水设计规范》(GB50014-2006,2014版)及《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)要求新修编的贵阳站暴雨强度公式,采用芝加哥雨型法确定贵阳市短历时暴雨雨型,雨峰综合系数为0.405,即雨峰位于整个降雨过程的终端偏前的时刻。

重庆不同天气系统短历时设计暴雨雨型比较研究

利用重庆主城区沙坪坝国家基本气象站1961—2017年逐分钟降雨资料,根据暴雨成因选取大范围区域暴雨型和局地强对流天气型两类短历时暴雨样本,采用Pilgrim&Cordery法推求设计暴雨雨型,并比较两类天气系统下短历时设计暴雨雨型的差异。结果显示:区域暴雨型样本数占总样本数52.6%,60 min历时单峰型和均匀型占比分别为36.7%和26.7%,120 min历时多为单峰型且峰值在中部,180 min历时雨型主要为峰值在前部的单峰型。而强对流天气型样本数占总样本数的47.4%,短历时雨型基本都为峰值在前部的单峰型。相比区域暴雨型,强对流天气型设计暴雨雨型峰值位置出现较早,峰值强度偏强,降雨累积过程更快。60 min、120 min和180 min峰值分别提前5 min、35 min和20 min,10 a重现期峰值强度分别偏强0.5 mm·min-1、0.9 mm·min^-1和0.9 mm·min^-1。在设计降雨量相同的情况下,强对流天气型平均积水时间更长,积水量更大,导致的内涝问题更突出。

气候变化背景下北京市短历时暴雨的强度及雨型变化特征

利用1961—2017年北京观象台站逐分钟降雨资料,根据《城市暴雨强度公式编制和设计暴雨雨型确定技术导则》,建立了北京市1961—1990年和1991—2017年两个气候态下的暴雨强度公式和2 a重现期下历时30 min、60 min、90 min、120 min、150 min、180 min以5 min为时间段的设计暴雨雨型。结果表明:1)P-Ⅲ型分布曲线对北京市两个气候态下各历时降雨量的拟合效果最好,暴雨强度公式精度最高。2)对比1961—1990年和1991—2017年暴雨强度公式,整体而言,后者各历时重现期的暴雨强度值较低,但随着重现期的增大,两者的雨强差值也增大。3)1961—1990年和1991—2017年短历时雨型的雨峰位置系数分别为0.436和0.382,2 a重现期下前者的各历时雨峰位置比后者提前,各历时累积降雨均在初期增长较慢、雨峰前后增长较快,之后增速明显减缓。

哈尔滨市呼兰区短历时暴雨雨型特征

1引言近年来,受全球气候变化影响,极端暴雨事件频繁发生,加之城市排水防涝标准偏低、基础设施规划和建设滞后、调蓄雨洪和应急管理能力的不足,很多城市频繁出现了严重的暴雨内涝灾害。

南京市近25年短历时暴雨雨型特性

采用南京市7个雨量观测站近25年的逐分钟雨量资料,提取了各站30min、60min、90min、120min、150min、180min历时的暴雨样本,统计了各站暴雨年发生次数变化并比较了空间差异性,采用模糊识别法识别了各暴雨样本的雨型,分析了各历时暴雨样本雨型组成结构,从雨峰数量和雨峰系数方面探究了雨峰的分布规律,并对比了城郊暴雨雨型特征差异性。结果表明,近25年来南京市暴雨发生次数呈增加趋势,暴雨时程分配更加集中;各历时暴雨中以雨型Ⅰ(单峰且雨峰在前部)、Ⅳ(暴雨过程均匀)发生频率较大,雨型发生比例空间差异较小;各站暴雨中约有38.6%~70.2%为单峰暴雨,不同站点暴雨雨峰位置分布类似;城区暴雨发生频次更高,且未来时期持续性强降水发生几率较大,郊区暴雨雨峰出现时间比城区更早。

南京市短历时设计暴雨雨型研究

设计暴雨的确定是城市管网系统排水能力规划设计的重要基础。以南京市中心城区为研究区,首先应用暴雨强度公式分别计算历时60 min和120 min的不同重现期设计暴雨量,再基于1982-2015年降水资料利用年最大法选取得到年最大降雨序列,并计算综合雨峰系数,最后应用Pilgrim&Cordery雨型和芝加哥雨型推求南京市中心城区历时60 min和120 min的设计暴雨过程,并对峰值大小、雨峰位置、雨峰出现时累计暴雨量进行对比分析。结果表明:历时60 min和历时120 min设计暴雨的雨峰分别处于整场降雨过程的1/2时间和前1/3时间;两种方法得到的雨峰值大小相当; Pilgrim&Cordery雨型法计算的雨峰出现时累计暴雨量大于芝加哥雨型法;短历时设计暴雨雨型推荐选用芝加哥雨型。研究成果可为南京市中心城区地面积水风险评估与排水管网系统的规划和建设提供参考。

基于聚类分析的短历时暴雨雨型研究

暴雨雨型直接影响着洪峰流量的大小及洪水过程,研究暴雨雨型可为防洪排涝、山洪灾害防治提供科学依据。根据陕西省宝鸡气象站1981~2017年自记降雨资料,采用Ward聚类分析法对120场暴雨做了分类研究,从多角度分析了雨型的发生规律,初步探讨了雨型与山洪内涝的关系。结果表明,聚类分析法在雨型分类中具有较好的适用性;宝鸡气象站120场暴雨分为5种类型,分别为单峰靠前的Ⅰ型,雨峰位于第一时段且中间雨量少的Ⅱ型,近乎均匀分配、中部略高的Ⅲ型,雨峰位于最后一时段且中间雨量少的Ⅳ型及单峰靠后的Ⅴ型;场次暴雨雨型以Ⅰ、Ⅲ型为主,不同历时Ⅰ、Ⅲ型暴雨出现的场次相当,Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ型随着场次暴雨历时的增加发生几率减小;独立短历时场次暴雨中Ⅰ、Ⅲ型更易引发山洪内涝。

江苏苏州市市区短历时暴雨雨型研究分析

采用苏州市国家基本气象站及苏州中环内的5个加密观测站2005—2017年共13年的逐分钟降雨过程资料,利用PC(Pilgrim&Cordery)雨型方法和KC(Keifer&Chu)雨型方法推求苏州市区历时120min以5min为单位时段的设计短历时暴雨雨型。结果表明,利用PC法和KC法推求的苏州市区各降雨历时设计短历时暴雨雨型基本呈单峰型,120min雨型雨峰位置均处于降雨过程前部,雨峰系数为0.394,雨峰时段雨量占总雨量的19.37%。雨峰降雨强度随着历时的增加整体呈现减小—增大—减小的波动趋势。PC雨型方法和KC雨型方法推求苏州市短历时暴雨雨型具有“单峰型、时间短、强度大”的特点。因此,当短历时暴雨发生时,水利、气象等相关部门应积极配合,在第一时间做好城市排水防涝工作。

南京市短历时暴雨雨型分析

采用南京站1951—2017年分钟降雨资料建立暴雨统计样本,分别利用模糊识别法、芝加哥法和P&C法对南京市历时60、90、120、150和180min的短历时暴雨过程进行雨型分析,结果表明:过去67年最大日降雨量呈增大趋势,而近30年来暴雨日数也明显增多。3种方法推求出的雨型以单峰型为主,雨峰位置基本处于整场降雨的前1/2分位内,即暴雨过程的前中部。芝加哥法推求的单峰雨型,瞬时雨强先增大、后减小,重现期2a的各历时累计降雨量在33.26~55.21mm;P&C法分析显示历时90min以上的暴雨常出现两个甚至多个雨峰,该方法计算的雨强在时间尺度上的分布更接近实际降雨情况,在业务应用中应根据自身需要选取适合的方法进行雨型分析。

宜昌市区短历时暴雨雨型特征

采用宜昌市国家基本气象站1956—2013年共58 a的逐分钟降雨过程资料,分别利用P&C法和芝加哥法推求宜昌市区重现期2 a历时30、60、90、120、150、180 min以5 min为单位时段的设计暴雨雨型,并分析比较两种方法所得结果的差异。结果表明:利用P&C法推求的宜昌市区各降雨历时设计暴雨雨型基本呈单峰型,历时30、60 min设计暴雨雨型雨峰位置基本处于降雨过程的1/3分位,而历时120、150、180 min基本处于甚至超前于1/4分位;利用芝加哥法推求设计的宜昌市区暴雨雨型雨峰位置基本处于甚至超前于降雨过程的1/3分位,雨峰降雨强度虽随着历时的增加整体呈现减小—增大—减小的波动趋势,但是峰值差异较小;P&C法和芝加哥法推求的宜昌市区短历时设计暴雨雨型都具有"单峰型、速度快、高强度、持续久"的特点,因此当短历时暴雨发生时,水利、水文、住建、防洪等部门应在第一时间做好排水排涝准备。

基于防洪排涝设计的鄂州市短历时暴雨雨型研究

采用鄂州市国家气象观测站1980~2017年共38a的逐分钟降水资料,利用芝加哥雨型分析法推求鄂州市区重现期2a历时30、60、90、120、150、180 min以5 min为单位时段的设计短历时暴雨雨型,结果表明:利用芝加哥法推求鄂州市区各降水历设计暴雨雨型基本呈单峰形,短历时降水样本中单峰型所占比例最大,雨峰位于整场降水过程的前、中部;暴雨雨型雨峰位置超前于整场降水过程的1/2分位,各历时的降水强度随着重现期的延长而增大;利用芝加哥法推求的鄂州市暴雨雨型具有“单峰型、来得快、强度大、长尾巴”的特点。因此当短历时暴雨发生时,鄂州市水利、水文、住建、防洪等相关应在第一时间做好排水排捞准备,防止降水强度过大导致城市内涝灾害。

基于芝加哥算法的河北省四城市短历时暴雨极值特点分析

利用河北省唐山、秦皇岛、保定和邢台4个气象站1961—2014年逐分钟降雨资料,对历时120 min的年最大降雨量进行统计分析,采用模糊识别法对降雨过程进行分型,并通过芝加哥法推求出4个测站重现期2 a历时120 min的暴雨雨型。结果表明:(1)各站120 min年最大降雨量的多年变化趋势存在较大差异,其中唐山和保定两站的波动较为平缓,邢台站呈明显上升趋势,其气候倾向率最大;各站多年最大降雨量的极大值出现在1981—2014年间的个例数明显多于1961—1980年,且雨量的极端最大值均出现在1985年以后。(2)模糊识别法得到各站120 min历时降雨过程均以单峰峰值居前型为主,单峰峰值居中型次之,双峰雨和均匀型降雨过程的发生频率较低。(3)芝加哥法推求的各站历时120 min暴雨雨型均为单峰型,降雨过程的整体呈现先增大后减小的分布特点,雨峰时刻的降雨量和雨强最大,其中保定站雨峰出现时间最早,秦皇岛站最晚,保定和唐山两站的雨峰位置均超前整个降雨过程的1/3分位,秦皇岛和邢台站的则略有滞后。

基于动态聚类分析的济南暴雨过程雨型特征

城市设计暴雨的雨型是城市排水系统规划与设计的重要依据,是城市降雨径流模拟计算的关键输入数据,直接影响着排水工程投资和城市水安全,影响着城市降雨径流过程模拟的精度,对推求科学的城市设计暴雨的雨型具有重要意义。基于济南国家气象观测站2004—2018年203场暴雨数据,采用动态K均值聚类方法将其分为4种雨型分类,即前期型、中期型、后期型和均匀型。结果表明,济南暴雨主要为前期型占52.7%,中期型占22.2%,后期型和均匀型二者所占比例相近,分别占14.3%和10.8%。济南暴雨主要集中在6—8月之间,占总暴雨次数的71.4%,前期型降雨发生频次占绝对优势,占38.4%。前期型多为短历时大雨强降雨,而均匀型多为长历时小雨强降雨,中期型和后期型介于二者之间。

西安城区暴雨雨型分析

使用西安站电子信息化分钟雨量资料，利用年最大值法编制的西安城区暴雨强度公式，采用芝加哥雨型法，对西安城区短历时降水的雨型进行了分析、计算，计算得出各短历时暴雨的雨峰位置系数介于0.317 31～0.496 79，综合雨峰位置系数r=0.354 81，短历时降水雨峰位置偏前，短历时强降雨较为集中；西安城区24 h暴雨雨型分布以单峰型居多，占52年的51.9%，主副型的其次，占17.3%；24 h暴雨雨峰位置出现在接近于居中稍微偏前位置；西安城区24 h极端降水过程逐小时雨量分布不均匀，较为集中。

长春市暴雨强度公式编制和雨型确定

利用长春市气象探测中心1961-2000年5-9月份的逐分钟降雨资料,统计得10个不同历时的雨量情况,分析了长春市短历时暴雨雨量的时间变化特征。通过计算和检验,得出长春市的暴雨强度公式和不同重现期的短历时设计暴雨强度。利用芝加哥法确定了长春市暴雨雨型。