蘭州市暴雨強度公式及雨型的推求研究

張進麗 任建民

摘要：為了更好地解決蘭州內(nèi)澇問題，蘭州市暴雨新公式的編制迫在眉睫。基于某水文站提供的降雨資料，選取7個降雨歷時，依靠年多個樣法獨立取樣，采用皮爾遜III型分布曲線進行理論頻率曲線擬合，通過暴雨強度一重現(xiàn)期一降雨歷時在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上線型的走向，確定蘭州暴雨公式分公式形式以及總公式形式;用最小二乘法進行公式參數(shù)求解，最終得到蘭州地區(qū)暴雨強度新公式，并應(yīng)用芝加哥雨型推求蘭州180min的設(shè)計暴雨過程。結(jié)果表明，新公式的精度滿足規(guī)范要求，雨峰位置位于整場降雨過程的前1/3到前1/2時間。研究成果可以為蘭州市的海綿城市建設(shè)提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：降雨強度公式;年多個樣法;皮爾遜III型曲線;最小二乘法;芝加哥雨型

中圖分類號：P333文獻標(biāo)識碼：A

近年來，隨著我國城市化的不斷發(fā)展，城市內(nèi)澇問題已成為制約城市發(fā)展的一個重要因素。西北地區(qū)的氣候變化趨勢隨全球變暖趨勢一致，降水量也隨之相應(yīng)增加。蘭州作為西北重鎮(zhèn)，城市發(fā)展不斷加快，下墊面發(fā)生變化，城市內(nèi)澇問題的解決迫在眉睫。暴雨強度公式是城市防洪排澇的基本依據(jù)，它直接影響到排水工程的投資預(yù)算和可靠性。蘭州市現(xiàn)行通用暴雨強度公式為蘭州勘測設(shè)計學(xué)院在20世紀(jì)80年代，采用1951-1977年的降雨資料，通過數(shù)理統(tǒng)計方法所得。隨著蘭州城市化速度加快，極端降雨頻發(fā)，降雨量明顯增大，現(xiàn)行暴雨公式已不能真實的反應(yīng)暴雨情況，在準(zhǔn)確性和適用性上出現(xiàn)了不足。所以，蘭州急需推求新的暴雨公式。通過本文的研究希望可以更加準(zhǔn)確地量化蘭州降雨量，并對今后蘭州的排水防澇工程作出指導(dǎo)。

1研究數(shù)據(jù)與研究方法

1.1研究數(shù)據(jù)

文章研究所用的數(shù)據(jù)是相關(guān)單位提供的多年降雨資料。經(jīng)過三性審查，本次所用的數(shù)據(jù)滿足可靠性、一致性、代表性的要求。

1.2研究方法

本論述采用年多個樣法作為樣本選取的方法，堅持獨立選樣的原則。擬合線型選用皮爾遜III型分布曲線，用優(yōu)化適線法進行參數(shù)的求解。暴雨公式參數(shù)的求解采用最小二乘法。根據(jù)室外排水設(shè)計規(guī)范，采用5min、10min、20min、30min、60min、120min、180min共7個降雨歷時;降雨重現(xiàn)期選用2a、3a、5a、10a、20a、30a、50a、100a共8個重現(xiàn)期。

2研究區(qū)概況

蘭州市位于東經(jīng)102°30-104°30，北緯35°05-38°之間，是甘肅省的政治、經(jīng)濟、文化中心;地處黃河中上游黃土高原，是一個東西長約50km，南北寬約2-8km的連續(xù)河谷盆地中的沿河帶狀城市。蘭州市區(qū)位于內(nèi)陸中緯度地帶，屬北溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候。具有寒冷干燥，冬季長，溫差大的氣候特點。研究區(qū)多年平均氣溫9.8℃，極端最高氣溫39.8℃，極端最低氣溫-19.7℃;平均年降水量311.7mm，以6-9月最多（多暴雨），降水量225.5mm，占全年降水量的72.3%，降水量年際變化較大。

3研究過程

3.1樣本的選取

對于研究區(qū)的降雨資料，選取每年的5min、10min、20min、30min、60min、120min、180min共7個降雨歷時的降雨量;將每年的各個歷時的降雨量依次排序，根據(jù)年最大值法得到統(tǒng)計樣本。最終的統(tǒng)計樣本（部分）如下表1所列。

3.2暴雨頻率調(diào)整

本論述理論頻率曲線選用皮爾遜III型分布曲線進行繪制。該曲線是一條一端有限，另一端無限趨近橫軸的單峰且不對稱的曲線。曲線方程式為：

3.3暴雨公式的選型及參數(shù)確定

3.3.1公式型式的選取

利用皮爾遜III型曲線對降雨資料調(diào)整，得到i-t-p數(shù)據(jù)表，見表3。根據(jù)調(diào)整后的降雨資料在雙對數(shù)坐標(biāo)中的線型確定暴雨公式的形式。將表3的數(shù)據(jù)繪制在雙對數(shù)坐標(biāo)中，結(jié)果如圖1所示。

4設(shè)計暴雨雨型分析

雨型是暴雨進行過程分配的依據(jù)，描述的是暴雨強度隨時間的變化過程。本文選擇芝加哥雨型進行蘭州市暴雨過程的確定。通過統(tǒng)計研究年份的短歷時暴雨雨峰位置系數(shù)，將相同歷時的雨峰位置系數(shù)進行平均，得到蘭州市綜合雨峰位置系數(shù)為0.382，根據(jù)芝加哥暴雨過程線的峰前和峰后公式得到蘭州市的芝加哥降雨雨型圖如圖2所示。

5結(jié)論

本文以蘭州市為例，根據(jù)最新規(guī)范要求，以15年降雨資料為研究數(shù)據(jù)，采用年多個樣法進行選樣，通過皮爾遜III型曲線進行擬合，最小二乘法進行參數(shù)估計，得到蘭州暴雨強度公式;根據(jù)芝加哥雨型得到180min降雨過程線，得到以下結(jié)論：

（1）總公式的平均絕對均方差為0.0427mrrdmin和0.0411mm/min，均小于規(guī)范規(guī)定的0.05mm/min，表示所得公式的精度符合規(guī)范要求;

（2）由設(shè)計暴雨雨型分析可知，雨峰位置基本位于整場雨過程的前1/2-1/3時間;

（3）本文研究內(nèi)容可對未來蘭州海綿城市建設(shè)提供一定的參考意見。