城市設(shè)計暴雨雨量資料統(tǒng)計及選樣方法

章魯琪 張真奇 湯沂園

摘 要：在錢塘江河口地區(qū)，屬感潮河網(wǎng)地區(qū)，地勢低洼，容易造成暴雨積水，加上河口城市排澇的承泄區(qū)受外江洪水和外海潮水的雙重控制，如暴雨時恰逢外江發(fā)生高水（潮）位時，會影響到城市排水等。本文針對河口地區(qū)城市特殊的下墊面情況及暴雨、洪水、潮汐的特性，結(jié)合實際資料進行深入研究，提出一套適合浙江省錢塘江河口城市實際情況的城市設(shè)計暴雨雨量資料統(tǒng)計及選樣方法。

關(guān)鍵詞：錢塘江河口；城市暴雨；暴雨選樣

0 引言

在城市暴雨雨量資料統(tǒng)計分析中，必須把必然規(guī)律的物理成因分析與其偶然性的統(tǒng)計分析密切結(jié)合起來，相輔相成解決實際問題。為此，本文結(jié)合水文統(tǒng)計學(xué)知識，對城市設(shè)計暴雨雨量資料統(tǒng)計分析中的選樣方法、頻率計算等進行分析和討論 [1]。

1 暴雨歷時的選用

市政排水設(shè)計所采用的降雨歷時一般分為5min、10min、15min、20min、30min、45min、60min、90min、120min等9個[2]，其基礎(chǔ)資料的收集一般來源于城市自記雨量資料。本次收集的降水量資料，主要是浙江省水文局已經(jīng)整編好的降水量資料摘錄表、短歷時暴雨統(tǒng)計表等資料中獲取，基于基礎(chǔ)資料的收集情況及本次暴雨研究的側(cè)重點是市政排水和區(qū)域排澇的銜接匹配問題，本次研究選定了6個不同的暴雨歷時，分別為1h、2h、3h、6h、12h、24h暴雨。

2 暴雨的選樣方法

2.1 年最大值法選樣

從每年各歷時的雨量資料中選用最大的一組雨量，在N年資料中選用N組最大值組成統(tǒng)計樣本。但該法的缺點是會遺漏在大雨年年內(nèi)排第二或第三而比小雨年內(nèi)排第一還大的較大雨量。

2.2 非年最大選樣法

超定量法或年多個樣本法：超定量法選樣是選取全部資料N年暴雨雨樣標準以上的所有資料，選樣個數(shù)與資料年限無關(guān)。年多個樣法是按不同歷時每年取最大的n組雨樣。

年超大值法選樣：在全部資料中，大雨較多年份每年各歷時選2～3個最大值雨樣，大雨較少年份每年各歷時選1個最大值雨樣，然后各歷時最大值按大到小排列，從首項開始取與資料年份系列相同個數(shù)的最大實測值組成樣本，及平均每年一個。該方法是從大量資料年中考慮它的發(fā)生年，其意義是一年發(fā)生一次的平均期待值。

當k≠1，有n=kN，一般的取k為整數(shù)，即取前kN個最大值作為計算系列，即年多個樣本法，則經(jīng)驗頻率（次頻率）計算式為：

式中：m—1，2，…，kN，為系列各值從大到小排列的序次。

次頻率與年頻率的計算公式，一般有3種方法。

方法一：

根據(jù)次頻率與年頻率的計算公式，可推求得：

當每年平均取樣個數(shù)k=1時，年多個樣法成為超大值選樣，因此有，說明年最大值法與年超大值法具有相同的概率分布特征，但實際中發(fā)現(xiàn)由于年最大取樣法會漏掉大水年份排在第二或第三位的暴雨，因此當資料年份不夠長時，對于2種選樣方法得到的同一重現(xiàn)期的暴雨，年超大值法選樣的樣本比年最大值法選樣的樣本大，特別是重現(xiàn)期低于5年一遇的樣本。因此，應(yīng)用上述重現(xiàn)期的轉(zhuǎn)換關(guān)系只有在暴雨資料年份很長時才近似成立。

3 結(jié)論

本文對不同選樣方法的重現(xiàn)期進行了轉(zhuǎn)換分析，結(jié)合錢塘江河口地區(qū)的降雨資料進行了選樣方法的統(tǒng)計對比分析，得出如下結(jié)論：

（1）年多個樣本法取樣，可直接獲得重現(xiàn)期小于1年的雨樣，因此對重現(xiàn)期較低的城市市政排水設(shè)計是合適的，通過實測資料分析，其次頻率與年頻率的重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換宜采用推薦的方法一進行。

但該方法存在資料收集難、統(tǒng)計工作量大、資料支出費用高等缺點，而隨著對城市內(nèi)澇認識的加深，城市防澇設(shè)計的重現(xiàn)期將達5～ 20年的標準，因此年多個樣本法已逐漸不適應(yīng)城市防澇設(shè)計的發(fā)展要求；

（2）年最大值法選樣簡單、獨立性強，在水文統(tǒng)計中一般用該法。但由于該方法會遺漏大水年份排第二或第三為的暴雨雨樣，因此不能反映現(xiàn)代城市排水設(shè)計中重現(xiàn)期較低的雨樣分布規(guī)律，年最大值法與年多個樣本法取樣的最大差別集中在10年一遇以下的較低重現(xiàn)期的暴雨雨樣，但兩者在10年一遇以上的較大重現(xiàn)期的暴雨雨樣差別減小。

年最大值法選樣的優(yōu)點是統(tǒng)計工作量小，缺點是該方法用于城市市政排水的設(shè)計暴雨推求時需要進行重現(xiàn)期的轉(zhuǎn)換，建

議重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換按或計算。

（3）市政排水設(shè)計的重現(xiàn)期一般較低，資料選樣較好的方法是年超大值法。年超大值法取樣的精度與年多個樣本法基本一致，且統(tǒng)計工作量減小，因此更適合市政排水設(shè)計的暴雨統(tǒng)計，但與年最大值法選樣對比，其缺點是統(tǒng)計工作量略偏大。

（4）城市的排澇既涉及到市政排水還涉及到城市的區(qū)域排澇，但重現(xiàn)期的選用有較大的差別，根據(jù)我國實際情況，一般城市市政排水的標準一般為1～3年一遇，更低的達到0.25～0.33年一遇，因此暴雨重現(xiàn)期的確定可以通過暴雨選樣統(tǒng)計后繪制經(jīng)驗頻率曲線內(nèi)插求得，而區(qū)域排澇的標準一般在10年一遇或20年一遇以上，采用經(jīng)驗頻率曲線存在一定的誤差，需要通過選用合適的頻率曲線線型進行頻率適線分析后確定。

參考文獻

[1]黃振平.水文統(tǒng)計學(xué)[M].河海大學(xué)出版社，2003.

（作者單位：浙江省水利水電勘測設(shè)計院）