城市設計暴雨雨量資料統計及選樣方法

章魯琪 張真奇 湯沂園

摘 要：在錢塘江河口地區，屬感潮河網地區，地勢低洼，容易造成暴雨積水，加上河口城市排澇的承泄區受外江洪水和外海潮水的雙重控制，如暴雨時恰逢外江發生高水（潮）位時，會影響到城市排水等。本文針對河口地區城市特殊的下墊面情況及暴雨、洪水、潮汐的特性，結合實際資料進行深入研究，提出一套適合浙江省錢塘江河口城市實際情況的城市設計暴雨雨量資料統計及選樣方法。

關鍵詞：錢塘江河口；城市暴雨；暴雨選樣

0 引言

在城市暴雨雨量資料統計分析中，必須把必然規律的物理成因分析與其偶然性的統計分析密切結合起來，相輔相成解決實際問題。為此，本文結合水文統計學知識，對城市設計暴雨雨量資料統計分析中的選樣方法、頻率計算等進行分析和討論 [1]。

1 暴雨歷時的選用

市政排水設計所采用的降雨歷時一般分為5min、10min、15min、20min、30min、45min、60min、90min、120min等9個[2]，其基礎資料的收集一般來源于城市自記雨量資料。本次收集的降水量資料，主要是浙江省水文局已經整編好的降水量資料摘錄表、短歷時暴雨統計表等資料中獲取，基于基礎資料的收集情況及本次暴雨研究的側重點是市政排水和區域排澇的銜接匹配問題，本次研究選定了6個不同的暴雨歷時，分別為1h、2h、3h、6h、12h、24h暴雨。

2 暴雨的選樣方法

2.1 年最大值法選樣

從每年各歷時的雨量資料中選用最大的一組雨量，在N年資料中選用N組最大值組成統計樣本。但該法的缺點是會遺漏在大雨年年內排第二或第三而比小雨年內排第一還大的較大雨量。

2.2 非年最大選樣法

超定量法或年多個樣本法：超定量法選樣是選取全部資料N年暴雨雨樣標準以上的所有資料，選樣個數與資料年限無關。年多個樣法是按不同歷時每年取最大的n組雨樣。

年超大值法選樣：在全部資料中，大雨較多年份每年各歷時選2～3個最大值雨樣，大雨較少年份每年各歷時選1個最大值雨樣，然后各歷時最大值按大到小排列，從首項開始取與資料年份系列相同個數的最大實測值組成樣本，及平均每年一個。該方法是從大量資料年中考慮它的發生年，其意義是一年發生一次的平均期待值。

當k≠1，有n=kN，一般的取k為整數，即取前kN個最大值作為計算系列，即年多個樣本法，則經驗頻率（次頻率）計算式為：

式中：m—1，2，…，kN，為系列各值從大到小排列的序次。

次頻率與年頻率的計算公式，一般有3種方法。

方法一：

根據次頻率與年頻率的計算公式，可推求得：

當每年平均取樣個數k=1時，年多個樣法成為超大值選樣，因此有，說明年最大值法與年超大值法具有相同的概率分布特征，但實際中發現由于年最大取樣法會漏掉大水年份排在第二或第三位的暴雨，因此當資料年份不夠長時，對于2種選樣方法得到的同一重現期的暴雨，年超大值法選樣的樣本比年最大值法選樣的樣本大，特別是重現期低于5年一遇的樣本。因此，應用上述重現期的轉換關系只有在暴雨資料年份很長時才近似成立。

3 結論

本文對不同選樣方法的重現期進行了轉換分析，結合錢塘江河口地區的降雨資料進行了選樣方法的統計對比分析，得出如下結論：

（1）年多個樣本法取樣，可直接獲得重現期小于1年的雨樣，因此對重現期較低的城市市政排水設計是合適的，通過實測資料分析，其次頻率與年頻率的重現期轉換宜采用推薦的方法一進行。

但該方法存在資料收集難、統計工作量大、資料支出費用高等缺點，而隨著對城市內澇認識的加深，城市防澇設計的重現期將達5～ 20年的標準，因此年多個樣本法已逐漸不適應城市防澇設計的發展要求；

（2）年最大值法選樣簡單、獨立性強，在水文統計中一般用該法。但由于該方法會遺漏大水年份排第二或第三為的暴雨雨樣，因此不能反映現代城市排水設計中重現期較低的雨樣分布規律，年最大值法與年多個樣本法取樣的最大差別集中在10年一遇以下的較低重現期的暴雨雨樣，但兩者在10年一遇以上的較大重現期的暴雨雨樣差別減小。

年最大值法選樣的優點是統計工作量小，缺點是該方法用于城市市政排水的設計暴雨推求時需要進行重現期的轉換，建

議重現期轉換按或計算。

（3）市政排水設計的重現期一般較低，資料選樣較好的方法是年超大值法。年超大值法取樣的精度與年多個樣本法基本一致，且統計工作量減小，因此更適合市政排水設計的暴雨統計，但與年最大值法選樣對比，其缺點是統計工作量略偏大。

（4）城市的排澇既涉及到市政排水還涉及到城市的區域排澇，但重現期的選用有較大的差別，根據我國實際情況，一般城市市政排水的標準一般為1～3年一遇，更低的達到0.25～0.33年一遇，因此暴雨重現期的確定可以通過暴雨選樣統計后繪制經驗頻率曲線內插求得，而區域排澇的標準一般在10年一遇或20年一遇以上，采用經驗頻率曲線存在一定的誤差，需要通過選用合適的頻率曲線線型進行頻率適線分析后確定。

參考文獻

[1]黃振平.水文統計學[M].河海大學出版社，2003.

（作者單位：浙江省水利水電勘測設計院）