辅助排水防涝规划编制的设计降雨雨型研究
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Key words： rainfall pattern； urban drainage and waterlogging prevention； rainfall duration； hydraulic model
《室外排水设计规范》（ 2014 版） 中明确提出， “当汇水面积超过 2 km2 时，宜考虑降雨在时空分布
基金项目： 深圳市科技研发资金资助项目（ JCYJ20130325151523015）
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第 31 卷 第 19 期
中国给水排水
www． watergasheat． com
的不均匀性和管网汇流过程，采用数学模型法计算 雨水设计流量。”此外，住房和城乡建设部 2013 年 7 月印发的《城市排水 （ 雨水） 防涝综合规划编制大 纲》中也数次推荐使用水力模型开展现状排水设施 能力评估、内涝风险评估，对城市排水防涝方案和雨 水管渠规划方案进行系统比选和优化。尽管仍存在 困难和争议，在各地陆续开展编制的排水防涝综合 规划中，水力模型辅助设计开始得到积极使用，无疑 成为必然的发展趋势。
综上所述，在城市排水防涝系统规划设计中，选 用不同历时的降雨来进行水力模型的构建更为合 适。故设计暴雨历时选为 2 h 和 24 h，其中 2 h 的降 雨过程应包含在 24 h 的降雨过程中，即两者为同一
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俞 露，等： 辅助排水防涝规划编制的设计降雨雨型研究
2 深圳市实例应用
2. 1 基础数据 深圳市位于广东省南部沿海，北回归线以南，属
南亚热带海洋性季风气候，降雨丰沛，多年平均降雨 量为 1 837 mm。目前，深圳市设计暴雨雨型参照的 是《广东省暴雨径流查算图表使用手册》中 24 h 雨 型，时段为 1 h 的 24 h 雨型，在近十几年应用中满足 了深圳城近郊区水利工程的设计要求，但其最小时 段为 1 h，不能满足市政排水设计中最小时段为 5 min 的要求。
水力模型的优点之一是可以对降雨全程中的地 面积水进行动态模拟，从而改变推理公式将雨强作 均匀概化、只能进行静态计算的弊端。相比静态计 算多用于判断小流域排水管网在降雨峰值时所需的 过水能力，动态模拟更适用于排水防涝规划的需求。 而水力模型构建和模拟所需的基础条件之一是一定 降雨历时和间隔下的设计降雨总量和分布规律，因 此，对于本地雨型的分析研究是科学开展排水防涝 规划的前提之一。
YU Lu1 ， JING Yan-yan2 ， XU Zheng-min3
（ 1． Urban Planning and Design Institute of Shenzhen，Shenzhen 518028，China； 2． Department of Hydraulic Engineering，Henan Vocational College of Water Conservancy and Environment， Zhengzhou 450008，China； 3． School of Water Conservancy，North China University of Water Ｒesources and Electric Power，Zhengzhou 450045，China） Abstract： Design storm of a certain rainfall duration and interval is one of the basic conditions re-
摘 要： 水力模型构建和模拟所需的基础条件之一是一定降雨历时和间隔下的设计暴雨，对 本地雨型的分析研究是科学开展排水防涝规划的前提之一。以深圳市为例，在城市排水防涝规划 编制中，为更好地使用水力模型开展内涝风险评估、管网排水能力评估、排水防涝规划方案优化等 工作，对不同重现期下的降雨特征和规律进行了研究，这可为深圳市排水防涝规划编制提供理论支 持，为排水防涝系统的设计提供可靠的参数，为利用先进技术方法进行雨水管理奠定坚实的基础。
基于前述基本需求，辅助排水防涝规划的设计 暴雨雨型研究步骤如下： ①降雨资料的收集和处理， 从连续雨量过程中划分合理的次降雨场次； ②选取 5、15、30、45、60、90、120、150、180、240、360、720、 1 440 min 共 13 个降雨历时，采用年最大值法进行 选样； ③对样本进行理论频率分析和适线，确定频率 曲线及其统计参数，计算相应频率下的雨强及雨量 设计值； ④确定雨型推求方法，给出相应频率分布下 的重现期、降雨量、降雨历时三者之间的关系，形成 长、短历时的设计暴雨雨型。其中，雨型推求方法的 比选和确定是整个技术路线的难点。本研究中，短 历时设计暴雨雨型采用芝加哥法雨型进行推求，长 历时设计暴雨雨型采用同频率法进行推求。
第 31 卷 第 19 期 2015 年 10 月
中国给水排水
CHINA WATEＲ ＆ WASTEWATEＲ
Vol． 31 No． 19 Oct． 2015
辅助排水防涝规划编制的设计降雨雨型研究
俞 露1， 荆燕燕2， 许拯民3
（ 1． 深圳市城市规划设计研究院有限公司，广东 深圳 518028； 2． 河南水利与环境职业学院 水利工程系，河南 郑州 450008； 3． 华北水利水电大学 水利学院，河南 郑州 450045）
笔者以深圳市为例，在城市排水防涝规划编制 中，为更好地使用水力模型开展内涝风险评估、管网 排水能力评估、排水防涝规划方案优化等工作，对不 同重现期下的降雨特征和规律进行了研究。
1 设计暴雨雨Βιβλιοθήκη Baidu的研究方法
1. 1 市政与水利部门设计暴雨计算的差异 市政雨水管渠与城市河道均为城市排水防涝系
统的重要组成部分，但长期以来，市政雨水管渠和河 道防洪排涝的设计降雨有所不同。首先，二者设计 降雨的历时和间隔选取不同，主要原因是管道排水 汇流速度快，而河道调蓄能力大、汇流慢，向上承接 市政雨水管网的排水，向下排除涝水，因此要考虑它 们设计历时上的差异。一般来说，水利部门通常使 用长历时，市政部门则采用短历时。其次，二者设计 降雨的选样方法不同。尽管都取自同一个系列的降 雨资料，水利部门的选样方法多是年最大值法，即一 年选一个最大值； 而传统的雨水管道设计选样多为 非年最大值法如年多个样法或年超定量法，这样二 者的重现期和降雨量设计就存在差异。尽管短历时 与长历时暴雨间没有必然联系，但可以对不同时段 的降雨进行折算，如根据田娟等［1］的研究，可将 1 年 一遇 2 h 暴雨基本等同于 10 年一遇 24 h 暴雨。 1. 2 我国长、短历时暴雨雨型研究现状
降雨历时是雨型在工程设计中适用性的体现， 也是选择雨型推求方法的重要参数。
在排水管渠系统设计中，通常用汇水面积最远 点雨水流到设计断面时的集水时间作为设计降雨历 时。城市中心小区由于区域小、汇流快，故侧重于峰 值流量的推求，一般不超过 2 h。对于调蓄池等排涝 设施，为进行科学的设计，需确定整场降雨所产生的 径流体积，因此它所需的降雨历时比管道确定峰值 流量的降 雨 历 时 要 长，设 计 时 宜 采 用 长 历 时 雨 型。 美国、日本等国在防洪调蓄池容积计算时一般取 24 h。而对于排涝河道，汇流时间与河道长度、河网调 蓄库容、水 闸 和 泵 站 调 度 方 式、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 24 h。
第 31 卷 第 19 期
场设计降雨中的不同时段。 1. 5 设计降雨间隔
根据相关规范的要求，市政排水管网设计中，选 取的降雨历时较小，一般为 5、15、20、30、45、60、90、 120 min，而水利排涝设计中选取的降雨历时较长， 一般为 24 h［3］，前者要求了精度，但无法体现流域 较长汇流时间带来的内涝影响，后者总历时较长，但 最小时段间隔为 1 h，无法满足市政排水最小时段 5 min 的设计需求。因此，应使长、短历时暴雨雨型采 用同频率，将降雨间隔确定为 5 min 方能满足城市 排水防涝规划的需求。 1. 6 研究技术路线
我国暴雨的长历时设计雨型，一般是选取当地
实测雨型，即选定典型暴雨，以不同时段的同频率设 计雨量控制，进行同倍比或同频率分时段控制缩放。 典型暴雨一般为设定重现期下暴雨总量大、强度大、 分配形式接近多年平均和常遇工况，且对工程安全 比较不利 的 暴 雨 过 程。 王 家 祁［2］ 提 出 了“短 推 长 ” 和“长包短”两种雨型方法，这两种方法选择降雨场 次多，可在很大程度上避免传统的以选择典型暴雨 进行频率放大作为设计雨型偶然性较大的不足。
关键词： 雨型； 排水防涝； 降雨历时； 水力模型 中图分类号： TU992 文献标识码： C 文章编号： 1000 － 4602（ 2015） 19 － 0141 － 05
Study on Design Ｒainfall Pattern Supporting Urban Drainage and Waterlogging Prevention Planning
quired in hydraulic model construction and simulation，and the analysis of local rainfall pattern is one of the scientific premises of urban drainage and waterlogging prevention planning． Taking Shenzhen City as an example，the study on the characteristics and laws of rainfall in different return periods in the urban drainage and waterlogging prevention planning was conducted to better utilize the hydraulic model to carry out the waterlogging risk assessment，network drainage capacity assessment，urban drainage and waterlogging prevention planning scheme optimization and so on． The study will provide theoretical support for the Shenzhen urban drainage and waterlogging prevention planning，and reliable parameters for the design of drainage and waterlogging prevention system，also lay a solid foundation for using advanced technology and methods for stormwater management．
对于短历时暴雨雨型，国内研究相对较少，《城 市暴雨强度公式编制和设计暴雨雨型确定技术导 则》提供了参考方法，主要推荐芝加哥法雨型，它从 暴雨强度公式导出，是在此公式基础上，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。 1. 3 排水防涝规划对设计暴雨雨型互通的需求
近年来，全国各大城市频发极端降雨带来的内 涝事件，对社会经济发展和市民生命财产安全造成 严重危害。城市内涝的成因并不仅仅是排水管网是 否达到设计标准的问题，而是与地形、下垫面、管渠、 调蓄设施、河道等均密切相关。排水防涝系统规划 十分重视包括源头、中段和末端的全过程管控体系， 因此，尽管目前市政排水与水利排涝设计标准仍无 规范统一的方法，但构建两者设计暴雨的重现期和 雨型的衔接关系是十分必要的。 1. 4 设计降雨历时
《室外排水设计规范》（ 2014 版） 中明确提出， “当汇水面积超过 2 km2 时，宜考虑降雨在时空分布
基金项目： 深圳市科技研发资金资助项目（ JCYJ20130325151523015）
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第 31 卷 第 19 期
中国给水排水
www． watergasheat． com
的不均匀性和管网汇流过程，采用数学模型法计算 雨水设计流量。”此外，住房和城乡建设部 2013 年 7 月印发的《城市排水 （ 雨水） 防涝综合规划编制大 纲》中也数次推荐使用水力模型开展现状排水设施 能力评估、内涝风险评估，对城市排水防涝方案和雨 水管渠规划方案进行系统比选和优化。尽管仍存在 困难和争议，在各地陆续开展编制的排水防涝综合 规划中，水力模型辅助设计开始得到积极使用，无疑 成为必然的发展趋势。
综上所述，在城市排水防涝系统规划设计中，选 用不同历时的降雨来进行水力模型的构建更为合 适。故设计暴雨历时选为 2 h 和 24 h，其中 2 h 的降 雨过程应包含在 24 h 的降雨过程中，即两者为同一
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俞 露，等： 辅助排水防涝规划编制的设计降雨雨型研究
2 深圳市实例应用
2. 1 基础数据 深圳市位于广东省南部沿海，北回归线以南，属
南亚热带海洋性季风气候，降雨丰沛，多年平均降雨 量为 1 837 mm。目前，深圳市设计暴雨雨型参照的 是《广东省暴雨径流查算图表使用手册》中 24 h 雨 型，时段为 1 h 的 24 h 雨型，在近十几年应用中满足 了深圳城近郊区水利工程的设计要求，但其最小时 段为 1 h，不能满足市政排水设计中最小时段为 5 min 的要求。
水力模型的优点之一是可以对降雨全程中的地 面积水进行动态模拟，从而改变推理公式将雨强作 均匀概化、只能进行静态计算的弊端。相比静态计 算多用于判断小流域排水管网在降雨峰值时所需的 过水能力，动态模拟更适用于排水防涝规划的需求。 而水力模型构建和模拟所需的基础条件之一是一定 降雨历时和间隔下的设计降雨总量和分布规律，因 此，对于本地雨型的分析研究是科学开展排水防涝 规划的前提之一。
YU Lu1 ， JING Yan-yan2 ， XU Zheng-min3
（ 1． Urban Planning and Design Institute of Shenzhen，Shenzhen 518028，China； 2． Department of Hydraulic Engineering，Henan Vocational College of Water Conservancy and Environment， Zhengzhou 450008，China； 3． School of Water Conservancy，North China University of Water Ｒesources and Electric Power，Zhengzhou 450045，China） Abstract： Design storm of a certain rainfall duration and interval is one of the basic conditions re-
摘 要： 水力模型构建和模拟所需的基础条件之一是一定降雨历时和间隔下的设计暴雨，对 本地雨型的分析研究是科学开展排水防涝规划的前提之一。以深圳市为例，在城市排水防涝规划 编制中，为更好地使用水力模型开展内涝风险评估、管网排水能力评估、排水防涝规划方案优化等 工作，对不同重现期下的降雨特征和规律进行了研究，这可为深圳市排水防涝规划编制提供理论支 持，为排水防涝系统的设计提供可靠的参数，为利用先进技术方法进行雨水管理奠定坚实的基础。
基于前述基本需求，辅助排水防涝规划的设计 暴雨雨型研究步骤如下： ①降雨资料的收集和处理， 从连续雨量过程中划分合理的次降雨场次； ②选取 5、15、30、45、60、90、120、150、180、240、360、720、 1 440 min 共 13 个降雨历时，采用年最大值法进行 选样； ③对样本进行理论频率分析和适线，确定频率 曲线及其统计参数，计算相应频率下的雨强及雨量 设计值； ④确定雨型推求方法，给出相应频率分布下 的重现期、降雨量、降雨历时三者之间的关系，形成 长、短历时的设计暴雨雨型。其中，雨型推求方法的 比选和确定是整个技术路线的难点。本研究中，短 历时设计暴雨雨型采用芝加哥法雨型进行推求，长 历时设计暴雨雨型采用同频率法进行推求。
第 31 卷 第 19 期 2015 年 10 月
中国给水排水
CHINA WATEＲ ＆ WASTEWATEＲ
Vol． 31 No． 19 Oct． 2015
辅助排水防涝规划编制的设计降雨雨型研究
俞 露1， 荆燕燕2， 许拯民3
（ 1． 深圳市城市规划设计研究院有限公司，广东 深圳 518028； 2． 河南水利与环境职业学院 水利工程系，河南 郑州 450008； 3． 华北水利水电大学 水利学院，河南 郑州 450045）
笔者以深圳市为例，在城市排水防涝规划编制 中，为更好地使用水力模型开展内涝风险评估、管网 排水能力评估、排水防涝规划方案优化等工作，对不 同重现期下的降雨特征和规律进行了研究。
1 设计暴雨雨Βιβλιοθήκη Baidu的研究方法
1. 1 市政与水利部门设计暴雨计算的差异 市政雨水管渠与城市河道均为城市排水防涝系
统的重要组成部分，但长期以来，市政雨水管渠和河 道防洪排涝的设计降雨有所不同。首先，二者设计 降雨的历时和间隔选取不同，主要原因是管道排水 汇流速度快，而河道调蓄能力大、汇流慢，向上承接 市政雨水管网的排水，向下排除涝水，因此要考虑它 们设计历时上的差异。一般来说，水利部门通常使 用长历时，市政部门则采用短历时。其次，二者设计 降雨的选样方法不同。尽管都取自同一个系列的降 雨资料，水利部门的选样方法多是年最大值法，即一 年选一个最大值； 而传统的雨水管道设计选样多为 非年最大值法如年多个样法或年超定量法，这样二 者的重现期和降雨量设计就存在差异。尽管短历时 与长历时暴雨间没有必然联系，但可以对不同时段 的降雨进行折算，如根据田娟等［1］的研究，可将 1 年 一遇 2 h 暴雨基本等同于 10 年一遇 24 h 暴雨。 1. 2 我国长、短历时暴雨雨型研究现状
降雨历时是雨型在工程设计中适用性的体现， 也是选择雨型推求方法的重要参数。
在排水管渠系统设计中，通常用汇水面积最远 点雨水流到设计断面时的集水时间作为设计降雨历 时。城市中心小区由于区域小、汇流快，故侧重于峰 值流量的推求，一般不超过 2 h。对于调蓄池等排涝 设施，为进行科学的设计，需确定整场降雨所产生的 径流体积，因此它所需的降雨历时比管道确定峰值 流量的降 雨 历 时 要 长，设 计 时 宜 采 用 长 历 时 雨 型。 美国、日本等国在防洪调蓄池容积计算时一般取 24 h。而对于排涝河道，汇流时间与河道长度、河网调 蓄库容、水 闸 和 泵 站 调 度 方 式、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 24 h。
第 31 卷 第 19 期
场设计降雨中的不同时段。 1. 5 设计降雨间隔
根据相关规范的要求，市政排水管网设计中，选 取的降雨历时较小，一般为 5、15、20、30、45、60、90、 120 min，而水利排涝设计中选取的降雨历时较长， 一般为 24 h［3］，前者要求了精度，但无法体现流域 较长汇流时间带来的内涝影响，后者总历时较长，但 最小时段间隔为 1 h，无法满足市政排水最小时段 5 min 的设计需求。因此，应使长、短历时暴雨雨型采 用同频率，将降雨间隔确定为 5 min 方能满足城市 排水防涝规划的需求。 1. 6 研究技术路线
我国暴雨的长历时设计雨型，一般是选取当地
实测雨型，即选定典型暴雨，以不同时段的同频率设 计雨量控制，进行同倍比或同频率分时段控制缩放。 典型暴雨一般为设定重现期下暴雨总量大、强度大、 分配形式接近多年平均和常遇工况，且对工程安全 比较不利 的 暴 雨 过 程。 王 家 祁［2］ 提 出 了“短 推 长 ” 和“长包短”两种雨型方法，这两种方法选择降雨场 次多，可在很大程度上避免传统的以选择典型暴雨 进行频率放大作为设计雨型偶然性较大的不足。
关键词： 雨型； 排水防涝； 降雨历时； 水力模型 中图分类号： TU992 文献标识码： C 文章编号： 1000 － 4602（ 2015） 19 － 0141 － 05
Study on Design Ｒainfall Pattern Supporting Urban Drainage and Waterlogging Prevention Planning
quired in hydraulic model construction and simulation，and the analysis of local rainfall pattern is one of the scientific premises of urban drainage and waterlogging prevention planning． Taking Shenzhen City as an example，the study on the characteristics and laws of rainfall in different return periods in the urban drainage and waterlogging prevention planning was conducted to better utilize the hydraulic model to carry out the waterlogging risk assessment，network drainage capacity assessment，urban drainage and waterlogging prevention planning scheme optimization and so on． The study will provide theoretical support for the Shenzhen urban drainage and waterlogging prevention planning，and reliable parameters for the design of drainage and waterlogging prevention system，also lay a solid foundation for using advanced technology and methods for stormwater management．
对于短历时暴雨雨型，国内研究相对较少，《城 市暴雨强度公式编制和设计暴雨雨型确定技术导 则》提供了参考方法，主要推荐芝加哥法雨型，它从 暴雨强度公式导出，是在此公式基础上，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。 1. 3 排水防涝规划对设计暴雨雨型互通的需求
近年来，全国各大城市频发极端降雨带来的内 涝事件，对社会经济发展和市民生命财产安全造成 严重危害。城市内涝的成因并不仅仅是排水管网是 否达到设计标准的问题，而是与地形、下垫面、管渠、 调蓄设施、河道等均密切相关。排水防涝系统规划 十分重视包括源头、中段和末端的全过程管控体系， 因此，尽管目前市政排水与水利排涝设计标准仍无 规范统一的方法，但构建两者设计暴雨的重现期和 雨型的衔接关系是十分必要的。 1. 4 设计降雨历时