低重现期暴雨频率分析与强度公式的编制

论文总字数：17728字

目 录

摘要 1

Abstract 2

1.引言 3

1.1国内外对于海绵城市的开发 3

1.2为什么要研究低重现期降雨 3

1.3为什么要研究暴雨强度公式 5

2.资料处理与研究方法 3

2.1资料处理 3

2.2选样方法 3

2.3频率模型的选用 5

2.4推求暴雨强度公式的方式 6

3.过程与分析 7

3.1盐城市地理环境与资料背景 7

3.2整理数据与特征分析 7

3.3频率分析 10

3.4用SPSS拟合暴雨强度公式的参数 15

4.总结 23

参考文献 23

致谢.......................................................................................................................................24

低重现期暴雨频率分析与强度公式的编制

蔡耀东

, china

Abstract: Yancheng rainfall station selected a total of 54 years (1954 to 2012, which 1988 to 1992 missing) daily rainfall data, using the annual election of 12 major rains and the monthly election of a maximum rainfall method for statistical frequency, The two kinds of samples were fitted with the Pearson-Ⅲ frequency curve, and the relationship between the two storms, i-rainfall duration t-period p, was obtained. The SPSS statistical software was used to analyze the correlation of the two samples, and the parameters of the rainstorm intensity formula were calculated to obtain the rainstorm intensity formula of Yancheng low period. It was used to guide the design standard and engineering design of sponge city and to evaluate whether low frequency and high frequency rainstorm formula can use the same form of expression. The results show that the method has high precision.The first kind of sample can be expressed by the same formula,while the second kind of sample can’t. The difference between the dry season and the wet season is too large to be expressed by the same formula.

Keywords: Pearson-III frequency curve; Partial Duration Series; low frequency rainstorm formula; spss software

1.引言

1.1国内外对于海绵城市的开发

追求城乡建设与生态环境的和谐共存，以及城市的低碳生态发展是当前国际城市规划发展的共同趋势。各个地区国家都在积极探寻城市的低影响开发模式。海绵城市是低影响开发模式重要的技术形式之一。海绵城市建设的重点是构建“低影响开发雨水系统”，强调通过源头分散的小型控制设施，维持和保护场地自然水文功能，有效缓解城市不透水面积增加造成的洪峰流量增加、径流系数增大、面源污染负荷加重等城市问题。德国、美国和日本是较早开展雨水资源利用和管理的国家，经过几十年的发展，已取得了较为丰富的实践经验^[10-12]。基于海绵城市理论的总体规划前后,实施道路本体透水化与道路选线分级化相结合的规划措施,显著提高生态水网完整性,城市自然排水系统得到大幅改善;硬质地面的海绵化综合处理方式,增强了城区地表水循环过程,增大了降雨下渗,削弱了降雨径流峰量,降低城市雨水排水系统压力^[4-6]。

而目前我国在大力推进海绵城市建设，海绵城市的目的是将常规降雨在本地通过“渗、蓄、滞、净、用、排”的方法保留在本地，避免外排。目前住建部对海绵城市建设的考核标准是径流控制率，即占降雨总一定比例降雨不应外排，目前一般控制在70~80%左右。这个标准的确定目前文献上尚无正式的依据，因此这个降雨径流控制率到底应该如何确定，该径流控制率对应的降雨重现期是多少非常关键。也就是说，对于海绵城市，最重要是低重现期的降雨，但是到底是要控制两个月一遇的降雨事件还是3个月一遇的，不同低重现期的降雨强度又是多大？这对科学的确定径流控制率非常重要。

1.2为什么要研究低重现期降雨

另一方面，在雨水回用工程中设计雨水罐的时候，也应该有一个依据，这个依据就是我们的罐子容积应该是收集一个月一遇还是2个月一遇的雨水^[7-9]。我国大多数地区的降雨量分布都不均匀,往往集中在少数的3-4个月,而其它时间的降雨量相对较少,这对于雨水的综合利用非常不利。事实上,降雨量的分布是人为对已经发生的降雨量进行气象、水文分析的结果,是后知的推论,我们并不能准确预计以后发生降雨量的多少,因此设计人员只能根据推导出的年均降雨量进行设计,并将之合理地分配至每个月份,乃至每个星期^[15]。这显然是不合理的，7、8、9这3个月的雨量比1、2、3这三个月要多的多，你把它均摊是不合理，在我后续的工作中也发现，在取每年前12大的暴雨过程中，几乎不出现6至9以外的几个月。这是“蓄”的问题。

另外还有“排”的问题，这个排要研究的暴雨可不是几月一遇的暴雨，什么时候排是不可确定的，所以我们应该研究每年前几大的暴雨。然而这些研究的前提，就是对低重现期的暴雨有着精准的估计和预判。重现期的下限是与原始资料和选样方法息息相关的，若用现今常用的年最大值取样，一般来说，有意义的下限是2年一遇的暴雨，这在海绵城市的研究中明显是不够的。所以就需要对低重现期暴雨进行分析，包括采取全新的选样的方法，并对此方法进行比较和分析。

1.3为什么要研究暴雨强度公式

准确来说，这是出现在城市水中的内容，水文学中并没有。汇流时间这个定义，就是降雨时，从距离流域出口最远点至流域出口所需时间。这个值肯定是某个特定值，并且各流域各不相同，另外，设置管道出口时，是不可能全设置在流域出口的，流域内分布的各个管口又有不同汇流时间，如果每次都要要去插值求出某重现期下的某时段长的降雨强度，工作量将是巨大，这也就导致了暴雨强度公式的存在。所以我们应当判断这些i-t-p的值能否用国家现行的暴雨公式A*(1 C*LG10(p))/(t B)ⁿ进行拟合，或者能否分重现期进行拟合。暴雨强度公式中含有多个参数，从数学上讲是一个非线性已知关系式的参数估计问题，用传统方法难以直接推求，在已知某地区i-t-p表和i-t-p关系曲线的前提下，采用SPSS工具软件对该地区暴雨强度公式进行回归分析^[1]，具有不受搜索空间限制性条件（如可微、连续、单峰等）的约束及不需要其他辅助信息（如导数的）特点^[2]，在实际应用中，此软件用麦夸特法，以残差平方和为基准，确实准确而方便。

2.资料处理与研究方法

2.1资料处理

本文所用资料为盐城市1954年至2012年间隔5分钟的资料，其中82年至92年缺测，所以合计54年的数据。由于数据非常之多，一个excel表格放不下，只能分年放置于54张excel。将其按隔15、20、30、45、60、90、120分钟叠加，得出待处理的原始数据。

2.2选样方法

暴雨选样方法有年最大值法、年超大值法、年超定量法与年多个样法4种，其中后3种为非年最大值法。年最大值法具有选样简单、独立性强等优点，一般要求暴雨资料年份≥20 a。非年最大值法比较适合重现期较低（＜1 a）、暴雨资料年份不长（≥10 a）的城市^[3]。可见，要想得出重现期较低的暴雨，就必须选取非年最大值法。下面介绍几种非年最大值法的具体做法。

（1）超大值法

在所有资料中，在雨量较多的年份去2至3个最大值雨量，在雨量较小的年份每年各历时选取一个最大值雨量，然后将这些数据合为一处，取前N个值作为样本。这个方法从大量资料中考虑它的发生年，发生的概率相当于年最大值法中的一年一次的期望，所得累计频率为年频率，重现期为年重现期。这里显然没有考虑到小值，即使是某些年取了几个数据，那也是雨量较大的年份，而且在最后的比较中，所有小值都会被淘汰，很多雨量不大的年份都被忽略了，这是比年最大值法还注重大值得取样的方法，不符合我们的要求。

（2）超定量法^[13]

根据规定的雨量门槛值,在历年资料中选出超过门槛值的全部暴雨，但每年所取个数不一样，门槛值定的过高或过低,有可能使系列长度或取样工作量加大。如某日雨量为,低于门槛值,将此日删去了。然而此日的雨量可能比较集中,致使系列中失去了一个较大的雨量值。如果取一个较低的门槛，是可能考虑到小值得，但这样会导致样本过多，并且违反了此法的本意。

（3）年多个法

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