南京市短历时设计暴雨雨型研究

设计暴雨的确定是城市管网系统排水能力规划设计的重要基础。以南京市中心城区为研究区,首先应用暴雨强度公式分别计算历时60 min和120 min的不同重现期设计暴雨量,再基于1982-2015年降水资料利用年最大法选取得到年最大降雨序列,并计算综合雨峰系数,最后应用PilgrimCordery雨型和芝加哥雨型推求南京市中心城区历时60 min和120 min的设计暴雨过程,并对峰值大小、雨峰位置、雨峰出现时累计暴雨量进行对比分析。结果表明:历时60 min和历时120 min设计暴雨的雨峰分别处于整场降雨过程的1/2时间和前1/3时间;两种方法得到的雨峰值大小相当; PilgrimCordery雨型法计算的雨峰出现时累计暴雨量大于芝加哥雨型法;短历时设计暴雨雨型推荐选用芝加哥雨型。研究成果可为南京市中心城区地面积水风险评估与排水管网系统的规划和建设提供参考。     

镇江市中长历时设计暴雨计算

基于丹徒站1981—2016年长系列实测降雨资料,采用Mann-Kendall检验分析了3 h、6 h、12 h、24 h共4种中长历时的年最大降水量的变化趋势,采用模糊识别法识别了4种历时暴雨的雨型特征,并基于优选得到的分布函数计算不同历时、不同重现期的设计面雨量;依据5场典型场次暴雨,分别应用同频率法和P&C(Pilgrim & Cordery)法推求相应的设计暴雨过程并进行了对比分析。结果表明:4种历时的年最大降水量虽均呈现不同程度的增加趋势,但仅6 h和12 h的年最大降水量通过了90%的显著性检验;4种历时暴雨的雨型均以雨峰偏前的单峰型为主;P-Ⅲ型分布函数在降雨频率分析中拟合最优;与P&C法相比,同频率法推求得到的设计暴雨过程峰值更大,有利于保障防洪安全。     

天津市设计暴雨雨型的演变

利用天津市1951—2004年54年逐分钟的暴雨资料,采用Huff雨型法研究了天津市设计暴雨雨型及其年代变化。结果表明,天津市的暴雨雨峰大部分出现在降雨历时的第一和第二的四分之一时段内;对比前后27年数据得到的设计暴雨雨型,发现近年来暴雨出现了雨峰提前、雨峰峰值升高等现象,受此影响,暴雨径流出现了洪峰提前、径流总量升高的现象;即使设计暴雨在总量上没有变化,其降雨过程和雨型对防洪排涝和年径流总量控制的效果也会有相当大的影响。因此设计雨型的研究和设计暴雨一样都应当时常更新,并在工程设计中考虑降雨过程和设计雨型的变化可能带来的影响和水文效应。     

水库抗暴雨能力概率预报的降雨情景构建方法EI北大核心CSCD

针对中小型水库抗暴雨能力预报中存在不确定性的问题,提出了一种考虑降水总量与降雨历时联合概率分布的降雨情景构建方法,旨在减轻抗暴雨能力计算中降雨历时及雨型不同对预报结果产生的影响,以实现中小型水库抗暴雨能力的概率预报。该方法基于Copula函数构建降水总量和降雨历时的联合分布,并与各历时下代表雨型结合,生成同一降水总量下不同历时的降雨过程及其概率;以概率降雨情景为输入,计算水库抗暴雨能力,最终得到水库抗暴雨能力的阈值区间及概率分布。实例验证结果表明,该方法考虑了不同历时降雨发生概率对入库径流的影响,可为中小水库抗暴雨能力的概率预报提供切实可行的降雨情景构建方法。     

唐山市区短历时设计暴雨雨型分析

利用唐山市国家基本气象站1964~2014年的逐分钟降雨资料,通过模糊识别法对历时60min、120min和180min的降雨过程进行统计分析,并分别采用芝加哥法和PC法推求唐山市区3个历时,重现期2年以5min为单位时段的短历时设计暴雨雨型,比较分析两种方法所得结果的差异。结果表明:芝加哥法和PC法推求的唐山市区短历时设计暴雨雨型均呈单峰型,这与模糊识别法统计的结果基本吻合;两种方法得到的60min和120min设计暴雨雨型峰值基本处于整场降雨过程的1/3分位,而历时180min的雨型峰值则均超前于整场降雨过程的1/3分位;芝加哥法和PC法推求短历时设计暴雨雨型基本具有"单峰型、时间短、强度大"的特点,因此当短历时暴雨发生时,各相关部门应积极配合,在第一时间做好城市排水防涝工作。     

基于排水防涝规划的短历时暴雨雨型分析

基于历史降雨记录资料,采用数理分析方法,科学表达城市暴雨特征,是建立完善的城市排水防涝系统的关键基础性工作。针对湖北省宜都市城市排水防涝系统的规划设计,统计每场降雨过程的雨峰位置系数,加权平均得到综合雨峰位置系数,采用PC分析法及芝加哥法确定短历时暴雨雨型,为城市排水防涝系统的规划、设计提供了有力支撑,可为城市雨水径流控制与资源化利用提供参考。     

宜昌城区短历时暴雨强度公式参数优化及暴雨雨型特征分析

基于历史降雨资料,采用数理分析方法,获得城市暴雨特征的量化表达,是城市风险管控、基础设施规划设计的关键性基础工作之一。根据宜昌城区短历时暴雨观测资料,应用遗传算法分别对皮尔逊-Ⅲ型频率分布曲线和暴雨强度公式参数进行了优化求解,通过趋势分析得到了近30 a的年际变化特征,采用芝加哥法分析确定了短历时暴雨雨型。结果表明:确定的宜昌城区暴雨强度满足精度要求;宜昌城区近30 a短历时暴雨的雨量峰值趋于增加,暴雨发生的历时主要集中在3 h以内。采用芝加哥法确定了重现期为2 a各降雨历时(步长取5 min)的设计暴雨雨型,雨峰位置的降雨强度随降雨历时的增加呈现出一定的上下波动,但各历时峰值在数值上相差并不明显。研究成果可为城市雨水径流控制等提供参考。     

汶川县降雨时空分布特征及设计暴雨频率分析

为减少降雨及设计暴雨时空异质性对汶川县造成的损失,揭示汶川县降雨时空分布特征与设计暴雨特征,基于2001～2020年的GPM卫星降雨数据,采用Mann-Kendall等方法,从年、月、汛期、日等时间尺度和不同量级尺度,对汶川县降雨时空变化进行分析,并采用随机暴雨移置法(Stochastic Storm Transposition, SST)进行设计暴雨频率分析。结果表明：(1)汶川县年总降雨量呈显著增长趋势,主要受汛期降雨变化影响。(2)降雨空间分布不均匀,小雨主要分布在汶川县西南部,中到暴雨主要分布在汶川县东部。(3)基于随机暴雨移置法得到的设计降雨结果具有可靠性;随着降雨历时的增长,设计暴雨中心有从汶川县西南部向中东部移动的趋势;小重现期时,设计暴雨的空间分布不均匀性更为显著。研究成果可为汶川县暴雨洪涝防治提供参考。     

城市雨水径流污染及LID控制效果模拟

采用SWMM(storm water management model)模型对城市雨水经流及水质进行模拟,分析不同降雨条件下,LID(low impact development)控制措施对城市雨水径流及污染物的削减效果。结果发现:LID控制措施对城市雨水径流量、污染物总负荷以及径流峰值均有明显削减作用,对径流峰现时间有延迟作用;雨水径流量、污染物总负荷以及径流峰值的削减率随雨峰系数的增大呈先增大、后较小的变化趋势,随重现期的增大而减小;峰现时间的延迟效果与雨峰系数和重现期均呈负相关;相对雨峰系数,重现期对雨水径流量、污染物负荷的削减率、径流峰值以及峰现时间的影响更显著。     

长江流域典型城市暴雨雨型特征分析

长江流域是我国洪涝灾害频繁出现的地区之一,对长江流域暴雨雨型特征演变的研究,可以为流域内城市防洪排涝提供科学依据。利用1970—2020年间长江流域11个典型城市站点的逐小时降雨观测资料,筛选场次暴雨后利用累计雨量历时曲线和模糊识别法识别暴雨雨型,采用Mann-Kendall方法对单峰型暴雨雨峰系数和占比进行趋势检测,并对不同历时暴雨分组后进行雨峰特征分析。结果表明:①长江流域典型城市中的单峰型暴雨出现频次占85%,平均型和双峰型出现较少;单峰型暴雨的前期集中型最多,占50%,中期集中型和后期集中型次之。②短历时(1~6 h)暴雨的雨峰占比达到70%,长历时(13~24 h)和超长历时(24 h以上)的雨峰占比分别只有28%和17%。最大小时雨强主导了短历时暴雨的特征,对长历时暴雨来说,降雨的持续性是总雨量变化的主要因素。③从上游到下游,暴雨的雨峰系数逐渐增大,峰现时间逐渐向后推移,长历时和超长历时暴雨尤为显著。     

自然状态下流域洪峰对降雨时空异质性的响应规律

针对自然状态下降雨时空异质性如何影响流域洪峰的难题,提出了基于RainyDay模型和SWAT模型的洪水频率分析方法。以东江流域为例,利用RainyDay模型构建不同重现期下的设计降雨,并将其重构为6种不同降雨时空异质性的降雨情景,将上述情景作为SWAT模型前端输入,定量模拟自然状态下流域洪峰对降雨时空异质性的响应。结果表明：当情景间的时间异质性差值趋于0时,随着情景间的空间异质性差值的增加,洪峰差值随之增大,最大洪峰差值超过700 m³/s,平均洪峰差值超过300 m³/s;当情景间的空间异质性差值趋于0时,随着情景间的时间异质性差值的增加,洪峰差值随之增大,最大洪峰差值接近700 m³/s,平均洪峰差值超过200 m³/s;在同一重现期下,降雨时空异质性均较高的情景所产生的洪峰高于其他情景,最大洪峰差值超过1 000 m³/s;降雨空间异质性对洪峰的影响较时间异质性更为显著。     

太湖流域平原河网降雨时程分布变化的洪水响应

近年来太湖流域平原河网地区洪涝灾害频发,居民的人身及财产安全受到了严重危害。降雨是导致本区域洪水的主要因素,其中最具代表性的降雨类型为梅雨和台风暴雨,由于二者时程分布特性有较大差异,其致洪机理也有所不同。以探究降雨时程分布对洪水过程的影响为目的,以太湖流域武澄锡虞水利分区为研究对象,采用MIKE 11与MIKE 21构建一、二维耦合水动力模型,利用实况洪水过程对模型进行率定验证,采用该模型对研究区域进行不同设计工况的模拟,讨论了次雨量、降雨历时以及降雨时程分布变化对太湖流域平原河网地区洪水过程的影响。结果表明:降雨时程分布对平原河网河道洪水过程有显著影响,其中长历时降雨对雨峰位置的后移较为敏感,短历时暴雨则受到降雨时间变差系数变化的影响较大,而次雨量变化则对二者都有显著影响。     

温德河流域暴雨洪水时空特征及模拟分析

受降雨和地形影响,吉林省温德河流域季节性洪灾频繁。为了解温德河流域暴雨洪水规律,利用2017年7—8月3次山洪灾害的暴雨洪水监测资料,采用自主研发模块化小流域分布式水文模型模拟了流域的洪水过程,取得较高的模拟精度。并结合研究区春登河、西阳河及五里河等三个主要河段的模拟流量和暴雨时空分布特征,分析三场暴雨时空分布对洪水造成的影响,总结了该流域2017年山洪灾害产生原因。结果表明:①温德河流域三场超标准洪水由短历时强降雨引起,"雨洪同向"的降雨锋面移动特点使洪峰呈现陡涨陡落之势;②"7·13"和"7·19"洪水的降雨时空集中程度和暴雨中心分布的差异影响两场洪水洪峰峰型、流量和各河段的洪量贡献比,造成温德河流域不同程度的灾害。     

南京地区暴雨变化特性分析

选取南京地区7个雨量站长系列逐时降水资料,分析暴雨时空分布规律与变化特性,并解析暴雨雨型特征。结果表明:南京地区暴雨时空分布不均性显著,市区年暴雨量和暴雨次数多于郊区;不同历时年最大降雨量总体呈现增大趋势,且主城区增加趋势更显著;暴雨以一般暴雨、弱暴雨为主,但容易引起内涝的短历时、高强度的暴雨频次呈现增加趋势,且主城区相对郊区增加趋势更显著;主城区弱暴雨、中暴雨和强暴雨分别具有14年、8年和3年的丰枯变化周期,特短暴雨、短暴雨和一般暴雨也都具有3年左右的丰枯变化周期;雨型(历时12 h暴雨)以容易引起内涝的单峰Ⅲ型雨型为主,加大了城市内涝防治压力。     

吉林省暴雨参数分布规律分析

本文选用吉林省305个雨量站逐日降水资料进行统计分析,资料截止2005年,对吉林省各历时暴雨进行了深入的分析。暴雨参数表述的是暴雨统计特征时空分布规律与特征,是设计暴雨和设计洪水的基本数据。通过对全省暴雨数据资料的研究计算,提出了吉林省暴雨参数均值及变差系数的分布规律,为吉林省工程经济、建设提供重要数据依据。     

降雨空间尺度对径流模拟的影响研究

通过分析不同分辨率的雷达降雨数据所产生的降雨空间分布的变化对径流模拟的影响发现:本文所用的基于DEM的蓄满产流分布式水文模型对降雨时间和空间的变化是比较敏感的;由于降雨空间分辨率的变化计算的径流总量、洪峰都有不同程度的变化,但是这种变化的大小又与降雨场的特征、流域面积的大小以及土壤含水量的变化有很大的关系:随着面平均降雨量(P BAS)的增减,洪量也随着增减,P BAS与洪量有很好的相关性;降雨CV值的增加导致洪峰和洪量都相应的增加;流域的面积越小洪峰和洪量对降雨空间变化就越敏感;在前期干旱的条件下降雨空间变化导致的洪峰和洪量的变化要比在湿润的条件下产生的洪峰和洪量的变化大。     

降雨特征对半透水道路径流系数的影响EI北大核心CSCD

通过单车道半透水道路物理模型试验,采用人工模拟降雨的方法,系统研究了降雨强度、降雨历时、雨峰系数和雨型对半透水道路径流系数的影响。结果表明:径流系数随着重现期的增大而增大,当重现期从0.5 a增加到20 a时,径流系数从0.093增加到0.377;径流系数随着降雨历时的增大而减小,随着雨峰系数的增大而增大;当重现期和降雨历时保持不变时,均匀雨型条件下的径流系数略大于芝加哥雨型条件下的径流系数;重现期对半透水道路径流系数的影响最大,雨峰系数和雨型对其影响较小。     

降雨时程分布对山洪灾害预警影响初步研究

由降雨时间分布的不均匀性带来的流域产流峰值的变化较大,在同一个流域,成灾流量及其它条件相同,但降雨过程不同,所需要的临界降雨量是不同的。因此,山洪灾害预警实践中,通常会因为实际的降雨过程与拟定山洪灾害预警指标所依据的雨型不一致而导致预警不准确。以云南省云县爱华镇田心村下轻木林和涌宝镇涌宝村岔河两个典型小流域为研究对象,构建雨量时程分布不均匀程度计算模型,以介于[-1,1]的无量纲不均匀系数表示降雨的时程分布特性,分析降雨时程分布不均匀系数与临界雨量的相关关系。结果表明:不均匀系数介于-0.8~0.8之间的14种雨量分布模式所引起的临界雨量变化在6.3%~29.6%之间,降雨时程分布越不均匀,临界雨量越小,其中主雨峰偏后的更为明显,说明流域降雨时程分布对山洪灾害预警影响显著。因此在山洪灾害预警实践中应根据实际的降雨过程对预警指标适当修正。