暴雨分布对LID设施设计深度及径流削减效果的影响

目前在确定低影响开发(LID)措施的设计深度以及对径流削减能力的方法时,一般借鉴城市排水规范中的设计暴雨法,暴雨强度采用整个历时上的平均值,但其与实际暴雨分布有一定差别。针对不同暴雨分布对低影响开发措施的两个关键指标,首先分析了雨强分布对LID设施蓄水深度的影响,然后针对一定设计标准,研究了不同暴雨分布下,LID设施削减雨水径流的效果。结果表明,针对典型设计情况,暴雨分布对于LID设施蓄水设计深度影响不大,相对差别在15%左右。而针对一定设计,暴雨分布对于计算径流削减效果影响较大,在降雨分布十分不均的情况下可达21.5%,暴雨分布越不均匀差异越显著。在设计LID设施时可以采用平均雨强,但是在确定对变化显著的极端暴雨的削减效果时,不宜采用平均雨强,应尽可能采用接近实际暴雨过程的计算方法。     

南方高度城市化地区极端降雨特征分析及阈值确定——以深圳市为例

研究南方高度城市化地区极端气候变化规律,定义极端降雨事件的阈值并对地域风险进行评估,对于完善区域"三防"指挥系统的预报预警方案,应对气候变化和快速城市化过程中的极端暴雨内涝灾害风险,具有重要的现实意义。以深圳市为例,在收集统计2000-2015年暴雨灾害事件和相应的多个站点降雨数据基础上,采用模糊识别、PCI等方法分析了该区域的降雨雨型、集中度特征,并采用百分位法对深圳市极端降雨阈值进行了分析和计算。结果表明:造成深圳市内涝的大部分降雨主要是单峰型;均匀大量降雨是内涝主要产生原因;大鹏新区的降雨阈值最高,降雨阈值空间分布图从东往西呈逐渐减少趋势;深圳市极端降雨阈值为降雨频率P=1%的降雨值。     

黄河流域中游典型支流汛期降雨特性变化分析

选取黄河流域中游5条典型支流,基于74个雨量站点1980—2009年的日降雨数据和汛期降雨摘要数据(1～5h精度),利用Mann-Kendall趋势检验与突变检验方法分析研究区域内的汛期降雨特性变化。将次降雨按照场次雨量分级为小雨、中雨、大雨和暴雨,按照场次平均雨强分级为低雨强、中雨强和高雨强降雨,统计各级别的雨量、雨强、频次及历时等,综合探讨不同级别的降雨特性变化。结果表明,区域内汛期降雨总量有略微的增加,而雨强大幅减少;小雨、低雨强降雨的雨型转变明显,暴雨、高雨强降雨受到的影响相对较弱。本文对于理解以超渗产流为主的黄土高原区的产流模式有重要意义。     

降雨移动对河道洪峰影响研究——以深圳为例

全球气候变化和快速城镇化加剧了城市降雨过程的不稳定性,进而影响城市河道洪水过程,加剧了城市洪涝防治难度。本文以深圳市河湾片区为研究区,利用数值模拟方法研究了降雨移动方向对城市河道洪峰的影响。基于雨强和移动方向的不同组合构建了 1300 个降雨方案,并利用城市洪涝模型分别模拟了各降雨方案条件下的河道洪水过程,从模拟结果中提取河道断面的洪峰流量以构建评价指标,在全区、河道、断面等不同尺度进行了统计和对比分析。结果表明：随着雨强增加,降雨移动方向对河道洪峰的影响会减小;河道下游断面受影响程度明显高于上游断面;单个断面的洪峰受影响程度与降雨过程的移动方向呈现出较强相关性。研究结果可为城市洪涝防治和洪水风险评估提供参考。     

城市流域径流峰值对降雨时空异质性的响应

基于高时空分辨率的降雨产品,采用RainyDay暴雨生成器生成具有不同时空分布情景和降雨历时的设计降雨,通过分布式水文模型GSSHA模拟分析径流峰值对降雨时空异质性的响应规律,结合协方差分析方法和所构建的降雨时空异质性指标体系,定量研究不同降雨时空异质性指标对径流峰值的影响。结果表明:耦合短时序(2008—2016年)栅格降雨数据和RainyDay暴雨发生器,可以生成与实际降雨时空分布相似的流域设计降雨;降雨时空异质性对径流峰值具有显著的影响,其影响比降雨历时和降水量对径流峰值的影响大;雨峰系数、降雨集中度、1 h最大降水量对径流峰值的影响较大,其中雨峰系数的影响随着降雨历时或降雨重现期增大而减小,而降雨集中度则相反。     

2021年全球典型极端降雨灾害事件对比及综合防御

气候变化导致极端降雨过程频繁出现，严重危害生命、财产及生态环境安全，影响社会经济健康发展。对比分析不同区域极端降雨及其致灾过程案例，对于提高综合风险防御与应对能力具有一定意义。以2021年7月份发生在中国、欧洲、日本、印度等地的典型极端降雨事件为基础，通过情景复盘、归因分析、比较分析，探究极端降雨致灾特点。结果表明：极端降雨具有过程骤然性、落区局地性和雨强极值性等特征，极端降雨灾害具有隐患零存整现、破坏性能量集聚爆发、邻近空间链式致灾等特点。建议从基于自然水流系统的国土空间规划优化、提高防御工程标准和规范预警响应行动等方面提升综合防御能力。研究成果可为科学高效防御城市极端降雨灾害提供参考。     

基于WRF的郑州市暴雨中心最大时降雨过程模拟分析

为探究WRF模式对郑州市暴雨中心雨量最大时降雨过程的模拟能力,选用该模式常用的5种微物理过程方案,模拟郑州市2011-2018年发生的14场短时暴雨,结合时空分布、雨型、雨峰和降雨集中度等降雨特征进行分析。结果表明：WRF模式可以模拟出对应场次的降雨,但雨区位置有所偏移;60%以上场次降雨过程时间偏差在180 min内;模式对累积雨量模拟较好,模拟的降雨过程与实际过程相关性较高,但对过程雨量的模拟有所欠缺;采用模糊识别法分析雨型发现,WRF模式对郑州市单峰雨型模拟较好,对均匀类雨型模拟较差;WRF模式对单峰类雨型模拟时,其雨峰偏差基本控制在±30%内;13场降雨模拟结果的降雨集中度与实测结果基本相同。WRF模式总体模拟结果较为理想,可为郑州市短时暴雨研究提供数值方法的支撑。     

雨型对东北黑土区坡耕地土壤侵蚀影响的试验研究

降雨雨型对土壤侵蚀过程有重要的影响,也是当前土壤侵蚀研究的热点之一。通过野外原位人工模拟降雨试验,设计了次降雨中平均降雨强度、总降雨量相同的4种不同降雨雨型(均匀型:降雨强度为60mm/h;峰值型:降雨强度分布为30-90-60mm/h;延迟型:降雨强度分布为60-30-90mm/h;减弱型:降雨强度分布为90-60-30mm/h),研究降雨雨型变化对东北黑土区坡耕地土壤侵蚀的影响。结果表明:各雨型条件下休闲坡耕地径流总量的大小顺序为延迟型>减弱性>均匀型>峰值型,而土壤侵蚀总量的大小顺序为减弱型>均匀型>延迟型>峰值型。延迟型雨型的坡面径流总量是其它雨型的1.02~1.45倍,减弱型降雨的侵蚀总量分别是均匀型、延迟型和峰值型的1.03、1.36和2.68倍。同一雨强在不同降雨雨型中出现的位置不同,其产生的坡面径流量和侵蚀量对坡面总径流量、总侵蚀量的贡献率也不同,分布在降雨雨型起始位置的雨强对坡面径流量的贡献率最小;除30mm/h降雨强度外,分布在降雨雨型起始位置的雨强对坡面侵蚀的贡献率最大。研究还发现,试验设计中减弱型降雨雨型与东北黑土区夏季主要侵蚀雨型特点类似,是造成东北黑土区坡耕地土壤侵蚀相对严重的主要雨型。     

考虑降雨空间分布的城市内涝对模式雨型响应特征分析

短历时暴雨是形成城市内涝的主要原因,其雨型对内涝致灾影响显著。以陕西省西咸新区沣西新城为研究区域,基于模式雨型设计了具有不同集中度的典型暴雨过程,并考虑了降雨空间分布的不均匀性,应用城市雨洪模型(GAST-SWMM耦合模型)对7种模式雨型在不同重现期下的致涝特征进行模拟分析。结果表明：(1)单峰雨型比双峰雨型具有更强的致涝性,雨峰为中后峰的单峰雨型致涝性更强,雨峰为中峰的单峰雨型在小于50 a重现期下淹没量最大,而在大于50 a重现期下雨峰为后峰的单峰雨型淹没量最大,100 a重现期下其淹没量较雨型Ⅳ增大6.58%;(2)双峰雨型中雨型Ⅴ的致涝性最强,在100 a重现期时,其淹没量较雨型靠前的单峰雨型增加1 912.42 m³;在大于20 a重现期时,雨型Ⅴ在中风险区的积水面积较雨峰靠前的单峰雨型增大1.81%～2.29%;(3)各雨型在高风险区的积水面积峰现时间随重现期的变化而不同,雨型Ⅵ的峰现时间始终在降雨结束时出现,雨型Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ的峰现时间随着重现期增大而提前;雨型Ⅰ、Ⅲ的峰现时间在小于20 a重现期时随着重现期增大,分别从105 min延后至120 m...     

花岗岩发育红壤坡地侵蚀产沙规律试验研究

本文在对野外试验观测小区进行数年天然降雨观测的基础上，借助于模拟降雨试验方法对花岗岩发育红壤坡地的三种不同试验小区的水土流失过程与规律以及降雨强度对水土流失的实际影响作一些探讨．试验实测资料表明农耕小区与光板小区的产流产沙结果较为接近，产流比牧草小区大数倍至数十倍，侵蚀产沙大到数百倍，而且随雨强增加其相差更加悬殊．雨强与降雨能量是影响农耕地与光板地水土流失的重要因素，但对牧草小区影响不大，牧草对增加土壤入渗、增强土壤抗蚀性、防止雨滴溅蚀有极其显著作用与效益．最后本文简述了对坡地改良与利用的一些想法．     

城市暴雨强度公式复核 −以杭州主城区为例

在气候变化与快速城镇化共同影响下,很多城市暴雨特性发生变化,现行的暴雨强度计算公式可能不再适用,需要复核和更新。以杭州市主城区为例,根据钱塘江江畔闸口站1982—2022年降雨极值资料,分别选用皮尔逊Ⅲ型分布和耿贝尔分布曲线进行线型拟合,采用粒子群优化算法推求暴雨强度公式参数,与现行规范给出的暴雨强度公式进行复核分析。结果表明：在重现期为2~20 a时,根据皮尔逊Ⅲ型分布和耿贝尔分布推求得到暴雨强度新公式的平均绝对均方差均小于0.05mm/min,平均相对均方差均小于5%,符合精度要求;仅当降雨历时为10min时,2个新公式的暴雨强度要小于现行公式的暴雨强度,其他历时下2个新公式的暴雨强度都明显大于现行公式的暴雨强度;经合理性分析,本研究根据最新暴雨资料推求的暴雨强度公式可为杭州市主城区排水防涝工程设计和相关设施建设提供参考。     

镇江市降雨场次划分与暴雨特性分析

为划分镇江市降雨场次和分析暴雨特性,基于丹徒站1981—2016年汛期5—10月的逐分钟降雨资料,确定了降雨间隔时间,筛选了暴雨场次,分析了汛期各月暴雨次数和暴雨量的变化特性,解析了不同历时和不同强度暴雨的演变规律。结果表明:镇江市合理的降雨间隔时间为2 h;汛期总暴雨次数呈略微上升的趋势,总暴雨量以每10年43.4 mm的速度增加;汛期暴雨主要集中在6—8月,其暴雨次数占汛期总暴雨次数的73.0%,其暴雨量占汛期总暴雨量的73.5%;7月和8月的暴雨量及其对总降雨的贡献率呈增加趋势,其他月份呈减少趋势,暴雨集中度增强;不同历时的暴雨中,一般暴雨占比最大,特短、短暴雨次数增长趋势显著,且特短暴雨的强度呈增加趋势;不同强度的暴雨中,弱暴雨占比最大,中、强暴雨次数均有不同程度的增长。     

模拟降雨条件下不同下垫面滞水能力初探

适当优化土地利用方式,在一定程度上可作为城市排水的一个辅助条件,缓解城市暴雨积水问题。通过实验室模拟降雨,初步得出结论:在相同降雨强度的情况下,绿地相对于裸土而言具有较大滞水量。中小雨强情况下更为显著,两者滞水量相差20~25 mL/min。分析降雨因素对整个过程的影响,初步获得不同下垫面的滞水能力差异,在一定程度上验证土地利用方式对降雨径流产生的调蓄效应,可为未来区域土地利用规划、生态城市建设规划等提供参考。     

Significant climate change of extreme rainfall in Denmark.

During recent years, practitioners of urban drainage have complained that they felt that surcharging occurred more frequently. Therefore, a study was initiated focussing on the variations in extreme rainfall during the last two decades. In Denmark, a total of 41 rain gauges with a high resolution in time and volume have an observation period close to 20 years. The rainfall observed at these gauges was selected for this study. Three variables were analysed for statistically significant trends during the observation period: Maximum average 10 min intensity, maximum average 6h intensity and the total volume of individual rain events. For the 10 min maximum intensity there is a statistically significant trend towards more extreme and more frequently occurring rain storms. The trend is pronounced in the eastern part of the country and below statistically significant levels in the western part of the country. For the 6 h maximum intensity and total volume of events the trends are less pronounced. The findings are confirmed by comparison to physically based climate models and studies based on large regions.     

Use of ensemble simulations to evaluate the urban effect on a localized heavy rainfall event in Tokyo,Japan

Recently, localized heavy rainfall over highly urbanized areas has caused severe damage in Japan. Although studies have indicated that the presence of urban areas can intensify rainfall, the chaotic noise caused by differences in initial conditions can change the urban effect. Therefore, the usability of ensemble simulation methods for urban effects on a single localized heavy rainfall event must be clarified to synthesize state-of-the-art observations and numerical model studies. This study examined the difference in a localized heavy rainfall event under different initial conditions. We demonstrated the advantage of ensemble experiments using a cloud-resolving model to evaluate the urban effect. In this study, we focused on a localized heavy rainfall event that occurred over Tokyo on 5 August 2008 and killed five people working in a drainpipe. Two ensemble experiments were performed according to the lagged average forecasting (LAF) method. Each experiment had six members, with initial conditions spanning 6 h from 02 to 07 Local Standard Time (LST) on 5 August 2008. The model was integrated continuously through 18 LST for each run. The model had a horizontal grid resolution of 2 km. The first experiment (CTRL) used the actual land cover, anthropogenic heat, and geometric structures. The second experiment (PDDY) used an imaginary land cover in which the urban area was changed to paddy fields. Comparison of the ensemble means showed that the peak value of the maximum hourly rainfall decreased and the peak time was delayed in PDDY compared with CTRL. The smaller peak value and delayed peak time of rainfall in PDDY seemed to be caused by the weaker updraft associated with near-surface convergence, which was caused by weaker surface heating. Regardless of the difference caused by the initial conditions, the decrease in the peak value and the delay in the peak time were significant according to the t-test. Although the area was limited compared with near-surface temperature and horizontal wind convergence, a significant reduction in rainfall was also seen over the heavily urbanized area of Tokyo in the horizontal distribution of the difference in accumulated rainfall. These results indicate that although differences in the initial condition can change the modeled urban effect on rainfall, ensemble simulation methods can be used to examine the significance of the urban effect on a single localized heavy rainfall event.     

基于TIGGE多模式的6 h降雨预报精度对比分析

降雨数值预报是预防极端天气导致灾害事件的重要手段,其预报精度是预报产品是否被采用的依据。以跋山水库流域为研究对象,选取了TIGGE系统中的ECMWF、NCEP、CMA、JMA、UKMO共5个预报模式的控制预报与集合预报,分别从降雨分级预报检验和降雨量预报检验两个角度,利用Brier评分和Talagrand分布图,分析了2007—2019年5—9月控制预报和集合预报降雨数据的精度。结果表明:(1)就降雨分级预报而言,对于无雨、小雨和中雨量级,5个预报模式控制预报和集合平均预报效果相差不大;对于大雨量级,JMA和NCEP的控制预报效果最佳,JMA和UKMO的集合平均预报效果最佳;对于暴雨及以上量级,NCEP的控制预报和集合平均预报均效果最佳;(2)针对降雨量预报,UKMO控制预报和集合平均预报效果最佳;(3)无雨等级的Brier评分最高,且Brier评分随着降雨等级的提升而降低,表明大量级降雨时Brier评分较好;CMA的评分在无雨、小雨、中雨、大雨4个等级表现最好;(4)5个模式Talagrand分布形态均呈粗略的“U”字型,表明5个预报模式集合成员的分散不够。综合来看,UKMO和NCEP的预报效果最佳。据此研究可选出高精度的降雨预报产品。     

降雨时程分布对山洪灾害预警影响初步研究

由降雨时间分布的不均匀性带来的流域产流峰值的变化较大,在同一个流域,成灾流量及其它条件相同,但降雨过程不同,所需要的临界降雨量是不同的。因此,山洪灾害预警实践中,通常会因为实际的降雨过程与拟定山洪灾害预警指标所依据的雨型不一致而导致预警不准确。以云南省云县爱华镇田心村下轻木林和涌宝镇涌宝村岔河两个典型小流域为研究对象,构建雨量时程分布不均匀程度计算模型,以介于[-1,1]的无量纲不均匀系数表示降雨的时程分布特性,分析降雨时程分布不均匀系数与临界雨量的相关关系。结果表明:不均匀系数介于-0.8~0.8之间的14种雨量分布模式所引起的临界雨量变化在6.3%~29.6%之间,降雨时程分布越不均匀,临界雨量越小,其中主雨峰偏后的更为明显,说明流域降雨时程分布对山洪灾害预警影响显著。因此在山洪灾害预警实践中应根据实际的降雨过程对预警指标适当修正。     

泄洪雾化对天气环境影响的松弛同化方法研究

为实现在综合考虑地形和环境背景场条件下,模拟泄洪期间局地区域天气环境的变化情况,以数值天气预报系统为基础,建立了泄洪雾化对天气环境影响的松弛同化方法。结合大岗山水电站一次降雨过程和实际观测资料,拟定了泄洪雾化同化数据分类设置的参考值范围。运用泄洪雾化对天气环境影响的松弛同化方法,对大岗山水电站泄洪期间的天气环境变量进行了同化计算。由于大岗山水电站仅有2015年9月14日15∶30—16∶40泄洪数据,选取2015年9月14日16∶00时刻模拟数据分析得到,在考虑风向变化的条件下,风速变化值为8.76 m/s,纵向影响范围约2.1 km;温度降低了3.32℃,纵向影响范围约2 km;相对湿度升高了8.71%,纵向影响范围约2.8 km。模拟结果表明,风速受水舌风影响风向改变、风速升高,温度受泄洪雾化降雨影响降低,相对湿度受雨雾蒸发影响升高。同化模拟的结果均向观测数据趋近,模拟结果符合实际的观测情况。     

中等排放情景下中国未来不同强度降雨变化及其对总降雨贡献的预估(2006—2100 年)

为探究中国整体和不同区域的不同强度降雨雨量及其对总降雨雨量贡献率的变化趋势,采用ＲCP6. 0 中等排放情景下 2006—2100 年 WＲF 30 km × 30 km 日值降水数据,根据中国气象局颁布的降水强度等级划分标准进行研究。结果表明: ( 1) 在降雨雨量上,中等排放情景下 2006—2100 年中国小雨减少,强降雨增加。在降雨雨量贡献率上,小雨和中雨对总降雨的贡献率呈减少趋势,其他五种强降雨对总降雨的贡献率在增加,说明强降雨增加,降雨朝着极端化方向发展。暴雨对总暴雨的贡献率呈增加趋势,而大暴雨和特大暴雨对总暴雨的贡献率呈减少趋势,总暴雨对总降雨贡献率的增加是由于暴雨的增加起了关键作用。( 2) 在不同分区上,北方、东北和西藏地区不同强度降雨均呈增加趋势; 东南和西南地区除小雨外均呈增加趋势; 西北东部地区仅小雨、大暴雨和特大暴雨呈增加趋势;西北西部地区仅小雨、中雨和总降雨呈增加趋势。在降雨雨量贡献率上,北方和西藏地区除小雨外均呈增加趋势; 东北、东南和西南地区除小雨和中雨外均呈增加趋势; 西北东部地区仅小雨呈增加趋势; 西北西部地区仅小雨和中雨呈增加趋势。( 3) 在不同强度暴雨对总暴雨贡献率上,七大分区中的特大暴雨对总暴雨的贡献率除西北西部变化趋势不显著外,其他分区均呈不同程度的增加趋势。所得成果为类似研究提供参考。