关于国内外滨海城市设计暴雨雨型的思考

周影涛

摘 要：采用设计暴雨雨型结合计算机水力建模软件，已经成为国内外城市排水防涝设计及评估的重要手段，通过对国内外滨海城市设计雨型的对比分析，为全面合理地使用水力模型提出有益探讨。

关键词：滨海城市 设计暴雨雨型 水力模型

中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（c）-0187-02

为应对日益严峻的城市暴雨带来的城市内涝灾害威胁，国家住建部于2013年发布了发布了《城市排水（雨水）防涝综合规划编制大纲》，相应地更新了《室外排水设计规范GB50014-2006》，规划大纲提出推荐使用水力模型进行城市内涝风险评估，对于集雨面积大于2 km2的管段，推荐使用水力模型对雨水管渠的规划方案进行校核优化，由此引发国内及业内对使用计算机水力模拟软件进行排水防涝规划设计的一股热潮，但目前的研究和讨论基本集中于水力模型的使用和产流汇流等参数的校准，对整个模型系统的基础型性部分设计暴雨雨型研究却涉及较少，本文通过对国内外几个滨海城市设计暴雨雨型的比较和分析，为建立合适的雨型作为城市设计暴雨雨型进行积极探索。

1 城市设计暴雨雨型

1.1 雨型的定义

设计暴雨包括降雨过程的平均强度及其时空变化，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称为暴雨雨型。

1.2 雨型的计算

一般可根据当地条件和需要，研究确定设计暴雨统计模型。若无特定情况，一般可推荐采用芝加哥法确定短历时暴雨雨型。将各降雨历时的逐年最大降雨过程样本，以5 min为间隔进行分段，统计降雨过程的雨峰位置系数、降雨峰值时刻、降雨历时。

应用中先将历时相同的逐年最大降雨样本的雨峰位置系数进行算术平均，再将各历时的雨峰位置系数按照各历时的长度进行加权平均，求出综合雨峰位置系数。根据综合雨峰位置系数，设计暴雨重现期（P）、设计降雨历时（t），代入根据暴雨强度公式导出的芝加哥法雨型公式，计算出雨峰前后瞬时降雨强度及各个时段内的平均降雨强度，最终确定出对应一定重现期及降雨历时的芝加哥法雨型。

1.3 设计雨型在城市排水防涝设计和评估工作中的作用和意义

形成暴雨径流过程的主要降雨因素是暴雨的平均强度、暴雨最强时段强度与暴雨雨型，暴雨公式表示了平均强度与最强时段强度的规律，但并不描绘暴雨强度的过程，而不同强度的过程对径流曲线与积水计算有重要的影响，因此，不能以降雨总量来估算暴雨积水量，也不能以某一实测降雨雨型作为计算依据，而具有代表性的雨型应是大多数常见雨型的概括，它虽不能代表每一场暴雨的强度过程，但能概括大多数雨型的平均特征，基此模式雨型导出的径流过程线而算出的洪峰流量及其积水量能较安全地代表实际情况[1]。

2 国内外典型城市设计雨型的比较

2.1 深圳市

深圳市位于我国大陆南部，东临大亚湾与惠州市相连，西濒珠江口伶仃洋与中山市、珠海市相望，南至深圳河与香港毗邻，北與东莞市、惠州市接壤。全境地势东南高、西北低，大部分为低丘陵地，间以平缓的台地，西部沿海一带为滨海平原。全市陆地总面积1991.64 km2，经过三十多年的飞速建设发展，深圳目前可开发用地不足200 km2。2011年末深圳市常住人口1046.74万人。

2.1.1 气候特征

深圳市属亚热带海洋性气候。雨量充沛，每年4～9月为雨季，年降雨量1933.3 mm，常年主导风向为东南偏东风，平均每年受热带气旋（台风）影响4～5次。近年来受极端天气影响，市内西部沿海地区发生多次内涝。

2.1.2 雨型研究与应用进展

一直以来，深圳市的城市排水设计均采用推理公式法。目前，《深圳市城市规划标准与准则》（2013年）仅给出了单一重现期暴雨强度公式（见表1），并未提出设计暴雨雨型，这为水力模型的应用和计算带来了障碍。

今年深圳市规划、水务等部门，已经联合深圳市气象台编制新一代暴雨强度公式及设计暴雨雨型，即将为全市的水力模型应用铺平道路。

2.2 香港

香港位于我国大陆东南端，北邻深圳，由香港岛、大嶼山、九龙半岛以及新界组成。全港总面积1104 km2，现时已开发土地仍少于25%，郊野公约及自然保护区约占全港总面积40%。香港在2012年约有715万人口。

2.2.1 气候特征

香港属于亚热带气候，平均全年雨量约1925 mm，雨量最多月份为7月份，雨量最少月份为3月份。

2.2.2 雨型研究与应用进展

香港的排水模型技术开始于20世纪70年代，针对新界北部地区严峻的洪涝灾害，当局在排水系统建设方面较早地引入了水力模型技术，时至今日，大到香港国际机场建设项目、小至街区道路改造计划，均使用了计算机水力模型计算，政府主管部门对审批项目亦有专门的排水影响评估内容要求。

渠务署（DSD）发布的暴雨排放手册中明确雨型分析基于历史暴雨或设计暴雨。推荐设计暴雨基于耿贝尔分布以达到设计目的，尽管其他统计分布也适用于特定降雨历时。历史暴雨用于实际降雨事件模拟，进行水文/水力模型的校准。

而对于设计雨型（推理公式法除外），香港天文台推荐对称分布雨型，其分布公式如下[3]：

（1）

式中F（t）为在某时刻（分钟）的瞬时雨强或雨力（mm/h）；td为降雨历时（min，一般不大于240 min），a，b，c为单一暴雨强度公式下对应参数。

此设计雨型较好地表达了降雨过程中的瞬时雨强、降雨历时、雨峰等因素，过程线式的表达更方便应用于计算机模型计算中，该雨型自2000年发布以来一直在指导香港地区的暴雨规划设计工作。

2.3 新加坡

新加坡位于马来半岛南端，毗邻马六甲海峡南口，其南面有新加坡海峡与印尼相隔，北面有柔佛海峡与西马来西亚相隔。新加坡的国土除了本岛之外，还包括周围数岛，面积约为704 km2，总人口约为540万人。

2.3.1 气候特征

新加坡地处热带，长年受赤道低压带控制，为赤道多雨气候，长夏无冬，气温年温差和日温差小，降雨充足，年均降雨量在2，400 mm左右，每年11月到1月为雨季。

2.3.2 雨型研究与进展

新加坡早年饱受雨浸，经过多年努力，水浸地区已经由1970年代的3200公顷减少至56公顷。2011年，由公用事业局（PUB）发布的排水导则将设计暴雨标准提高：基于面积小于公顷采用10年一遇设计暴雨；集雨面积大于100公顷小于1000公顷采用25年一遇设计暴雨；集雨面积大于1000公顷采用50年至100年一遇设计暴雨[4]。与香港类似，新加坡在城市排水设计中已大范围应用计算机水力模型技术，设计暴雨雨型基本上与香港地区一致，今年来已逐步应用于其提出的一体化水资源管理系统中。新加坡国立大学还开展了城市化对新加坡的流域径流的影响，一方面建立流域模型加上优化模型来给模型校准；另一方面以遗传编程作为预测工具来预测城市化对流域径流的影响，以此来研究城市化流域径流未来的计划，并提高流或洪水预报水平。

3 结论

采用计算机模型技术进行水力模型运算已经成为发达国家和地区的排水防涝设计的必要手段，而国内在此方面整体上仍处于起步阶段，因此应多方借鉴其先进的工作理念和方法，特别是城市设计暴雨雨型的研究，对做好城市排水防涝工作有重大意义。城市设计暴雨雨型出于对城市降雨及产汇流特性的考虑，一般采用短历时降雨雨型，同时也便于计算机模型的运算和维护。设计暴雨雨型作为水力模型計算的基础性构成，其重要性应引起相关管理部门和设计人员的重视，一个合适的雨型应该通过不断的应用和验证来改进和完善。

参考文献

[1] 邓培德，城市不同概率的暴雨积水量计算[J].中国给水排水，2013（12）：158-161.

[2] 深圳市城市规划设计标准与准则[Z].深圳市人民政府，2013.

[3] Stormwatr Drainage Manual Planning，Design and Management[M].4th Edition，DSD，2013.

[4] Code of Practice on Surface Water Drainage[M].6th Edition，PDB，2011.