雨量分析的几个要素
不上你的当
2022年09月05日 13:41:51
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在雨水管渠系统设计中,管渠是主要的组成部分。所以合理、经济地进行雨水管渠设计具有很重要的意义。 任何一场暴雨都可用自记雨量计记录中的两个基本数值(降雨量和降雨历时)表示其降雨过程。通过对降雨过程的多年(一般具有20年以上)资料的统计和分析,找出表示暴雨特征的降雨历时、暴雨强度与降雨重现期之间的相互关系,作为雨水管渠设计的依据。这就是雨量分析的目的。

在雨水管渠系统设计中,管渠是主要的组成部分。所以合理、经济地进行雨水管渠设计具有很重要的意义。

任何一场暴雨都可用自记雨量计记录中的两个基本数值(降雨量和降雨历时)表示其降雨过程。通过对降雨过程的多年(一般具有20年以上)资料的统计和分析,找出表示暴雨特征的降雨历时、暴雨强度与降雨重现期之间的相互关系,作为雨水管渠设计的依据。这就是雨量分析的目的。







1.降雨量(rainfall)

降雨量是指降雨的绝对量,即降雨深度。用H表示,单位以“mm”计。也可用单位面积上的降雨体积(L/hm?)表示。在研究降雨量时,很少以一场雨为对象,而常以单位时间表示。

年平均降雨量:指多年观测所得的各年降雨量的平均值。

月平均降雨量:指多年观测所得的各月降雨量的平均值。

年最大日降雨量:指多年观测所得的一年中降雨量最大一日的绝对量。



2.降雨历时(duration of rainfall)

是指连续降雨的时段,可以一场雨全部降雨的时间,也可以指其中个别的连续时段。

用t表示,以“min”或“h”计,从自记雨量记录纸(如图1-1所示)上读得。








3. 暴雨强度(rainfall intensity)

是指某一连续降雨时段内的平均降雨量,即单位时间的平均降雨深度,用i表示。

 i=H/t(mm/min)

在工程上,常用单位时间内单位面积上的降雨体积q(L/(s·hm?))表示。q与i之间的换算关系是将每分钟的降雨深度换算成每公顷面积上每秒钟的降雨体积,即:q=10000×1000i/1000×60=167i

式中q——暴雨强度(L/(s·hm?));

167——换算系数。

图片

自记雨量记录(1-1)

暴雨强度是描述暴雨特征的重要指标,也是决定雨水设计流量的主要因素。所以有必要研究暴雨强度与降雨历时之间的关系。在一场暴雨中,暴雨强度是随降雨历时变化的。如果所取历时长,则与这个历时对应的暴雨强度将小于短历时对应的暴雨强度。在推求暴雨强度公式时,降雨历时常采用5、10、15、20、30、45、60、90、120、150、180min11个时段,另外从图 1-1 可知,自记雨量曲线实际上是降雨量累积曲线,曲线上任一点的斜表示降雨过程中任一时的强度,为瞬时暴丽大。因此,在分析暴用资料时,必须选用对应各降雨历时的最陡那段曲线。即最大降雨量。但由于在各降雨历时内每个时刻的暴雨强度也是不同的,因此计算出的各历时的暴南强度称为最大平均暴雨强度。表1-1所列最大平均暴雨强度是根据图1-1 整理的结果。



4.降雨面积和汇水面积(rainfall area. catchment area)

降雨面积是指降雨所笼罩的面积,汇水面积是指雨水管渠汇集雨水的面积。用F表示,以公顷或平方公里为单位(hm?或 km?)。

任一场暴雨在降雨面积上各点的暴雨强度是不相等的,就是说,降雨是非均匀分布的。但城镇或工厂的雨水管渠或排洪沟汇水面积较小,一般小于 100km,最远点的集水时间不至超过60min到 120mn。在这种小汇水面积上降雨不均匀分布的影响较小。因此,可假定降雨在整个小汇水面积内是均匀分布,即在降雨面积内各点的i相等。从而可以认为,雨量计所测得的点雨量资料可以代表整个小汇水面积的面雨量资料,既不考虑降雨在面积上的不均匀性。

          最大平均暴雨强度          表1-1

降雨历时t(min)

降雨量H(min)

暴雨强度t(mm/min)

所选时段

5

10

15

20

30

45

60

90

120

6

10.2

12.3

15.5

20.2

24.8

29.5

34.8

37.9


1.2

1.02

0.82

0.78

0.67

0.55

0.49

0.39

0.32


19:07

19:04

19:04

19:04

19:04

19:04

19:04

19:04

19:04

19:12

19:14

19:19

19:24

19:34

19:49

20:04

20:34

21:04







5.降雨的频率和重现期

我们通常只研究自然现象的必然性规律,而概率论与数理统计学则研究自然现象的偶然规律。在一定条件下可能发生,也可能不发生,或按另外的样子发生的事情,叫做偶然事件。例如,每年夏季降雨最多这一现象几乎在大多数地方都存在,但具体到某地究竟降多大的雨,在对未来长期气象情势作出正确预报尚有困难的今天只能看成是偶然的。但是,通过大量观测知道,偶然事件也有一定的规律性,例如,通过观测可知,特大的雨和特小的雨一般出现的次数很少,即出现的可能性小。这样就可以利用以往观测的资料,用统计方法对未来的情况作出估计,找出偶然事件变化的规律,作为工程设计的依据。

(1)暴雨强度的频率

某一大小的暴雨强度出现的可能性,和水文现象中的其他特征值一样,一般不是预知的。因此,需通过对以往大量观测资料的统计分析,计算其发生的频率去推论今后发生的可能性。某特定值暴雨强度的频率是指等于或大于该值的暴雨强度出现的次数m与观测资料总项数n 之比的百分数,即 Pn=m/n×100%。

观测资料总项数n为降雨观测资料的年数 N 与每年选人的平均雨样数M 的乘积。若每年只选一个雨样(年最大值法选样),则n=N,Pn=m/N×100%,称为年频率式。若平均每年选入M个面样数(一年多次法选样)则n=NM,Pn=m/NM×100%称为次频率式。从公式可知,频率小的暴雨强度出现的可能性小,反之则大。

这一定义的基础是假定降雨观测资料年限非常长,可代表降雨的整个历史过程。但实际上是不可能的,实际上只能取得一定年限内有限的暴雨强度值,因而n是有限的。因此,按上面公式计算得出的暴雨强度的频率,只能反映一定时期内的经验,不能反映整个降雨的规律,故称为经验频率。从公式看出,对最末项暴雨强度来说,其频率Pn=100%,这显然是不合理的,因为无论所取资料年限有多长,终不能代表整个降雨的历史过程,现在观测资料中的极小值,就不见得是整个历史过程的极小值。因此,水文计算常采用公式Pn=m/N+1×100%计算年率,用公式Pn=m/NM+1×100%计算次频率,如果观测资料年限越长,经验频率出现误差就越小。

《室外排水设计规范》规定,在编制暴强度公式时必须具有20 年以上自记雨量记录。在自记雨量记录纸上,按降雨历时为5、10、15、20、30、45、60、90、120、150、180min,每年选择 6~8场最大暴雨记录,计算暴雨强度i值。将历年各历时的暴雨强度按大小次序排列,并不论年次选择年数的3~4 倍的最大值作为统计的基础资料。

(2)暴雨强度的重现期

频率这个名词比较抽象,为了通俗起见,往往用重现期等效地代替频率一词。

某特定值暴雨强度的重现期是指等于或大于该值的暴雨强度可能出现一次的平均间隔时间,单位用年(a)表示。重现期P与频率互为倒数,即:P=1/Pn。

按年最大值法选样时,第m项暴雨强度组的重现期为其经验频率的倒数,即重现期P=1/Pn=N+1/m(a)。按一年多次法选样时,第m项暴雨强度组的重现期P=NM+1/mM(a)


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