年最大值抽样估算的暴雨频率设计值的低估问题探讨

由年最大值抽样（AMS）和年超大值抽样（AES）的基本理论及重现期（RP）的定义可知,AMS并不符合以“事件”为基础的重现期的定义.以美国西南半干旱区1438个雨量站和太湖流域96个雨量站的降雨资料为例,通过经验频率与超过概率的比较,发现AMS估算的暴雨频率设计值偏小,尤其是对常遇频率降雨设计值的影响更加显著.美国的降雨量资料站点多、系列长,实际资料验证与理论分析一致.通过对太湖流域AMS资料的分布形态进行分析的结果表明：太湖流域的站点不多,资料长度不够,且大部分站点在雨量大值区数据稀少,使得频率直方图不连续,是造成我国太湖流域的资料验证效果不理想的可能原因.     

海河流域近60a降水极值的频率分析及时空分布特征

以海河流域为研究区域,利用MK和F检验对站点的年最大日降雨序列进行趋势、突变和跳跃分析。基于水文气象分区线性矩法进行一致区的划分、最优分布的选择和降水极值的频率估计值计算,并分析其空间分布特征。结果表明:MK趋势和突变检验显示只有8个站点(22.9%)呈现显著下降趋势,通过了信度为0.1的显著性水平检验,特别是京津唐区域具有显著的下降趋势,突变时段主要发生在1980-1990年。均值和方差的跳跃性显示大部分站点都呈现出显著的向下跳跃,主要分布在流域的滦河子流域和北三河水系;趋势和跳跃的综合分析能够对降水极值有可能引起的旱涝灾害进行更全面合理的判断。不同重现期下的频率估计值的空间分布总体趋势一致,从东南到西北、从沿海到内陆逐渐减少,并与地形表现出很好的一致性;降水极值空间分布的中心主要集中在滦河子流域的遵化和青龙附近;大部分站点50 a一遇的估计值和AMP序列的最大观测值能够保持较好的一致性,间接反映了估计值的合理准确性。     

地区线性矩法估算的暴雨频率设计值空间连续性问题探讨

地区线性矩法(Regional L-moments Analysis,RLMA)是目前最先进的频率估算方法之一,自20世纪90年代起被广泛应用于美国及其他一些国家的防洪设计标准的分析计算中;我国近年也在太湖流域暴雨频率分析中成功地采用推广了这一水文气象途径的频率计算方法,积累了实际经验。但是,由于地面雨量站点有限、资料长度有限以及站点空间分布的不均匀等问题,研究区中相邻水文气象一致区之间暴雨频率估算值会出现空间不连续性的现象,这个空间不一致的问题尚没有得到合理的解决。在简要介绍地区线性矩法推求频率估计值的基础上,着重讨论并介绍一种概念清楚、简单易操作的基于空间往返二次内插的校正方法,来解决频率估算值空间不连续的问题。这种空间内插平差主要通过构造一个与研究区实测站点控制面积相应分辨率的虚拟网格站网来实现。研究结果表明,经过平差后校正的研究区内各站点的频率估计值的经验频率与理论概率更加接近,频率估计值的空间分布也更加合理。     

淮河流域极值降雨频率估计时空分布一致性检验和纠正

由于地面雨量站点空间不均及站点资料长度有限、相邻时段和相邻一致区的最优分布函数选择不同,造成降雨频率估计值出现交叉和空间不连续的现象,时空不一致的问题尚没有得到合理的解决。为了获取更加完善合理、时空一致的频率估计值,利用水文气象分区线性矩法计算出的频率估计值,通过误差分摊和二次空间插值及平滑技术对时空分布一致性进行检验和纠正,消除分布曲线的交叉和边界梯度的问题。研究结果表明:通过误差分摊纠正后,消除了交叉异常曲线,各个时段的频率估计值相互制约更加合理;通过空间二次插值纠正后,边界梯度和误差得到明显改善,各站点的频率估计值的经验频率与理论概率更接近,空间分布也更合理。多时段不同重现期下的频率估计值空间分布总体趋势一致,最大值主要分布在淮河流域的东北沂蒙山区,最小值分布在流域的北部平原地区,与站点的实际观测相一致,可为工程设计暴雨和洪水提供基础资料和重要水文依据。     

地区线性矩法在太湖流域暴雨频率分析中的应用

介绍了基于水文气象途径的地区线性矩法的概念,通过基于次序统计量的线性矩进行参数估计与基于水文气象一致区的地区分析法相结合,以太湖流域1d时段的年极值降雨资料为例,进行暴雨频率分析。应用水文气象一致区的判别准则,将太湖流域划分为8个水文气象一致区;综合考虑三种拟合优度检测方法,选择1~8区的最优分布线型分别为:GEV、GLO、GEV、GEV、GNO、GNO、GEV、GNO;根据地区分析法原理,估算各雨量站的暴雨频率设计值。分析表明:太湖流域各重现期下的年极值降雨空间分布形态基本一致,西南山区是太湖流域的暴雨高风险区,应该在地区防洪规划中引起重视。结果表明:地区线性矩法具有很高的学术和实用价值,建议在全国范围内推广,作为防洪规划的顶层设计和基础工作,以满足工程防洪设计、地区防洪规划、山洪预警和城市防涝防洪规划等方面的需求。     

昆山市暴雨时空分布特征及设计暴雨强度公式推求

基于江苏省昆山市2008—2015年12个自动气象站逐分钟降雨数据和常规气象站小时降雨量数据,并选取5个代表站分别代表不同的生态系统,先对昆山市降雨和暴雨的时空特征进行分析,然后采用年多个样法进行暴雨选样,利用指数分布、皮尔逊Ⅲ型分布和耿贝尔分布分析暴雨发生频率,最后使用高斯-牛顿法推求不同生态系统代表站的暴雨强度公式参数,结果表明:(1)昆山市各站点2008—2015年期间年降雨量都呈增长趋势,夏季降雨量最多、冬季最少,一天中01时(北京时间,下同)左右为降雨谷值,18时左右为降雨峰值,白天降雨多于夜晚; 在空间分布上,农田和城市生态系统的年降雨量、年降雨日数最多,湿地和湖泊生态系统较少。(2)暴雨日数年际差异大,年内暴雨主要集中在夏季,暴雨发生频次日变化呈“双峰型”分布,暴雨发生频次在02时和18时最多,09时和24时最少; 市区的暴雨日数空间变异系数大于郊区,且从市中心向外递减。(3)城市生态系统适宜采用皮尔逊Ⅲ型分布推求暴雨强度公式,其他类型生态系统适宜采用指数分布推求暴雨强度公式。      

绘点公式在线性矩参数估计中对稀遇频率估计值的影响探讨

根据太湖流域96个雨量站年最大日雨量资料进行分析计算,在线性矩中当采用绘点公式Pi∶n=(i+A)/(n+B),BA-1时,选取不同参数A和B的值,通过蒙特卡洛模拟方法 ,计算实际资料频率估计值与生成资料频率估计值的平均值的均方根误差来探讨不同绘点公式对频率估计值的影响。一般认为A=0,B=0时,线性矩估算是无偏的。重点讨论当估计稀遇频率事件时,A=0,B=0是否仍然恰当;如若不是,A和B取什么值是最佳的组合。结果表明:在线性矩参数估计中对常遇频率估计值采用无偏绘点公式时频率估计值不确定性很小,而对稀遇频率估计值采用无偏绘点公式计算存在较大的不确定性。比较了不同绘点公式对太湖流域年最大日雨量100-y,1 000-y,10 000-y频率估计值的影响,发现在线性矩参数估计中对稀遇频率估计值稳健性表现最好的绘点公式是Pi∶n=(i-0.35)/n,即A=-0.35,B=0。     

淮河流域极值降水的统计参数特征及在水文频率分析中的意义

以淮河流域为研究区域,利用线性矩精确求解极值降水统计特征值,为极值降水频率估计值的计算提供理论基础和依据.主要结果表明：淮河流域各站点的年最大日降雨量（Annual Maximum Precipitation,AMP）的均值和离差范围分别为92.79~130.28 mm和0.193~0.266;各站点的AMP分布都为右偏分布,即至少有一半以上的AMP值是小于平均值的,有少数的AMP值远大于平均值,且对平均值的影响较大;各站点的分布相对于正态分布而言,都属于尖峰厚尾.极值降水统计特征值的空间分布表明：大值主要分布在流域的西南山区和东部丘陵地带,即这些地方具有更多更强的AMP极值.极值降水统计参数不仅能够反映AMP的一般平均水平和年际AMP的波动情况,还能更好地掌握AMP的两端分布情况,特别是尾端的暴雨极值.因此分析极值降水统计参数可以给洪涝灾害提供很好的指导.     

基于年最大抽样序列的暴雨频率估计值的修正研究

以江苏省为研究区,利用地区线性矩法和周文德频率转换关系式对年最大抽样序列估算的频率估计值进行修正,推求合理可靠的频率估计值。研究结果表明:基于气象成因和水文统计特性相结合的方法将研究区划分为5个水文气象一致区。通过蒙特卡罗模拟、均方根误差判断各一致区的最优分布;年最大抽样序列的最优分布以GEV为主,年超大抽样序列的最优分布以GPA为主。基于两个实测序列计算的频率估计值比值和基于年最大抽样与周文德转换后的年超大抽样计算的估计值比值进行比较,研究表明:周文德频率转换关系式适用于该研究区。在此基础上,对年最大抽样序列估计的频率估计值进行修正。站点的频率估计值分布特征表现为:随着重现期的增加而增加,不同重现期下的暴雨频率估计值空间分布趋势基本一致,从南向北渐增,暴雨中心分布在苏北的宿迁和连云港一带;站点的频率估计值与同频率的观测值吻合较好,相对误差较小、相关性很高。基于年最大抽样序列和周文德公式频率转换能够推求计算合理可靠的暴雨频率估计值。     

基于水文气象分区线性矩法的淮河流域极值降雨频率分析

以淮河流域为研究区,利用地区线性矩法进行站点极值降雨的频率分析。研究结果表明:基于气象成因和水文统计特性相结合的方法将研究区划分为6个通过异质性和不和谐性检测的水文气象一致区。在此基础上,通过蒙特卡罗模拟、均方根误差和线性矩系数的相关图综合判断得出各时段下6个一致区下的最优分布。其中,24h时段下的最优分布分别为:GEV、GNO、GLO、GEV、GLO、GEV。利用最优分布计算出淮河流域各站点一整套(多时段多重现期)的频率估计值。其中,最大值分布在沂蒙山区,这与站点的实际观测相一致。水文气象分区线性矩法是一种稳健可靠的频率分析方法,可应用于其它流域。