暴雨强度公式推求研究

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暴雨强度公式推求方法的国内外研究

暴雨强度公式推求方法的国内外研究

2 国 内暴 雨 强 度公 式 编 制 现 状 目前 , 就国 内城市雨水排除设计 而言 , 城市设计暴雨 主要是通
广义极值分 布 ( G E V) 极值 I I ,极值I Ⅱ型分布 ( E V 2 , E V3 ) 两、三参数对数 正态分布 ( L N2 、L N3 )
英国、法 国、爱 尔兰 等和非洲 的一些 国家 英国、法 国等和 非洲 的 一 些 国家

定 的理 论 基 础 。
关键词 : 暴雨强度公式 ; 样本选择 ; 频 率分析
1概 述
城市 的排水防涝关 系到国计 民生 , 而城市排水的前提是对城市 降雨 的情况和规律有清楚的认识 和研究 , 有适合于本地 区降雨规律 的暴雨强度公式 。 暴雨强度公式是城市雨水排水系统规划 与设计 的 基本依据之一 ,它直接影响到排水 工程 的投 资预算 和安全可靠 性。 本文对 比了国内外暴雨强度公 式推求过程 中 ,在 降雨样本 选择 、 频 率分 析曲线等方面的异同 , 可 以为今后暴雨强度公式 的推求提供一
曰本 过对当地 的气象资料进行统计分析 ,根据不同频率的暴雨特征 , 编 极值I 型分布 ( E VI) 比利 时、德 国、瑞士 、土耳 其 制 出符合地方情况 的城市暴雨强度计算模式 。 我 国的排水规范和相 K - M分布 俄罗斯和东欧等 国 应设计手册 明确制定 出了我 国的暴雨 强度公式编制方 法及相关 规 定_ 】 1 2 ] , 本文不再赘述 。 在此基础上 , 各城市可以结合城市实际情况提 原因, 从2 O世纪 6 0年代至今排水规 范仍建议采用 年多个样法 。此 高公式推求标 准。 又能体 现一定的独 立性 , 并且 首先 , 对 于降雨资料的选择 。降雨 资料的选择 一反面应 当满 足 方法 既保证 了能够选 取较多 的雨样 , 便于统计 , 但工作量较大。年 多个样 法避 开了超定量法雨样标准 的 资料年限需要 自动雨量记 录 1 0年以上的规定 ; 另一方面 , 当城市的 不确定性 , 兼顾了各地暴雨 资料年份不长 的不 足 , 是我 国《 室外排水 地域范 围较大时 , 则应 当选择最具有代表性的站台数据作 为资料 。 } G B 5 0 0 1 4 — 2 0 0 6 推荐采用 的方法 。 其次 , 暴雨历时与重现期的确定 。 规范规定 , 计算降雨历时采用 设计规范 } 在暴雨强度公式的推求 以及更新过程 中, 取样方法 的选择应 当 5 a r i n 、 1 0 mi n 、 1 5 m i n 、 2 0 mi n 、 3 0 m i n , 4 5 mi n 、 6 0 m i n 、 9 0 mi n 、 1 2 0 mi n 共 九 使新公式 与旧公式进行很好 的衔接 , 保证 个历 时。计算 降雨重现期宜按 0 . 2 5年 、 0 . 3 3年 、 0 . 5年 、 1年 、 2年 、 3 考虑 旧公式 的推求方法 , 并 使得 新推导的公式与原公式具有可 比较 年、 5年 、 1 0年统计 。资料条件较好 时( 资料年数 ≥2 0年 、 子样点 的 工程设计 标准的连续性 , 的条件 ; 排列 比较规律 ) , 也可统计高 于 1 0年的重现期 。 其次 , 对于频率模 型分 析方法 , 国内外也做了大量 的工作 。所谓 但是 目前 , 社会 正处 于高速发展与城市 化的 阶段 , 如果 城市面 就是 一种资料分布 统计 规律表达形式 的模型 , 是对 积较大 , 可 以考虑根据现况 管网的实际调研 , 参考排水管 网流域 的 频率 曲线模 型 , 汇流时间 , 增加 1 5 0 mi n和 1 8 0 m i n等几个历时 。重现期标准也应该 水 文 系列 进 行 外 延 或 内插 的频 率 分 析 工 具 ,这 种 方 法 约始 于 8 8 0 — 1 8 9 0年 , 至今 已愈百年历史 。据不完全统计[ 8 1 , 国际上用 于降 适当提高 , 2 0 1 1 年版的《 室外排水设计规范》 ( G B 5 0 0 1 4 — 2 0 0 6 ) 已经 1 0种 。这主要是 由于各地水文 将重现期 提高到 1 ~3年 , 重要干 道 、 重要地 区或 短期积水 即能 引 水和洪水计算的频 率分 布模 型约有 2 起较严重后果 的地 区, 则提升 到 3 ~5年 , 因此 , 公 式推求过程 中的 气象和 自然地理等条件 的不一致 以及水文系列的随机性 所导致 的。 目前 , 世 界上许多 国家都颁布 了设计暴 雨( 洪水) 规范或 导则 , 重现期标准也应当做适 当改变。 统一采用某一种标准分布线 型 ; 也有一些 国家没有制定统 一的规范 3 国内外暴雨强度公式编制研究 而是基 于实践 , 应用 经验 或统 计检验 比较 , 在本 国不同区域 近年来 ,计算 机技 术的提高以及一些数 理统计学 科理论 的完 或标准 , 总之分布线型的选择 善, 城市暴雨强度公式的推求方法 、 计算工具不断推陈出新。 不少 国 根据实际情况选择最合适本 区域 的分布线型 。 应用 简单便捷 , 形式灵活稳健 , 易 于接受 。表 1 家就 当地 的降雨特征研究 出了新 的公式推求方法 , 比如美国针对当 般 要求 依据充分 , 列出了世界上一些 国家在设计暴雨 ( 洪水 ) 频率分 析中所采用 的分 地 四个 区的最新降雨数据研究 出了新的公式形式 , 加拿大学者 研 。 究 出了暴雨公式新 的表达方式H 以及针对城市排水的雨型口 】 等等。 下 布线 型 目前 ,我 国一 般采用 的频率分布 曲线主要有 以下 四种分 布线 面就城市设计暴雨 的主要研究 内容及其进展作 以简要介绍。 ①皮尔逊( P e a r s o n ) I I I 型分布线 型 ; ②指数分布曲线 ; ③极值 I 型 首先 , 关于暴雨资料的选样问题。暴雨资料选 样主要有年最大 型 : G u m b e 1 ) 极 值分 布曲线 ; ④ 对数正态分布 曲线 。前 值法 和非年最大值法。 非年最 大值法又包括年超 大值法 、 超定 量法 、 分布或者耿 贝尔 ( 至于哪种更为适 年多个样法[ 6 1 。 国外发达 国家 , 由于城市 自 记雨量资料较长且城市排 三种在城市暴雨强度公式 的统计 中应用较为广泛 , 1 O , l l 1 。 水设计常用重现期要求 较高 , 于七十年代就将年最大值法运用于城 合一直处 于争论之 中[ 最后 , 对于城市 暴雨强度公 式 的选 型 , 国外暴雨公 式 曾用 过多 市暴雨公式 的统计 , 这种方法会使大雨年 内排位 第二或第 三乃至

应用年最大值法推求城市暴雨强度公式的研究

应用年最大值法推求城市暴雨强度公式的研究

应用年最大值法推求城市暴雨强度公式的研究周玉文1翁窈瑶1张晓昕2李萍3王强2
1北京工业大学建筑工程学院,北京100124;2北京市城市规划设计研究院,北京100045;
3北京市市政工程设计研究总院,北京 100082
目前采用年最大值法采样的条件日趋成熟。

比较了年最大值法与年多个样法推求暴雨强度公式的差别,并通过北京市的实例分析了两种取样方法获得的样本在重现期上存在的关系。

在此基础上论述了推行年最大值法取样推求暴雨强度公式存在的问题及建议,提出了该方法在未来应
用的可行性,为未来过渡到采用年最大值法选样提供参考依据。

暴雨强度公式;年最大值法;年多个样法;设计标准
Feasibility study on deriving the urban storm intensity formula 
through annual maximum value method
Zhou YuwenWeng YaoyaoZhang XiaoxinLi PingWang Qiang
2011 41
布适线
2011 43
@@1.周玉文,赵洪宾.排水管网理论与计算.北京:中国建筑工业出版 社,2000
@@2.邓培德.暴雨选样与频率分布模型及其应用.给水排水,1996, 22(2):5~9
@@3.邓培德.城市暴雨两种选样方法的概率关系与应用评述.给水排 水,2006,32(6):39~42
2011-04-12
2011-08-01。

六盘水市新版暴雨强度公式推求探讨

六盘水市新版暴雨强度公式推求探讨

[1]Ovehinnikov LN.EcologicalGeochemistry (Vo.1 6).Theory
and Practice of Geochemical Exploration ustMinera,l 1988, 1-241.
水 科 学 与 工 程 技 术
2016年 第 3期
盘 t
/ \














覃 光 旭
(中 国城 市 规 划 设 计 研 究 院 西 部 分 院 ,重 庆 401121)
摘 要 :暴 雨 强 度 公 式 的 精 度 与 资料 的代 表 性 有 关 ,研 究 基 于 1983~2013年 降雨 资料 ,分 析 并 推 求 出六 盘 水 市 新 版 暴
雨 强 度 公 式 。同时 ,新 旧公 式 对 比表 明 ,两 代公 式 差 异 显 著 ,差 率 绝对 值 小 于 1O%的 比例 仅 为 31.8% ,大 于 30%的 比例
则 占到 25.0% 。当 降 雨 历 时 、重 现 期 较 小 时 ,原 公 式 暴 雨 强 度 计 算 值 较 小 ,反 之 则 新 公 式 计算 值 较 小 。
六 盘 水 市 位 于 贵 州 省 西 部 .年 降 水 量 1200— 1500mm,属 于雨 量较 为 丰 沛地 区 。近年 来 六盘 水 市 极 端 天气 事件 显 著增 多 ,短 历 时 、强 降 雨天 气呈 增 长
趋 势 ,加 之 下 垫 面 变化 等 原 因 ,致 使 城 市 内涝 凸 显 。 另 一方 面 .六 盘水 市 上 版暴 雨强 度公 式 编制 基 础 为 1958~1960年 及 1963~1978年 降雨 资 料 .已经不 能准

暴雨强度公式i

暴雨强度公式i

暴雨强度公式i=A /t n 中参数的推求,用试摆法对暴雨强度公式i =A /(t+b )n
中参数的推求,应用非线性最小二乘法(计算程序)推求暴雨强度公式i =A 1(1+C lg T )/(t+b )n 中的参数*
, 推求无自记雨量记录地区的暴雨强度公式,利用等值线图求暴雨强度。

另外针对管道排水设计的具体计算公式为:
q=288745( 1+ 0794 LgP )/( t + 188)
0.81
式中q--设计暴雨强度(立升/秒;公顷); P--设计重现期(P =1); t--降雨历时(分钟), t=t 1+mt 2。

; t 1--地向集水时问;取t 1-10分钟; t 2--雨水在管道内的流行时间(分钟); m--延缓系数,暗管取m=2.
雨水设计流量应按下列公式计算:
Q=ΨqA
式中Q--雨水设计流量(立升/秒); q--设计暴雨强度(立升/秒,公顷); w--径流系数: 商业区=0.85; 居住区=0.80; 工业区=0.75
A--汇水面积(公顷)。

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用麦夸尔特法推求暴雨强度公式参数

用麦夸尔特法推求暴雨强度公式参数

用麦夸尔特法推求暴雨强度公式参数李树平 刘遂庆 黄廷林 提要 从数学上讲,根据重现期P~暴雨强度i~降雨历时t关系表,推求暴雨强度公式中的A1、c、n、b参数,是一个非线性已知关系式的参数估计问题。

通过对麦夸尔特法进行了理论分析和实例说明,麦夸尔特法可以实现暴雨强度公式参数的一举寻优,同时也放宽了对初始值选择的限制。

该方法实用可行,拟合精度较高。

关键词 暴雨强度公式 麦夸尔特法 非线性关系式 参数估计0 引言暴雨强度公式是设计城镇排水管渠的重要基础公式,是计算暴雨地面径流和确定工程设计流量的重要依据,它的正确性直接关系到城市基础设施建设的科学性[1]。

室外排水设计规范(GBJ14-87)指出,设计暴雨强度应按下列公式计算[2]:i=A1(1+c lg P)(t+b)n=i(P,t;A1,c,n,b)(1)式中i———设计暴雨强度,mm/min;t———降雨历时,min;P———设计重现期,a;A1、c、n、b———参数,根据统计方法进行计算确定。

传统方法确定公式中的参数A1、c、n、b往往分成两步:(a)首先确定单一重现期的参数,即i= A/(t+b)n中的参数A、n、b;(b)进一步确定综合反映各重现期的参数n、b,以及A=A1(1+c lg P)中的参数。

这种方法推求参数的全过程不但需反复调整,工作量大,而且第一步求参数需用图解试凑法,所求参数具有一定的任意性,再通过第二步的误差传递,使最后求得的参数并不是最佳拟合参数[3]。

实际上根据历年暴雨记录表,在确定的理论频率曲线上,按计算重现期对应的频率截取理论频率强度,整理成暴雨强度i~降雨历时t~重现期P关系表后,式(1)中参数A1、c、n、b的推求就转化成一个数学问题。

这在数理统计学上归属于非线性已知关系式的参数估计问题。

对非线性已知关系式的参数估计一般有两种方法,一种是高斯-牛顿法,目前已在暴雨强度公式参数的推求中有所应用,其中文献[6]所说的迭代法也属于高斯-牛顿法。

焦作市暴雨强度公式推算和应用探讨

焦作市暴雨强度公式推算和应用探讨

分布对暴雨强度进行理论频率拟合分析,得到了降水强度-重现期-历时的关系曲线;采用最小二乘法求解参数,计算暴
雨强度公式,并以绝对误差和相对误差作为公式主要评价指标。结果表明:P-.型分布曲线拟合理论频率得到的暴雨强度
公式 最,新版公式暴雨强度
式偏小。
分析暴雨时分布特征,划定了 暴雨强度式的适用范围。
关键词:焦作市;暴雨强度公式;年最大值法;最小二乘法;P-/型
中图分类号:P458.1 +21.1
文献标志码:B
文章编号:1009-7716(2019)08-0131-03
0引言


气气'

焦作市频 现暴雨 :
} 2006年7月2 ~3 焦作市 大暴
雨袭击,市区24 h最大降雨量达160.6 mm,造成市

460.4
2011年7月2日~3日市区降雨量95.6 mm,市区

2.2暴雨强度公式精度检验 对暴雨强度结果进行精度检验,保证其计算
结果平均绝对均方误差不超过0.05 mm/min,平
!(' 均相对均方误差不大于5%。
-r)2
平均绝对均方误差:%&= ! ——(—— (5)
降水历时 暴雨强度 率随着重现期增加先
减小后增大。例如,在重现期为2 a时,降水历时
50min,
焦作 气象
评价指数
作者简介:
1979 ,男, ,
,从事天气预报
服务工作。
雨强度公式参数 并对推导的暴雨强度公式进行 对比 。这些 对于焦作市暴雨强度公式 的研究提供了思路,有很好的参考意义。
1资料来源
本文分析所使用的资料包括:焦作市气象站 1980年1月1 ~2009年12月31 雨 资料, 采用国气象统一信息化处理数据得到的2010 年-2014年逐分钟降雨资料。

扬州市短历时暴雨强度公式参数推求_钱睿智

扬州市短历时暴雨强度公式参数推求_钱睿智

10 min 1.69 1.89 2.10 2.33 2.53 2.64 2.77 2.94
20 min 1.37 1.55 1.72 1.92 2.09 2.18 2.29 2.43
i-t-p 关系表
暴雨强度 i(mm / min) 30 min 45 min 60 min
1.15 0.91 0.75 1.31 1.04 0.86 1.47 1.17 0.97 1.65 1.32 1.10 1.80 1.46 1.21 1.89 1.53 1.27 1.99 1.62 1.34 2.12 1.73 1.43
(4)
根据 q 与 1+0.64 lgP) (t+40.3)0.95
(5)
将本文推导公式(3)与原公式(5)
按不同重现期和不同降雨历时进行
计算,将计算所得的暴雨强度值与实
测值进行比较,并求得各自与实测值
的相对误差 c。计算结果见表 2,重现
期 p 取 5 a 和 20 a 为例。由表 2 可以
i=
A(1 1+clgP) (t+b)n
(1) (2)
40
作者简介:钱睿智(1987- ),男,本科,主要从事水文分析计算和水文情报预报工作。
2013 年第 3 期 江苏水利
式(1)为单一重现期的暴雨强度 公式,式(2)为各重现期的暴雨强度 总公式。 式中:
i —暴雨强度,mm/min; t —降雨历时,min; p—设计重现期,a。 A、A1、c、b、n —地区参数。 3.2 暴雨强度公式参数的推求 暴雨强度公式中含有多个参数, 国家规范给定的暴雨强度公式形式 为一非线性模型,对于非线性系统数 值求解通常采用迭代法。本文根据 it-p 关系表推求暴雨强度公式中的各 参数,是一个非线性已知关系式的参 数估计问题,用一般方法在短时间内 很难求得,而采用 SPSS 统计软件提 供的多种回归分析功能可以精确快 速地求解。 3.3 各重现期暴雨强度总公式参数 推求 根据各重现期暴雨强度总公式 (2)可见,暴雨强度 i 随降雨历时 t 和 重 现 期 p 变 化 ,A1、c、b、n 为 待 求 参 数,是一个多元非线性模式。多元线 性回归可通过 SPSS 统计软件实现, 但是多元非线性回归目前还无法通 过软件直接实现。一种方法是通过 SPSS 的曲线估计,如:用 compound、 power、logistic 等方法分别估出各 因

暴雨强度公式推求研究

暴雨强度公式推求研究

暴雨强度公式推求研究近年来由于气候的变暖和城镇化进程的加快,极端降雨事件频现,由此往往会导致排水系统排水不畅,甚至造成“内涝”的发生。

这就对城镇排水系统提出了更加严格的要求。

暴雨强度公式是城镇雨水排水系统设计的依据,直接影响着工程的投资和城市的安全。

然而,我国许多大城市所用暴雨强度公式多为上世纪80年代所编,在实际运用时存在诸多问题,更广泛的中小城市(镇)根本就没有编制过暴雨强度公式,只能套用邻近大城市的暴雨强度公式,这种做法显然不稳妥。

吴堡县的情况属于后者,因此迫切需要编制反映吴堡县暴雨规律的暴雨强度公式,以指导排水系统的规划和设计。

本文以吴堡县气象局提供的1995~2014年的原始降雨资料为基础,通过年最大值法和非年最大值法选样对比分析、三种频率曲线对原始降雨样本资料的频率调整,获得3组i-t-P数据表,然后运用4种求解非线性参数方程的方法推求出12组暴雨强度公式,以各种方法拟合的均方根误差结合计算值与实际值的差率为衡量标准,比选出最优的频率分布线型和最佳的吴堡县暴雨强度总公式和分公式。

对比分析两种选样方法得出,年最大值法较非年最大值法有选样简单、资料易得、独立性好、高重现期雨强合理、应用范围广等诸多优点,因此本文采用年最大值法选样。

以年最大值法选出的样本,分别采用三种频率曲线对样本资料进行频率调整,通过比较拟合误差得出皮尔逊III型分布曲线拟合效果最好、耿贝尔分布曲线次之、指数分布曲线拟合效果最差。

由三种频率曲线调整的3组i-t-P数据表为源数据,采用4种求参方法优化出12组暴雨强度公式,拟合结果表明:在同一分布曲线下4种优化算法的优劣顺序依次为麦夸尔特法、高斯牛顿法、黄金分割法、最小二乘法;在同一求参方法下3种分布曲线的优劣顺序依次为耿贝尔分布曲线、指数分布曲线、皮尔逊III 型分布曲线,这与频率调整结果不一致。

因此,在优选暴雨强度公式的最佳频率调整模型时应综合考虑原始降雨资料的规律特征、频率调整以及推求公式的拟合误差等诸多因素。

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暴雨强度公式推求研究
近年来由于气候的变暖和城镇化进程的加快,极端降雨事件频现,由此往往会导致排水系统排水不畅,甚至造成“内涝”的发生。

这就对城镇排水系统提出了更加严格的要求。

暴雨强度公式是城镇雨水排水系统设计的依据,直接影响着工程的投资和城市的安全。

然而,我国许多大城市所用暴雨强度公式多为上世纪80年代所编,在实际运用时存在诸多问题,更广泛的中小城市(镇)根本就没有编制过暴雨强度公式,只能套用邻近大城市的暴雨强度公式,这种做法显然不稳妥。

吴堡县的情况属于后者,因此迫切需要编制反映吴堡县暴雨规律的暴雨强度公式,以指导排水系统的规划和设计。

本文以吴堡县气象局提供的1995~2014年的原始降雨资料为基础,通过年最大值法和非年最大值法选样对比分析、三种频率曲线对原始降雨样本资料的频率调整,获得3组i-t-P数据表,然后运用4种求解非线性参数方程的方法推求出12组暴雨强度公式,以各种方法拟合的均方根误差结合计算值与实际值的差率为衡量标准,比选出最优的频率分布线型和最佳的吴堡县暴雨强度总公式和分公式。

对比分析两种选样方法得出,年最大值法较非年最大值法有选样简单、资料易得、独立性好、高重现期雨强合理、应用范围广等诸多优点,因此本文采用年最大值法选样。

以年最大值法选出的样本,分别采用三种频率曲线对样本资料进行频率调整,通过比较拟合误差得出皮尔逊III型分布曲线拟合效果最好、耿贝尔分布曲线次之、指数分布曲线拟合效果最差。

由三种频率曲线调整的3组i-t-P数据表为源数据,采用4种求参方法优化出12组暴雨强度公式,拟合结果表明:在同一分布曲线下4种优化算法的优劣顺
序依次为麦夸尔特法、高斯牛顿法、黄金分割法、最小二乘法;在同一求参方法下3种分布曲线的优劣顺序依次为耿贝尔分布曲线、指数分布曲线、皮尔逊III 型分布曲线,这与频率调整结果不一致。

因此,在优选暴雨强度公式的最佳频率调整模型时应综合考虑原始降雨资料的规律特征、频率调整以及推求公式的拟合误差等诸多因素。

初步以均方根误差小于0.05mm/min为取舍标准,优选出7组暴雨强度公式,然后根据公式计算值与降雨实测值的差率作为最终衡量标准,优选出采用年最大值法取样、耿贝尔分布曲线进行频率调整、应用麦夸尔特法求参推算的暴雨强度公式为吴堡县最佳的暴雨强度公式。

推求的吴堡县暴雨强度公式为
i=6.5850(1+0.96461gP)/(T+12.7312)0.7090(2~20a)和
6.5050(1+0.90171gP)/(t+14.2082)0.6871 (2~100a),重现期2-20a、2-100a 的拟合绝对均方差分别为0.0284、0.0358,相对均方差分别为3.58%、4.02%,均满足规范小于0.05mm/min和5%的要求。

同时结合吴堡县实际情况确定出用于排水工程设计的重现期范围为2-20a,用于城镇防洪工程设计的重现期范围为2~100a。

具体工程设计重现期若与分公式重现期匹配时,建议因分公式精度高而采用分公式计算相应重现期下的设计暴雨强度。

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