天津市短时暴雨雨型时空分异及其对城市内涝的影响

利用天津市1961—2018年分钟级降水数据,统计了天津地区短时暴雨过程,结合模糊识别法对暴雨过程进行分类,分析了暴雨雨型的时空分布特征,基于天津城市暴雨内涝数值模型,评估了不同雨型对内涝积水总量的影响.结果表明:近58 a天津地区短时暴雨雨型以单峰型(Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型)为主,其中各年代60 min暴雨雨型以Ⅰ型、Ⅲ型...     

突变前后湖南株洲市设计暴雨参数变化特征

近年来,湖南株洲市暴雨呈多发之势,城市内涝日趋严重,排水防涝设计暴雨参数发生变化。利用湖南株洲市国家基准站1963—2017年逐分钟降水资料,通过滑动平均提取16个历时逐年最大降水量样本,探讨株洲市气候突变前后设计暴雨强度及雨型的变化特征。结果表明:湖南株洲市暴雨日数及年最大降水量在1983年存在一次显著突变,突变后暴雨日数增多、雨强增大,极端降水事件增多。突变前,各历时年最大降水量的变化趋势不一致且不显著,而突变后则均呈现明显增加趋势,且120 min及以上历时通过显著性检验。突变前后不同重现期下各历时暴雨雨量都有不同幅度的增大,且随着重现期增大、历时延长,雨量差值增大。短历时和长历时暴雨雨型突变后都出现雨峰位置前移、雨峰雨量增大现象,这在一定程度上解释了近年来株洲市城市内涝频发的原因。     

雄安新区长历时暴雨强度公式及其设计雨型推求

设计暴雨研究是城市排水防涝工程建设的重要基础。基于1981—2020年雄安新区3个地面气象观测站的降雨资料,对其降雨量和暴雨日数的时间变化特征进行了分析;采用雄县分钟级降雨数据,通过年最大值法选样,为兼顾长、短历时降雨样本的拟合优度,选用P-III型曲线对降雨数据进行理论频率分析,通过MATLAB的高斯—牛顿法求解暴雨强度公式中的参数,最终得到长历时综合暴雨强度公式,根据同频率分析法对雄县1440 min的设计暴雨雨型进行推求。结果表明：雄安新区多年平均降雨量为490.4 mm,暴雨日数为4.4 d;2000—2020年暴雨日数呈增多趋势,尤以大暴雨增多明显,近10 a大暴雨发生日数占暴雨日数的比率最大,为20.8%,较21世纪初10 a大将近7倍。编制的长历时综合暴雨强度公式,可计算5—1440 min任意历时、2—100 a任意重现期的设计暴雨。雄县以5 min为步长的1440 min设计暴雨雨型为单峰型,雨峰系数为0.806,结合所编制的长历时综合暴雨强度公式,可推求任意指定重现期下1440 min的设计雨型。     

柳州市短历时暴雨变化特征分析

通过对柳州市的短历时暴雨变化特征进行分析得出:柳州市区短历时暴雨的强度和分布特征均发生显著变化,增强、增多的趋势明显;高强度降水是造成城市内涝的主要外因,而暴雨强度公式是科学、合理地制定城市排水专业规划和排水工程设计的基础,建议每隔10年对柳州市暴雨强度公式进行修编。     

宜昌市区短历时暴雨雨型特征

采用宜昌市国家基本气象站1956—2013年共58 a的逐分钟降雨过程资料,分别利用PC法和芝加哥法推求宜昌市区重现期2 a历时30、60、90、120、150、180 min以5 min为单位时段的设计暴雨雨型,并分析比较两种方法所得结果的差异。结果表明:利用PC法推求的宜昌市区各降雨历时设计暴雨雨型基本呈单峰型,历时30、60 min设计暴雨雨型雨峰位置基本处于降雨过程的1/3分位,而历时120、150、180 min基本处于甚至超前于1/4分位;利用芝加哥法推求设计的宜昌市区暴雨雨型雨峰位置基本处于甚至超前于降雨过程的1/3分位,雨峰降雨强度虽随着历时的增加整体呈现减小—增大—减小的波动趋势,但是峰值差异较小;PC法和芝加哥法推求的宜昌市区短历时设计暴雨雨型都具有"单峰型、速度快、高强度、持续久"的特点,因此当短历时暴雨发生时,水利、水文、住建、防洪等部门应在第一时间做好排水排涝准备。     

极端暴雨威胁下的城市内涝风险预警系统研究

传统内涝风险预报系统多基于单一降雨产品驱动城市水文水动力模型的模式,难以解决由于暴雨观测或数值模拟带来的不确定性问题。综合利用多源降雨（雷达、地面雨量计,地面雨滴谱）、积水观测数据,有利于提高内涝预报精度,改善风险空间描述。因此,为了进一步加强洪涝预测能力以更好地应对极端暴雨威胁,本研究提出了基于综合观测的城市内涝风险预警系统,并在北京市清河流域进行了初步实践和检验。该系统包含六个模块,融合了新兴的降雨积水观测技术,引入了主流的降雨临近预报方法,采用了成熟的城市雨洪模拟手段,可为道路交通提供实时的积水深度和风险等级,为城市内涝灾害应急管理提供内涝风险预测和预警产品。     

重庆不同天气系统短历时设计暴雨雨型比较研究

利用重庆主城区沙坪坝国家基本气象站1961—2017年逐分钟降雨资料,根据暴雨成因选取大范围区域暴雨型和局地强对流天气型两类短历时暴雨样本,采用PilgrimCordery法推求设计暴雨雨型,并比较两类天气系统下短历时设计暴雨雨型的差异。结果显示:区域暴雨型样本数占总样本数52.6%,60 min历时单峰型和均匀型占比分别为36.7%和26.7%,120 min历时多为单峰型且峰值在中部,180 min历时雨型主要为峰值在前部的单峰型。而强对流天气型样本数占总样本数的47.4%,短历时雨型基本都为峰值在前部的单峰型。相比区域暴雨型,强对流天气型设计暴雨雨型峰值位置出现较早,峰值强度偏强,降雨累积过程更快。60 min、120 min和180 min峰值分别提前5 min、35 min和20 min,10 a重现期峰值强度分别偏强0.5 mm·min~(-1)、0.9 mm·min~(-1)和0.9 mm·min~(-1)。在设计降雨量相同的情况下,强对流天气型平均积水时间更长,积水量更大,导致的内涝问题更突出。     

基于芝加哥法的柳州市设计暴雨雨型研究

利用柳州国家气象观测站1975~2014年共40a的逐分钟降雨过程资料,采用芝加哥法分析研究柳州市区设计暴雨雨型。结果表明:各重现期下柳州相同降雨历时设计暴雨雨型的形态一致,各短历时雨型大体呈单峰型;各短历时设计暴雨雨型雨峰位置基本处于整场降雨过程的1/3分位,降雨强度随着重现期的延长而增大;相同重现期下雨峰处降雨强度值随历时的增加呈现"减小—增大—减小"的波动趋势且历时120min的雨峰峰值最大。     

RCP45和RCP85气候变化情景下上海市暴雨内涝适应性

气候变化情景下随着城市雨岛效应的增强,极端降水呈逐渐增加的趋势,从而将加重城市未来的防汛形势。本文采用上海暴雨内涝评估模型(SUM),分析各排水区块的暴雨内涝脆弱性特征,并基于未来降雨强度的模式模拟结果进行极端降雨条件下中心城区内涝情景模拟,分析气候变化对城市排涝的影响,评估RCP4.5和RCP8.5情景下上海市暴雨内涝适应性。结果表明:上海市的静安、黄浦、虹口和长宁等区的暴雨内涝脆弱性相对较高,在未来气候变化情景下上海市中心的城区内涝逐渐增强,以3年一遇的降水强度为例,中心城区积水面积增幅约为3.74km2/10a;在当前排水能力下,上海市中心城区各排水区块平均每10a增加14.86%的透水面积才能抵消气候变化所带来的城市内涝的增加,其中浦东地区的透水面积预期增幅总体上低于浦西。     

不同选样方法对Pilgrim&Cordery设计暴雨雨型的对比研究

采用宜昌市主城区国家基本站长序列的逐分钟降雨过程资料,利用PilgrimCordery法(简称"PC法")比较通过自然降雨过程和最大历时过程两种降雨场次样本选样方法推求的设计暴雨雨型,并分析结果差异。结果表明:基于自然降雨过程和最大历时过程选样,利用PC法推求的宜昌市主城区短历时设计暴雨雨型基本都为单峰型,且雨峰均出现在整场降雨过程的前1/3时段。两种选样方法推求的短历时设计暴雨雨型的雨量分配比例存在较大差异,自然降雨过程选样推求的雨型雨峰峰值占总雨量的比例相较于最大历时过程的数值偏大,更为突出。实际工程设计中,设计师应当根据最大历时过程的选样规则进行推求,结合一定重现期下各个历时的降雨量值,进而得到各历时时程分配的具体雨强;计算得到宜昌市主城区重现期2a历时60、120、180 min的雨峰时段雨强分别为1.16、0.86、0.72 mm/min。     

天津地区设计暴雨强度的推算与适用

设计暴雨是防洪和排水设施建设的重要基础,完善设计暴雨是加强应对区域洪水和城市内涝灾害风险的重要保障。由于一般气象站的暴雨观测资料不足以推算城市排水所需的设计暴雨强度,因此研究如何最大限度地利用常规观测资料,对于在空间上细化城市排水设计暴雨具有重要意义。该文选取天津市区和塘沽两个具有长年分钟雨量资料的气象站,基于年最大值和年多值两种数据采样方式对暴雨强度进行推算,并分别编制了暴雨强度公式。与天津市区相比,塘沽的暴雨强度明显偏大,其在市政排水设计上不宜采用与天津市区相同的标准,否则将面临更大的暴雨内涝风险。对比分析两种暴雨强度公式计算值表明:当标准为2~10年一遇时,基于年最大值采样法的暴雨强度公式在排水设计上具有适用性,即利用常规观测资料推算的设计暴雨强度在排水设计方面的适用范围。这为在空间上进一步细化城市排水设计暴雨提供了参考。     

湖州城市暴雨内涝预警预报系统研制

在引进暴雨内涝仿真模型基础上,基于GIS,集合湖州市城市地理、河道地形、工程设施、气象监测、防洪调度等基础空间信息,构建了完整的湖州市暴雨内涝数学模型,以城区气象自动站资料、数值预报产品、雷达估测降水、主观降水预报等作为实况和预报用降雨边界条件,建立了湖州城市暴雨内涝预警预报系统。并运用该系统对发生在1999年6月24日—7月1日的连续暴雨造成严重城市内涝过程,以5种内河水位为初始水位条件,进行了历史反演,反演结果与历史描述基本相符,最大积水深度和位置基本一致,积水面积偏小。反演结果显示:本系统具备一定的暴雨内涝动态监测预报能力,对拓展城市灾害预报服务领域,提高城市暴雨内涝灾害监测、预报、灾害风险评估水平具有一定的参考作用。     

基于城市暴雨内涝数学模型的福州内涝灾害风险评估

以福州市城区地表和明渠河道为主要模拟对象,结合福州市城区高精度地理信息、排水设施、排水运作方式等数据,建立福州城市暴雨内涝数学模型。利用该模型对福州市历史上3次典型降雨过程以及不同重现期降雨造成的城区内涝灾害进行模拟。对模型的模拟结果与实况积水进行评估表明,3次降雨过程的模拟与实况积水深度绝对误差小于10 cm的积水点分别占比为50%、78%、76%。模型对雨强较大的短时强降雨过程,模拟效果稍差,模拟积水比实况积水整体偏小;对长时间、雨强比较平均的降雨,整体模拟效果较好。利用模型对不同重现期降雨下福州市城区内涝灾害风险进行评估表明,模型能够客观反映不同重现期降雨过程下福州市城区内涝灾害风险分布。     

南宁市新一代暴雨强度公式与暴雨雨型研究

利用南宁气象站1953—2014年共62a的逐分钟降雨资料,建立南宁市暴雨强度公式和重现期2a历时30、60、90、120、150、180min以5min为单位时段的设计暴雨雨型。结果表明:(1)P-Ⅲ分布曲线对南宁市各历时降雨量的拟合效果最好。(2)采用P-Ⅲ分布、最小二乘法参数组合方法计算南宁市暴雨强度公式误差较小。(3)历时30min的设计暴雨雨型雨峰位置处于整场降雨过程的1/2分位,历时60-180min的雨峰位置基本处于整场降雨过程的1/3分位。雨峰处降雨强度随着历时的增加而增加。     

2017-2019年东莞城区内涝特征及与降雨关系分析

利用东莞城市内涝预报验证系统的积水和降雨数据、SWIFT自动站资料、NCEP再分析资料、广州雷达基本反射率资料,对2017年3月-2019年9月东莞城区内涝特征及内涝与降雨的关系进行分析,结果表明:东莞城区内涝发生频繁,重度内涝较多,内涝事件多发生在前汛期(4-6月),以5月最多;与长时间降雨相比,短时强降雨更易导致城...     

贵阳市暴雨变化趋势及短历时暴雨雨型研究

该文利用贵阳站1951—2013年逐日降水量及1961—2013年逐分钟降水量资料,对贵阳市暴雨变化趋势进行分析,其结果显示贵阳市暴雨平均雨量整体呈上升趋势,暴雨日数及总暴雨量总体呈现出下降趋势,21世纪以来贵阳市暴雨强度有所增强,近30 a的降水极端性及降水强度较强。以1981—2013年逐分钟降水资料为数据基础,依据《室外排水设计规范》(GB50014-2006,2014版)及《城市暴雨强度公式编制和设计暴雨雨型确定技术导则》(2014版)要求新修编的贵阳站暴雨强度公式,采用芝加哥雨型法确定贵阳市短历时暴雨雨型,雨峰综合系数为0.405,即雨峰位于整个降雨过程的终端偏前的时刻。     

南京地区城郊降雨差异特征分析

利用2009—2013年南京市71个加密自动气象站逐时降水观测资料,对南京地区城郊降雨差异的特征进行了分析。结果表明:南京地区城市"雨岛效应"存在明显的季节差异,城市"雨岛效应"集中出现在6—8月,尤其是7月和8月,而南京地区其他季节城郊降雨无明显差异。对于不同量级的降雨,南京地区小雨、中雨和大雨的降雨量城郊差异均不显著;而城市化使南京地区6—8月暴雨和短时强降水的城郊差异较明显,城区暴雨发生频次和强度及短时强降水的发生频次均高于周边郊区,易形成城市洪涝灾害。城市化进程对一般性降雨的城郊差异影响较小,但城市化使城区夏季暴雨和短时强降水等灾害性降水事件明显加强。     

气候变化背景下北京市短历时暴雨的强度及雨型变化特征

利用1961—2017年北京观象台站逐分钟降雨资料,根据《城市暴雨强度公式编制和设计暴雨雨型确定技术导则》,建立了北京市1961—1990年和1991—2017年两个气候态下的暴雨强度公式和2 a重现期下历时30 min、60 min、90 min、120 min、150 min、180 min以5 min为时间段的设计暴雨雨型。结果表明：1）P-Ⅲ型分布曲线对北京市两个气候态下各历时降雨量的拟合效果最好,暴雨强度公式精度最高。2）对比1961—1990年和1991—2017年暴雨强度公式,整体而言,后者各历时重现期的暴雨强度值较低,但随着重现期的增大,两者的雨强差值也增大。3）1961—1990年和1991—2017年短历时雨型的雨峰位置系数分别为0.436和0.382,2 a重现期下前者的各历时雨峰位置比后者提前,各历时累积降雨均在初期增长较慢、雨峰前后增长较快,之后增速明显减缓。     

北京降雨过程分型特征及短历时降雨重现期研究

利用北京观象台1961—2004年44 a逐分钟自记降雨资料,采用模糊识别法和统计分析法对北京市降雨过程进行雨型分型,并对5、10、15、20、30、45、60、90、120、180 min共10种不同短历时年最大降雨极值的概率分布利用指数分布、耿贝尔分布和皮尔逊Ⅲ型概率分布函数进行拟合。在此基础上,推算各历时降雨重现期极值。结果表明,暴雨天数年代际差异较大,暴雨量主要集中在50~100 mm范围内;不同月份雨型分布不一致,6月多双峰型,7—9月多单峰型雨型;总体上,北京降雨过程多为单峰型,占80%以上。最大降雨量主要出现在午后至傍晚和凌晨;北京短历时降雨极值的概率分布多数不服从指数分布而服从皮尔逊Ⅲ型分布;重现期降雨极值随历时增加而增大,2 a至100 a重现期内10 min降雨极值取值为10.4~22.6 mm,60 min降雨极值取值为22.3~59.2 mm,180 min取值为53.0~89.8 mm。     

湖北宜昌市区暴雨雨型的演变特征

利用湖北省宜昌市宜昌基准站1956—2013年逐分钟降雨资料,对宜昌市区暴雨雨型的演变特征进行分析,并采用同频率分析法推求该地区历时6 h、12 h、24 h的设计暴雨雨型。结果表明:宜昌市区1956—2013年汛期(5—9月)前期易发生持续12~24 h或24 h以上、降雨量50~100 mm的暴雨,而中后期易发生持续12 h以下、降雨量30~70 mm的暴雨。1956—2013年,宜昌市区短历时、中长历时、长历时暴雨和大暴雨发生次数缓慢增加,而特长历时大暴雨明显减少。其中,短历时暴雨的峰值趋于增大,持续时间趋于增加;中长历时暴雨的小时雨量无显著变化,但雨量分布、雨峰趋于后移,持续时间趋于增加;长历时暴雨的小时雨量趋于减少,雨量分布、雨峰趋于前移,持续时间趋于缩短。宜昌市区历时6 h、12 h、24 h的设计暴雨雨型均为典型的单峰型,雨峰分别位于第20、34、113时段。