浙江省短历时暴雨分析计算方法探讨

劳国民

（浙江省水文管理中心，浙江 杭州 310009）

1 问题的提出

当前存在的洪涝灾害、水资源短缺和水污染三大水问题中，暴雨是产生洪涝灾害的主要原因。某一区域的暴雨特征值一般要求基于该区域雨量代表站的长系列实测资料进行分析，但在实际工作中，往往存在一些分析区域，特别是小流域缺乏雨量代表站。浙江省水文局2003年出版的《浙江省短历时暴雨》，以浙江省637个雨量站建站以来至2000年的历史资料为依据，研究形成暴雨统计参数等值线、暴雨时面深关系、暴雨雨型等成果，在全省不同区域设计暴雨和设计洪水分析计算中发挥了重要作用。

为研究《浙江省短历时暴雨》分析计算的点雨量特征值与实测资料的相符性，本文选取全省23个具有长系列雨量资料的代表站，分别采用实测资料频率分析方法和《浙江省短历时暴雨》确定的设计暴雨计算方法进行分析比较，对分析成果进行相符性分析，探讨2种方法的合理性和可靠性，供全省不同地区设计暴雨计算作参考。

2 雨量代表站的选择

浙江省位于我国东南沿海，地处东亚副热带季风区，按降雨成因全省可分为梅雨主控区、台风雨主控区和梅雨台风雨兼容区3种类型，为分析不同类型地区雨量特征值，选取全省23个雨量代表站，涵盖全省八大水系，包括山区型站点和平原型站点，测站高程从3 m到1 100 m，具有较好的代表性。各雨量站基本信息、年最大10 min和年最大60 min实测雨量特征值见表1、图1。

表1 雨量代表站基本特性表

续表1

图1 雨量代表站位置分布图

3 暴雨计算成果及比较分析

暴雨历时选择10 min和60 min两个历时，设计频率选择20%（5 a一遇）、5%（20 a一遇）和2%（50 a一遇）3种，对2种方法计算成果进行比较分析。

3.1 设计暴雨法

《浙江省短历时暴雨》中某一历时不同频率设计暴雨Xp可用式（1）计算：

式中：X为设计频率P的设计雨量，mm；X为雨量均值，mm；Φp为离均系数；Cv为变差系数。

（1）在对应历时点雨量均值等值线图上读取雨量站所在位置的雨量均值X；

（2）在对应历时点雨量变差系数等值线图上读取雨量站所在位置的变差系数Cv；

（3）在P -Ⅲ型曲线离均系数表中读取对应Cs和设计频率P的离均系数Φp（浙江省短历时暴雨的偏态系数Cs和变差系数Cv的比值Cs/Cv一般取3.5）；

（4）对应设计频率P的设计暴雨Xp即可用式（1）计算得到。

3.2 频率分析法

以单站历年实测资料为依据，采用P -Ⅲ型分布曲线分析某一历时不同频率设计雨量，步骤如下：

（1）将历年实测资料按从大到小的顺序排列，按公式（2）计算相应的经验频率，将经验频率点据（Pi，Xi）点绘到概率格纸上；

相关性分析显示，周围神经病变、心脏自主神经功能存在相似性，存在以下特征：①正中神经与心脏自主神经功能关系更为密切；②SCV与心脏自主神经功能关系更为密切。可能原因为：正中神经在臂部损伤时可累及全部分支，手并非承重的肢体，不容易受到大血管病变的影响，其能够更真实的反映高血糖所致的神经损伤，提示心脏自主神经损伤也容易受到高血糖的影响[6]。SCV能够更好的反映静止状态下的神经功能，更好的反映高血糖神经损伤情况，不容易受到运动状态、方式等因素的影响，不容易受到干扰。

式中：Pi为第i个数据的经验频率；n为数据个数。

（2）采用矩法公式（3）、（4）计算变差系数Cv和偏态系数Cs；

式中：Xi为第i个实测数据。

（3）在P -Ⅲ型曲线离均系数表中读取对应Cs和设计频率P的离均系数Φp，按照式（1）计算相应频率下的设计雨量，得到理论点据系列；

（4）将理论频率点据（P，Xp）点绘到同一张概率格纸上，并绘制理论频率曲线，根据曲线和经验点据的拟合度对变差系数Cv和偏态系数Cs作适当调整，重新计算理论点据，直至理论频率曲线与经验点据能较好的拟合；

（5）按照调整后的参数计算得到指定频率P的设计雨量Xp。

3.3 计算成果及比较分析

对选用的23个雨量代表站，分别采用设计暴雨法和频率分析法，计算分析10 min和60 min两个历时，20%（5 a一遇）、5%（20 a一遇）和2%（50 a一遇）3种频率的设计雨量（表2、表3）。

表2 浙江省雨量代表站最大10 min设计暴雨分析成果

续表2

表3 浙江省雨量代表站最大60 min设计暴雨分析成果

续表3

由表2、表3可知，采用2种方法分析计算23个雨量代表站最大10 min和最大60 min不同频率暴雨，设计暴雨法计算结果均比频率分析法偏大。

最大10 min暴雨分析成果，全部雨量站频率为2%（50 a一遇）2种方法计算结果相对偏差为0.8% ～ 18.8%，平均相对偏差7.3%；频率为5%（20 a一遇）相对偏差为1.5% ～15.0%，平均相对偏差5.9%；频率为20%（5 a一遇）相对偏差为0.0% ～ 7.0%，平均相对偏差3.3%。频率为2%（50 a一遇）、5%（20 a一遇）、20%（5 a一遇）时，梅雨主控区站点平均相对偏差分别为6.9%、5.9%、3.7%，台风雨主控区站点平均相对偏差分别为8.2%、6.3%、2.8%，梅雨台风雨兼容区站点平均相对偏差分别为6.8%、5.5%、3.4%。

最大60 min暴雨分析成果，全部雨量站频率为2%（50 a一遇）2种方法计算结果相对偏差为0.4% ～ 15.3%，平均相对偏差7.5%；频率为5%（20 a一遇）相对偏差为1.1% ～11.3%，平均相对偏差5.7%；频率为20%（5 a一遇）相对偏差为0.5% ～ 6.5%，平均相对偏差2.5%。频率为2%（50 a一遇）、5%（20 a一遇）、20%（5 a一遇）时，梅雨主控区站点平均相对偏差分别为6.0%、4.6%、2.0%，台风雨主控区站点平均相对偏差分别为10.0%、7.3%、2.4%，梅雨台风雨兼容区站点平均相对偏差分别为7.0%、5.6%、3.1%。

频率越高（重现期越长），2种方法计算结果相对偏差越大，主要原因是设计暴雨法和频率分析法都是以雨量站几十年实测资料为依据，资料系列相对较短，高频率附近实测点据偏少，容易产生偏差。

不同地区类型雨量站，台风雨主控区站点2种方法计算结果相对偏差较大，梅雨主控区站点和梅雨台风雨兼容区站点的相对偏差基本接近。

4 结 语

（1）目前浙江省单站设计暴雨主要采用2种方法，一种是《浙江省短历时暴雨》确定的设计暴雨法，主要应用于实测资料缺乏或系列较短的雨量站；另一种是以单站实测资料为依据的频率分析法，主要应用于实测资料系列较长的雨量站。

（2）全省不同区域雨量代表站分析表明，各历时不同频率暴雨计算结果，设计暴雨法均比频率分析法偏大，90%的相对偏差在10%以内，最大偏差不超过20%，2种方法计算结果具有较好的相符性。

（3）频率越高（重现期越大），2种方法计算结果相对偏差越大；台风雨主控区站点2种方法计算结果相对偏差比梅雨主控区站点和梅雨台风雨兼容区站点要略大。

（4）频率分析法以单站实测资料为依据，限于资料系列的局限性，分析结果有时会出现不能全面反映设计区域暴雨特性的情况；设计暴雨法考虑邻近站点数据、地形条件及气候条件等综合因素，相关参数进行概化，部分站点分析结果与实测资料不完全相符。

（5）实际工作中，应根据区域雨量站实测资料系列情况确定设计暴雨计算方法，具有较长系列实测资料的站以频率分析法为主，实测资料缺乏或系列较短的雨量站以设计暴雨法为主，并综合分析比较后最终确定暴雨计算结果。