山西省设计暴雨雨型分析_霍勇峰

计算逐日平均雨量，得到场次暴雨的 3 日雨型。对
这些 3 日雨型按主雨日居前、居中、居后的 3 种日程
分布形式，统计各暴雨分区内每一种日程分布形式
出现的频次，以出现频次最多的那种分布形式作为
该暴雨分区内设计暴雨的 3 日雨型，即北区主雨日
靠后，其他分区主雨日居中。
记 H3 d 为 3 日雨量之和，H1 、H2 、H3 分别为主雨 日雨量及其余两日的雨量。主雨日雨量占它自身的
山西省以往只使用 3 日雨型与时雨型。
2 三日雨型分析
山西省地处中纬度大陆性季风区，因其东邻华 北大平原，距海洋较远，且有太行山屏障，形成了典 型的大陆性气候特征，属我国东部季风气候区，水汽 主要来源于太平洋和印度洋。同时由于南北地跨温 带和暖温带两个气候带，加之地形多变、高差悬殊， 因而南北气候特征迥异，根据自然地理、气候条件以 及水文现象的相似性与差异性，按照一定的分区原
设计暴雨雨型，主要反映降雨成因和地理特性 相 互 作 用 的 结 果，确 定 时 应 照 顾 到 以 下 几 个 方
面［3 － 4］： ①应反映本地区大暴雨的一般特点，如雨 峰的个数及其出现的位置，降雨过程的连续及间歇 情况，各时段的雨量分配等。②应满足工程设计对 防洪的要求，如长短历时的包纳和定量上应服从同 频率控制关系，使据此推求的设计洪水过程线既能 反映实际情况，同时又达到安全和经济的目的。③ 所确定的雨型应满足计算精度的要求，同时尽可能 减少繁琐和复杂的统计工作。因此，从调洪的实际 效果出发，各时段可采用不同的分段精度。
乱各场暴雨时段雨量的前后时序，逐时段计算各场
暴雨时段雨量的平均值； 然后，再将次要雨峰对齐求
平均； 最后，对由此得出的综合暴雨时雨型的峰、谷
做适当协调，便得到该暴雨区以时段雨量表示的设
计暴雨时雨型综合成果。
根据分区综合设计暴雨时雨型成果，分别统计
1、6、24、3 d 4 个标准时段的雨量 H （ 1 h） 、H （ 6 h） 、
项目
H2 H3d － H1
H1 H1 H3 H3d － H1
西区 中区 东区
46
56
36
100 100 100
54
44
64
项目 北区
H2 H3d － H1
37
H1 H3d － H1
63
H1 H1
100
3 时雨型分析
对于中小流域设计暴雨洪水来说，只有日雨型 还不够，还需要有更细的时雨型。记录完整的场次 暴雨是分析设计暴雨时雨型的基础。实际的场次暴 雨过程往往 由 几 个 降 雨 强 度 相 对 较 大、被 称 为“一 阵降雨”的“雨峰过程”所组成。每个阵雨过程，强 度一般先由小变大，到达峰顶后由大变小，共持续几 个时段。两个阵雨之间往往具有持续若干时段的停 雨或雨强很小的间隙期。所以，场次暴雨的时程分 配特征主要包括阵雨个数、阵雨持续时段数、两阵雨 的间隙时间、以及阵雨雨量和各时段雨量大小时序 位置等。
Bj
=
ΔHj
H（ 6 h） － H（ 1 h）
× 100
j = 2，3，4，5，6
（ 2）
其余时段雨量 ΔHj 占［H （ 24 h） － H （ 6 h） ］的 百分数为：
Bj
=
H（ 24
ΔHj h） － H（ 6
h）
× 100，j
= 7，8，…，24
（ 3）
②非主雨日。统计非主雨日的日雨量 H2 、H3 。
1概述
中小流域除少数河流外，绝大多数都无实测资 料，即使个别河流有实测资料，年限也很短，很难通 过频率计算得到设计洪峰流量。因此，中小流域多 由暴雨途径推求设计洪水［1 － 2］。为推求设计洪水过 程线，一般需要计算设计暴雨的降雨过程。描述一 次设计暴雨降雨强度随时间的发展变化过程称为设 计暴雨的时程分布，或称为暴雨的雨型。
得出用时段雨量大小排位的位序号表示设计时雨型。
3． 2 时雨型结果
用百分比（ % ） 表示的设计暴雨时雨型及用时
段雨量按大小排位的排位序号表示的设计暴雨时雨
型，称为设计暴雨时雨型“模板”。用两种方法计算
出的时雨型，特别是主雨历时内各时段雨量彼此可
能不完全一样，会存在一些出入，对后续推求设计洪
水可能产生影响，进行设计暴雨的时雨型设计时，应
设计时雨型的特征是由众多次实际暴雨分析归 纳得出的，虽然每次降雨强度时间过程各不相同，但 通过综合仍可反映出时雨型主要特征的分布。 3． 1 设计时雨型的地区综合
单次典型暴雨的时雨型往往缺乏代表性，地区 综合时雨型的成果比较稳定，对设计流域代表性较 好，明显优于单场典型暴雨时雨型。所以，设计时雨
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H （ 24 h） 、H （ 3 d） ，按照 4 个标准时段依次嵌套的
原则，用以下方法计算时段雨量占两个相邻标准历
时雨量之差的百分比 B ：
①主雨日。主峰时段雨量与 H （ 1h） 相比，B1 = 100% 。主峰前后两侧 6 h 以内的时段雨量 ΔHj 占［H （ 6 h） － H （ 1 h） ］的百分数为：
3． 3 派生雨型
当工程控制流域面积较小、汇流时间不足 1 h
时，可将基础雨型细化为 Δt
收稿日期：2011-06-22； 修回日期：2011-08-11 作者简介：霍勇峰（ 1976-） ，男，山西文水人，工程师，主要从事水文计算、水文预报及泥沙研究工作。
第6 期
霍勇峰：山西省设计暴雨雨型分析
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则和标准，结合山西省水文自然地理和气候条件的 具体状况，将全省划分为 4 个暴雨分区，即北区温带 半干旱区、西区暖温带半干旱区、中区暖温带半干旱 半湿润过渡区和东区暖温带半湿润区［5 － 6］，见图 1。
该针对计算设计洪水的方法而分别采用之。在山西
省，用双曲正切模型计算设计洪水时宜选用百分比
（ %） “模板”，用推理公式计算设计洪水时应采用排
位序号“模板”。
表 2 为山西省设计暴雨时雨型分析成果表。表
中最后一行括号内的数字为时段雨量按大小排位的
位序号，倒数第 2 行为时段雨量占彼此嵌套的两个
标准历时雨量差值的百分比。
分析时既选择了历时长、雨量大、笼罩面积大的 暴雨，也选择了短历时、雨量大、笼罩面积比较小的 暴雨，以便分析雨量大小对雨型的影响。多暴雨年 份选用了多次暴雨参加分析，以增加分析场次。每 场暴雨均匀选择 3 ～ 5 个记录完好的雨量站，其中必 须有一个位于暴雨中心或附近。 2． 2 雨型综合
根据以上原则，以暴雨区为选样的空间单位，共 选择了资料记录比较完整的 217 场大暴雨，统计每 场暴雨各雨量站连序 3 日最大雨量及其日程分布，
百分比为 100% ； 其余两日雨量占非主雨日雨量和
（ H3 d － H1 ） 的百分比分别为：
B2
=
H2 H3 d － H1
× 100
B3
=
H3 H3 d － H1
× 100
（ 1）
经分析，综合出了山西省暴雨分区内 3 日雨型
分配结果，见表 1。
表 1 山西省 3 日雨型分配表
%
图 1 山西省暴雨分区
的流域，构造出了派生雨型，使小流域利用设计暴雨推求设计洪水过程线所需的设计暴雨雨型更加完善。
关键词： 设计暴雨； 雨型分析； 山西省
中图分类号：P333． 2
文献标识码： A
文章编号： 1672-643X（ 2011） 06-0158-04
Analysis of design storm pattern in Shanxi Provience
水资源与水工程学报
2011 年
型宜采用多次暴雨综合时雨型。综合时雨型可以用
百分比（ % ） 或排位序号两种方法来表示：
（ 1） 百分比（ % ） 表示法。使用 3 日雨型中已
被选中的暴雨场次，对比同一个暴雨区内各场暴雨
时雨型的主峰位置，尽量以主峰偏后、对工程安全不
利的场次暴雨为准，把各场暴雨的主峰对齐，而不打
水利部门习惯上采用单位时段为 Δt 的时段雨 量 ΔH 随时间 t 而变的柱状过程图 ΔH ～ t 表示雨型。 Δt 通常采用 1 d、1 h 或某一个标准历时（ 如 3 h） 。因 此，暴雨的时程分布又分为日雨型、时雨型及段雨型 3 种。
设计暴雨雨型的时间分配，目前一般采用的方 法，大致可分为三种类型［3］，即： 典型暴雨法、数理 统计法和综合法。
2． 1 选样原则［3］ 选样应分区进行，样本应选用大暴雨资料，且应
具有独立性。降雨过程既然是反映暴雨成因和地理 特征相互作用的结果，故当气候特性基本一致、地形 又无显著差别时，一场暴雨在一定地区内，其雨量在 时间上的分配往往差异不大，因而设计暴雨雨型可 以分区进 行 分 析，但 也 要 适 当 考 虑 水 系 的 完 整 性。 降雨成因对雨型分配也有一定影响，我省由于历史 资料缺乏成因记载，因此分析时没有按成因分类进 行分析比较，但尽可能选取同一时期内的暴雨。样 本还应具有独立性，同一场暴雨，在分区内如果各站 资料其主次雨峰个数及出现位置（ 前，中，后） 基本 上相似，则只选用其中某一站暴雨量最大者为样本， 如果同一场暴雨各站资料选用过多，统计中会使某 一次雨型权重过大，影响雨型的代表性。
HUO Yongfeng
（ Hydrology and Water Resources Investigation Bureau of Shanxi Provience，Taiyuan 030001，China）
Abstract： According to the climate characters in Shanxi province，the whole province was divided into four storm partitions． The paper used design storm to calculate the design flood in the region without flood data，and utilized the rain storm type in design flood hydrograph． It described the method of analysis for the daily and hourly design storm，and used these methods to analyze each rainstorm district，obtained the rainfall pattern． Aimd at small basin and short confluence time of lasting less than 1h，It constructed out the rain derived type，so that the rainfall pattern used in design flood was more consummate． Key words： design storm； rainfall pattern analysis； Shanxi Provience
第22 卷 第6 期 2 0 1 1 年 12 月
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水资源与水工程学报 Journal of Water Resources ＆ Water Engineering
Vol． 22 No． 6 Dec ． ，2 0 1 1
山西省设计暴雨雨型分析
霍勇峰
（ 山西省水文水资源勘测局，山西 太原 030001）
摘 要： 根据山西省气候特点，将全省分为 4 个暴雨分区。无资料地区多利用设计暴雨计算设计洪水，在推求设计
洪水过程线时要用到设计暴雨的雨型。本文简述了设计暴雨日雨型及时雨型的分析方法，利用这些方法分别对每
个暴雨分区进行分析，综合得出了各分区的设计日雨型和时雨型，并且还针对工程控制面积小、汇流历时不足 1h
排在相应位序号的位置。用设计暴雨公式计算第 i
时段雨量的公式为：
ΔHp，j = Hp （ tt－1 + Δt） － Hp （ ti－1 ） ，
i = 1，2，…，t0 = 0
（ 5）
式中： i 为时段雨量按大小排位的位序号。位序号为
1 的时段雨量最大，安排在主峰的位置； 位序号为 2
的时段雨量次之，安排在主峰的一侧； 以此类推，可以
非主雨日的时段雨量 ΔHj 占各日雨量的百分比为：
B2j
=
ΔHj H2
，B3，j
=
ΔHj H3
j = 1，2，…，24 （ 4）
⑵ 排位序号表示法。设计暴雨的时雨型也可
以用时段雨量大小排位序号表示，即根据设计时雨
型的时段雨量由大到小的顺序给定一个位序号，以
便把利用设计暴雨公式计算出的第 i 时段的雨量安