昌化"9.3"特大暴雨移置分析与计算

当设计流域缺乏实测流量资料时,可以采用设计暴雨推求设计洪水。随着极端天气逐渐增多增强,在计算设计暴雨时,应重视流域周边特大暴雨对设计结果的影响,以确保工程安全。针对昌化“9.3”特大暴雨,通过分析并拟定暴雨移置方法,相较于未考虑“9.3”昌化特大暴雨影响的设计暴雨,设计流域所得设计暴雨结果明显更大。所提出的暴雨移置方法可为今后其他类似工程的规划设计提供参考,具有一定的推广应用价值。

基于郑州“7·20”特大暴雨移置的山东省傅疃河流域洪水形势分析

在气候变化和快速城市化扩张的背景下,我国的极端暴雨洪涝灾害风险呈增加趋势。2021年,河南郑州市“7·20”特大暴雨造成了重大人员伤亡和财产损失,暴露出对特大灾害认识准备不足、防范组织不力、应急处置不当等诸多问题。以山东日照市傅疃河流域为研究对象,采用暴雨移置和洪水模拟的方式,拟定暴雨中心位于傅疃河上游三庄镇和下游日照街道两种方案,基于分布式水文模型和二维水动力模型分析了其在“7·20”特大暴雨情景下的洪水形势,并对比分析了两种方案的洪水过程影响。结果表明,两种方案下流域内的日照水库、马陵水库入库洪峰均超过其历史最大入库洪峰,下游社会经济区整体受灾范围分别为151.96 km2、166.02km2;暴雨中心位于城区时,下游区域平均淹没水深从0.46 m上涨至0.73 m,社会经济区受灾范围增加了9.3%。在现状工程条件下,山东日照市傅疃河流域在遭遇极端暴雨时,将有较大范围的居民聚集区、重要社会机构和基础设施受到洪水的侵袭,因而参考极端暴雨情景分析进行应急预案的编制和汛前演练尤为必要。

河南省西平县小洪河郑州“7·20”特大暴雨移置洪水响应分析

为提高河南省西平县小洪河流域防洪水平,通过暴雨移置法将郑州“7·20”特大暴雨移置到洪汝河流域,分析小洪河流域在“7·20”特大暴雨条件下的洪水过程。结果表明:在郑州“7·20”特大暴雨条件下,西平县小洪河流域水利工程(除石漫滩外)均超保证水位;水库大坝、河道堤防均有可能出现漫溢、溃坝、决堤险情;小洪河堤防险工处可能决口;滞洪区、行洪区需全部投入运用。提出了针对性改善建议:在防洪工程调度运用中对大中型水库工程防洪库容试行全部拦蓄原则;完善滞洪区、行洪区群众转移预案编制;变更小洪河桂李站保证水位为62.51 m,保证流量为420 m^(3)/s;建立小洪河洪水演进模型等。

莫拉克台风暴雨移置香港地区的PMP分析研究

基于台湾66个站点年最大日雨量历史资料、台湾中央气象局2009年8月8～10日莫拉克台风暴雨期间251个台湾雨量站逐时降雨资料和香港地区65个雨量站的历史逐时降雨资料,以及与香港相邻的3个广东省雨量站（西沥站、横岗站和深圳站）资料,利用分时段地形增强因子法（SDOIF）,将莫拉克台风暴雨最大24h实测暴雨中的辐合雨分量分割,并将其辐合雨成分移置到香港地区,与香港地区24h平均地形增强因子相结合,估算出香港地区的可能最大降水.结果显示,莫拉克最大24h降雨量中地形的增强幅度约为45％;得出香港地区最大24h平均可能最大降水分布图,其最大中心值1230.2mm（未考虑水汽放大）,与香港地区历史暴雨中心一致,均发生在大帽山附近.

基于随机暴雨移置方法的城市设计暴雨分析

城市地区暴雨洪灾发生频繁,合理计算设计暴雨是解决城市洪涝的重要前提。采用随机暴雨移置方法(Stochastic Storm Transposition,SST),设定暴雨移置区并提取出暴雨目录,通过区域性概率重采样与暴雨空间变换相结合的方式进行降雨频率分析,估计本地化的极端暴雨频率。以上海地区为例,研究发现暴雨移置区内暴雨分布具有空间异质性,暴雨随机移置概率不均,计算得到的设计暴雨方案包含了降雨时空分布信息,在不同重现期下设计暴雨的时空结构存在变异性,说明传统方法中采用的简化雨型和均一化空间分布假设会增加设计暴雨的不确定性。

基于改进的统计估算法与暴雨移置法的香港地区4h可能最大降水估算

基于香港地区74站、台湾地区66站和深圳站的雨量资料及4个典型台风暴雨发生期间逐时雨量资料,首先利用改进的统计估算法估算其4h可能最大降水,然后采用分时段地形增强因子法对4个台风暴雨进行分割,去除地形雨分量,最后将概化的辐合雨分量移置到香港地区,与其4h地形增强因子相结合,估算出香港地区4h可能最大降水。结果表明,改进的统计估算法和暴雨移置法估算得到香港地区4h可能最大降水分别为558.5、516.7mm,均高于香港地区4h暴雨纪录。经分析比较,估算结果均比较合理、可靠。

暴雨移置法在PMF推求中的应用

根据工程设计要求,需要对汨罗江流域可能最大洪水进行分析。本文采用暴雨移植法,将河南省历史上＂75.8＂特大降水过程作为PMP移置到工程设计流域,采用降雨径流模型进行产汇流计算,从而求出工程位置的PMF,并对本次成果进行了合理性检查和评价。结果表明,结合流域特征和暴雨洪水特性为基础来论证移置的可能性,并对暴雨参数进行必要的改正,其推算的PMF成果可为建设项目设计基准洪水计算提供基础依据,具有一定的工程应用价值。

韩江流域可能最大暴雨洪水移置计算

因韩江流域缺乏实测特大暴雨洪水资料,在充分分析韩江流域暴雨洪水特性基础上,结合流域及邻近地区水文、气象条件,移置西枝江流域"79.9"暴雨计算了韩江流域可能最大暴雨(PMP),并利用洪水预报系统推求出韩江流域可能最大洪水(PMF),对PMP与PMF成果作了合理性检查与评价,为韩江流域防御特大洪水研究提供基础依据。

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。

上海城区降雨时空分布变化与暴雨频率分析

基于2001~2018年的GPM卫星降雨数据,采用一致性检验、累积距平、滑动平均等方法对上海市多年暴雨时空变化进行分析,同时引入随机暴雨移置法(Stochastic Storm Transposition,SST)进行暴雨频率分析。研究发现上海市降雨年际、月际分布不均,近20年降雨量、降雨强度有所增加,空间分布上降雨自东南向西北递减,暴雨仍以局部暴雨为主,且降雨城郊分布明显。SST法得到的暴雨频率分析显示,在较大重现期下设计暴雨的空间不均匀性更为显著,包含降雨时空分布信息的设计暴雨方案可为上海地区防洪规划工作提供依据。

清江渔峡口以上流域可能最大暴雨估算

在对含清江流域的暴雨一致区内几场著名大暴雨及清江流域暴雨洪水特性分析的基础上，选择移置“６９．７”清水湾暴雨估算可能最大暴雨。从降水气候背景、暴雨天气系统及地形条件等方面，分析了移置的可能性。采用移置原型和概化“６９．７”雨型两种方式，经对“６９．７”暴雨的放大和地形调整，估算了渔峡口以上流域２４ｈ和３ｄ可能最大暴雨。同时对移置“６９．７”原型暴雨和概化雨型暴雨进行了比较。

PMP估算中地形对山地暴雨增幅作用的影响

在山区可能最大降水(PMP)估算中,当确定移置附近气候相似区某场灾害性特大暴雨后,就必须定量估算山地地形对暴雨的增幅作用,以便在移置之前定量消除地形对被移置暴雨的影响。为了定量估算辐合雨分量及其时空分布形态,以福建莆田地区和香港地区两场不同类型的暴雨为例,基于福建东南沿海地区84个站点和香港地区77个站点1、3、6、12、24h的5个时段的历史年最大雨量资料和实测降雨资料,应用"分时段地形增强因子(SDOIF)"暴雨分割技术分割香港20080607和莆田19991009两场暴雨,探讨山区暴雨期间地形对暴雨的定量影响及其空间分布模式。研究发现山区地形对暴雨有着增幅作用,且随历时增加而逐渐增强,越靠近暴雨中心增强幅度也越显著。同时地形增强因子也受高程的影响,低海拔处地形增强因子的增速高于高海拔处。经暴雨分割后的辐合雨空间分布形态与实测降雨的形态也基本一致。可见基于极值暴雨历史系列统计特性分析及暴雨天气背景和地形地貌特征分析相结合的SDOIF暴雨分割技术,能够有效地反映特定地形对暴雨的增幅作用及其空间分布形态,为山区暴雨移置提供了可靠依据。

基于数据库的可能最大暴雨估算系统的开发应用

传统的水文数据通常以年鉴的形式刊印、存储,因此在推求可能最大暴雨(PMP)时需要的水文气象数据难获得且不易查询。数据库具有数据共享性,将数据库技术与PMP估算相结合,建立基于数据库的可能最大暴雨估算系统。利用数据库进行统一的标准计算,并对结果进行合理性分析,得出小于世界不同历时的最大雨量记录的外包线值的结果合理。采用数据库进行标准化计算可以避免人为因素的误差,也简化计算过程。

河北南部某核电工程可能最大暴雨(PMP)研究

在充分分析河北暴雨特性和天气情势的基础上,采用当地暴雨放大(水汽效率放大、水汽风速放大)及移置暴雨放大等方法推求PMP,通过对各种方法的对比分析和合理性检查,最终确定核电厂PMP,对河北南部类似流域的PMP研究具有借鉴意义。

山东省某滨海核电厂可能最大降雨分析计算

可能最大降雨(Probable Maximum Precipitation,PMP)是评价核电厂防洪安全和排水系统设计的重要参数。在分析山东省某滨海核电厂厂址区域暴雨特性和天气成因的基础上,采用当地暴雨放大方法(水汽放大法和水汽效率放大法)和暴雨移置放大法推求出厂址24 h PMP。通过计算方案的合理性检查,对比山东省可能最大24 h点降雨量等值线图和其他核电厂工程24 h PMP成果,经综合分析确定该厂址24 h PMP为1100.0 mm,研究成果可为全国类似流域的PMP研究提供参考和借鉴。

国内外PMP/PMF的发展和实践

对20世纪80年代以来PMP/PMF在国内外的发展和实践情况作了简要的介绍和评论。内容包括PMP/PMF的定义、估算方法、成果合理性检查和概率。PMP的估算方法包括概化估算法、当地暴雨放大、暴雨移置、暴雨组合、推理模式和统计估算法。PMF估算着重介绍了由PMP转化为PMF的产流和汇流特点,以及目前在南非和法语非洲国家广泛应用的经验公式。

中美PMP/PMF估算方法基本框架比较

就美国和中国PMP/PMF估算方法的基本框架:高效暴雨→水汽放大→移置→外包→PMP→PMF和暴雨模式→极大化→PMP→PMF的涵义、差别及优缺点作了比较。结论认为,二者各有千秋和适用条件,都是合理、现实可行的,但中国方法物理概念较为清晰。

可能最大降水:途径和方法

将国际上现行估算可能最大降水(PMP)的途径概括为水文气象途径和统计概化途径。水文气象途径估算PMP的方法,又概括为间接型和直接型两类方法;对统计概化途径,介绍了赫希费尔德(Hershfield D.M.)法。对两种途径的基本理念和每种方法的基本框架及优缺点作了简要的论述。

中国PMP/PMF研究的先进性简述

中国PMP(可能最大降水) /PMF(可能最大洪水 )研究与国际相比,其先进性表现在有一系列的突出特点,即:“三化、四结合、一广、一稳定”。“三化”是指:①通俗化,即用中国水文学家的思路、观点和语言来理解、看待和描述PMP,因而通俗易懂;②系统化,即把推求PMP/PMF的各种方法、各个环节用一幅框图表示出来,给人以完整系统的概念;③理论化,即对PMP的定义、各种方法的认识及一些关键环节的处理,直到成果的合理性检查,都有一些较为科学的见解,并使大量实践经验上升为理论。“四结合”就是在工作方法上做到了分析计算与工程要求相结合;定性与定量相结合;水文与气象相结合;成因与统计相结合。“一广”就是方法的适用范围不受流域面积大小、暴雨历时长短和地形条件的限制”。“一稳定”就是所得出的PMP/PMF成果相对比较稳定。

论美国PMP/PMF估算方法基本框架的合理性

在说明PMP(可能最大降水) /PMF(可能最大洪水)基本理念的基础上,从暴雨及洪水确实存在上限、PMP/PMF不应比已知的特大暴雨及洪水大出很多以及实践验证等方面,论证了美国PMP/PMF估算方法的合理性。结论认为,按美国现行估算PMP/PMF的基本方法计算的PMP/PMF确实达到了暴雨及洪水的近似上限,因此该方法是合理的,也是可行并偏于安全的。