城市暴雨強度公式編制和設(shè)計暴雨雨型確定技術(shù)導(dǎo)則

1、城市暴雨強度公式編制和設(shè)計暴雨雨型確定的內(nèi)容和方法暴雨強度公式編制和暴雨雨型確定工作內(nèi)容包括：代表性站點選擇、原始數(shù)據(jù)整理、降雨資料年限確定、統(tǒng)計樣本建立、頻率計算和分布曲線擬合、暴雨強度公式參數(shù)求解、短歷時設(shè)計暴雨雨型確定、圖表繪制、成果適用性分析、成果編制印刷等。 暴雨強度公式編制技術(shù)流程1、降雨資料和統(tǒng)計樣本1.1 站點選擇1.1.1降雨資料的站點選擇應(yīng)注意以下幾點：1)區(qū)域代表性：所采用的站點數(shù)據(jù)能代表某一區(qū)域的降雨特點，連續(xù)的數(shù)據(jù)系列應(yīng)該包括本區(qū)域內(nèi)不同降雨類型的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。2)歷史數(shù)據(jù)連續(xù)性：所采用的站點數(shù)據(jù)應(yīng)該有連續(xù)20-30年的降雨統(tǒng)計數(shù)據(jù)3)一致性要求：所使用的資料系列必須是同

2、一類型或在同一條件下產(chǎn)生的，不能把不同性質(zhì)的水文資料混在一起統(tǒng)計。4）站點選擇應(yīng)保證原始數(shù)據(jù)的隨機性和獨立性，不可采用數(shù)個站點的數(shù)據(jù)混合樣本。5）選擇站點在資料年限內(nèi)發(fā)生遷址、雨量記錄儀更換時，需對降雨資料的代表性和一致性進(jìn)行論證和說明。6）編制一個城市的暴雨強度公式，至少應(yīng)選擇一個代表性站點，城市地形地貌及降雨特征差異較大，并具備基礎(chǔ)資料條件的城市，宜選擇多個代表性站點編制當(dāng)?shù)夭煌瑓^(qū)域的暴雨強度公式，以分別代表城市的不同區(qū)域特征。7）選擇當(dāng)?shù)貒覛庀笳净騾^(qū)域氣象站作為代表性站點。若研究區(qū)域內(nèi)無國家 氣象站和區(qū)域氣象站或已設(shè)站點不滿足上述要求時，可考慮選擇其他行業(yè)降雨觀 測站作為代表性站點或輔

3、助站點，但應(yīng)依據(jù)上述要求，對資料的可用性進(jìn)行論證。 8）站點選擇須滿足資料年限長度要求，根據(jù)室外排水設(shè)計規(guī)范（GB500142006，2013版）的要求，暴雨強度公式編制采用的年最大值法基礎(chǔ)資料年限至少需要30年以上；短歷時暴雨雨型資料年限宜為30年以上。宜通過降雨時間變化特征分析，合理選擇資料年限，但需包括最近年份的降雨資料。2、 原始資料原始降雨資料宜采用逐分鐘自動記錄的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，主要包括以自記紙形式記錄的逐分鐘降雨資料和現(xiàn)代自動氣象站自動記錄的逐分鐘降雨資料。原始降雨資料需要進(jìn)行處理才可做為樣本選取的基礎(chǔ)資料。對以自記紙形式保存的歷史降雨自記記錄資料，推薦使用中國氣象局組織編制的“降雨自

4、記紙彩色掃描數(shù)字化處理系統(tǒng)”進(jìn)行數(shù)字化處理。該系統(tǒng)通過計算機掃描、圖像處理、數(shù)據(jù)處理，將氣象站降雨自記紙圖像進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，成為逐分鐘降雨量，并需要經(jīng)人工審核或修正后，錄入數(shù)據(jù)庫自動記錄站的降雨資料逐分鐘數(shù)據(jù)是直接入計算機數(shù)據(jù)庫的，由于沒有自記紙降雨記錄資料直觀性識別的特點，大量數(shù)據(jù)的審核難度相當(dāng)大。數(shù)據(jù)審核需要有經(jīng)驗的專業(yè)數(shù)據(jù)審核分析人員承擔(dān)。由自記紙降雨記錄和自動記錄混合的站點，應(yīng)進(jìn)行兩類數(shù)據(jù)的一致性分析。3、 統(tǒng)計樣本選取及年限確定在原始資料的準(zhǔn)備和審核基礎(chǔ)上，建立統(tǒng)計樣本是暴雨強度公式編制的關(guān)鍵步驟。按照室外排水設(shè)計規(guī)范（GB500142006，2013版）的要求，暴雨公式的編制的降雨

5、歷時應(yīng)采用5min、10 min、15 min、20 min、30 min、45 min、60 min、 90 min、120 min、150 min、180 min共11個歷時的暴雨強度資料。 選取降雨資料樣本中各降雨歷時雨量的逐年最大值，作為暴雨強度公式編制的有效暴雨資料樣本。隨機事件序列的頻率分析理論和方法是建立在隨機、獨立樣本的基礎(chǔ)上，因此統(tǒng)計樣本建立須滿足隨機性、獨立性、代表性原則。樣本的隨機性、獨立性、代表性受站點選擇、原始數(shù)據(jù)處理、樣本采樣等過程影響。樣本年限的確定應(yīng)綜合考慮降雨規(guī)律的代表性、統(tǒng)計誤差控制、采樣方法等因素。4、 頻率計算和分布曲線4.1 頻率和重現(xiàn)期計算4.1.1

6、 對選定的樣本按照降序排列，樣本經(jīng)驗頻率按以下公式計算：p= m/(n + 1)其中,p為經(jīng)驗頻率，m為排序數(shù)，n為樣本容量，即樣本總數(shù)。4.1.2 重現(xiàn)期與經(jīng)驗頻率按照以下公式換算：P= 1/p其中,P為重現(xiàn)期，p為經(jīng)驗頻率（%）。4.1.3年最大值法計算降雨重現(xiàn)期宜按2年、3年、5年、10年、20年、30年、50 年、100年等8個重現(xiàn)期計算。精度檢驗重點為重現(xiàn)期2-20年區(qū)間。4.2 頻率分布曲線擬合4.2.1 頻率分布曲線擬合應(yīng)基于選取的統(tǒng)計樣本，采用經(jīng)驗頻率曲線或理論頻率 曲線進(jìn)行趨勢性擬合調(diào)整，一般選擇理論頻率曲線，如：皮爾遜-型、耿貝爾 型函數(shù)曲線等。各地宜根據(jù)本地降雨特點，選取

7、部分代表站點進(jìn)行多種頻率分布函數(shù)的擬合試驗，從中選取擬合效果較好的理論頻率曲線函數(shù)類型。4.2.3 根據(jù)編制暴雨強度公式重現(xiàn)期的范圍要求（2-100年區(qū)間），需對擬合確定的頻率分布曲線采用適線法進(jìn)行外延。4.2.4 根據(jù)確定的頻率分布曲線，得出重現(xiàn)期(P)、降雨強度（i）和降雨歷時（t） 三者關(guān)系值，即P-i-t關(guān)系表。（如附錄E）5 暴雨強度公式5.1 暴雨強度公式擬合5.1.1 暴雨強度公式的表達(dá)形式為：q = 167 A1 (1+ C lg P) （1）(t + b)n式中A1，b，n為待求的參數(shù)，q為暴雨強度， t為降雨歷時。對式（1）兩端求對數(shù)，得到：ln q = ln167 A1

8、+ ln(1+ C lg P) - n ln(t + b)設(shè) y = ln q - ln(1+ C lg P)， b0 = ln167 A1 ， b1 = -n ， x = ln(t + b) ，則上式可寫為：y = b0 + b1x （2）采用最小二乘法求出式（2）中的 b0 、 b1 。由于式（1）中的 b 也是未知數(shù)，在此推薦采用“數(shù)值逼近法”來處理：先給定一個b值，采用最小二乘法進(jìn)行計算，得出相應(yīng)的 A1 、 n 以及 q （擬合值）， 同時求出公式的平均絕對均方差s ：式（3）中m為11個歷時，m0為8個重現(xiàn)期。不斷調(diào)整 b 值，直至使其s值達(dá)到最小。選取使s 最小的一組參數(shù)A1、b

9、、n，即為最佳擬合參數(shù)。5.1.3 各地在編制重現(xiàn)期2-100年范圍的暴雨強度公式時,應(yīng)重點保證重現(xiàn)期2-20年區(qū)間的擬合精度。5.2 暴雨強度公式擬合精度檢驗為確保計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，在合理取舍有效參數(shù)的同時，需對暴雨強度計算 結(jié)果進(jìn)行精度檢驗，按室外排水設(shè)計規(guī)范（GB500142006（2013年版）的 要求，需計算抽樣誤差和暴雨公式均方差。宜按絕對均方差計算，也可以輔以相對均方差計算。計算重現(xiàn)期在2年20年時，在一般降雨強度的地方，平均絕對均方差不宜大于0.05mmmin；在較大降雨強度的地方，平均相對均方差不宜大于5。6 、短歷時暴雨雨型確定6.1.2短歷時降雨雨型確定采用芝加哥法雨型，

10、分析確定的技術(shù)流程詳見圖。歷時暴雨雨型在排水管道系統(tǒng)計算機模型建立時是必須的。研究雨水調(diào)蓄系統(tǒng)時，最好用雨型進(jìn)行設(shè)計校核。短歷時暴雨雨型主要用于確定設(shè)計暴雨的時間變化過程，設(shè)計暴雨量按暴雨強度公式進(jìn)行計算。7 、表繪制7.1.1常用查算圖表包括：暴雨強度查算表、暴雨強度曲線圖、降雨量曲線圖、 短歷時暴雨過程降雨強度查算表、短歷時暴雨雨型圖?？筛鶕?jù)暴雨強度公式或單一重現(xiàn)期暴雨強度公式和重現(xiàn)期區(qū)間參數(shù)公式， 計算編制暴雨強度常用查算圖表、繪制暴雨強度曲線、降雨曲線圖。曲線圖格式如附錄E。7.1.4 單一重現(xiàn)期暴雨強度公式擬合暴雨強度公式的表達(dá)形式為：令A(yù)=167A1(1+ClgP)，則得到一個簡化

11、的表達(dá)式（8），即為單一重現(xiàn)期公式：式（8）中 A 為雨力參數(shù)，即不同重現(xiàn)期下1min 的設(shè)計降雨量（mm）。對式（8）兩邊取對數(shù)，并令： y = ln q ， b0 = ln A ， b1 = -n ， x = ln(t + b) ，則公式（8）可簡化為一個一元線性方程形式：y = b0 + b1 x （9） 同理，采用最小二乘法和數(shù)值逼近法，可將11個降雨歷時的單一重現(xiàn)期暴雨強度公式逐個 推算出來。7.1.8 暴雨強度公式是基于曲線擬合得到的 P-i-t 表，經(jīng)最小二乘法和數(shù)理方 程求解獲得，與單一重現(xiàn)期暴雨強度公式相比精度略有差異。各地在編制暴雨強 度公式及圖表時，須統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，并規(guī)定適用

12、范圍和條件。8、適用性分析8.1 時間分布特征分析分析降雨的長年代變化特征，合理確定暴雨強度公式編制的降雨資料年限。可以本地代表性站點，對采用不同年限降雨資料編制的暴雨強度公式結(jié)果 進(jìn)行差異性分析，論證降雨資料年限選擇的合理性。8.2 空間分布特征分析對于地形地貌差異較大或涵蓋范圍大的城市，宜補充利用本地加密觀測的 其它降雨資料，分析本地強降雨的區(qū)域分布特征，為編制的暴雨強度公式的適用范圍提供依據(jù)。 基礎(chǔ)資料條件許可的城市，可編制不同分區(qū)代表性站點的暴雨強度公式， 并通過其差異性分析，確定暴雨分區(qū)的合理性。8.3 社會影響分析社會影響分析主要是指對安全、經(jīng)濟(jì)的影響，可結(jié)合實際案例比較分析。9

13、編制成果9.1 編制成果9.1.1 城市暴雨強度公式。9.1.2 短歷時設(shè)計暴雨雨型。9.1.3 常用圖表，其中包括：暴雨強度查算表、暴雨強度曲線圖、降雨量曲線圖、 短歷時暴雨過程降雨強度查算表、短歷時暴雨雨型圖。9.1.4 附加說明，其中包括：資料說明、方法說明、適用性說明。6附錄 E 常用圖表格式樣張暴雨強度查算表樣張P=2at（min）q= L/（shm2）tqtqtqtqtqtqtq1512.21227198.25653136.58779107.85610590.69613179.08915770.6222474.12628194.52254135.11480107.04110690.

14、16913278.71515870.3413442.46229190.96055133.68081106.24210789.64913378.34615970.0624415.64530187.55856132.28582105.45710889.13713477.98116069.7875392.58531184.30657130.92583104.68710988.63213577.62016169.5146372.50332181.19258129.60084103.93111088.13513677.26416269.2447354.82733178.20759128.30985103

15、.18911187.64413776.91116368.9778339.12634175.34460127.04986102.45911287.16013876.56316468.7129325.06835172.59461125.82087101.74311386.68313976.21916568.44910312.39336169.95062124.62188101.03911486.21214075.87816668.19011300.89737167.40663123.45089100.34711585.74814175.54116767.93212290.41238164.9566

16、4122.3079099.66811685.29014275.20816867.67713280.80239162.59565121.1909198.99911784.83814374.87916967.42514271.95740160.31766120.0989298.34211884.39214474.55317067.17515263.78341158.11867119.0319397.69611983.95214574.23117166.92716256.20242155.99468117.9889497.06012083.51814673.91317266.68117249.148

17、43153.94069116.9679596.43512183.09014773.59717366.43818242.56544151.95370115.9689695.82012282.66714873.28617466.19719236.40445150.03071114.9919795.21412382.24914972.97717565.95820230.62346148.16772114.0349894.61912481.83615072.67217665.72221225.18647146.36173113.0979994.03212581.42915172.37017765.48

18、722220.06148144.61074112.17910093.45512681.02715272.07117865.25523215.22149142.91175111.27910192.88612780.63015371.77517965.02424210.64150141.26176110.39810292.32612880.23815471.48218064.79625206.29951139.65977109.53410391.77512979.85015571.19326202.17752138.10178108.68710491.23113079.46715670.90618暴雨強度歷時重現(xiàn)期關(guān)系曲線圖不同歷時的暴雨強度頻率曲線（樣張）芝加哥法雨型圖（樣張）2.42.2P=2aT=180min2.01.8降雨強度（mm/min）1.61.41.21.00.80.60.40.20.0t (min)51015202530354