南京市短历时设计暴雨雨型研究

设计暴雨的确定是城市管网系统排水能力规划设计的重要基础。以南京市中心城区为研究区,首先应用暴雨强度公式分别计算历时60 min和120 min的不同重现期设计暴雨量,再基于1982-2015年降水资料利用年最大法选取得到年最大降雨序列,并计算综合雨峰系数,最后应用PilgrimCordery雨型和芝加哥雨型推求南京市中心城区历时60 min和120 min的设计暴雨过程,并对峰值大小、雨峰位置、雨峰出现时累计暴雨量进行对比分析。结果表明:历时60 min和历时120 min设计暴雨的雨峰分别处于整场降雨过程的1/2时间和前1/3时间;两种方法得到的雨峰值大小相当; PilgrimCordery雨型法计算的雨峰出现时累计暴雨量大于芝加哥雨型法;短历时设计暴雨雨型推荐选用芝加哥雨型。研究成果可为南京市中心城区地面积水风险评估与排水管网系统的规划和建设提供参考。     

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。     

长江流域典型城市暴雨雨型特征分析

长江流域是我国洪涝灾害频繁出现的地区之一,对长江流域暴雨雨型特征演变的研究,可以为流域内城市防洪排涝提供科学依据。利用1970—2020年间长江流域11个典型城市站点的逐小时降雨观测资料,筛选场次暴雨后利用累计雨量历时曲线和模糊识别法识别暴雨雨型,采用Mann-Kendall方法对单峰型暴雨雨峰系数和占比进行趋势检测,并对不同历时暴雨分组后进行雨峰特征分析。结果表明:①长江流域典型城市中的单峰型暴雨出现频次占85%,平均型和双峰型出现较少;单峰型暴雨的前期集中型最多,占50%,中期集中型和后期集中型次之。②短历时(1~6 h)暴雨的雨峰占比达到70%,长历时(13~24 h)和超长历时(24 h以上)的雨峰占比分别只有28%和17%。最大小时雨强主导了短历时暴雨的特征,对长历时暴雨来说,降雨的持续性是总雨量变化的主要因素。③从上游到下游,暴雨的雨峰系数逐渐增大,峰现时间逐渐向后推移,长历时和超长历时暴雨尤为显著。     

廊坊市某片区暴雨强度及雨型分析

暴雨重现期及雨峰位置参数将显著影响缺水型城市的海绵城市设计规划方式及运行预期。基于此，运用廊坊市不同降雨重现期下的暴雨强度及芝加哥雨型分析方法，对廊坊市某片区的暴雨强度及雨型变化进行研究。结果表明：(1)在研究区域内，降雨重现期将显著影响暴雨强度，且随着降雨历时的增加暴雨强度之间的比值趋于稳定；(2)在研究区域内，降雨重现期及雨峰位置参数的选取将显著影响暴雨强度及雨型分布。研究结果可为华北典型缺水城市的海绵城市规划及片区排水系统工程设计提供基础的理论指导，并对海绵城市系统的稳定运行提供一定的预期。     

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...     

基于雨型的南方城市道路降雨径流污染负荷分析

为研究南方道路降雨径流污染负荷,分析对比了重庆市和苏州市4场典型降雨过程中污染物浓度及污染负荷的变化。结果表明:雨型是污染负荷分布的重要影响因素,Ⅱ型降雨的污染负荷变化相对Ⅶ型降雨与径流量(或降雨强度)变化更为相似;污染物浓度与污染负荷的相关性差,径流量(或降雨量强度)与SS/TSS、TP、Pb的污染负荷存在明显相关性。南方城市道路径流污染控制在截留高浓度的初期雨水的同时,也应从污染负荷方面进行总量控制。     

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。     

城市雨洪利用雨情分析

城市雨洪利用是解决城市缺水和防洪问题的一项重要措施.为了更好地利用城市雨洪资源,分析城区雨洪利用的潜力和效益规模,需要分析该城区的降雨资源特性,包括城区降雨总量、降雨的年内分配、年际变化及降雨的时间、空间分布特性;为了分析雨洪利用排水设施、蓄水设施规模,需要分析城区短历时暴雨、暴雨强度和设计降雨及设计降雨过程.     

基于Copula函数的设计暴雨雨型研究

城市原有排水防涝系统设计标准偏低会导致洪涝灾害频率升高。设计暴雨雨型是制定排水防涝系统设计标准的重要依据和前提,对城市建设和洪涝治理至关重要。采用同频率法、SCS法、暴雨衰减指数法和概率密度函数(PDF)法对宿迁市设计暴雨雨型进行研究,基于Copula函数的风险联合概率模型对4种雨型结果进行对比分析。研究结果表明:同频率法和暴雨衰减指数法的设计雨型相似,风险率相近;SCS法的雨峰偏大,风险率较小,但其最大6 h时段的降雨不集中;PDF法的雨峰与同频率法一样,但其最大3和6 h雨量较为集中,风险率最小。本次的研究方法和结果可以对设计雨型的方法和对比提供新思路和参考。     

降雨雨型对城市内涝的影响

为探究降雨雨型对城市内涝特征的影响,基于MIKE FLOOD平台,以郑州市金水区南部为研究区域,对不同重现期及3种单双峰雨型的设计降雨进行内涝过程场景推演,并对淹没量、淹没范围及淹没深度等量值进行对比分析。结果表明:在相同降雨历时及重现期下,相比于单峰型降雨,双峰型降雨具有更高的内涝风险等级;针对单峰型降雨,当重现期低于20a时,降雨雨峰越靠前产生的淹没情况越严重,当重现期高于20a时,降雨雨峰越靠后产生的淹没情况越严重;随着重现期的增加,单峰型和双峰型降雨所导致的内涝风险之间的差异在不断减小。     

Hydrological Environmental Responses of LID and Approach for Rainfall Pattern Selection in Precipitation Data-Lacked Region

Global climate change and urbanization development have changed the hydrological environment dramatically. Flood control, non-point source pollution control, and comprehensive utilization of water resources are facing new challenges. On the basis of the Storm Water Management Model (SWMM), an approach for design rainfall pattern selection in precipitation data-lacked region containing model establishing, response analysis and design rainfall pattern screening was put forward. And the responses of the hydrologic, hydraulic and environmental of 2-commercial community mode are explored by using a simulation analysis under different rainfall patterns in this study. Based on the worst principle, the Chicago rainfall pattern was selected for the above-mentioned evaluation indexes at different reoccurrence periods. Results showed that, (1) in traditional development (TD), the values of surface runoff, peak flow and depth of outlet, and total pollution loading were at their maximum at the Chicago rainfall pattern; and in low-impact development (LID), the reduction rates of surface runoff and total pollution loading were at their minimum at the Huff4 rainfall pattern, and the reduction rate of peak flow was at its minimum at the P&C rainfall pattern; then design storm patterns at different simulation targets were obtained. (2) For the Chicago rainfall pattern, the reduction rates of various evaluation indexes decreased while the reoccurrence period increased, and the reduction rate of peak flow was more sensitive to high reoccurrence period rainfall than surface runoff. (3) After the setting of LID measures, the control effect of storm water and non-point source pollution gathered better results from the increase of permeable area and the change of microtopography, as well as from the physical and biological action. This study will provide a reference for the selection of design storm pattern at different simulation targets in regions with deficient rainfall data.     

设计降雨特征对城市内涝模拟结果的影响分析

降雨是城市内涝的主要诱因之一,不同降雨特征对于城市内涝风险的影响也有所区别。为了进一步挖掘降雨特征对城市内涝风险的影响,采用综合流域排水模型（InfoWorks ICM）构建了我国南方某城市的内涝模型,系统分析了设计降雨的雨型和历时特征对城市内涝模拟结果的影响。在4个重现期的3种降雨雨型和3个降雨历时条件下,共计36个不同降雨情景对研究区的内涝情况进行模拟。通过对比不同模拟情景下的积水深度、积水面积以及积水量等结果发现：在相同降雨雨型和重现期条件下,降雨历时对积水深度的影响有一定的差别;在不同降雨雨型和降雨历时模拟情景中,积水点的位置基本保持一致,而积水面积受降雨雨型和降雨历时的双重影响;峰值积水量受降雨雨型影响较大,受降雨历时影响较小,而积水总量受降雨历时影响较大,受降雨雨型影响较小。研究中量化分析了不同设计降雨特征对城市内涝模拟结果的影响,旨在为合理地开展城市内涝预警以及应急管理等工作提供依据。     

降雨特征对半透水道路径流系数的影响EI北大核心CSCD

通过单车道半透水道路物理模型试验,采用人工模拟降雨的方法,系统研究了降雨强度、降雨历时、雨峰系数和雨型对半透水道路径流系数的影响。结果表明:径流系数随着重现期的增大而增大,当重现期从0.5 a增加到20 a时,径流系数从0.093增加到0.377;径流系数随着降雨历时的增大而减小,随着雨峰系数的增大而增大;当重现期和降雨历时保持不变时,均匀雨型条件下的径流系数略大于芝加哥雨型条件下的径流系数;重现期对半透水道路径流系数的影响最大,雨峰系数和雨型对其影响较小。     

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。     

坡面汇流的试验研究

本文根据大量的室内模拟降雨汇流试验，分析了降雨强度、雨型、坡面形状、坡度及粗糙度等因素对坡面汇流的影响。着重探讨了雨强与洪峰流量及汇流时间的关系、雨型对洪峰流量的影响规律等问题，对坡面汇流的理论研究及小流域的径流计算都具有现实的意义。     

降雨空间尺度对径流模拟的影响研究

通过分析不同分辨率的雷达降雨数据所产生的降雨空间分布的变化对径流模拟的影响发现:本文所用的基于DEM的蓄满产流分布式水文模型对降雨时间和空间的变化是比较敏感的;由于降雨空间分辨率的变化计算的径流总量、洪峰都有不同程度的变化,但是这种变化的大小又与降雨场的特征、流域面积的大小以及土壤含水量的变化有很大的关系:随着面平均降雨量(P BAS)的增减,洪量也随着增减,P BAS与洪量有很好的相关性;降雨CV值的增加导致洪峰和洪量都相应的增加;流域的面积越小洪峰和洪量对降雨空间变化就越敏感;在前期干旱的条件下降雨空间变化导致的洪峰和洪量的变化要比在湿润的条件下产生的洪峰和洪量的变化大。     

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。     

北京市城市雨水排除系统规划设计标准研究

按照北京市经济发展需要和防洪排涝要求,在分析规划设计校核、评价方法和降雨变化趋势基础上,研究并修订北京市暴雨强度公式、径流系数、降雨雨型和设计重现期等标准,提高城市雨水基础设施保障城市安全运行的能力,减少洪涝灾害。     

城市雨水径流污染及LID控制效果模拟

采用SWMM(storm water management model)模型对城市雨水经流及水质进行模拟,分析不同降雨条件下,LID(low impact development)控制措施对城市雨水径流及污染物的削减效果。结果发现:LID控制措施对城市雨水径流量、污染物总负荷以及径流峰值均有明显削减作用,对径流峰现时间有延迟作用;雨水径流量、污染物总负荷以及径流峰值的削减率随雨峰系数的增大呈先增大、后较小的变化趋势,随重现期的增大而减小;峰现时间的延迟效果与雨峰系数和重现期均呈负相关;相对雨峰系数,重现期对雨水径流量、污染物负荷的削减率、径流峰值以及峰现时间的影响更显著。     

晋西黄绵土坡面径流流态与输沙特征试验研究

为了探讨晋西黄绵土坡面径流流态与输沙特征,本研究采用室内人工模拟降雨试验方法,对降雨条件下坡长对该区坡面径流雷诺数、弗劳德数、径流量、产沙量与输沙率进行量测与分析。结果表明:在雨强30~125mm/h、坡长1~5m的情况下,坡面薄层径流为层流,且为急流;径流流态对坡面水流侵蚀力有显著影响,产沙量与雷诺数呈良好幂函数关系;雨强与坡长的增大可增强径流紊动性,输沙率随二者的增大呈增加趋势,当雨强大于60 mm/h、坡长由3 m延长到4 m时,输沙率增量较2~3 m与4~5 m时小;输沙率与径流量的关系可用幂函数描述。该研究结论能够为黄土陡坡面水土流失治理和水土保持措施的布设提供一定的依据。