武汉暴雨强度公式的推算与优化

中南民族大学毕业论文(设计)学院：资源与环境学院专业：水文与水资源工程年级：2012题目:武汉暴雨强度公式的推算与优化学生姓名：周凯学号：2012215335指导教师姓名：黄治勇职称:研究员年月日中南民族大学本科毕业论文（设计）原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：年月日目录摘要：..............................................................................................................................................1Abstract.............................................................................................................................................11概论...............................................................................................................................................21.1论文选题背景及研究意义.................................................................................................21.1.1论文的选题背景......................................................................................................21.1.2论文选题的研究意义...........................................................................................21.2国内外研究现状..............................................................................................................21.3本论文研究的内容..........................................................................................................42实验过程.....................................................................................................................................42.1所用资料..........................................................................................................................42.2武汉市降雨频率分析......................................................................................................52.3降水极大值的时间分布特征..........................................................................................62.4暴雨日年际变化特征分析..............................................................................................62.5暴雨过程特征分析.............................................................................................................73暴雨强度公式修订.....................................................................................................................84.1结论..................................................................................................................................144.2讨论..................................................................................................................................15武汉暴雨强度公式的推算与优化-1-武汉暴雨强度公式的推算与优化摘要：作为一个千万级人口的大城市，武汉处在我国南北气候过度带，暴雨灾害频繁发生，在面对城市发展对排水系统有更高的要求时，必须要有准确的暴雨强度公式来给城市的雨水排水系统的设计做依据。本文对国内外的研究暴雨公式进行阐述，并通过武汉近年来降雨分布、频率等资料（1951-2012），对武汉市降雨频率、降水极大值时间分布特征、暴雨日年际变化特征和暴雨过程特征进行了分析，在指数分布、耿贝尔、皮尔逊三种现行的几种研究方法进行了适用性、差异性的探讨并从中选取皮尔逊法对武汉暴雨强度公式进行拟合。再通过对暴雨强度公式的精度进行检验，并最终得出相对准确的暴雨强度公式。并在降雨分析过程中发现如下几个结论：武汉年降雨量在近几年有上升趋势、丰水年与枯水年的一个循环平均年数为15年、夏季暴雨日占全年暴雨日的64.5%、在武汉24小时降雨量情况中16时占24小时降雨量的比例最大，约占38.9%。且降雨分布主要集中在13至18时这7个小时内。通过以上结论可以为武汉暴雨预警及洪水设计提供针对性的预防。关键词：暴雨强度公式、重现期、降雨历时CalculationandoptimizationofheavyrainintensityformulainWuhanAbstract：Asoneoftenmillionpopulationinlargecities,WuhaninChina,theclimateinthenorthandsouthoverthezone,therainstormdisastersoccurfrequently,inthefaceofurbandevelopmentofdrainagesystemandhigherrequirementswhichmustbeaccuratelytherainstormintensityformulatodoaccordingtothedesignofurbanrainwaterdrainagesystem.Inthispaper,thedomesticandforeignresearchontherainstormformulaisdescribed,theexistingresearchmethodsareapplied,thedifferencesarediscussedandthesuitablemethodischosentofittheWuhanrainstormintensityformula.Keywords:Heavyrainintensityformula,Recurrenceperiod,Durationofrainfall武汉暴雨强度公式的推算与优化-2-1概论1.1论文选题背景及研究意义1.1.1论文的选题背景武汉属亚热带季风性湿润气候区，具有雨量充沛、日照充足、四季分明，夏高温、降水集中，冬季稍凉湿润等特点。一年中，1月平均气温最低，为3.0℃；7月平均气温最高，为29.3℃，夏季长达135天；春秋两季各约60天，且与周围的农村相比，武汉作为一个大城市，在热岛效应的作用下，城市温度会明显高于周围农村，而且城市热岛效应会对水汽蒸发、空气对流造成影响，从而影响降雨特性，而且城市有很多大规模的建筑群，对空气流动有很大阻碍作用因此也会影响空气对流，最后因为城区工厂生产，交通运输以及人类日常活动使城市上空大气中尘埃比天然情况下高出很多倍，尤其在武汉这样一个千万人口而且拥有大量重工业的城市。综上，武汉市的雷雨天气会明显高于周边农村武汉。湖北省地理位置特殊，降水气候特征明显，如历史曾出现过1931、1954、1998三次特大洪水等情况，另外因为近年来在城市化过程中造成大量的植被削减以及其山地、丘陵为主的特殊地形条件，导致旱涝灾害频发，及滑坡泥石流等地质灾害的发生，造成了当地人在民生产生活和交通运输等方面的巨大的隐患。而武汉作为湖北省省会的更是首当其冲，作为湖北省的经济、文化、政治中心,短历时暴雨带来的城市渍涝,会对对公共交通，生产生活，社会活动造成较大影响。1.1.2论文选题的研究意义我国绝大部分城市所采用的暴雨强度公式是20世纪80年代编制的。我国城市暴雨强度公式的资料年数一半以上为20～29年,资料年数相对较少,迫切需要及时更新。而且,我国尚有一些城镇没有自己的暴雨强度公式。有的城镇的编制公式所用的暴雨资料年限较短,导致误差较大,公式的准确度、可依赖度不高。而作为发展日新月异的武汉，尤其是在近些年来城区向外大幅扩展，城市及周边地貌不断变化，以前所计算的暴雨强度公式应有所偏差，所以应重新计算武汉的暴雨强度公式并对其进行优化。1.2国内外研究现状张子贤、孙光东、孙建印[1]等用暴雨强度公式直接拟合实际降雨量，提高拟合精度、减少不同理论频率曲线的选择与拟合环节的方法，研究发现，采用非线性回归方法比传统方法所求得的确定暴雨强度公式拟合实测雨强样本的误差平方和为最小，而且可以避免推求暴雨强度武汉暴雨强度公式的推算与优化-3-总公式参数的任意性。为了实现总公式参数的直接寻优，采用线性回归方法来研究暴雨强度公式的直接拟合，从而增强了总公式参数的准确度。任雨、李明财、郭军、杨艳娟、熊明等[2]研究表明，一般气象站由于空间分布稀疏，而且不能完全代表城市降雨的分布，所以采用一般气象站的暴雨观测资料不足以推算城市暴雨强度公式，必须采用更精细的观测资料在空间上细化城市暴雨强度公式。短历时极端强降雨有很大空间变率，因此尽可能最大程度地利用观测资料对于在空间上细化设计暴雨具有重要意义。邵尧明等[3]中指出，城市暴雨受到地形地貌及城市化的影响巨大，且城市化对降雨的影响在汛期影响较为突出。在张子贤、孙光东、韩成标、孙建印等[4]研究指出，采用麦夸尔特法确定衰减指数为函数型的五参数暴雨强度公式的方法所计算出的重现期的绝对均方差均小于0.05mm/min。由此可见该方法能有效降低重现期较小与较大时的绝对均方差。陈奕[5]通过研究,认为采用优选回归法、高斯—牛顿法和麦夸尔特法求解暴雨强度公式的研究后表明城市化程度对暴雨强度公式的推算有相当大的影响。顾春明[6]在研究中认为在针对重现期在一年以上时城市雨量资料取样中采用年最大值取样可以在保证一定精度，而且取样简单易得。金家明[7]在研究中指出，合适准确的城市