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。

粤港澳大湾区中心城市典型设计暴雨过程线分析

对粤港澳大湾区4个中心城市约60 a观测的前、后汛期逐时雨量,以最大1 h雨量(为雨峰)、相应的最大6 h雨量和最大24 h雨量为样本,采用非对称Archimedean Gumbel-Hougaard极值copula构建3个时段雨量联合分布的典型设计暴雨过程线。主要结论:1)采用3个历时雨量联合分布推求的城市设计暴雨值大于2个时段联合分布和单一时段设计暴雨值,同频率放大的设计暴雨过程线,整体效果相对最优,对城市设计暴雨过程线的研究方法提供了新思路;2)采用3个历时雨量联合分布推求的4个城市设计暴雨过程线,更客观地代表了所在城市的雨型特征,为进一步设计雨型的研究提供了新方法;3)以24 h最大雨量构建的典型设计暴雨过程线具代表性,按同频率放大的典型设计暴雨过程线可作为城市汛期排水防涝工程设计的参考依据。

华南中小流域设计暴雨洪水同频率检验与重现水平推算

暴雨洪水同频率假定是否成立和暴雨洪水遭遇概率分布是中小流域设计洪水计算的依据,为检验其合理性,采用鉴江上游曹江流域典型强降水流域1967—2013年逐时暴雨洪水观测资料,分析了华南中小流域最大面雨量R和对应场次最大洪峰流量Q的边缘分布和联合分布的遭遇概率,并推算其设计重现水平。研究结果表明:暴雨和洪水同频遭遇概率较小;对于特定设计频率,洪峰流量与流域面雨量的遭遇概率随流域面雨量增大而增大;流域面雨量和洪峰流量的遭遇条件概率显示存在着多种防洪风险管理选择;相对于“或”联合重现期和“且”重现期,二次重现期更准确地反映R-Q组合的风险率。

资水流域柘桃区间设计暴雨时空分布分析

【目的】通过研究资水流域暴雨中心柘桃区间设计暴雨的时空分布规律,为柘桃区间流域梯级水库洪水预报和防洪调度优化提供科学依据。【方法】以柘桃区间17个雨量站近30 a不同历时的年最大暴雨为研究数据,进行站点和面暴雨频率分析计算;采用不同历时降雨强度-历时-频率曲线和设计暴雨空间分布变化特征,分析雨量站网的设计暴雨时空分布规律。【结果】柘桃区间雨量站网设计暴雨的时空分布极不均匀,短历时内设计暴雨强度增幅较大;在空间分布上,随着重现期的增长,设计暴雨中心位置从资水流域中游扩大到下游;随着设计暴雨历时的增长,暴雨中心范围逐渐变小。【结论】柘桃区间雨量站点设计暴雨具有短历时内暴雨强度增速快、中游设计暴雨较大的特点,研究结果可为资水柘溪以下流域重要城市的防洪安全提供理论依据。

气候变化背景下贵州省典型区域设计暴雨再分析及其潜在风险

极端降水背景下的基础设施安全是当前面临的重要问题,喀斯特区域复杂的水汽来源和下垫面条件导致该区域的时空不确定性更高。研究以典型的喀斯特区域贵州省为例,基于最大24 h暴雨量(1951—2019年),在分析其变化趋势和显著性水平的基础上,按照30 a的最低设计资料年限要求,以1980年为初始时段(1951—1980年),逐年分析(1951—1980,1951—1981,1951—1982,……,1951—2019年)各区域典型频率下设计暴雨的动态变化过程和空间差异,并揭示其产生的偏差和潜在风险水平。结果表明:典型重现期水平下设计暴雨变化的显著性水平均明显高于最大24 h暴雨量,其原因是基于PⅢ型曲线推求设计暴雨量时,要求Cs≥2CV的约束条件导致估算结果更大,同时适线时极端值在曲线拟合过程中占有较大的权重;对于同一站点,设计暴雨量与设计频率(或重现期)呈较好的对数关系,并且在相同频率下设计暴雨的极差平均为10%~20%,最大可达45%。因此,设计暴雨的变化趋势比降水敏感,基于不同时段监测资料的设计暴雨量差异较大。相关部门在开展洪水防治相关规划和应急管理时,需要充分考虑上述问题,不能简单地按区域评估其面临的风险,而是针对具体工程项目逐一深入分析。

深圳城市两级排水系统设计暴雨重现期的衔接关系

城市内涝防治采用市政排水与水利排涝两级排涝模式,针对城市两级排水系统标准无法衔接的问题,以深圳市大空港区为例,考虑城市两级排水系统可能遭遇的两类衔接风险,通过构建雨量结构关系分别得到以短历时暴雨为主和以长历时暴雨为主的设计暴雨重现期衔接关系。同时利用芝加哥雨型和珠江三角洲雨型分别推求市政排水与水利排涝设计暴雨过程,以探讨城市两级排水系统设计暴雨雨峰之间的衔接关系。最终通过Spearman相关系数评估截留河流域各条支流的衔接关系与地理参数之间的相关性。结果表明,水利排涝与市政排水设计暴雨重现期的衔接关系受降雨强度和降雨历时共同作用,且设计暴雨雨峰衔接关系存在地区差异性。以德丰围涌为例,在市政排水设计暴雨重现期为X年一遇时,水利排涝设计暴雨重现期应至少设计为(2~3)X年一遇才能实现城市两级排水系统的衔接。

瓯江流域山区中小河流设计暴雨分析

对大部分山区中小流域来说,设计洪水需要通过设计暴雨推求。浙江省最近一次设计暴雨研究成果是2003年编制刊布的《浙江省短历时暴雨》,暴雨时间序列分析截至2000年,距今已有20余年的历史。文章选取浙江省瓯江流域作为研究区域,将暴雨系列延长至2020年,通过设计点暴雨计算,分析流域短历时暴雨变化情况,发现大部分时段暴雨均值有增大趋势。研究还选取了面积为50~200km2的山区中小河流进行设计暴雨分析计算,为设计洪水推求提供基础。

陕西省中小流域设计暴雨雨型分析

暴雨的时程分配是设计洪水计算的重要内容之一,2021年6月《陕西省水文手册》通过评审并经一年的试用,2022年已正式出版。根据陕西省暴雨成因特点,将全省划分为4个暴雨分区,通过对实测典型暴雨的时程分配进行分析,得出各分区的24 h设计概化雨型,为中小流域根据暴雨推求设计洪水提供更符合现状下垫面条件的产汇流计算依据。

设计暴雨雨型对高植被覆盖流域径流形成影响的数值模拟

为分析设计暴雨雨型对山区小流域山洪灾害的影响,应用时空变源混合产流模型,以四川省关口、汉王场为研究区域,分析高植被覆盖流域对不同重现期以及不同设计暴雨雨型条件下降水的响应规律,并对不同雨型及重现期条件下流域的洪峰流量、峰现时间、洪峰滞后时间等量值进行对比分析。结果表明:时空变源混合产流模型在高植被覆盖流域洪水模拟应用过程中能够取得较好的模拟精度,具有一定的适用性;关口、汉王场流域同一重现期条件下偏后型雨型相对于偏前和居中型条件下形成的洪峰流量更多,但偏前型雨型相对于居中型和偏后型雨型而言形成的洪水总量更大;在不同雨型条件下,随着重现期的增加,关口、汉王场流域的洪峰流量均是呈现增加的趋势;林草植被覆盖率为汉王场>关口流域,关口流域在不同重现期设计暴雨雨型条件下的峰现时间均是提前于汉王场流域,林草植被覆盖对于洪水的径流过程具有一定的调节作用;关口流域和汉王场流域洪峰出现时间相较于暴雨雨峰出现时间的滞后时间均为偏前型>居中型>偏后型;揭示西南山区高植被覆盖流域对于不同重现期设计暴雨雨型条件下的量化规律,在分析西南山区高植被覆盖流域暴雨洪水的形成过程、提高流域洪水预报精度与防洪减灾能力方面具有指导意义。

无资料地区的设计暴雨计算思考——以鲁西地区为例

随着全球气候变暖,极端天气越来越多,对于全国各地来说,汛期的强降水造成的自然灾害尤为严重,降水形成的洪涝灾害可对地区造成巨大的经济损失,因此在工程建设上要考虑本地区可能发生的较大暴雨。但很多地区没有长系列资料,无法计算设计暴雨。本次通过邻近有长系列资料的站点,参考地区降水和气候特征,利用自然规律结合计算公式来计算无资料地区的设计暴雨。

内涝防治设计重现期下设计暴雨雨型研究

本研究以各省市发布的暴雨图集和暴雨强度公式为基础,通过分析大、小排水系统的设计要求和联系,提出采用“长包短”、“大包小”的方法统筹协调水利和市政设计暴雨,构建能够满足内涝防治系统数学模型计算要求的内涝防治设计暴雨雨型,为开展后续的内涝防治设计工作提供科学依据。

铜仁市最大24h暴雨时频演变特征及设计暴雨风险分析

极端降水频发是工程安全面临的重要问题,贵州省铜仁市位于两省交界的特殊地理位置和复杂地形条件处,降雨呈现出较高的不确定性。研究区基于铜仁站历年最大24h暴雨量资料,分析其变化的时频特征,包括趋势性、周期性、突变性等,并根据不同时段监测资料分析了其相应设计暴雨的动态变化和潜在风险。结果表明:(1)铜仁站最大24h暴雨量呈现显著增加的趋势,存在40~50a的降雨主周期,并在1995年左右开始发生突变;(2)随着时间的推移设计暴雨值呈阶梯式上升,最大值可达到最小值的1.39倍,说明同一设计水平的实际值差异显著,工程项目在安全防控时需要注意相关问题。

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。