基于随机暴雨移置方法的城市设计暴雨分析

城市地区暴雨洪灾发生频繁，合理计算设计暴雨是解决城市洪涝的重要前提。采用随机暴雨移置方法（Stochastic Storm Transposition，SST），设定暴雨移置区并提取出暴雨目录，通过区域性概率重采样与暴雨空间变换相结合的方式进行降雨频率分析，估计本地化的极端暴雨频率。以上海地区为例，研究发现暴雨移置区内暴雨分布具有空间异质性，暴雨随机移置概率不均，计算得到的设计暴雨方案包含了降雨时空分布信息，在不同重现期下设计暴雨的时空结构存在变异性，说明传统方法中采用的简化雨型和均一化空间分布假设会增加设计暴雨的不确定性。     

基于随机暴雨移置方法的城市设计暴雨分析

城市地区暴雨洪灾发生频繁，合理计算设计暴雨是解决城市洪涝的重要前提。采用随机暴雨移置方法（Stochastic Storm Transposition，SST），设定暴雨移置区并提取出暴雨目录，通过区域性概率重采样与暴雨空间变换相结合的方式进行降雨频率分析，估计本地化的极端暴雨频率。以上海地区为例，研究发现暴雨移置区内暴雨分布具有空间异质性，暴雨随机移置概率不均，计算得到的设计暴雨方案包含了降雨时空分布信息，在不同重现期下设计暴雨的时空结构存在变异性，说明传统方法中采用的简化雨型和均一化空间分布假设会增加设计暴雨的不确定性。     

城市暴雨强度公式研究进展与述评

能够客观反映城市降雨特征与规律的暴雨强度公式是城市排水防涝基础设施建设、海绵城市建设过程中相关工程规划、设计的重要前提。简述了暴雨强度公式推求的过程,从暴雨强度公式型式、暴雨资料选样方法、频率曲线选择、频率曲线参数估计以及暴雨强度公式的参数求解等方面,系统梳理了国内外发展现状,深入分析、归纳了各种方法的优缺点,对暴雨强度公式编制过程中存在的两步最优与直接拟合、公式拟合的"异参同效"、公式及参数合理性分析以及编制长历时暴雨强度公式等问题进行深入剖析,认为暴雨强度公式还需在全要素误差分析、成果合理性检验、降雨空间分布、气候变化对城市未来降雨的影响等方面进行深入研究。     

降雨数据时空精度对城市暴雨变异性及频率分析的影响

提升城市暴雨内涝防治精细化水平是解决城市洪涝问题的关键。采用16种不同时空分辨率的降雨产品,利用暴雨时空异质性评估指标和随机暴雨移置法,在上海地区定量评估降雨数据精度对暴雨事件时空变异性诊断和频率分析的影响。研究发现利用低精度降雨数据得到的年最大暴雨序列发生时间延迟、降水量低估,暴雨过程不均匀性提升、空间不均匀性降低;在不同重现期下,降雨数据精度对频率分析结果影响有显著差异,重现期越大,低精度数据带来的低估程度越大;时间精度的影响占主导地位,可达空间精度的5倍。在城市暴雨洪涝研究中有必要采用更高精度的降雨数据,建议与研究区域类似的小型城市地区在防洪设计中使用精度达(12 h、0.05°)或以上的降雨数据。     

变化环境对城市暴雨及排水系统影响研究进展

近年来,变化环境（气候变化和城镇化）导致城市暴雨的发生频率或强度增加,加剧了城市暴雨洪涝问题。因此,分析变化环境对城市暴雨及排水系统的影响对城市水资源规划管理、市政规划设计和城市防灾减灾有着重要意义。总结了未来高精度降雨预估技术、变化环境下排水系统设计标准等关键问题的研究进展,综述了变化环境下城市短历时暴雨演变规律及变化环境对城市排水系统影响的研究现状,探讨了变化环境对城市短历时暴雨的影响机理,并归纳了当前研究变化环境对城市暴雨及排水系统影响的主要方法。指出今后应重点加强的研究:①加强气候变化和城镇化对城市短历时暴雨影响机制的研究;②提升区域气候模式对城市区域下垫面和大气相互作用的描述能力,并加强公里尺度对流可解析模型在城市气候变化影响研究中的应用;③加强对变化环境下排水系统设计标准的研究;④综合评估气候变化和城镇化对城市排水系统超载、污染物转移和水安全等的影响。     

设计暴雨雨型对城市内涝影响数值模拟

为分析设计暴雨雨型对城市内涝的影响,应用耦合了水文和水动力过程的数值模型,以陕西省西咸新区为研究区域,对不同重现期及峰值比例设计暴雨条件下的内涝过程进行模拟,并对内涝积水总量、不同积水深度内涝面积等量值进行对比分析。结果表明:设计暴雨重现期短于20年时,峰值比例较小的设计暴雨内涝积水总量较大,而重现期长于20年时,规律相反;除2年一遇设计暴雨外,峰值比例较大的设计暴雨致涝总面积较大,但其中影响严重的Ⅳ级致涝面积较小;设计暴雨峰值比例越小,重现期越长,积水总量峰值时刻相对于暴雨峰值时刻的迟滞时间越长。揭示了暴雨雨型与内涝积水程度的量化规律,对更合理地开展城市雨洪管理工作具有指导意义。     

生物滞留设施规模设计方法研究

研究提出了基于单场次降雨分析以及基于长系列降雨统计的生物滞留设施规模设计方法。针对国内市政排水设计一般采用设计重现期的概念,基于单场次降雨分析的规模设计方法用暴雨强度公式和雨型分配方法计算设计降雨过程,由设计降雨推算设施入流过程,用水量平衡法推算出流过程,用洪量削减率、洪峰削减率、洪峰延迟时间评估设计效果。基于长系列降雨统计的规模设计方法对长期日降雨量进行统计分析,得出不同降雨发生频率对应的设施入流量及处理量,用年径流总量削减率评估设计效果。     

基于二次重现期的城市两级排涝标准衔接的设计暴雨

使用珠海市1984—2015年R_1h-R_6h、R_1h-R_12h、R_1h-R_24h3个历时暴雨组合推算排水排涝两级标准衔接的设计暴雨水平。应用阿基米德极值Copula与Kendall分布函数构建不同历时暴雨组合的联合概率分布模式。分析各历时暴雨组合的遭遇概率、"或"重现期、"且"重现期和二次重现期,以出现最大可能概率的方法推算各组合的设计暴雨值。结果表明:二次重现期所对应的累积频率更准确地代表了特定设计频率情况下不同历时暴雨组合的风险率;重现期分别为2年、3年、5年、10年、20年、50年、100年推算的二次重现期设计值介于"或"重现期和"且"重现期设计值之间,小于相应的边缘分布重现期设计值,R_1h-R_{6 h}组合推算的设计值相对误差为3.1%~7.1%;R_1h-R_12h组合推算的设计值相对误差为3.3%~9.3%;R_{1 h}-R_{24 h}组合推算的设计值相对误差为3.9%~12.0%。二次重现期推算的不同历时暴雨组合的设计暴雨分位值为内涝工程的风险管理和管渠尺寸提供了优选标准和设计参考。     

城市暴雨过程对下凹式绿地设计参数的影响研究

为了探索城市暴雨过程对下凹式绿地设计参数的影响,使下凹式绿地的设计更为科学,根据城市暴雨产汇流过程,推导了下凹式绿地设计参数之间的关系,并以北京市大兴区一居民住宅区作为研究实例,对不同城市暴雨重现期、不同拦蓄率下的下凹式绿地设计面积、下凹深度进行了计算,结果表明,城市暴雨重现期对下凹式绿地设计面积影响最大,同时,城市暴雨重现期越长,下凹深度和拦蓄率对下凹面积的影响越大。研究结论可为城市下凹式绿地的设计应用提供参考。     

由实测暴雨推求设计洪水方法的探讨

基于南方湿润地区洪水由暴雨形成的特点，可根据实测暴雨资料分析流域代表性产、汇流参数，将历年最大面暴雨系列转换为对应的洪水系列，并由该洪水系列作为样本来计算洪水统计参数。实例分析结果表明，与实测洪水计算结果相近，该方法不但克服了山区河流雨洪同频率的假定，而且还为研究暴雨形成洪水的产、汇流机制，创造了一定的条件。     

关于城市暴雨强度公式推求的研究

城市暴雨强度公式的准确性直接影响着城市排水管网的规划设计,老一代的暴雨强度公式已经不能正确反映当地的降雨规律,亟需重新修订。本文以郑州市降雨资料为例,采用年最大值法选样和年多个样法选样对公式进行推求,通过对比分析发现年最大值法操作简单,误差更小,该方法有利于新一轮暴雨强度公式修编的普及。     

山东省设计暴雨雨量历时关系分析

设计暴雨雨量历时关系是均值历时关系和变差系数历时关系组合的结果。根据最新的山东省暴雨统计参数综合研究成果,分析了暴雨均值和变差系数随历时的变化关系及其空间差异和影响因素,同时分析了设计暴雨雨量历时关系随频率变化的各种类型,对设计暴雨洪水研究具有重要意义。     

海南岛东南部海岸砂丘风暴冲越沉积记录

通过海南岛东南部海岸详细的古风暴学考察,在尖岭海岸发现了含有风暴冲越沉积物的海岸沙丘剖面,分别命名为JL-1和JL-2剖面,试图从海岸沙丘沉积记录中提取历史上的风暴事件信息。沉积物粒度、磁化率等参数的指标分析表明,这两个剖面含有典型的风暴冲越沉积物,利用放射性核素AMS14C测年、OSL测年分析,并结合历史文献记载,确定这些风暴沉积层是多次台风作用的产物,其形成机制与风暴浪越过海岸沙丘的堆积有关,风暴流越过沙丘顶部后不能回流,导致风暴流携带的沉积物迅速沉积。此外,依据Stockdon经验公式计算结果,该地点沉积记录所代表的最大风暴事件相当于100到200年一遇的重现期。研究表明,该处海岸沙丘冲越沉积含有南海台风强度与重现期的重要信息。     

太湖流域设计暴雨修订

太湖流域属平原河网地区,河网密布、水流流向往复不定,不存在流域出口控制断面,太湖流域设计洪水一般根据设计暴雨采用流域产汇流模型间接推求。因此,设计暴雨成果将直接影响流域防洪规划、工程设计、风险图编制等多项工作,其可靠性关系到流域的防洪安全,是一项十分重要的基础工作。开展了太湖流域设计暴雨修订计算,与太湖流域防洪规划设计暴雨成果对比分析,并针对设计暴雨过程推求采用的不同空间分配方法,进行成果的合理性评估。     

城市设计暴雨频率曲线线型的研究

城市排水规划需有一定设计标准的暴雨值,这类设计暴雨的特点是历时短、设计标准不高和统计分布呈反S形。提出了用两端有限对数正态分布和广义指数分布作为频率曲线线型进行计算,可避免用Γ分布适线欠佳的缺点。通过实例,发现采用这两类分布,计算简便,能获得适线较好的结果。     

中国北方沙尘灾害影响因子分析

利用中国北方1951—2000年188个沙尘暴代表站的气象观测数据和1983—2000年EROS数据中心NDVI数据，对我国北方沙尘灾害的影响因子进行了分析。主要结论有：①在影响沙尘暴发生、发展、演化的自然因子中，植被覆盖度、降水、大风日数和温度起关键作用，夏季植被覆盖度对来年春季沙尘暴发生频次影响较大，降水和温度主要表现在对地表植被覆盖等与沙尘暴有关的地表参数的影响；②大风日数和温度是沙尘暴形成的动力因子，植被覆盖度和降水是阻力因子。沙尘暴日数和持续时间的变化，主要取决于动力因子与阻力因子的综合作用；③遏制沙尘灾害的治本办法，不在于治理沙尘暴本身，而在于消除产生土地退化、生态安全下降的社会原因，处理好发展与生态环境建设的关系。     

城市设计暴雨雨型研究

采用模糊模式识别方法对我国四个雨量站的雨型进行分类和统计,获得了短历时暴雨雨型的分布特性;经过模拟分析和比较,找出了一种较好地满足城市排水设计要求的设计雨型。     

阿拉善高原干涸湖床沉积物与华北地区沙尘暴

文章通过内蒙古阿拉善高原古居延泽干涸湖床沉积物、周缘活动沙丘、沙质草原地表土壤及古代弃荒土地的粒度组成分析,论述干涸湖床沉积物对沙尘天气的影响。古居延泽湖床沉积粒度分析结果表明,干涸湖床的地表湖相沉积物粒径小于10μm的颗粒占64%以上,可以在一般风暴条件下在大气中搬运几千公里,这意味着西北地区干涸湖床产生的粉尘在风暴作用下可以横扫整个东亚北部地区。中国西北地区冬、春季多西北风造成沙尘暴或扬沙天气,西部沙漠、沙地或沙质草场遭遇强风时沙尘被席卷进气流,但其中粗砂粒扬起的高度、搬运的距离有限,当风力稍稍减弱,粗颗粒砂粒沉降,而粉尘继续悬浮运移。当强风途径下一个沙区时新的沙尘加入,沙尘暴呈“接力方式”继续向东南部移动。     

河口海岸桥隧工程设计流速推算

跨海桥隧工程设计需要推算工程位置不同重现期设计流速,由于现场缺乏长期实测流速资料,设计流速推算存在很大困难。研究提出了采用不同重现期典型风暴潮过程推算河口海岸设计流速的数值模拟方法,对河口地区考虑洪水径流与风暴潮流的耦合。在依据澳门验潮站1925—2003年实测潮位资料分析珠江口海域风暴潮过程特征的基础上,结合潮位和潮差年极值频率分析结果构建了不同重现期典型风暴潮潮型。采用平面二维水动力数学模型模拟了不同重现期风暴潮和上游一般洪水组合条件下珠江口水域的流场,得出港珠澳大桥沿线各控制点处设计流速。