基于水利雨型峰值的城市長歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨雨型制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于水利雨型峰值的城市長歷時(shí)暴雨雨型制作方法，屬于城市市 政排水系統(tǒng)、城市排水防澇系統(tǒng)和水利防洪排澇系統(tǒng)技術(shù)交叉領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 城市排水防澇系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的前提是對城市的降雨情況和規(guī)律有清楚的認(rèn)識和 研究，有適合于本地區(qū)降雨規(guī)律的城市設(shè)計(jì)暴雨雨型。而城市長歷時(shí)暴雨雨型是確定城市 防澇設(shè)施設(shè)計(jì)流量、城市排水防澇系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的加 快，極端降雨事件的頻繁出現(xiàn)，降雨洪峰提前，洪量增大，城市內(nèi)澇頻發(fā)。由城市內(nèi)澇帶來的 損失愈發(fā)嚴(yán)重，給城市排水防澇工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)帶來了巨大的壓力。
[0003]目前，我國水利防洪排澇和城市市政排水兩套系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)已不斷完善，兩套 系統(tǒng)分別用于防御江河水系流域洪水災(zāi)害和排除城市市政排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)重現(xiàn)期以內(nèi)的暴 雨徑流，各司其職。但是介于兩者之間的城市排水防澇系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)尚存一定的缺陷。城 市排水防澇工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)與市政排水和水利防洪排澇設(shè)施息息相關(guān)，兩者分別為防澇工 程建設(shè)的上下游邊界。市政排水系統(tǒng)的采樣歷時(shí)最大為180min，而城市防洪排澇系統(tǒng)的采 樣歷時(shí)最小為lh，由于歷時(shí)選取的不同，不能機(jī)械的把兩套系統(tǒng)中現(xiàn)有的雨型應(yīng)用在城市 排水防澇系統(tǒng)中。
[0004] 根據(jù)國內(nèi)外城市內(nèi)澇防治的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用于城市排水防澇工程的長歷時(shí)設(shè)計(jì)暴 雨雨型應(yīng)盡量滿足以下三個(gè)條件：首先，城市排水防澇工程的設(shè)計(jì)暴雨雨型必須是長歷時(shí) 降雨雨型，根據(jù)城市內(nèi)澇工程區(qū)域范圍的大小和匯流時(shí)間，一般認(rèn)為1440min，最長至2天 的設(shè)計(jì)暴雨雨型可滿足防澇工程規(guī)劃設(shè)計(jì)需求。其次，設(shè)計(jì)暴雨雨型應(yīng)該盡量體現(xiàn)流域真 實(shí)的降雨統(tǒng)計(jì)規(guī)律。最后，設(shè)計(jì)暴雨雨型還應(yīng)該兼顧與城市的市政排水設(shè)施和水利的防洪 排澇設(shè)施所采用設(shè)計(jì)降雨的有效銜接。
[0005] 鑒于此，本專利從城市排水防澇系統(tǒng)長歷時(shí)暴雨雨型的需求出發(fā)，將標(biāo)準(zhǔn)的城市 氣象降雨特征數(shù)據(jù)（.dat文件），采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，統(tǒng)計(jì)并歸類出實(shí)際典型降雨過程，然 后根據(jù)當(dāng)?shù)厮块T提供的水利雨型峰值，從而進(jìn)行典型降雨的移峰定位，最終制成城市 長歷時(shí)暴雨雨型。主要操作步驟均通過計(jì)算機(jī)程序快速實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的特點(diǎn)在于僅需通 過統(tǒng)計(jì)出的典型歷時(shí)降雨進(jìn)行同頻率移峰定位，極大細(xì)化了傳統(tǒng)雨型制作方法的粗略性， 使新推的城市長歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨雨型更符合當(dāng)?shù)卣鎸?shí)的降雨統(tǒng)計(jì)規(guī)律，更具真實(shí)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明主要為解決當(dāng)前城市傳統(tǒng)雨型制作方法繁雜、也沒有從實(shí)際工程角度考慮 其是否具有當(dāng)?shù)卮硇缘瓤茖W(xué)問題，提出了一種基于水利雨型峰值的城市長歷時(shí)暴雨雨型 制作方法。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0008] 基于水利雨型峰值的城市長歷時(shí)暴雨雨型制作方法，所述方法依次包含以下步 驟：
[0009] (1)降雨事件的劃分；
[0010] 在Access數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)平臺下，通過數(shù)字化處理系統(tǒng)處理后的氣象部門提供的原 始降雨數(shù)據(jù)，劃分降雨過程。降雨過程是指連續(xù)的降雨時(shí)段，當(dāng)前后降雨之間持續(xù)停雨（降 雨量為0mm)的時(shí)間超過12小時(shí)時(shí)，則定義前后降雨為兩個(gè)相互獨(dú)立的"降雨事件"。以年 為統(tǒng)計(jì)單位，分別統(tǒng)計(jì)出資料年限內(nèi)每年的降雨事件。
[0011] (2) 10場典型暴雨的選定；
[0012] 降雨事件統(tǒng)計(jì)完成之后需要對統(tǒng)計(jì)出的所有的降雨事件進(jìn)行分析，因降雨量和降 雨強(qiáng)度隨時(shí)間變化相差很大，雨量、雨強(qiáng)大小不一，對于總雨量小、雨強(qiáng)也較小的降雨事件 實(shí)際上對研究城市長歷時(shí)雨型沒有意義，將其忽略。所謂的典型暴雨一般是指所選擇的暴 雨總降雨量大，降雨強(qiáng)度也大，因此才能夠真實(shí)的反映設(shè)計(jì)地區(qū)最不利工況下的降雨情況。 到目前，在我國一般城市自記雨量記錄可達(dá)到20年以上，從城市自記雨量資料年限內(nèi)的所 有降雨事件中挑選出最大的10場代表性降雨過程。
[0013] (3)長歷時(shí)設(shè)計(jì)雨型主雨峰位置的選定；
[0014] 首先，根據(jù)當(dāng)?shù)厮氖謨灾型扑]雨型確定出水利雨型的主雨峰峰值，由于水利部 門通常采用的是以小時(shí)為單位時(shí)段的24小時(shí)設(shè)計(jì)暴雨雨型，所以由水利雨型確定的雨峰 位置只能精確到最大小時(shí)段；對于城市長歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨雨型中最大小時(shí)時(shí)段內(nèi)的雨峰位置 的確定，則根據(jù)城市排水短歷時(shí)雨型雨峰位置的確定方法，即在挑選出的10場典型暴雨中 以5min為單位時(shí)段的最大小時(shí)雨量的雨峰位置來確定，最終兩者聯(lián)合確定出的雨峰位置 即為城市長歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨雨型的主雨峰位置。
[0015] (4)在excel系統(tǒng)平臺下進(jìn)行典型降雨的移峰定位；
[0016] 降雨事件組合合成暴雨過程即通過實(shí)際降雨過程挑選出10場最大典型暴雨進(jìn)行 分析，控制不同歷時(shí)下的同頻率設(shè)計(jì)雨量，借鑒洪水分析的方法，進(jìn)行同頻率分時(shí)段控制縮 放。具體步驟：按照主雨峰對齊的原理，將選定的10場典型暴雨的雨峰位置分別移至（3) 中確定出的城市長歷時(shí)設(shè)計(jì)雨型的主雨峰處，截取雨峰位置一致后的1440min典型雨的降 雨過程，以5min為統(tǒng)計(jì)單位，可得出10場典型暴雨的288個(gè)5min的降雨量系列。
[0017] (5)在excel系統(tǒng)平臺下，按以下步驟進(jìn)行長歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨雨型分配：
[0018] (5. 1)對于截取出的每場典型暴雨，分別統(tǒng)計(jì)每5分鐘雨量在其整個(gè)降雨過程中 所占的比例，即可得到每場典型暴雨的分配比例。然后不論場次，取各位置上分配比例的平 均值，總共可得288個(gè)均值。
[0019] (5. 2)在288個(gè)均值中找到連續(xù)最大的144個(gè)數(shù)的和，此時(shí)挑選出的144個(gè)數(shù)的 系列即為最大的720min的降雨過程對應(yīng)的時(shí)段，將剩余的144個(gè)數(shù)的系列作為單位1重新 進(jìn)行各段比例分配，從而得到雨型中H1440 -H720段的最終比例分配。同理依次類推，可分 別求出H720 -H240、H240 -H180、H180 -H120、H120 -H90、H90 -H60、H60 -H45、H45 -H30、 H30 -H15、H15 -H5、H5的最終比例分配。
[0020] (6)長歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨雨型的生成
[0021] 將城市長歷時(shí)暴雨強(qiáng)度公式求得的雨量值分別對應(yīng)帶入最終分配比例，可得到城 市長歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配即長歷時(shí)雨型。
[0022] 有益效果主要體現(xiàn)在：
[0023] 1.采用本發(fā)明的制作方法，僅需通過對統(tǒng)計(jì)出的典型歷時(shí)降雨進(jìn)行水利雨型峰值 的移峰定位，就能簡易、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)滿足城市排水防澇系統(tǒng)的長歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨雨型。
[0024] 2.本專利以排水設(shè)計(jì)規(guī)范為約束條件，從工程銜接性的角度進(jìn)行長歷時(shí)雨型的分 配。通過真實(shí)的典型降雨數(shù)據(jù)結(jié)合水利雨型峰值位置，使新推的城市長歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨雨型 不僅更符合當(dāng)?shù)卣鎸?shí)的降雨統(tǒng)計(jì)規(guī)律、更具真實(shí)性，而且基于水利雨型峰值的長歷時(shí)設(shè)計(jì) 暴雨雨型還可以兼顧與城市的市政排水設(shè)施和水利的防洪排澇設(shè)施所采用設(shè)計(jì)降雨的有 效銜接。
[0025] 3.本專利考慮了各個(gè)步驟的可操作性，僅需借助計(jì)算機(jī)Excel等平臺下的簡易操 作即可完成，無需借助復(fù)雜的編程軟件，保證了本專利的可實(shí)施性。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明"基于水利雨型峰值的城市長歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨雨型制作方法"工作的 流程示意圖。
[0027] 圖2為典型暴雨時(shí)程分布示意圖。
[0028] 圖3為以1小時(shí)為單位時(shí)段的50年重現(xiàn)期下的設(shè)計(jì)暴雨過程線。
[0029] 圖4為按照主雨峰對齊的原理，將選定的10場典型暴雨的雨峰位置移至確定出的 城市長歷時(shí)設(shè)計(jì)雨型的主雨峰d=566min處后的示意圖。
[0030] 圖5為計(jì)算降雨過程對應(yīng)的時(shí)段圖。
[0031] 圖6實(shí)施例結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面通過L市具體應(yīng)用實(shí)例，并結(jié)合附圖1對本發(fā)明的詳細(xì)制作方式做進(jìn)一步的 具體說明。
[0033] 本發(fā)明的具體實(shí)施流程如圖1所示，包括以下步驟：
[0034] (1)獲取城市當(dāng)?shù)貧庀蟛块T通過數(shù)字化處理系統(tǒng)處理后的原始降雨數(shù)據(jù)，在 Access數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)平臺下，按