新安水文站長歷時暴雨量頻率分析

鄭長陵 史桂菊

摘 要:本文將新安水文站1950年至2011年不同長歷時時段最大降水量資料組成五組資料樣本,采用P-Ⅲ型適線法分別進(jìn)行頻率分析計(jì)算,設(shè)計(jì)暴雨成果滿足新沂市及蘇北魯南氣象條件相似地區(qū)防汛設(shè)計(jì)需要。

關(guān)鍵詞:新安暴雨頻率分析

中圖分類號:TV697 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(c)-0224-01

1 概況

新沂市地處江蘇北部蘇魯交界處,屬淮河流域沂沭泗水系,氣候溫和,光照充足,交通發(fā)達(dá),具有得天獨(dú)厚的區(qū)位優(yōu)勢,地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速。

新安水文站位于新沂市新老城區(qū)結(jié)合部老沭河左岸,1918年建站,目前是新沂僅有的一個國家重要水文站,多年平均降水量848.5mm。

經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展尤其是城市化水平的不斷提高對防汛工作提出新的要求,防洪設(shè)計(jì)在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和各項(xiàng)防洪規(guī)劃中的地位越來越重要,而暴雨頻率分析則是各項(xiàng)防洪設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。本文的宗旨就是通過頻率分析解決新沂以及蘇北魯南氣象條件相似地區(qū)的暴雨量設(shè)計(jì)問題,為防洪規(guī)劃設(shè)計(jì)和各級防汛防旱部門進(jìn)行防洪決策提供技術(shù)支撐。

2 資料審查

新安水文站1931年～1949年間有不連續(xù)降水量觀測記錄,1950年至今有連續(xù)62年降水量觀測資料,資料系列長,以此進(jìn)行頻率分析計(jì)算滿足資料樣本具有較高代表性的要求。

新安水文站有史以來氣象觀測場遷移不超過200m,始終使用20cm口徑雨量器觀測,滿足降水量觀測資料具有較高一致性的要求。

新安水文站是國家重要水文站,觀測場地規(guī)范,觀測儀器標(biāo)準(zhǔn),人員素質(zhì)較高,全部資料均經(jīng)過正規(guī)整編并刊印成冊,滿足降水量觀測資料具有較高可靠性的要求。

3 頻率分析計(jì)算

本文選取新安水文站1950年～2011年間62年資料系列,摘錄其最大一日、最大三日、最大七日、最大十五日、最大三十日降水量資料,組成五個資料樣本,用P-Ⅲ型適線法分別進(jìn)行頻率分析。

3.1 P—Ⅲ型適線[1]

對五組資料樣本分別按從大到小順序排列,用經(jīng)驗(yàn)頻率期望公式P=m/(n+1)計(jì)算經(jīng)驗(yàn)頻率,用矩法公式分別計(jì)算各組資料的均值XC、離差系數(shù)Cv值、偏態(tài)系數(shù)Cs值,以此作初估參數(shù)計(jì)算并繪制P—Ⅲ型曲線,根據(jù)XC值增加頻率曲線向上平移、Cv值增加頻率曲線變陡、Cs值增加頻率曲線曲度增大且底部趨于水平的規(guī)律,結(jié)合沂沭泗水系降雨量頻率計(jì)算一般取Cs=3.5～ 4.0Cv的經(jīng)驗(yàn),分別調(diào)整各組頻率曲線參數(shù)反復(fù)進(jìn)行適線,直至各組經(jīng)驗(yàn)頻率點(diǎn)與P—Ⅲ型理論曲線擬合最好為止,最終得到的P—Ⅲ型曲線即為所求的理論頻率曲線,不同歷時最大降水量頻率曲線參數(shù)統(tǒng)計(jì)如表1。

3.2 適線合理性分析[2]

(1)各頻率曲線適線效果理想,不會出現(xiàn)較大人為因素誤差。較長時段設(shè)計(jì)值大于同頻率較短時段設(shè)計(jì)值,符合常理。

(2)各頻率曲線均值均采用各實(shí)測資料系列均值,不會造成各設(shè)計(jì)成果的系統(tǒng)誤差。

(3)各頻率曲線的Cv值在0.38～0.50之間,屬于長歷時暴雨頻率分析的正常取值范圍。不同歷時頻率曲線的Cv值總體上滿足隨統(tǒng)計(jì)時段的增長而有減小趨勢的一般原則。

(4)各頻率曲線Cs=3.5～4.0Cv,符合我國一般地區(qū)和沂沭泗水系暴雨設(shè)計(jì)的取值原則。

3.3 不同頻率暴雨量設(shè)計(jì)方法[2]

根據(jù)表1所列各長歷時時段理論頻率曲線采用的參數(shù)值Cv、Cs/Cv,查《水文計(jì)算》或其它相關(guān)參考資料中的P—Ⅲ型曲線模比系數(shù)Kp值表,可得到各種時段各種設(shè)計(jì)頻率下的模比系數(shù)Kp值,根據(jù)查得的Kp值和表1所列各時段理論頻率曲線的均值XCP,用公式Xp=Kp*XCP分別計(jì)算各時段各種設(shè)計(jì)頻率下的設(shè)計(jì)暴雨量。

4 結(jié)語

(1)本分析成果采用的實(shí)測降水量資料系列較長,計(jì)算方法正確、參數(shù)選用合理,分析過程完整,成果質(zhì)量可靠,各部門在做新沂有關(guān)項(xiàng)目防洪設(shè)計(jì)時均可使用。

(2)蘇北魯南氣象條件相似地區(qū)可參考使用本成果,亦可結(jié)合當(dāng)?shù)夭煌邓畷r段的降水量均值按公式Xp=Kp*XCP進(jìn)行計(jì)算。

(3)各部門在使用本成果時,可根據(jù)工程的重要性,確定是否需要增加安全保證值,如果設(shè)計(jì)工程或防洪對象非常重要,一般可取安全保證值ΔXp≦20%Xp[2]。

(4)各使用部門可根據(jù)江蘇省水文手冊提供的地區(qū)典型暴雨分配過程,按典型分配比例進(jìn)行分配,得出不同設(shè)計(jì)時段的設(shè)計(jì)暴雨過程。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃振平.水文統(tǒng)計(jì)原理.河海大學(xué)出版社,2002.

[2] 蔡文祥,許大明.水文計(jì)算,河海大學(xué)出版社,1989.