吉林市暴雨强度公式推求和设计雨型

附件2

城市暴雨强度公式编制和设计暴雨

雨型确定技术导则

Technical Guidelines for Establishment of

Intensity-Duration-Frequency Curve and

Design Rainstorm Profile

住房和城乡建设部

中国气象局

2014年4月

前 言

建立完善的城市排水防涝系统，是提高城市防灾减灾能力、保障人民群众的

生命财产安全的基本要求，是促进城镇化健康发展、建设生态文明社会的重要内

容。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,是一

项关键的基础性工作。为规范该项工作的开展，特制订《城市暴雨强度公式编制

和设计暴雨雨型确定技术导则》（以下简称导则）。

本导则规定了城市暴雨强度公式编制和设计暴雨雨型确定的基本要求、技术

流程、原始资料和统计样本、频率计算和分布曲线、暴雨强度公式参数求解、暴

雨雨型确定和适应性分析等方面的技术要求。

各地可参照本导则开展城市暴雨强度公式的编制、修订以及设计暴雨雨型确

定工作。城市暴雨强度公式编制工作除符合本导则外，还应符合现行国家相关标

准和规范。

组织编制部门：中华人民共和国住房和城乡建设部、中国气象局

主编单位：中国气象局公共气象服务中心

上海市城市建设设计研究总院

参编单位：广东省气候中心

江苏省住房和城乡建设厅

北京市气候中心

中国城市规划设计研究院

住房城乡建设部城镇水务管理办公室

北京世纪千府国际工程设计有限公司江苏分公司编制组组长：宋丽莉

编制组副组长：张善发 何伶俊

编制组成员：（按姓氏笔划为序，排名不分先后）

马京津、牛璋彬、王家卓、刘海波、吕永平、何 健、李兰娟、李 帅、

杨振斌、芮孝芳、陈天放、陈 玮、陈清锦、房小怡、洪光雨、郝庆庆、

徐连军、徐慧纬、贾仁勇、高 原、黄克江、植石群、蒋成煜、蒋承霖、

蒋 明、蒋品平、谢映霞

目录

1总则 ............................................................................................................................................... 1

・８０・　科技论坛　

暴雨强度公式推求方法的国内外研究　翁窈瑶　（浙＂ＬＴ－￣，３ｋ职业技术学院，浙江绍兴３１２０００）　摘要：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。本文从　暴雨强度公式推求过程中的降雨样本选择、频率分析曲线等方面对比国内外在推求过程中的异同，为今后相关的暴雨强度公式推求提供　一定的理论基础。　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　定的理论基础。　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　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　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　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＿】１２］，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　高公式推求标准。　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　资料年限需要自动雨量记录１０年以上的规定；另一方面，当城市的　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。　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　５ｒａｉｎ、１０ｍｉｎ、１５ｍｉｎ、２０ｍｉｎ、３０ｍｉｎ，４５ｍｉｎ、６０ｍｉｎ、９０ｍｉｎ、１２０ｍｉｎ共九　个历时。计算降雨重现期宜按０．２５年、０．３３年、０．５年、１年、２年、３　年、５年、１０年统计。资料条件较好时（资料年数≥２０年、子样点的　排列比较规律），也可统计高于１０年的重现期。　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　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　汇流时间，增加１５０ｍｉｎ和１８０ｍｉｎ等几个历时。重现期标准也应该　适当提高，２０１１年版的《室外排水设计规范》（ＧＢ　５００１４—２００６）已经　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　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　重现期标准也应当做适当改变。　３国内外暴雨强度公式编制研究　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　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　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　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　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。　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　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、　年多个样法［６１。国外发达国家，由于城市自记雨量资料较长且城市排　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　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　第四的较大雨样被遗漏，从而使小重现期（１～５ａ）部分的降雨强度　明显偏小，但在大重现期（１Ｏａ以上）部分降雨强度相差不大（与年多　个样法相比）。各地《水文年鉴》等相关资料上刊布各时段的年最大　降雨量，因此年最大值法选样简单，省时省力，在水文统计中应用最　广。随着时间的推移，各地积累的降雨资料不断增多，此方法选取雨　样独立性较强。　从２０世纪９０年代开始，国外在一些研究中使用到年超大值法　选样，而该法目前在国内的城市排水中还没有应用。　我国由于城市自记雨量资料的缺乏及计算技术的相对滞后等　表１暴雨（洪水）频率分布线型表　分布线銎国家　皮尔逊ⅡＩ型分布（Ｐ—ｌＩＩ）　对数皮尔逊ＩⅡ型分布（Ｐ一Ⅲ）　广义极值分布（ＧＥＶ）　极值ＩＩ，极值ＩⅡ型分布（ＥＶ２，　ＥＶ３）　两、三参数对数正态分布（ＬＮ２、ＬＮ３）　极值Ｉ型分布（ＥＶＩ）　Ｋ－Ｍ分布　中国、奥地利、保加利亚、波兰、罗马尼　亚、瑞士、匈牙利、泰国　美国、澳大利亚、加拿大、新西兰、墨西　哥以及南美洲的一些国家　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　曰本　比利时、德国、瑞士、土耳其　俄罗斯和东欧等国　原因，从２Ｏ世纪６０年代至今排水规范仍建议采用年多个样法。此　方法既保证了能够选取较多的雨样，又能体现一定的独立性，并且　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　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　设计规范｝｝ＧＢ５００１４—２００６推荐采用的方法。　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　考虑旧公式的推求方法，使新公式与旧公式进行很好的衔接，保证　工程设计标准的连续性，并使得新推导的公式与原公式具有可比较　的条件；　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　频率曲线模型，就是一种资料分布统计规律表达形式的模型，是对　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　１８８０—１８９０年，至今已愈百年历史。据不完全统计［８１，国际上用于降　水和洪水计算的频率分布模型约有２０种。这主要是由于各地水文　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，　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　或标准，而是基于实践，应用经验或统计检验比较，在本国不同区域　根据实际情况选择最合适本区域的分布线型。总之分布线型的选择　一般要求依据充分，应用简单便捷，形式灵活稳健，易于接受。表１　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　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　型：①皮尔逊（Ｐｅａｒｓｏｎ）ＩＩＩ型分布线型；②指数分布曲线；③极值Ｉ型　分布或者耿贝尔（Ｇｕｍｂｅ１）极值分布曲线；④对数正态分布曲线。前　三种在城市暴雨强度公式的统计中应用较为广泛，至于哪种更为适　合一直处于争论之中［１Ｏ，ｌｌ１。　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　种型式，目前美国主要用一　Ａ　型Ｉ；俄罗斯用　等型；日本用　Ａ型；　我国排水规范用一　型。对于雨力公式，美国用Ａ＝ｋＰ　型；日本用　一定频率所相应的Ａ值及其参数；前苏联与我国用Ａ＝Ａ￣（Ｉ＋ＣＩｇＰ）型。　以上各式中：ｉ一暴雨强度，单位ｍｍ／ｍｉｎ；ｔ一降雨历时，单位ｍｉｎ；　Ｔ一为重限期，单位年。　ｎ、Ａ、ｂ、Ｃ一地区参数，其值随气象条件和地区差异不同而不同。　《给水排水设计手册》中建议采用图解法求出ｂ的近似值，然后再用　最小二乘法求出Ａ、ｎ值。该方法的特点是原理简（下转８２页）

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城市暴雨强度公式编制和设计暴雨

雨型确定技术导则

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2014年4月

前 言

建立完善的城市排水防涝系统，是提高城市防灾减灾能力、保障人民群众的

生命财产安全的基本要求，是促进城镇化健康发展、建设生态文明社会的重要内

容。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,是一

项关键的基础性工作。为规范该项工作的开展，特制订《城市暴雨强度公式编制

和设计暴雨雨型确定技术导则》（以下简称导则）。

本导则规定了城市暴雨强度公式编制和设计暴雨雨型确定的基本要求、技术

流程、原始资料和统计样本、频率计算和分布曲线、暴雨强度公式参数求解、暴

雨雨型确定和适应性分析等方面的技术要求。

各地可参照本导则开展城市暴雨强度公式的编制、修订以及设计暴雨雨型确

定工作。城市暴雨强度公式编制工作除符合本导则外，还应符合现行国家相关标

准和规范。

组织编制部门：中华人民共和国住房和城乡建设部、中国气象局

主编单位：中国气象局公共气象服务中心

上海市城市建设设计研究总院

参编单位：广东省气候中心

江苏省住房和城乡建设厅

北京市气候中心

中国城市规划设计研究院

住房城乡建设部城镇水务管理办公室

北京世纪千府国际工程设计有限公司江苏分公司编制组组长：宋丽莉

编制组副组长：张善发 何伶俊

编制组成员：（按姓氏笔划为序，排名不分先后）

马京津、牛璋彬、王家卓、刘海波、吕永平、何 健、李兰娟、李 帅、

杨振斌、芮孝芳、陈天放、陈 玮、陈清锦、房小怡、洪光雨、郝庆庆、

徐连军、徐慧纬、贾仁勇、高 原、黄克江、植石群、蒋成煜、蒋承霖、

蒋 明、蒋品平、谢映霞

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2.4 洪水

2.4.1 洪水的暴雨特性、洪水成因、洪水的时空分布规律

流域地处副热带北缘，属山地温带湿润气候，是南北冷暖气流交绥要道，夏季受西风带天气系统的控制和副热带系统的影响，有时受两系统共同作用，锋面活动显著，降雨充沛，实测降水资料统计表明,流域年平均降水分布主要集中在5～10月,年最大暴雨发生在6月～8月居多。一次大的降雨过程多集中在一天内，主要降雨历时为8～12h。

##河洪水由暴雨形成．因流域地处南北冷暖气流交绥要道，每遇较强降雨均可形成一次洪水过程，如遇深厚的强冷空气入侵，便可导致大强度的暴雨，即可发生特大洪水，其洪水特征受暴雨强度和地形的影响，暴雨主要集中在5～10月，由于该流域暴雨强度大，河床坡降陡，洪水汇流时间短，致使洪水暴涨暴落。主要大洪水均系单峰,由于流域森林植被较好，河槽调蓄能力强，使得主峰段持续时间较长，峰型略胖。

2.4.2 设计洪水

1、计算依据及基本方法

依据GB50201～94《防洪标准》、SL252～2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》及工程布置，确定##三级电站等级为V等，永久性水工建筑物为5级。次要建筑物为5级，##三级电站坝址处按10年一遇设计，50年一遇校核。电站厂房按30年一遇设计，50年一遇校核。

##河流域##三级电站所在的##河流域位于##省水文气象分区第Ⅷ区，##河流域##三级电站坝、厂址设计洪水采用瞬时单位线法，地区小流域经验公式等方法计算，以互验成果的合理性。

2.4.3 采用小流域经验公式法推求设计洪水

1、暴雨经验公式法推求设计洪水

根据《##省暴雨径流查算图表》第Ⅷ小流域洪峰流量经验公式推算，其公式如下：

tmKHQ

式中：mQ—相应频率的洪峰流量，m3/s； K—与流域面积、形状有关的综合系数；

—造峰指数；

tH—造峰雨量，mm。