城市暴雨强度公式编制和设计暴雨雨型确定技术导则.pdf

1、附件 2 城市暴雨强度公式编制和设计暴雨雨型确定技术导则 Technical Guidelines for Establishment of Intensity-Duration-Frequency Curve and Design Rainstorm Profile 住房和城乡建设部 中国气象局 2014 年 4 月 前 言 建立完善的城市排水防涝系统，是提高城市防灾减灾能力、保障人民群众的生命财产安全的基本要求，是促进城镇化健康发展、建设生态文明社会的重要内容。基于历史降雨记录资料，采用数理分析方法，科学表达城市暴雨特征,是一项关键的基础性工作。为规范该项工作的开展，特制订城市暴雨强度公式

2、编制和设计暴雨雨型确定技术导则（以下简称导则）。本导则规定了城市暴雨强度公式编制和设计暴雨雨型确定的基本要求、技术流程、原始资料和统计样本、频率计算和分布曲线、暴雨强度公式参数求解、暴雨雨型确定和适应性分析等方面的技术要求。各地可参照本导则开展城市暴雨强度公式的编制、修订以及设计暴雨雨型确定工作。城市暴雨强度公式编制工作除符合本导则外，还应符合现行国家相关标准和规范。组织编制部门：中华人民共和国住房和城乡建设部、中国气象局 主编单位：中国气象局公共气象服务中心 上海市城市建设设计研究总院 参编单位：广东省气候中心 江苏省住房和城乡建设厅 北京市气候中心 中国城市规划设计研究院 住房城乡建设部城

3、镇水务管理办公室 北京世纪千府国际工程设计有限公司江苏分公司编制组组长：宋丽莉 编制组副组长：张善发 何伶俊 编制组成员：（按姓氏笔划为序，排名不分先后）马京津、牛璋彬、王家卓、刘海波、吕永平、何 健、李兰娟、李 帅、杨振斌、芮孝芳、陈天放、陈 玮、陈清锦、房小怡、洪光雨、郝庆庆、徐连军、徐慧纬、贾仁勇、高 原、黄克江、植石群、蒋成煜、蒋承霖、蒋 明、蒋品平、谢映霞 目录 1 总则.1 1.1 适应范围.1 1.2 编制依据.1 1.3 基本要求.1 1.4 内容和方法.2 2 术语和符号.2 2.1 术语.2 2.3 量纲单位.3 3 降雨资料和统计样本.3 3.1 站点选择.3 3.2 原

4、始资料.4 3.3 统计样本选取.4 4 频率计算和分布曲线.5 4.1 频率和重现期计算.5 4.2 频率分布曲线拟合.5 5 暴雨强度公式.6 5.1 暴雨强度公式拟合.6 5.2 暴雨强度公式拟合精度检验.7 6 短历时暴雨雨型确定.7 7 图表绘制.8 8 适用性分析.10 8.1 时间分布特征分析.10 8.2 空间分布特征分析.10 8.3 社会影响分析.10 9 编制成果.11 9.1 编制成果.11 9.2 问题与建议.11 附录.12 附录 A 暴雨强度公式编制技术流程.12 附录 B 自记纸降雨记录资料处理.12 附录 C 理论频率曲线类型.14 1 皮尔逊型曲线.14 2

5、 耿贝尔（Gumbel）分布曲线.15 附录 D 短历时暴雨雨型.16 附录 E 常用图表格式样张.18 附录 F 有效数字.23 编制说明.24 1 总则.24 2 术语和符号.25 3 降雨资料和统计样本.25 4 频率计算和分布曲线.28 5 暴雨强度公式.29 6 短历时暴雨雨型.30 7 图表绘制.30 8 适用性分析.31 9 编制成果.31 1 1 1 总则总则 1.11.1 适应范围适应范围 本导则规定了暴雨强度公式编制和暴雨雨型确定的基本要求、技术流程、降雨资料和统计样本、频率分布曲线、暴雨强度公式参数求解、短历时设计暴雨雨型确定、图表绘制、适应性分析和成果表达格式等方面的技

6、术要求。本导则适用于各地编制城市暴雨强度公式和确定设计暴雨雨型。1.2 1.2 编制依据编制依据 本导则引用了下列法规、条例、规范中的有关条款。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本导则。室外排水设计规范（GB500142006，2013年版）数值修约规则与极限数值的表示和判定（GB/T 8170-2008）地面气象观测规范第 8 部分：降水观测（QX/T 52-2007)地面气候资料30年整编常规项目及其统计方法（QX/T 22-2004）地面气象观测资料质量控制（QX/T 118-2010）水利水电工程设计洪水计算规范（SL44-93）城市排水工程规划规范（GB 50318-2000）

7、建筑给水排水设计规范（GB 50015-2003）公路排水设计规范（JTJ 018-97）1.3 1.3 基本要求基本要求 1.3.1 为适应气候趋势性变化，保障城市安全，客观表达城市暴雨特征，提高城市室外排水工程规划设计的科学性，各地须编制和适时修订城市暴雨强度公式，确定适用的设计暴雨雨型。1.3.2 暴雨强度公式编制或修订及暴雨雨型确定工作须遵循：资料准确可靠、推算方法科学合理、编制成果规范表达的原则。2 1.4 1.4 内容和方法内容和方法 1.4.1 暴雨强度公式编制和暴雨雨型确定工作内容包括：代表性站点选择、原始数据整理、降雨资料年限确定、统计样本建立、频率计算和分布曲线拟合、暴雨强

8、度公式参数求解、短历时设计暴雨雨型确定、图表绘制、成果适用性分析、成果编制印刷等。1.4.2暴雨强度公式编制和暴雨雨型确定工作是基于历史降雨资料，采用频率分析、数值拟合等数理统计方法，确定短历时暴雨强度的数学表达式以及雨型特征分析的过程。其技术流程见附录附录A A。2 2 术语和符号术语和符号 2.1 2.1 术语术语 2.1.1降雨历时 rainfall duration 指连续降雨的时段，为累积雨量的时间长度，以分钟（min）计。2.1.2 降雨量 rainfall amount 某一时段内降落到水平面上的雨水累积深度，以毫米（mm）计。2.1.3 降雨强度 rainfall intens

9、ity 指某一历时内单位时间（每分钟或每小时）的降雨量。2.1.4 短历时降雨 short duration precipitation 指降雨历时小于120 分钟的降雨。2.1.5 有效暴雨资料样本 effective rainstorm sample 作为暴雨公式和暴雨雨型编制的降雨数据样本。2.1.6 暴雨重现期 rainstorm return period 某一强度的暴雨重复出现的统计平均时间间隔，以年（a）计。2.1.7 暴雨雨型 rainstorm profile 不同降雨历时内的暴雨强度随时间变化的特征，以不同降雨历时的降雨过程线型表达。2.1.8 雨峰位置系数 peak in

10、tensity position coefficient 3 表征暴雨强度过程的雨峰位置的参数，从降雨历时开始至降雨峰值出现的时间段长度与降雨历时的比值。2.2 符号 i、q设计暴雨强度；P设计暴雨重现期；t降雨历时；A1雨力参数；C雨力变动参数；b降雨历时修正参数；n暴雨衰减指数；ri雨峰位置系数。2.3 2.3 量纲单位量纲单位 imm/min；qL/（shm2）；Pa；tmin；A1经验参数；C经验参数；b经验参数；n经验参数；ri无量纲参数。3 3 降雨资料和统计样本降雨资料和统计样本 3.13.1 站点选择站点选择 3.1.1降雨资料的站点选择应满足区域代表性、历史数据连续性和一致性

11、要求。3.1.2 站点选择应保证原始数据的随机性和独立性，不可采用数个站点的数据混合样本。4 3.1.3选择站点在资料年限内发生迁址、雨量记录仪更换时，需对降雨资料的代表性和一致性进行论证和说明。3.1.4 编制一个城市的暴雨强度公式，至少应选择一个代表性站点，城市地形地貌及降雨特征差异较大，并具备基础资料条件的城市，宜选择多个代表性站点编制当地不同区域的暴雨强度公式，以分别代表城市的不同区域特征。3.1.5 短历时暴雨雨型资料站点宜与暴雨强度公式站点一致。3.1.6 选择当地国家气象站或区域气象站作为代表性站点。若研究区域内无国家气象站和区域气象站或已设站点不满足上述要求时，可考虑选择其他行

12、业降雨观测站作为代表性站点或辅助站点，但应依据上述要求，对资料的可用性进行论证。3.1.7 站点选择须满足资料年限长度要求，根据室外排水设计规范（GB500142006，2013版）的要求，暴雨强度公式编制采用的年最大值法基础资料年限至少需要30年以上；短历时暴雨雨型资料年限宜为30年以上。宜通过降雨时间变化特征分析，合理选择资料年限，但需包括最近年份的降雨资料。3.23.2 原始资料原始资料 3.2.1原始降雨资料宜采用逐分钟自动记录的基础数据，主要包括以自记纸形式记录的逐分钟降雨资料和现代自动气象站自动记录的逐分钟降雨资料。3.2.2应按照气象数据审核规范，对原始资料进行数据质量检查、审核

13、。3.2.3 应收集给出基础资料涉及的各个观测站的降雨观测沿革。3.2.4 历史自记纸降雨记录资料处理，可按照附录附录B B规定进行。3.33.3 统计样本选取统计样本选取 3.3.1按照室外排水设计规范（GB500142006，2013版）的要求，暴雨公式编制的降雨历时应采用 5min、10 min、15 min、20 min、30 min、45 min、60 min、90 min、120 min、150 min、180 min共11个历时。3.3.2短历时暴雨雨型确定的降雨历时采用30 min、60 min、90 min、120 min、150 min、180 min共6个历时。3.3.3

14、统计样本选取，应采用逐分钟滑动统计法，选取各降雨历时雨量逐年最大值的降雨场次，记录选定降雨场次过程开始时间及逐分钟降雨量,作为各降雨历5 时的有效降雨资料样本。同一场次降雨过程中，同一种历时降雨不可以交叉，不受日、月界的限制（但不跨年）。3.3.4选取降雨资料样本中各降雨历时雨量的逐年最大值，作为暴雨强度公式编制的有效暴雨资料样本。3.3.5 选取降雨资料样本中各降雨历时雨量的逐年最大值的降雨场次，记录选定降雨场次过程开始时间及逐分钟降雨量，作为芝加哥法雨型统计的有效暴雨资料样本。4 4 频率计算和分布曲线频率计算和分布曲线 4.1 4.1 频率和重现期计算频率和重现期计算 4.1.1 样本按

15、照降序排列，样本经验频率按以下公式计算：=m/(n+1)其中,p为经验频率，m为排序数，n为样本容量，即样本总数。4.1.2 重现期与经验频率按照以下公式换算：=1/其中,P为重现期，p为经验频率（%）。4.1.3年最大值法计算降雨重现期宜按2年、3年、5年、10年、20年、30年、50年、100年等8个重现期计算。精度检验重点为重现期2-20年区间。4.2 4.2 频率分布曲线拟合频率分布曲线拟合 4.2.1 频率分布曲线拟合应基于选取的统计样本，采用经验频率曲线或理论频率曲线进行趋势性拟合调整，一般选择理论频率曲线，如：皮尔逊-型、耿贝尔型函数曲线等，详见附录附录C C。各地宜根据本地降雨

16、特点，选取部分代表站点进行多种频率分布函数的拟合试验，从中选取拟合效果较好的理论频率曲线函数类型。4.2.2采用理论频率曲线拟合频率分布曲线时，应结合当地统计分析降雨频率的经验，宜在控制拟合精度的同时，注意频率曲线的总体协调。4.2.3 根据编制暴雨强度公式重现期的范围要求（2-100年区间），需对拟合确定6 的频率分布曲线进行适线外延。4.2.4 根据确定的频率分布曲线，得出重现期(P)、降雨强度（i）和降雨历时（t）三者关系值，即P-i-t关系表。5 5 暴雨强度公式暴雨强度公式 5.1 5.1 暴雨强度公式拟合暴雨强度公式拟合 5.1.1 暴雨强度公式的表达形式为：1167(1lg)()nACPqtb（1）式中A1，b，n为待求的参数，q为暴雨强度，t为降雨历时。对式（1）两端求对数，得到：1lnln167ln(1lg)ln()qACPntb 设lnln(1lg)yqCP，01ln167bA，1bn，ln()xtb，则上式可写为：01ybb x（2）采用最小二乘法求出式（2）中的0b、1b。由于式（1）中的 b 也是未知数，在此推荐采用“数值逼近法”来处理：先给定一个b值，采用最