基于线性矩法的短历时暴雨频率分布研究

研究短历时暴雨频率分布,可为小流域设计洪水计算提供依据,对山洪灾害防治及城镇防洪排涝具有重要意义。以陕西省18个基准气象站和基本气象站1984—2013年的实测暴雨资料为依据, 采用年最大值选样法选取了各站点10,30,60,90,120 min 5 个短历时共90组的暴雨量序列,采用线性矩法分别估计了各序列的皮尔逊Ⅲ型分布(P-Ⅲ)、广义极值分布(GEV)、耿贝尔分布(Gumbel)、正态分布(N)、指数分布(EXP)和两参数伽马分布(Gamma)参数,并以确定性系数、误差平方和和概率点据相关系数分别分析各备选分布的拟合精度。结果表明:①各站点暴雨量序列均值和线性离散系数随历时增加均呈上升趋势,而线性偏态系数随历时变化无统一趋势;②同历时各站点暴雨量序列均值自西向东呈递增趋势,秦岭以北线性离散系数和线性偏态系数自西向东呈递减趋势,秦岭以南线性离散系数和线性偏态系数则呈现出中部高、东西低的态势;③以P-Ⅲ分布(包含Gamma分布)为最优分布的暴雨量序列为81组,占总序列组数的90.0%,可作为研究区短历时暴雨的理论频率分布。研究成果可为城市防洪、排涝规划以及相关工程设计的雨量计算提供参考依据。     

东湖水库强风暴雨遭遇联合分布及其对坝顶高程设计的影响

为探讨强风暴雨遭遇的联合分布及其对坝顶高程设计的影响,以东湖水库为研究对象,利用广义极值分布(GEV)、伽马分布(Gamma)和皮尔逊Ⅲ型分布(P-Ⅲ)分别对最大风速和3组降雨序列进行边缘分布拟合,基于二元Copula函数构造最大风速和降雨序列的联合概率分布,估算100年一遇重现期下风速和降雨设计值,并复核水库主坝坝顶高程是否满足安全要求。结果表明：东湖水库年最大日降雨量呈显著增大趋势(P<0.05),年最大风速则呈现不显著增大趋势,且历史上出现过年最大风速遭遇年最大暴雨的情景;对于遭遇分析,无论是最大风速还是暴雨的计算值均呈现“联合重现期>单变量重现期>同现重现期”的规律,其中联合重现期最大风速值比仅考虑单变量的最大风速值大10%左右;基于联合重现期最大风速所推算的坝顶高程低于大坝防浪墙的实际高程,表明大坝高程能满足100年一遇强风暴雨遭遇的安全要求。研究成果可为我国沿海地区水库大坝的设计风速计算和坝顶高程设计提供参考依据。     

鄂西北“2012.8”暴雨中心最大24h降雨量重现期计算与思考

考证了南河、北河流域历史洪水及其重现期,用特大洪水经验频率代表相应的特大暴雨经验频率,将暴雨特大值与一般值组成一个不连续的暴雨资料系列,采用皮尔逊Ⅲ型(P-Ⅲ)曲线计算了湖北省房县佘家河雨量站最大24 h设计暴雨参数,以及"2012.8"最大24 h降雨量的重现期。选择代表频率的设计成果与历次计算成果比较,论证了本次暴雨设计成果的合理性。     

南京主城区设计暴雨计算研究

科学合理地推求城市设计暴雨过程直接关系到城市防洪安全。论文以南京市为研究对象,基于由年最大值法选取得到的1982-2015年1h南京市面平均雨量样本,从P-Ⅲ型分布函数、耿贝尔分布函数、指数分布函数中优选拟合最佳的分布函数,并结合南京站1h雨量样本计算主城区设计面雨量;在对比分析同倍比法与同频率法推求不同历时典型暴雨时程分配的优缺点的基础上,选择同频率法由设计面雨量推求得到南京市主城区历时12h的不同重现期设计暴雨过程。结果表明:P-Ⅲ型曲线拟合最优,同频率法求得的暴雨时程分配更符合防洪排涝工程的要求。研究成果可为确定城镇防洪排涝工程的设计标准提供科学依据。     

陕西省泾、渭河流域短历时暴雨频率分布研究

研究短历时暴雨频率分布可为小流域暴雨分析计算提供科学依据,对城市排涝和山洪灾害防治具有重要意义。以陕西省泾河和渭河流域39个气象站1981—2017年8个统计时段年最大值暴雨序列为基础,以概率点据相关系数法(PPCC)和拟优绝对值准则法(MAE)为评价标准,结合计算暴雨量与实测暴雨量相关图,以皮尔逊-Ⅲ型分布、指数分布、正态分布、广义极值分布、广义帕累托分布和耿贝尔分布为备选频率分布对陕西省泾河和渭河流域短历时暴雨频率分布进行研究,同时对矩法、线性矩法和极大似然法3种参数估算方法进行对比分析。结果表明:各频率分布采用线性矩法估算参数后的计算值与实测值之间误差最小,表现出了很好的适用性,是频率分布参数估算的最佳方法;PPCC法相较于MAE法的最优频率分布集中,在区域频率分布选择时适用性更强;广义极值分布为最优分布的暴雨序列数和气象站点数均远多于其他分布,表现出明显优势,可作为陕西省泾河和渭河流域短历时暴雨频率计算的理论频率分布。     

群居蜘蛛优化算法在暴雨强度公式参数估计中的运用

以1991—2016年共26 a的年最大时段降雨量作为样本值,利用皮尔逊-Ⅲ型(P-Ⅲ型)分布频率曲线对统计样本进行拟合,分别采用群居蜘蛛算法(SSO)和最小二乘法(LS)对暴雨强度公式进行推求,并进行精度检验。结果表明,SSO算法推求的暴雨强度公式精度高于LS算法。     

“07.8”雷州半岛特大暴雨频率分析

2007年雷州半岛出现持续强降水过程,暴雨中心幸福农场最大24h降雨量高达1 188.2mm,应用P-Ⅲ型频率曲线对这场特大暴雨进行分析,计算暴雨中心点雨量各种短历时暴雨的重现期,其参数在地区暴雨分析的推荐取值范围内。参照地区最大可能降雨分析成果,24h点雨量的重现期超过2 000年一遇。     

基于规划求解的暴雨强度公式推求方法研究

在编制暴雨强度公式时,存在原始降雨资料中包含的异常值影响暴雨强度公式的准确度,皮尔逊-Ⅲ型理论频率曲线拟合工作量大等问题。针对以上问题,阐述了异常值剔除的方法,分析了变异系数(Cv)、偏态系数(Cs)对皮尔逊-Ⅲ型分布曲线拟合的影响规律。同时,基于重庆市酉阳县1993-2013年共计21a的暴雨资料,采用Excel规划求解优化皮尔逊-Ⅲ型分布曲线的拟合参数,分别利用基于规划求解的最小二乘法和高斯牛顿法,推求暴雨强度公式,并对其拟合精度和误差进行了对比分析。提出的规划求解法能有效避免拟合暴雨强度公式适线过程中目估适线法所导致的主观影响,通过对比分析解析了提高收敛速度和精度的暴雨强度总公式的推求方法。     

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。     

年最大60分钟暴雨选样及频率分析

以北京气象站、上海市徐家汇站年最大60 min暴雨为例,分别按水利部门年最大取样法、市政部门年多次取样法进行频率分析计算,通过分析年最大取样法P-Ⅲ型频率适线与年多次取样法暴雨强度公式之间关系以及2种取样方法指数适线比较,得出2种取样方法在雨量和频率上的对应关系.     

广东省暴雨高风险区划EI北大核心CSCD

运用水文气象地区线性矩频率分析法,选取广东省及周围缓冲区雨量站1 h、6 h、12 h和24 h年最大降水量资料,计算站点降雨频率估计值,分析暴雨高风险区划。结果表明:根据1 h、6 h、12 h和24 h年最大降水量资料广东省可分别划分为13、15、16和16个水文气象一致区,大部分一致区的最优分布为广义极值分布和广义正态分布;降雨频率估计值的空间分布态势在相同时段不同重现期下基本一致,而不同时段存在一定差异,1 h暴雨高风险区位于西南部沿海阳江附近,6 h、12 h和24 h暴雨高风险区位于阳江、珠江三角洲广州到清远和东部沿海陆丰附近区域。     

皮尔逊Ⅲ型曲线在滦河水质历时评价中的应用

选择滦河滦县断面2006—2008年逐月水质监测资料,采用计算机自动优化适线获得皮尔逊Ⅲ型分布3个统计参数的最佳估计值,对滦河污染历时及变化趋势进行评价,分析了滦河水质动态变化规律。结果表明:滦河滦县断面在评价时段内,水质较好,大部分时间为Ⅲ、Ⅳ类水,劣Ⅴ类水的频率仅为14.08%。     

黄河主要产沙区近年降水变化的空间格局

采集整理了1966—2014年黄河潼关以上主要产沙区604个雨量站的逐年逐日降水,并基于GIS制作了1966—2014年不同时期的年降水量和日降水大于10、25、50、100 mm的年降水总量空间分布图,进而分析了该区不同雨强量级的年降水总量和大暴雨发生频次等降水因子的变化。研究认为,该区日降水大于50 mm的降水总量占年降水量的比例为2.3%~7.8%,其产洪产沙量占年水沙量的比例分别为20%和44%;在潼关来沙较天然时期减少约88%的2005—2014年,河龙间大部、泾河上中游和汾河上游等日降水大于10、25、50 mm的年降水总量总体偏丰;2010—2014年,日降水大于25 mm和50 mm的年降水总量偏丰程度更高,其偏丰程度大于5%的面积占研究区总面积的比例分别为76.9%和69.6%;近年降水偏枯区主要分布在祖厉河和渭河上游西北部。2012—2013年几乎是1966年以来研究区降水最丰的时段。2001年以来,河龙间大部和泾河上中游地区大暴雨发生频次偏高,其它区偏低。     

拒马河2012年“7·21”暴雨特性分析

2012年7月21～22日,受副热带高压和西来槽的共同影响,拒马河流域部分区域发生强降雨过程,暴雨中心王安镇最大降水量为378．6mm,最大6h降水量达到274．8mm,为超千年一遇。通过实测资料对暴雨特性、暴雨频率、洪水总量及暴雨成因等进行了分析,并与历史暴雨进行了比较。     

±800kV特高压直流输电线路跨越桑干河洪水计算

根据防洪影响评价要求对山西-江苏±800kV高压直流输电线路,跨越桑干河处的洪水进行分析计算。采用P-Ⅲ型频率曲线,对设计洪峰、洪量进行频率分析,适线时以实测点据为主,适当参照历史洪水;然后通过对不同编制单位设计洪水计算结果进行比较分析后,认为本次计算结果合理。     

An analysis of characteristic discharges for the Adaim River (Iraq) in multiyear period

A major River Tigris tributary in Iraq, the Adaim River, has a Mediterranean river flow regime with a total basin area of 12,482 km². The river catchment responds almost immediately to rainfall with apparently minimum storage (i.e. flashy stream). The river daily hydrograph showed a daily peak flow of 1,476 m³/s with substantial seasonal and random variability; the flow duration curve followed the two‐parameter lognormal probability distribution. Gamma and the two‐parameter Weibull probability distributions fitted the monthly mean river discharge for the period 1937–2012 well. Normal and gamma probability distributions were found to appropriately describe the distribution of the annual mean river discharge for the same period. Gumbel extreme value, Log Pearson type III, and the two‐parameter lognormal distributions gave a reasonable fit to the annual maximum discharge record for the river. A regression formula was used to fit the annual minimum discharge record, which has a significant number of zero values. There was a positive and significant correlation (r = 0.77) between the annual mean discharge at the measuring site and seasonal rainfall measured at Karkuk meteorological station located in the north central part of the basin. The rainfall record at Karkuk showed a significant decline in seasonal rainfall after 1993.     

基于模拟退火算法的皮尔逊Ⅲ型分布参数估计

以渭河流域3个气象站的年降水量资料为例,采用模拟退火算法按照离差平方和最小准则、离差绝对值和最小准则、相对离差平方和最小准则对皮尔逊Ⅲ型分布进行参数优化,并与矩法、极大似然法、线性矩法3种常规分布参数估计方法计算结果作对比。结果表明:模拟退火算法是一种可行的水文频率曲线参数估计方法,其估计精度优于3种常规参数估计方法。     

长江上游面雨量低频特征分析

目前,对长江上游降雨的研究多以过程和影响分析为主,对其低频特征研究较少。基于1961～2017年长江上游276站逐日降水资料,利用泰森多边形法得到长江上游7大流域逐日面雨量,分析了长江上游面雨量低频特征。结果表明:①长江上游面雨量存在着显著的低频振荡,但各流域周期不同,金沙江石鼓以上和金沙江石鼓以下2个流域具有10～40 d周期,而其他流域具有10～25 d周期。②长江上游夏季低频强降水事件在频次、持续天数、降水强度和最大面雨量特征量上排首位,秋季次之,春季最小,但各流域之间特征量存在着较大的差异。③低频强降水过程次数年际差异大,在15～25次之间,随持续时间、流域数量增加,过程次数呈减少趋势。     

韶关市城区暴雨强度公式推求优化研究

该文以推求韶关市城区暴雨强度公式为例,选取韶关站年最大暴雨资料进行分析,将3种不同频率曲线成果采用多种优化方法进行对比分析求解总分公式,计算成果满足规范要求。