城市设计暴雨雨型的推求及应用

城市设计暴雨雨型的推求及应用
许超峰;荆燕燕;陈文蛟
【摘要】雨型是一定降雨历时和间隔下的设计降雨总量和分布规律,不同雨型得出的洪峰流量可能有较大差异,科学的雨型是使用水力模型进行排水防涝规划的基础.本研究介绍了几种国内外常用的雨型推求方法,并以深圳市为例,分别采用芝加哥雨型和同频率分析法,来推求2h短历时雨型和24h长历时雨型,为深圳市排水防涝规划编制提供理论支持.
【期刊名称】《河南科技》
【年(卷),期】2018(000)005
【总页数】2页(P159-160)
【关键词】雨型;降雨历时;芝加哥雨型;同频率分析法
【作者】许超峰;荆燕燕;陈文蛟
【作者单位】华北水利水电大学水利学院,河南郑州450045;河南水利与环境职业学院,河南郑州450045;平顶山水文水资源勘测局,河南平顶山467000
【正文语种】中文
【中图分类】P333
1 设计暴雨雨型概述
设计暴雨雨型是指设计暴雨的降雨过程，即降雨强度随时间的分配。

随着城市内涝的增加，很多城市开始对当前的排水能力进行评估，主要采用的是水力模型进行城
市排水方案的比选和优化，建立模型的基础之一就是设计暴雨雨型，不同雨型通过水力模型有可能得出差异较大的洪峰流量，因此，对当地雨型的分析研究是科学开展排水防涝规划的前提之一［1］。

2 雨型推求
2.1 设计暴雨历时
雨型推求方法的一个重要参数就是降雨历时。

对于城市管道排水系统，一般通过暴雨强度公式来推求设计雨强［2］。

设计历时指的是设计雨强在汇水面积上的汇流时间，即汇水面积最远点的雨水流到设计断面所需的时间。

由于城市中心区域小，汇流时间短，一般不超过2h。

对于城市排涝河道，坡度较大的单一河道流速较大，河道长度除以河道平均流速得到的就是汇流时间。

对于坡度较小的平原河网，河道汇流时间与河道长度、水闸和泵站调度方式、河网调蓄库容、河道泵站的排水能力、汇水区域的产流量及产流过程均有密切关系。

对于城市区域，一般不会超过24h。

在设计城市雨水排除系统时，不同区域选用不同降雨设计历时更为合适。

一般情况下，短历时设计暴雨历时采用2h，长历时设计暴雨历时采用24h。

2.2 设计暴雨雨型
排水管道系统在进行计算机建模时，需要用雨型对雨水调蓄系统进行设计校核，因此短历时暴雨雨型是建模的必须条件。

短历时暴雨雨型常采用芝加哥雨型推求，这也是《城市暴雨强度公式编制和设计暴雨雨型确定技术导则》推荐的方法。

芝加哥法雨型是在暴雨强度公式的基础上，统计综合雨峰位置系数，最终确定设计暴雨的时间变化过程。

国内在进行长历时暴雨雨型研究时，常采用王家祁提出的同频率分析法。

这种方法是在同一重现期条件下选择多场降雨，按照出现次数最多的情况确定各段雨量的比例，因为选择的降雨场次较多，相比传统的采用典型暴雨进行频率放大得出的雨型，避免了偶然性较大的不足。

因此，本研究主要介绍芝加哥雨型和同频率分析法，分别进行短历时和长历时雨型
的推求。

3 深圳市雨型推求实例
3.1 深圳市2h设计暴雨雨型
此次研究深圳市2h设计暴雨雨型采用芝加哥雨型。

芝加哥雨型是在一定重现期下不同历时最大雨强复合而成，与复合雨型相似，雨型的确定同样基于特定重现期下的IDF关系曲线。

芝加哥法雨型计算包括综合雨峰位置系数确定及降雨过程雨量分配比例的确定。

收集深圳市1963—2013年50年的降雨资料，分场次之后每年选出一个最大2h 的降雨量，分析这50场2h降雨过程对应的雨峰位置。

经过计算，深圳市2h的雨峰位置系数为0.35，即最大值雨量发生在第42min，再通过暴雨强度公式推求雨峰前后时段的降雨比例，最终2h5min间隔雨型的雨量分配见图1。

图1 2h历时5min间隔设计暴雨雨型示意图
3.2 深圳市24h设计暴雨雨型
深圳市24h设计暴雨雨型采用同频率分析法。

该方法是在同一重现期水平下，按照峰值出现次数最多的情况确定时间序位，利用多场降雨雨量均值确定各时段雨量的比例。

该方法主要用于洪水、暴雨的时程分配。

具体步骤如下。

①确定H720的位置。

根据统计的多场历时1 440min的降雨，统计每场降雨雨量最大的720min所在的位置，利用“众值定位”即出现次数最多的位置确定最大720min雨量H720发生的位置。

②确定H720以外时间的降雨比例。

根据统计的多场历时为720min典型降雨样本，利用主峰对齐叠加求平均值，得出H1 440-H720雨型分配比例。

③重复以上步骤，以“出现次数最多的情况（众值）确定时间序位，以平均情况（均值）确定各时段雨量的比例”的原则，从最大720min降雨过程H720中找
出包含的最大360min降雨过程H360，根据主峰对齐确定最大360min的起始时段，得到H720-H360的分配比例。

④分别求出 360、240、180、150、120、90、60、45、30、15min对应的最
大240、180、150、120、90、60、45、30、15、5min发生的位置，以及
H360-H240、H240-H180、H180-H150、H150-H120、H120-H90、H90-
H60、H60-H45、H45-H30、H30-H15、H15-H5的分配比例（最大5min雨量值的比例为1）。

⑤根据以上步骤，最终得到深圳市1 440min设计暴雨雨型分配结果。

4 结论
雨型是通过水力模型进行城市防水排涝规划的基础数据之一。

我国《城市暴雨强度公式编制和设计暴雨雨型确定技术导则》推荐短历时暴雨雨型的推求采用芝加哥雨型，实际应用中，长历时雨型推求方法采用的比较多的是同频率分析法。

本研究以深圳基本气象站1963—2013年50年的逐分钟降雨数据为基础，通过场次划分，分别采用芝加哥雨型和同频率分析法推求出2h短历时和24h长历时设计暴雨雨型，最终形成2h历时5min间隔和24h历时5min间隔的降雨分配结果，为城市排涝规划提供理论支撑。

参考文献：
［1］俞露，荆燕燕.辅助排水防涝规划编制的设计降雨雨型研究［J］.中国给水排水，2015（19）：141-145.
［2］牟金磊.北京市设计暴雨雨型分析［D］.兰州：兰州交通大学，2011.。