暴雨随历时变化的单标度性质研究

将标度理论应用于暴雨的时间尺度问题，研究了暴雨强度随历时变化的标度性质，并探讨了暴雨公式的理论基础。由标度理论阐述了暴雨标度性质（标度不变性）在时间尺度上的意义，并用重庆北碚站的降雨资料对标度性质进行了验证，结果表明：在一定的时间尺度范围（1－7天）内暴雨强度随历时变化具有标度性质。最后由暴雨随历时变化的标度性质，说明了暴雨公式是暴雨在时间尺度上标度特性的表示。     

关于大流域洪量历时关系的探讨

根据在水文现象中广泛存在的自相似性，将标度不变性引入洪量历时关系，对大流域洪量随历时变化的性质进行了研究．用全国不同流域、不同地理气候条件地区的17个水文站的洪水资料，对洪量随历时的变化性质进行了研究．结果表明在一定的历时范围内，大流域洪量随历时变化具有单标度性质．由洪量随历时变化的标度性质，建立了洪水强度历时公式．     

关于大流域洪量历时关系的探讨

根据在水现象中广泛存在的自相似性，将标度不变性引入洪量历时关系，对大流域洪量随历时变化的性质进行了研究，用全国不同流域，不同地理气候条件地区的17个水站的洪水资源，对洪量随因时的变化进行了研究，结果表明：在一定的历时范围内，大流域洪量随历时变化具有单标度性质，由洪量随历时变化的标度性质，建立了洪水强度历时公式。     

宜昌城区短历时暴雨强度公式参数优化及暴雨雨型特征分析

基于历史降雨资料,采用数理分析方法,获得城市暴雨特征的量化表达,是城市风险管控、基础设施规划设计的关键性基础工作之一。根据宜昌城区短历时暴雨观测资料,应用遗传算法分别对皮尔逊-Ⅲ型频率分布曲线和暴雨强度公式参数进行了优化求解,通过趋势分析得到了近30 a的年际变化特征,采用芝加哥法分析确定了短历时暴雨雨型。结果表明:确定的宜昌城区暴雨强度满足精度要求;宜昌城区近30 a短历时暴雨的雨量峰值趋于增加,暴雨发生的历时主要集中在3 h以内。采用芝加哥法确定了重现期为2 a各降雨历时(步长取5 min)的设计暴雨雨型,雨峰位置的降雨强度随降雨历时的增加呈现出一定的上下波动,但各历时峰值在数值上相差并不明显。研究成果可为城市雨水径流控制等提供参考。     

不同拟合方法推求暴雨强度公式研究

人口大县沭阳县一直借用临近城市的暴雨公式,急需编制能反映本地降雨规律的暴雨强度公式,为其城市排水防涝系统规划和设计提供科学依据。基于沭阳县气象站1981-2015年共计35a的自记暴雨雨量资料,选取11个降雨历时的年最大值作为实测样本,分别基于P-Ⅲ型分布、指数分布和耿贝尔分布进行理论频率曲线分析,确定重现期-降雨强度-历时关系推求暴雨强度公式,绘制新公式和现行采用公式的暴雨强度-历时-重现期关系曲线进行对比分析。结果表明:新公式与现行采用公式的计算结果相差较大,因此有必要对沭阳县进行暴雨强度公式重新编制。     

暴雨衰减指数为函数型的暴雨强度公式确定方法

暴雨强度公式是城镇排水工程设计的基本依据之一。为提高暴雨衰减指数随重现期显著变化时暴雨强度公式的拟合精度,结合实例研究了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。计算结果表明,五参数暴雨强度公式能显著提高拟合精度,由该公式计算的残差平方和及各重现期的绝对均方差(即标准差)均明显小于四参数公式的计算结果,其各重现期的绝对均方差均小于0.05mm/min。该方法能有效降低重现期较小与较大时的绝对均方差。此外,给出了麦夸尔特法的计算程序框图,为编写计算程序代码奠定基础。     

不同拟合方法推求城市暴雨强度公式研究

以推求城市最优暴雨强度公式为目的,选取某市以年最大值法选样10个历时的30年降雨资料,分别采用皮尔逊Ⅲ型分布曲线、耿贝尔分布曲线和指数分布曲线对其进行理论频率分析。确定"重现期-暴雨强度-降雨历时"的关系,通过采用高斯-牛顿、遗传算法和拟牛顿算法分别推求单一重现期暴雨强度公式、规范型总公式和变参型总公式。按照"公式编制精度以满足规范为前提,兼顾型式统一、应用方便"的原则,根据推求暴雨强度公式过程的误差结果分析,推荐使用由指数高斯-牛顿拟合的规范型总公式。     

我省暴雨递减指数和重现期关系的初步研究

暴雨递减指数是衡量暴雨强度随暴雨历时递减程度的主要因子,是由设计暴雨推求设计洪水不可缺少的重要参数。本文通过对有关暴雨资料的计算和分析,揭示了暴雨的递减指数随重现期变化的规律性,从而改变了暴雨递减指数与重现期无关的传统认识。     

吊草沟水文站短历时暴雨公式分析

通过对吊草沟水文站历年实测暴雨记录资料的分析,建立该站短历时暴雨强度公式,由年最大24h设计雨量转换为任意历时t的设计雨量公式。为洱海周边小汇水面积的设计暴雨计算提供经验参数。     

江苏昆山市暴雨强度公式推算

利用昆山市1980年～2015年连续36年的降水观测资料获得降水统计样本;采用"年最大值法"进行资料选样,按照P-Ⅲ分布曲线拟合得到雨强-重现期-历时(i-P-t)三联表,根据误差最小原则确定最优方法,得到昆山市暴雨强度公式。结果表明:皮尔逊Ⅲ型分布函数各降水历时下平均相对均方差误差满足规范要求;新修订公式的暴雨强度比原公式的暴雨强度小,是目前较为合适的暴雨强度公式计算方法,可为昆山市城市建筑规划设计提供依据和参考。     

Regional estimation of short duration rainfall extremes

The present study proposes a method for estimating the distribution of short-duration (e.g., 1 hour) extreme rainfalls at sites where data for the time interval of interest do not exist, but rainfall data for longer-duration (e.g., I day) are available (partially-gaged sites). The proposed method is based on the recently developed “scale-invariance” (or “scaling”) theory. In this study, the scaling concept implies that statistical properties of the extreme rainfall processes for different temporal scales are related to each other by a scale-changing operator involving only the scale ratio. Further, it is assumed that these hydrologic series possess a simple scaling behaviour. The suggested methodology has been applied to extreme rainfall data from a network of 14 recording raingages in Quebec (Canada). The Generalised Extreme Value (GEV) distribution was used to estimate the rainfall quantiles. Results of the numerical application have indicated that for partially-gaged sites the proposed scaling method is able to provide extreme rainfall estimates which are comparable with those based on available at-site rainfall data.     

Development of hydrological tools using extreme rainfall events for Dhaka,Bangladesh

Annual daily maximum rainfall data for 57 years (1953 to 2009) in Dhaka, Bangladesh are analysed statistically to prepare two hydrological tools: (1) probable return periods of extreme rainfall events, and (2) intensity-duration-frequency (IDF) curves. Limited availability of short-duration rainfall data leads to difficulties in performing the task through traditional approaches; hence, the Gumbel distribution function and scaling theory have been applied in preparing the probable return periods of extreme rainfall events and IDF curves, respectively. The outcomes of this paper can be used in better designing hydraulic structures in Bangladesh.     

论流域水文尺度化和相似性

本文论述了流域水文尺度化和相似性问题。探讨了小尺度要素如地貌、土壤和降雨等的空间变化对流域径流形成的影响，提出了反映流域产流面积空间变化动力特性的尺度化理论，即代表性单元产流面积ＲＥＡ的存在。在相似性问题的研究中，讨论了统计相似分析和动力相似分析的两种基本研究方法，为简化尺度化对径流形成的影响，提供了一条概念性与物理性、确定性与随机性相结合的实用性的模拟方法。     

紫色土区小流域泥沙输出过程对雨型和空间尺度的响应

以紫色土区3个具有不同集水面积、物理特征和土地利用方式的小流域为研究对象，在1999～2000年间对流域野外自然降雨下泥沙输出过程进行了监测，旨在从小流域尺度阐明径流含沙量过程特征及其空间约束效应。结果表明：天然降雨侵蚀过程中流域径流含沙量时间曲线表现为波浪起伏形、幂函数递减形和抛物线复合形3种类型；峰值径流流量后，含沙量降低，表现为变化幅度小的低含沙量特征。泥沙输出过程对流域空间尺度的响应受降雨型式的强烈影响。均匀型降雨侵蚀下，径流含沙量时间曲线表现为低含沙量的波浪起伏形，并且，随流域面积的增加，次降雨平均含沙量增加；间歇型降雨侵蚀下，随流域面积的增加，径流含沙量曲线从抛物线复合形向幂函数递减形过渡；中大型降雨侵蚀下，径流含沙量时间曲线表现为幂函数递减形，泥沙输出过程对流域空间尺度的响应不敏感。     

太湖流域平原河网降雨时程分布变化的洪水响应

近年来太湖流域平原河网地区洪涝灾害频发,居民的人身及财产安全受到了严重危害。降雨是导致本区域洪水的主要因素,其中最具代表性的降雨类型为梅雨和台风暴雨,由于二者时程分布特性有较大差异,其致洪机理也有所不同。以探究降雨时程分布对洪水过程的影响为目的,以太湖流域武澄锡虞水利分区为研究对象,采用MIKE 11与MIKE 21构建一、二维耦合水动力模型,利用实况洪水过程对模型进行率定验证,采用该模型对研究区域进行不同设计工况的模拟,讨论了次雨量、降雨历时以及降雨时程分布变化对太湖流域平原河网地区洪水过程的影响。结果表明:降雨时程分布对平原河网河道洪水过程有显著影响,其中长历时降雨对雨峰位置的后移较为敏感,短历时暴雨则受到降雨时间变差系数变化的影响较大,而次雨量变化则对二者都有显著影响。     

Regional sub-hourly extreme rainfall estimates in Sicily under a scale invariance framework

Design of urban drainage systems or flood risk assessment in small catchments often requires knowledge of very short-duration rainfall events (less than 1 h). Unfortunately, data for these events are often unavailable or too scarce for a reliable statistical inference. However, regularities in the temporal pattern exhibited by storm records, known as scaling properties of rainfall, could help in characterizing extreme storms at partially gauged sites better than the application of traditional statistical techniques. In this work, a scaling approach for estimating the distribution of sub-hourly extreme rainfall in Sicily (Italy) is presented based on data from high-resolution rain gauges with a short functioning period and from low-resolution rain gauges with longer samples. First, simple scaling assumption was tested for annual maxima rainfall (AMR) data from 10 min to 24 h duration, revealing that the simple scaling regime holds from 20 to 60 min for most of the stations. Then, scaling homogeneous regions were classified based on the values of the scaling exponent. In each region, this parameter was regionalized through power-law relationships with the median of 1 h AMR data. After that, regional Depth Duration Frequency (DDF) curves were developed by combining the scale-invariant framework with the generalized extreme value (GEV) probability distribution and used to estimate T-year sub-hourly extreme rainfalls at sites where only rainfall data for longer durations (≥ 1 h) were available. The regional GEV simple scaling model was validated against sub-hourly historical observations at ten rain gauges, generally yielding, in relation to the scaling exponent value, to similar or better sub-hourly estimates than empirical approach.

     

不同降雨类型对边坡稳定性的分析与研究

强降雨或长时间降雨引起的边坡破坏对人类生命和财产造成了重大损失,分析降雨过程中边坡渗流场和稳定性随时间和空间的动态变化对边坡稳定性研究和预测有重要意义。不同降雨类型是边坡失稳破坏的主要因素之一,结合饱和-非饱和渗流理论,研究不同降雨类型下边坡渗流场的变化规律。结果表明:不同降雨类型条件下,计算时间停止后,边坡入渗深度有很大差别,边坡稳定安全系数随降雨循环次数增大而逐渐减小;体积含水率和孔隙水压力改变深度随降雨循环次数增大而逐渐增大。     

灌溉水文学尺度转换问题研究综述

灌溉水文学是研究灌溉农业生态系统的一门科学，该系统由地表水、地下水(饱和与非饱和)、大气、土壤和植物等分系统构成，研究过程或特性的空间域从微观尺度变化到全球尺度，时间域则从几秒到数个世纪。如何将微观自然尺度下具有高度非线性的物理、化学和生物特性的过程尺度转换到灌溉农业生态系统这类宏观尺度上，如何监测、描述和包含尺度转换非线性过程中存在的自然异质性问题，如何获得不同时空尺度过程或特性变异性的可靠估值等问题，是当前灌溉水文学研究的热点与难点。本文对国内外有关灌溉水文学尺度转换问题研究的进展进行综述，探讨相关的主要研究方向与内容。     

农业节水灌溉尺度分析方法研究进展

在阐述节水灌溉尺度效应内涵和尺度效应存在原因的基础上,从数据获取途径、节水尺度效应描述方法和节水尺度转换方法等3个方面当前的发展进行了评述,并探讨了节水尺度分析方法的主要发展趋势。现有研究成果表明,试验监测、遥感和GIS技术是数据获取、分析的主要途径;不同尺度试验方法和数值模拟方法在一定程度上描述了水均衡要素的尺度效应以及作物与水、肥的响应关系;而分形理论、地质统计学和小波分析等非线性理论在尺度转换方面也有一些研究工作。针对目前研究情况,指出了大尺度上水循环描述和不同尺度间水均衡变量尺度转换等尺度分析方面的研究,是重点发展方向和主要研究内容。     

基于小波变换的楚雄市近50年降水序列多时间尺度研究

以滇中高原核心城市楚雄市为研究对象,分30个代表性气象站点1950—2009年降水时间序列,通过Morlet小波变换等方法对其进行多时间尺度研究,探讨其演变趋势和变化规律。结果表明楚雄市降水序列均呈较明显的增加趋势,对于各种时间尺度的降水序列均表现出一致的降水变化规律,传统干旱区干湿季节差异性缩小;年降水相关性最好,最大6、24 h降水量相关性非常高,短历时(即最大1、6、24 h)降水与中长时间尺度(即月、年)降水相关性最差,短历时降水对中长时间尺度降水的影响较小,区域使用的数据资料序列小于由气象资料数据序列的长度限制,说明周期性的可靠度不高,还需要进一步根据更长的序列资料进行验证。