廣西融水縣暴雨強(qiáng)度公式的推算與研究

藍(lán)求 羅延斌 王藝

摘 要：以融水觀測(cè)站1988—2017年的逐分鐘降雨資料，采用年最大值法挑選5、10、15、20、30、45、60、90、120、150、180min共11個(gè)短歷時(shí)最大降雨量的統(tǒng)計(jì)樣本，采用P-Ⅲ型分布曲線、指數(shù)分布曲線、耿貝爾分布曲線3種理論頻率曲線進(jìn)行擬合，通過(guò)最小二乘法和高斯牛頓法推算暴雨強(qiáng)度公式，并進(jìn)行精度檢驗(yàn)，得出廣西融水縣暴雨強(qiáng)度公式。

關(guān)鍵詞：暴雨強(qiáng)度公式；推算；擬合；精度檢驗(yàn)；融水縣

中圖分類號(hào)：S16

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190515065

前言

融水縣地處廣西柳州市西北部，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均降雨量1774.0mm，累年平均暴雨日數(shù)為7.3d，為廣西三大暴雨中心之一。隨著全球氣候變暖的影響，融水縣極端暴雨事件頻發(fā)，造成城市內(nèi)澇事件時(shí)有發(fā)生。2017年7月1—2日，受高空槽及低層切變線降雨系統(tǒng)的共同影響，融水縣出現(xiàn)暴雨局部大暴雨，最大降雨量為大浪鎮(zhèn)（233.3 mm），造成融水縣城出現(xiàn)嚴(yán)重的內(nèi)澇災(zāi)害。融水縣受災(zāi)人口44403人，轉(zhuǎn)移509人，房屋受損96戶109間，農(nóng)作物成災(zāi)面積346.67hm2，交通設(shè)施及旅游基礎(chǔ)設(shè)施水毀嚴(yán)重，全縣直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)11307萬(wàn)元。因此，研究廣西融水縣暴雨強(qiáng)度公式（以下簡(jiǎn)稱融水公式），為市政排水設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)，是解決融水縣防災(zāi)減災(zāi)和防洪排澇能力的客觀需求。

本研究利用融水觀測(cè)站1988—2017年逐分鐘降雨資料，根據(jù)規(guī)范[1]和導(dǎo)則[2]推算融水公式，采用3種理論頻率曲線進(jìn)行擬合并進(jìn)行精度檢驗(yàn)，得出融水公式。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源

融水觀測(cè)站是融水縣區(qū)域內(nèi)唯一的國(guó)家地面氣象觀測(cè)站，該站具有30a以上的降雨量資料，符合《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》和《城市暴雨強(qiáng)度公式編制和設(shè)計(jì)暴雨雨型確定技術(shù)導(dǎo)則》的站點(diǎn)選擇原則。本資料來(lái)源為調(diào)取融水觀測(cè)站留存的年報(bào)表文件并利用廣西氣象信息中心提供的融水逐分鐘雨量數(shù)據(jù)文件，通過(guò)本局開發(fā)的電腦程序讀取數(shù)字化后的分鐘降水?dāng)?shù)據(jù)，挑取1988—2017年降雨歷時(shí)為5、10、15、20、30、45、60、90、120、150、180min 11個(gè)歷時(shí)的年最大降水量。

1.2 數(shù)據(jù)處理原則

根據(jù)相關(guān)的規(guī)范[3]和方法[4]規(guī)定的處理原則進(jìn)行資料處理，主要原則為：挑取的降雨時(shí)段為11個(gè)歷時(shí)。當(dāng)1440min歷時(shí)的降雨量大于或等于10.0mm時(shí)才進(jìn)行挑取。不跨年不受日、月界限制從年內(nèi)各月的降雨時(shí)段最大降雨量數(shù)據(jù)中，采用滑動(dòng)的方式挑取。當(dāng)各歷時(shí)最大降雨量出現(xiàn)次數(shù)大于或等于2次的，在記錄欄內(nèi)記錄出現(xiàn)次數(shù)。

1.3 暴雨強(qiáng)度公式推算方法

依據(jù)以上規(guī)范和導(dǎo)則，統(tǒng)計(jì)資料樣本采用年最大值法，采用P-Ⅲ型分布曲線、指數(shù)分布曲線、耿貝爾分布曲線3種理論頻率曲線進(jìn)行擬合[5]，利用最小二乘法和高斯牛頓法推算暴雨強(qiáng)度公式，并進(jìn)行精度檢驗(yàn)，以精度最高的推算公式作為最終應(yīng)用的融水公式[6]。

2.4 暴雨強(qiáng)度公式的精度檢驗(yàn)

根據(jù)規(guī)范的要求，需要對(duì)暴雨強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果進(jìn)行計(jì)算抽樣誤差和暴雨公式誤差[9]的精度檢驗(yàn)，以確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。計(jì)算融水公式的精度如表5。

根據(jù)規(guī)范提出的標(biāo)準(zhǔn)：在一般降雨強(qiáng)度地區(qū)，平均絕對(duì)均方差不宜大于0.05mm；在較大降雨強(qiáng)度地區(qū)，平均相對(duì)均方差不宜大于5.00%。分析結(jié)果表明：基于耿貝爾分布的暴雨強(qiáng)度公式精度優(yōu)于P-Ⅲ型分布和指數(shù)分布，利用最小二乘法推算的暴雨強(qiáng)度公式精度優(yōu)于高斯牛頓法；融水縣是廣西的暴雨中心，屬于規(guī)范中提出的較大降雨強(qiáng)度地區(qū)，基于耿貝爾分布曲線，利用最小二乘法推算的暴雨強(qiáng)度總公式和區(qū)間參數(shù)公式的相對(duì)方差分別為3.99%和3.68%，滿足以上規(guī)范提出的精度要求。

3 結(jié)論

采用年最大值法對(duì)廣西融水縣1988—2017年共30a的資料進(jìn)行取樣，采用P-Ⅲ型分布、指數(shù)分布、耿貝爾分布3種理論頻率曲線進(jìn)行擬合調(diào)整，并進(jìn)行精度檢驗(yàn)。結(jié)果表明：P-Ⅲ型和耿貝爾分布曲線的擬合效果優(yōu)于指數(shù)分布曲線，P-Ⅲ型和耿貝爾分布曲線擬合的相對(duì)均方差均小于5%，符合規(guī)范的要求；而指數(shù)分布曲線擬合的相對(duì)均方差大于5%，不符合規(guī)范的要求。

采用最小二乘法和高斯牛頓法分別推算了廣西融水縣暴雨強(qiáng)度公式，并進(jìn)行精度檢驗(yàn)，結(jié)果表明：基于耿貝爾分布曲線，利用最小二乘法推算的暴雨強(qiáng)度總公式和區(qū)間參數(shù)公式的相對(duì)方差分別為3.99%和3.68%，符合規(guī)范的精度要求，推算的融水縣暴雨強(qiáng)度公式可應(yīng)用于該地區(qū)的排水工程設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

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