（水文学及水资源专业论文）天津市区暴雨分布规律分析与设计暴雨问题的研究及应用.pdf

摘要 就天津城市防洪而言，存在很多薄弱环节：每遇市区暴雨，市区淹泡多有发 生，特别是特大暴雨对市区造成洪沥灾害的现象依然存在；海河干流作为行洪、 排沥河道的泄水功能不高等。本课题研究的目的就在于通过对市区暴雨分布规律 的分析以及设计暴雨的推求及时掌握诸如天津城市化发展等因素导致的降雨等 水文气象要素的变化，、为市区产汇流模拟，排水规划以及海河干流的防洪调度和 管理等提供科学依据。 本文研究的主要内容有： ( 1 ) 天津市区暴雨时间分布特征的分析：主要包括天津市区暴雨的年内分布状 况；市区不同时段实测最大点雨量时间分布特点；次暴雨时间分配特性分析等。 ( 2 ) 天津市区暴雨空间分布特征的分析，主要包括暴雨在市区与郊区分布状况 的比较；各站各时段实测暴雨量最大值比较；暴雨在市内六区的分布状况；同次 暴雨在耳闸与市台间的比较；暴雨空间分布不均匀性的定量分析；天津城市化发 展对暴雨的影响等。 ( 3 ) 天津市区设计暴雨的推求：主要完成了天津市暴雨公式的建立及检验；设 计面暴雨计算；天津市区设计暴雨时程分配等。 ( 4 ) 市区暴雨与海河干流水位变化的相关关系分析：主要根据时段为1 2 h 的频 率为p = 2 ，5 ，1 0 ，2 0 9 6 ，5 0 等的设计暴雨过程，利用城市雨洪模型( p c s 嗍模型) ， 计算出了5 种不同频率下的设计洪水过程；建立了海河干流水位变化蓄变量关 系及设计暴雨发生情形下降雨量与海河干流水位变化的关系，对海河行洪、市区 排水规划管理等都具有重要的指导意义。 关键词：暴雨时空分布暴雨公式设计暴雨干流水位 a b s t r a c t s p e a k i n go ft h ef l o o dp r e v e n t i o ni nc i t yo ft i a n j i n , t h e r ea l em a n yw e a kl i n k s ： e v e r yt i m et h eu r b a nd i s t r i c tm e e t i n gr a i n s t o r m , s o m ed i s t r i c t s 锄哈s u b m e r g e d , a n d t h ep h e n o m e n o no ft h el a r g en 妊璐t ( ) n nc r e a t i n gf l o o d i n gd i s a s t e rt ot h eu r b a nd i s t r i c t s t i l le x i s t a st h er i v e rc o u e s co ff l o o d ，t h ed r a i n a g ef u n c t i o no fh a i h er i v e ri sn o t h i g t lt h eg o a lo ft h i st o p i cr e s e a r c hi sg r a s p i n gt h ec h a n g eo fh y d r o m e t e o r o l o g y e s s e n t i a lf a c t o rm e h 嬲p r e c i p i t a t i o nw h i c hi sc a u s e db yf a c t o r ss u c h 雒t i a n j i n u r b a n i z a t i o nd e v e l o p m e n tb ya n a l y s i so nt h er a i n s t o r md i s t r i b u t i o nr u l ea n dt h e c o m p u t a t i o no fd e s i g n i n gm i n s t o r n mih o p ei tc a np r o v i d et h es c i e n t i f i cb a s i sf o rt h e s i m u l a t i o no i lt h ec o n c e n t r a t i o no ff l o w ，t h ed r a i n i n gw a t e rp l a ni nt i a n j i nu r b a n d i s t r i c t ，t h ef l o o dp r e v e n t i o nd i s p a t c ha n dm a n a g e m e n ti nm a i ns t r e a mo fh a i h e r i v e r m a i nc o n t e n to ft h i st o p i cr e s e a r c h ： ( 1 ) a n a l y s i so nt h et e m p o r a ld i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fr a i n s t o r mi nt i a n j i n u r b a nd i s t r i c t ：m a i n l yi n c l u d i n gt h ed i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i co fn 痂1 s t o n ni no n e y e a r ；t h ed i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i co fa c t u a ll a r g e s ts p o tr a i n f a l lu n d e rd i f f e r e n t i n t e r v a l ；a n a l y s i so nt h ed i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i co f o n er a i n s t o r m 。 ( 2 ) a n a l y s i so nt h es p a t i a ld i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c so fr a i n s t o r mi nt i 觚j i n u r b a nd i s t r i c t ：m a i n l yi n c l u d i n gt h ec o m p a r i s o no fr a i n s t o r mb e t w e e nt h eu r b a na n d t h es u b u r bd i s t r i c t ；t h ec o m p a r i s o no fa c t u a ll a r g e s tr a i n f a l lu n d e rd i f f e r e n ti n t e r v a l b e t w e e ns e v e r a lh y d r o l o g ys t a t i o n ；t h ed i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i co fr a i n s t o r mi ns i x a r e a s ；t h ec o m p a r i s o no fr a i n s t o r m 。i nt h es a m et i m eb e t w e e ne r - z h as t a t i o na n d s h i t a is t a t i o n ；q u a n t i t a t i v ea n a l y s i so nt h en o n u n i f o r m i t yo ft h es p a t i a ld i s t r i b u t i o n o fm i n s t o m gt h ei n f l u e n c ec r e a t e db yu r b a n i z a t i o nt or a i n s t o r m ( 3 ) t h ec o m p u t a t i o no fd e s i g nm i n s t o r mi nt i a n j i nu r b a nd i s t r i c t ：e s t a b l i s h i n g a n de x a m i n i n gt h ef o r m u l ao fr a i n s t o r m ；c a l c u l a t i n gs u r f a c er a i n s t o r m ；a c h i e v i n g t i m ei n t e r v a la s s i g n m e n to ft h ed e s i g nr a i n s t o r m ( 4 ) t h ea n a l y s i so nt h ed e p e n d e n c yr e l a t i o nb e t w e e nr a i n s t o r mi nt i a n j i nu r b a n d i s t r i c ta n dc h a n g eo ft h el e v e li nm a i ns t r e a mo fh a i h er i v e r ：u s i n gt h ed e s i g n i n g r 砒啮t o 皿o f12 h ，w h o s e 丘e q u e n c yi s2 ，5 ，10 ，2 0 a n d5 0 b yt h em o d e lo f p c s w m mt of i g u r e so u tt h ed e s i g n i n gf l o o do ff i v ed i f f e r e n tf r e q u e n c y ；a c h i e v i n g t h ea n a l y s i so nt h ed e p e n d e n c yr e l a t i o nb e t w e e nt h ec h a n g eo ft h ew a t e rl e v e la n d c h a n n e ls t o r a g ec a p a c i t yi nm a r es t r e a mo fh a i h er i v e r ；e s t a b l i s h i n gt h er e l a t i o n b e t w e e nr a i n s t o r ma n dc h a n g eo ft h el e v e lu n d e rt h es i t u a t i o no fd e s i g nr a i n s t o r m , t h e r ea l ei m p o r t a n ti n s t r u c t i o ns i g n i f i c a n c et of l o o dp r e v e n t i o no fh a i h er i v e ra n d t h ed r a i n i n gp l a ni nt i a n j i nu r b a nd i s t r i c t k e yw o r d s ：r a i n s t o r m ，t h et e m p o r a l - s p a t i a ld i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i co f r a i n s t o r m , r a i n s t o r mf o r m u l a , d e s i g nr a i n s t o r m , w a t e rl e v e li nm a i ns t r e a mo f r i v e r 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获搏墨鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：参乡签字日期：瑚口7 年月，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解叁鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：拿3 导师签名： 场务 签字日期：m 驴7 年 石月j ，日 签字日期：心声6 月s 日 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 天津市概况 1 1 1 地理位置及气候 第一章绪论 天津位于中国华北平原的东北部，西北背枕燕山，东南面临渤海，地理坐标 介于北纬3 8 0 3 37 5 7 ，一4 0 0 1 4 7 5 7 ”，东经1 1 6 0 4 2 0 5 ，- 1 1 8 0 0 3 3 1 ”之间，南北长1 8 6 l 皿，东西宽1 0 1 3k m ，海岸线长1 5 5k m 。全市总面积1 1 9 1 9 7k m 2 , 其中平原占9 3 9 ， 山区和丘陵占6 1 。 其地势由西北向东南逐渐由高到低，形成了一个象簸箕形的坡地；地处中纬 度欧亚大陆东岸，面对太平洋，季风环流影响显著，冬季受蒙古冷高气压控制， 盛行偏北风；夏季受西太平洋副热带高气压左右，多偏南风。气候属暖温带半湿 润大陆季风型气候，有明显由陆到海的过渡型。气候特点是四季明显，长短不一， 春季多风少雨，夏季炎热多雨，秋季气爽宜人，冬季寒冷少雪。除蓟县山区外， 全年平均气温为摄氏1 1 以上。一年之中，1 月份与7 月份气温相差一般在摄氏 3 0 上下，日温差一般在l o 左右；降水不多，多年平均降水量约为5 7 4 8 7 m m , 分配不均匀；季风显著，日照比较充足。 1 1 2 河流水系 天津境内有海河、子牙新河、独流减河、永定新河、潮白新河和蓟运河等穿 流入海。海河是华北最大的河流，上游长度在1 0 虹以上的支流有3 0 0 多条，、在 中游附近汇合于北运河、永定河、大清河、子牙河和南运河，五河又在天津金钢 桥附近的三岔口汇合成海河干流，由大沽口入海。干流全长7 21 皿，平均河宽 l o o m ，水深3 5 m 。 1 1 3 市区概况 市区位于天津市中南部，海河下游，地跨海河两岸，辖和平区、河东区、河 西区、南开区、河北区、红桥区六区，是天津地区经济，文化，教育，卫生等事 业的中心，市区人口约4 0 0 万人，市区面积由5 0 年代的6 1k 2 逐步扩大到8 0 年 代的1 6 1l 皿2 和9 0 年代的2 3 4k m 2 。截止到目前，天津市外环线内城区面积约3 8 0 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 】皿2 ，市内六区面积1 7 3k m 2 。 市内六区的地理位置见图1 1 。 p f ，产一彳瓤勺 k 。迎、p t 、，r 、一 了哆除一t 0 , - - j 盆、 之 、一号 图l l 天津市内六区分布图 1 2 我国大暴雨的时空分布状况 我国是暴雨较多的国家，其分布特性受季风的进退影响明显。 ( 1 ) 4 - 一6 月，东南季风登陆，大暴雨主要出现在长江以南地区，是华南前汛 期暴雨和江南梅雨期暴雨出现季节。 ( 2 ) 卜8 月，西南和东南季风均很强盛，在川西、华北一带出现大暴雨，同 时东南沿海一带多热带气旋暴雨，东南沿海山地、华南、苏北均出现过一次降雨 量6 0 0 - - - 8 0 0 r a m 的大暴雨。 ( 3 ) 卜1 1 月，北方冷空气活动加强，雨区南移，东南沿海一带仍然受南下冷 空气及热带气旋的影响，在广东沿海和海南岛、台湾可以出现大暴雨。 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 3 暴雨特性和设计暴雨研究的发展 暴雨研究可分为以预报为目的的暴雨的形成、发生、发展研究( 主要研究大 气) ，和土木工程建筑设计为目的的暴雨多年统计与设计计算( 主要研究降落到地 面上的雨量) 。水利水电部门多考虑大中面积和中长历时设计暴雨，还注重利用 暴雨预报和监视，为江河和水利水电枢纽的防汛服务。 我国的暴雨研究工作大体上可以分为暴雨特性研究，设计暴雨实用性研究， 设计暴雨计算方法研究等几个方面。 1 3 1 暴雨特性研究 几十年来，对中国暴雨特性，尤其是特征值的地域分布进行了多方面的综合 分析研究，包括雨量极值地域分布，最大时面深记录，雨深一历时关系，雨深一 面积关系，时面雨型，季节变化，暴雨日数，暴雨水资源比率，暴雨天气系统， 地区暴雨特性等。 我国在1 9 7 6 1 9 8 7 年，研制了5 种历时实测和调查最大点雨量分布图和记录 表，分析了点雨量极值的地域分布，探讨了暴雨极值与天气系统、历时、季节的 关系。利用9 3 0 次暴雨时面深关系，研究了我国的暴雨笼罩面积、面平均雨深、 一次暴雨总量的地区分布，并分析了最大暴雨时面深记录，类似成果在当今世界 上只有美国等少数国家进行过全面分析。 在1 9 7 9 年讨论了各历时“最大”和“同次”暴雨时深关系的区别以及用变动“主 历时”综合的方法，讨论了时深关系曲线上稀遇程度最大的特征点。 暴雨时程分布雨型( 时雨型) 研究了3 种时段，分析暴雨1 5 7 8 次，分区研究 了雨型特征：降雨“阵数”、降雨持续时间、两阵雨之间的间隙时间、最大时段 雨量出现于各时序的百分数以及各时段雨量的比例。针对面分布雨型对全国1 4 3 次大暴雨作研究，将等雨深线概化为椭圆形，分析各次暴雨各标准面积的面雨型 特征，反映椭圆长短轴之比的形状比率以及主雨轴的方位。 2 0 世纪9 0 年代，中国分析讨论了旬、月降水的季节变化，绘制了中国降水 季节集中系数等值线图。计算了全国8 8 站分月年最大1 d 点雨量统计参数，并绘 等值线图，讨论分月参数对全年的比率；还研究了分月暴雨极值地域分布，分地 带绘制了最大雨量出现日期散布图；对暴雨时面深关系和时面雨型的季节变化也 作了讨论，还重点研究了热带气旋暴雨和低涡切变暴雨的发生季节以及暴雨洪水 特性。 通过6 7 1 站3 0 年雨量资料研究了中国暴雨日数的地域分布。 天津大学硕士学位论文第章绪论 除了全国性的暴雨特性研究，也开展了不少地区性暴雨特性的综合研究。其 中如南方湿润地区、北方干旱半干旱地区；也有对特大流域的研究，如长江、黄 河、西南横断山脉四江等；还有省区一级的研究。地区暴雨研究由于范围较小， 暴雨特性比较一致，分析更为深入1 。 1 3 2 设计暴雨研究 水利科学研究院水文研究所于2 0 世纪5 0 年代系统研究了中国暴雨洪水频率 计算方法，包括选样、经验频率公式、线型、特大值处理、参数地区综合、分期 暴雨频率分析等。 长江水利委员会等也于2 0 世纪5 0 年代开始研究可能最大暴雨。 我国在2 0 世纪6 0 年代初，对时面深关系作了许多研究；2 0 世纪7 0 8 0 年代 补充了大量资料，改进了计算方法，成果精度大为提高。1 9 7 3 年首次列入设计 洪水计算规范。1 9 7 7 年我国编写了“中国可能最大2 4 小时点雨量等值线图”。 1 9 7 8 年8 月，水利电力部组织全国进行设计暴雨的研究。在1 9 7 7 年一1 9 8 8 年期间，先后完成了多项设计暴雨综合研究成果，直接为设计洪水计算使用。 美国于2 0 世纪7 0 年代末开始对可能最大降水再次进行了系统研究，我国在 引进世界气象组织推荐技术的同时，也对估算方法和应用进行了分析研究。 2 0 世纪8 0 年代美国提出了面雨型分析的新方法，我国也作了研究，提出了 时程雨型特征和面分布雨型特征的定量指标，研究了暴雨天气类型、地形、历时 等对雨型的影响，给出了符合暴雨特性的设计雨型计算方法1 ，。 当然，近些年来，随着水利水电工程规划设计运用要求的提高和科技的发展， 对设计暴雨的研究领域必须相应发展。设计暴雨时面雨型、暴雨季节变化以及暴 雨水资源比率等研究工作都逐步展开。当人们对暴雨的认识逐步提高之后，有些 计算方法也得到改进，例如以往短历时设计暴雨一般采用2 4 h 设计暴雨，配合暴 雨递减指数计算。研究结果表明，暴雨递减指数随历时区段、频率、地形变化， 东部大多数地区短历时暴雨的年际变差较小，要求的资料系列长度可短于2 4 h 雨 量，参数地区变化较小，所以改为多历时直接分析统计参数的方法。 暴雨是城市洪水的主要成因，同时也是水资源的重要来源；暴雨公式和雨型 分配过程是水利工程设计与排涝的重要依据，特别在雨水管渠的常规设计中经常 丑到它仃 。 1 4 暴雨特性和设计暴雨研究特点 ( 1 ) 基本资料的积累和收集 天津大学硕士学位论文第一章绪论 雨量资料是暴雨研究的基础，研究工作都应十分重视基本雨量资料的积累。 水利工程管理以及气象、城建等部门还有不少雨量观测资料，对暴雨极值的分析 研究很有价值。除了利用一切可以利用的雨量观测资料外，中国还特别重视暴雨 调查，尤其在干旱半干旱地区。华北、西北大多省区最大6 h 调查雨量约相当于 同地区实测最大值的2 倍。在可能最大暴雨等值线图编制工作中已有几十次调查 暴雨资料得到利用。 ( 2 ) 基础分析研究工作 各省( 市、自治区) 对本地区几十次至几百次大暴雨作了“暴雨普查”，分析其 发生日期、暴雨中心位置、雨量、起迄时间、雨区范围、环流形势、天气系统、 水汽人流方向等。各地区还对其中若干次特大暴雨进一步分析时面深关系、降雨 过程、等雨深线、暴雨移动情况、多层天气图、水汽输送、中小尺度分析、地形 影响等工作，建立了暴雨档案，各省( 市、自治区) 、流域及自然区还开展地区性 暴雨特性分析研究并作暴雨分区；气象部门也出版了不少地区暴雨书籍。 ( 3 ) 地区综合分析 由于特大暴雨的暴雨中心，在一个测站上出现的概率非常小，暴雨雨深的水 平梯度又很大，加上绝大多数测站的观测系列在5 0 年以内，因此点暴雨统计特 征的分析研究必须充分利用地区内一切可以利用的资料，加以地区综合分析，并 以等值线图等形式加以表达。其他暴雨特征，如时面深关系、时面雨型等研究， 因各次暴雨的差异很大，也必须进行地区综合分析。因此，地区综合分析成为了 暴雨研究的一个重要手段。 ( 4 ) 暴雨特征影响因素分析 经过多年的研究，发现暴雨特征的地区差异一般与地理、气候有关，并且各 特征之间也有影响。例如暴雨面分布雨型，国外将概化等雨深线图形中长短轴之 比( 形状比率) 给出一个定值，但经过分析，发现梅雨与热带气旋雨的暴雨形状比 率差异明显，而且还随雨量历时而变。 ( 5 ) 新领域新方法研究 如前所述：随着水利水电工程规划设计运用要求的提高和科技的发展，对设 计暴雨的研究领域必须相应发展。设计暴雨时面雨型、暴雨季节变化以及暴雨水 资源比率等研究工作都逐步展开。当人们对暴雨的认识逐步提高之后，有些计算 方法也得到改进。例如以往短历时设计暴雨一般采用2 4 h 设计暴雨，配合暴雨递 减指数计算。研究结果表明，暴雨递减指数随历时区段、频率、地形变化，东部 大多数地区短历时暴雨的年际变差较小，要求的资料系列长度可短于2 4 h 雨量， 参数地区变化较小，所以改为多历时直接分析统计参数的方法。 ( 6 ) 水文气象协作研究 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 水利和气象部门暴雨研究的重点虽有差别，但协作研究仍十分重要。2 0 世 纪7 0 年代末，两部门合作研究中国可能最大暴雨等值线图的编制，即为成功的 范例。例如，暴雨普查的场次确定和雨情分析以水利部门为主；而暴雨天气普查、 特大暴雨个例分析、暴雨移置可能性分析则以气象部门为主；而可能最大暴雨估 算方法则由两部门共同研究制订u 。 1 5 研究目的和意义 洪水灾害是经济损失最严重、人口伤亡最多和社会影响最大的自然灾害之 一。全国8 万多座水库的设计洪水大多由设计暴雨计算，半个世纪以来暴雨研究 深受关注。与流量观测相比，降雨观测系列较长，雨量站密度较高，暴雨特征受 下垫面影响和人类活动影响较小，因此暴雨研究在今后将更趋重要。 天津市多年来对城市防洪做了大量工作，使城市的防洪标准大幅度提高，特 别是1 9 9 7 年以来，重点实施了海河干流、永定新河、独流减河、西河等重要行 洪河道治理和海挡加固工程。城市防洪圈已经建成，使中心城市的防洪标准达到 2 0 0 年一遇，海挡标准也已由1 9 9 5 年的5 1 0 年一遇提高到2 0 年一遇的标准。但 由于种种原因，每遇市区暴雨，市区淹泡多有发生，特别是大暴雨，特大暴雨对 市区造成洪沥灾害的现象依然存在；海河干流作为行洪、排沥河道的泄水功能不 高也是事实。 例如：( 1 ) 2 0 0 3 年1 0 月暴雨，虽量级不大，但由于近年来城市地表建设的迅 速发展，市区硬质化程度增加，使市区淹泡点数增加，积水加深。据调查，和平 区淹泡点6 处，最大积水深位于和平路，水深0 6 m ；南开区淹泡点4 处，最大 积水深位于南大道，积水深0 6 m ；河北区淹泡点6 处，最大积水深位于扬桥街 一带，积水深1 2 0 m ；河东区淹泡点6 处，最大水深位于大桥道一带，积水0 4 m ； 河西区积水7 处，最大积水0 4 m ，发生在土城、西南楼一带；红桥区积水7 处， 早桥最大积水深1 7 m ，是近年来市区积水最为严重的一次。 ( 2 ) 2 0 0 5 年7 月3 0 日的降雨来势凶猛、强度大、时间短，造成市区2 6 处短 时积水，其中，南开区南大道、烈士路地区，红桥区李家房子、昌合里地区，河 东区唐口新村、中山门地区，和平区南市、中国大戏院地区，河西区西南楼、土 城地区等积水达2 5 1 0 0 c m 。 ( 3 ) 2 0 0 5 年8 月1 6 日的大到暴雨，此次降雨强度大、时间长，由于降雨强度 超过管道设施设计能力( 6 0 m i n 3 0 m m ) ，造成市区3 0 处短时积水。其中，和平区 南市、中国大戏院地区，南开区南大道、北草坝地区，红桥区李家房子地区，河 东区唐口新村、中山门地区，河西区西南楼、土城地区，河北区小王庄、昆纬路 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 等地区积水达到2 0 - 6 0 c m ，唐1 2 1 地道、新开路地道、早桥地道积水达到4 0 - 1 7 0 c m 。 本课题研究的意义就是针对这些情况，通过对市区暴雨分布规律的分析以及 设计暴雨的推求及时掌握诸如天津城市化发展等因素导致的降雨等水文气象要 素的变化，为市区产汇流模拟，排水规划以及海河干流的防洪调度和管理等提供 科学依据。 天津大学硕士学位论文第二章天津市区暴雨时间分布特性分析 2 1 概述 第二章天津市区暴雨时间分布特性分析 国内很多人针对不同地区对暴雨时间分布特性开展过研究，几乎涵盖了全部 的典型区域。 于耀仁等利用河南省驻马店市1 9 6 0 - 2 0 0 0 年历史资料和天气图资料，对驻 马店市主汛期( 6 月8 月) 出现的大暴雨进行分型统计，得出大暴雨的时间分布 特征、起止时间、维持时间及主要影响系统旺。 陈家金等人通过对福建省6 6 个站近4 4 年的历年降水资料分析，阐述暴雨、 大暴雨、特大暴雨的时空分布特点及对农业生产的影响。结果表明福建各类型暴 雨主要发生在雨季和夏季，雨季为暴雨的第一高峰期；夏季为大暴雨和特大暴雨 第一高峰期；秋冬季和春雨季的各类暴雨出现频率较小：暴雨的地理分布相对均 衡，而大、特大暴雨的高发区在沿海地区。各类型暴雨以暴雨为主，但给农业生 产造成严重损失的通常是大、特大暴雨门1 。 黄明策利用1 9 7 0 2 0 0 4 年广西8 9 个测站逐年1 2 h 降水实测资料，分析了广西 暴雨的时空分布特征，发现了广西年均暴雨日数的地域分布与年均暴雨量的分布 相一致，但不同的季节年均暴雨日数其地域分布有明显差异。暴雨的日变化具有 桂西北夜间暴雨濒数较白昼高，而桂东南则相反的分布特点。广西暴雨过程持续 时间一般为l 2 d ，约占9 4 ，3 d 以上的强过程只在5 8 月份出现h 。 刘卫民等利用甘肃省陇东南地区3 1 个气象站1 9 6 7 2 0 0 1 年的逐日降水资料， 统计分析了该区大到暴雨时空分布的主要气候及年际、年代际变化特征，根据实 际需要确定了该区暴雨及标准b 。 尹恒根据2 0 世纪后3 0 年( 1 9 7 1 2 0 0 0 年) 十堰市及其所属6 县( 市) 气象台站 逐日降水资料，采用统计分析方法，对近3 0 年该市暴雨、大暴雨与局部暴雨的 时空分布特征作了探讨临。 宋少文等人研究发现鲁北平原地处黄泛区，流域坡度较缓，降水量年际变化 大，年内分配不均，且多以暴雨形式集中在每年的汛期( 6 9 月) ，同时排涝河道 层层建闸拦蓄，造成暴雨期排水不畅，极易积涝成灾，依据1 9 5 1 - 2 0 0 0 年实测暴 雨资料，对本区暴雨的成因、时空分布规律进行了探讨汀。 天津大学硕士学位论文 第二章天津市区暴雨时间分布特性分析 2 2 市区年降水量序列分析 通过查阅相关资料，得到天津市区年降雨量系列，其中包括1 9 7 0 年2 0 0 6 年共计3 7 年的年降雨量8 ，计算可得多年平均降雨量为5 4 5 1m m 。 年降水量的年际变化包括变化幅度和变化过程。年降水变化幅度可以用降水 量最大值与最小值的极差来表示。在系列中，最大降水量发生在1 9 7 7 年，为 1 0 9 1 1 m m ，最小降水量发生在2 0 0 6 年，为3 2 3 6 m m ，两者的差值为7 6 7 5m m ， 比值为3 3 7 2 。 通过对天津市区3 7 年来，逐年1 _ 5 月份，6 _ _ 9 月份，1 旺1 2 月份降雨量 的计算发现( 占全年比例见表2 - 1 ) ，6 _ _ 9 月份降水量占全年比例的最高值为1 9 7 8 年的8 9 1 ；1 9 9 8 年比例最小也达到5 5 7 ；多年平均为7 8 4 。1 5 月份降水 量占全年比例的最高值也仅为3 8 2 ，出现在1 9 9 8 年；最低值只有3 9 ，出现 在1 9 9 3 年；多年平均值为1 4 。1 旺1 2 月份降水量占全年比例的最高值为1 7 8 ， 出现在1 9 7 2 年；最低值为2 0 0 5 年的0 9 ；多年平均值仅为7 6 。 分析可得，天津市区降水量年际之间具有不均匀性；天津市区降水主要集中 在6 _ - 9 月份，l 一5 月份以及1 1 2 月份降水偏少，降水量在年内时间分配上 很不均匀。 表2 - 1 天津市区分段降水统计表 天津大学硕士学位论文第二章天津市区暴雨时间分布特性分析 续表2 i 天津市区分段降水统计表 1 0 天津大学硕士学位论文第二章天津市区暴雨时间分布特性分析 2 2 1 经验频率计算 根据公式： 尸：旦1 0 0 ( 2 1 ) g + l 式中 1 1 1 为计算的子样在系列中按大小顺序排列的序号；i i 为样本的总个数； p 为计算的经验频率。 计算结果见表2 2 。 通过频率计算可以得到以下结论： ( 1 ) 如果将频率p 6 2 5 的视为枯水年哆，则枯水年份有1 9 7 2 ，1 9 7 6 ，1 9 8 0 ， 1 9 8 1 ，1 9 8 2 ，1 9 8 6 ，1 9 8 9 ，1 9 9 2 ，1 9 9 3 ，1 9 9 7 ，1 9 9 9 ，2 0 0 0 ，2 0 0 2 ，2 0 0 6 等1 4 个年份。其余年份视为平水年。 ( 3 ) 连丰期有1 9 7 7 1 9 7 9 年，1 9 8 4 1 9 8 5 年，1 9 8 7 - - 1 9 8 8 年，1 9 9 4 - - - 1 9 9 5 年。 ( 4 ) 连枯期有1 9 8 0 - - 1 9 8 2 年，1 9 9 2 - - 1 9 9 3 年，1 9 9 9 - - 2 0 0 0 年。 ( 5 ) 连续年数最长的且均值最大的连丰期为1 9 7 7 1 9 7 9 年，均值为8 4 7 5 m m 。 ( 6 ) 连续年数最长的且均值最小的连枯期为1 9 8 0 - - - 1 9 8 2 年，均值为4 0 4 2 m m 。 2 2 2 模比系数k i 的计算 根据公式： k ，= 鲁 ( 2 2 ) 式中x i _ i 历年降雨量；z 一多年平均降雨量( 5 4 5 1 r a m ) 计算历年模比系数，结果见表2 2 。 2 2 3 变差系数c v 的计算 根据公式c 。= ( 2 - 3 ) 式中k i 为模比系数，n = 3 7 为降水量序列中样本的数目。 计算可得初始c ，= o 2 9 ，变差系数不大，表示系列的离散程度较小，这点在 天津大学硕士学位论文 第二章天津市区暴雨时间分布特性分析 频率曲线图当中也可以看到。 2 2 4 偏态系数c s 的计算 根据公式c 。= 2 力 毫( k 厂1 ) | l 、 ( 刀一1 ) ( 刀一2 ) 刀c v 3 ( 2 4 ) 式中k i 为模比系数，n = 3 7 为降水量序列中样本的数目，q = 0 2 9 为变差系数 初始值。 计算可得初始c s = 1 1 6 。 表2 2 天津市区1 9 7 0 - - 2 0 0 6 年降水量序列经验频率( ) 计算 2 0 0 6 2 0 0 5 2 0 0 4 2 3 2 0 0 2 2 0 0 l 2 0 0 0 1 9 9 9 1 9 9 8 1 9 9 7 1 9 9 6 1 9 9 5 1 9 9 4 1 9 9 3 1 9 9 2 1 9 9 1 1 9 9 0 1 9 8 9 1 9 8 8 1 9 8 7 1 9 8 6 3 2 3 63 70 5 9 49 7 4 6 2 0 6 l l1 1 3 92 8 9 5 2 5 51 80 9 6 44 7 4 7 2 4 25 1 3 2 91 3 2 3 4 0 1 3 30 6 2 48 6 8 4 8 3 62 20 8 8 7 5 7 9 4 4 8 42 9 8 2 37 6 3 4 1 7 6 3 27 6 68 4 2 6 2 2 91 01 4 32 6 3 4 5 8 0 2 68 4 06 8 4 4 7 0 12 38 6 26 0 5 7 3 7 341 3 5 31 0 5 5 8 4 o 1 41 0 7 13 6 8 4 5 5 22 70 8 3 57 1 1 4 3 5 33 00 7 9 97 8 9 5 1 9 o 1 90 9 5 25 0 0 6 2 5 681 1 4 82 1 1 3 2 7 03 40 6 0 08 9 5 6 7 6 1 71 2 4 01 8 4 6 2 4 291 1 4 52 3 7 4 6 2 32 50 8 4 8 6 5 8 1 9 8 56 1 0 21 31 1 1 93 4 2 1 2 糕 天津大学硕士学位论文 第二章天津市区暴雨时间分布特性分析 续表2 2 天津市区1 9 7 0 - - - 2 0 0 6 年降水量序列经验频率( ) 计算 1 9 8 4 1 9 8 3 1 9 8 2 1 9 8 1 1 9 8 0 1 9 7 9 1 9 7 8 1 9 7 7 1 9 7 6 1 9 7 5 1 9 7 4 1 9 7 3 1 9 7 2 1 9 7 1 1 9 7 0 总计 平均 6 1 7 3 4 9 0 2 3 2 4 2 4 5 3 3 4 3 5 0 7 6 9 3 6 8 2 0 1 0 9 1 1 4 6 8 9 5 4 8 8 5 0 7 4 8 4 1 1 3 2 5 9 5 6 6 1 5 5 6 2 2 0 1 6 7 6 5 4 5 1 l - 1 3 2 0 8 9 9 0 5 9 5 0 8 3 2 0 7 9 8 1 4 1 1 1 2 5 l 2 0 0 2 o 8 6 0 1 0 0 7 o 9 3 l 1 5 4 3 0 5 9 8 1 0 3 9 1 0 2 0 3 1 6 5 5 3 9 4 7 7 3 7 8 1 6 7 9 1 5 8 2 6 6 3 2 4 4 7 5 2 6 5 3 9 2 1 3 9 5 4 2 1 2 2 5 指定频率的降水量设计值 调整g ，c s 的值，利用适线法选择一条与经验频率点据配合最好的曲线作为 采用曲线，在曲线上找到指定频率的降水量设计值。 通过调整发现当c v = o 3 0 ，c s = 3 c ，= o 9 0 时，曲线与点据配合最好，选择此参 数下的曲线作为采用曲线，曲线见图2 - 1 所示。 利用适线程序，得到特定频率( 如0 0 1 ，0 0 2 ，1 ，2 ，2 0 ，5 0 ， 9 5 等) 下的降水量设计值，具体结果见表2 3 。 表2 3 天津市区不同频率下的年降水量设计值 1 3 屹 殂 弘 勰 孔 3 6 孔 加 2 站 b m 天津大学硕士学位论文第二章天津市区暴雨时间分布特性分析 o 1 0 0 2 0 0 5 0 1 0 0 2 0 0 3 o o 5 0 0 1 0 o 2 0 0 2 5 0 3 0 o 4 0 0 5 0 o 6 0 o 7 0 o 7 5 o 8 0 0 9 0 o 9 5 o 9 7 0 9 9 o 9 9 5 9 9 9 2 3 2 2 1 9 2 0 2 1 8 9 1 7 5 1 6 7 1 5 6 1 4 0 1 2 3 1 1 7 1 1 2 1 0 3 o 9 6 o 8 9 0 8 2 o 7 8 0 7 4 0 6 6 0 5 9 0 5 6 o 5 0 0 4 8 o 4 3 1 2 6 2 6 7 儿9 4 1 5 1 1 0 1 2 7 1 0 2 8 6 6 9 5 3 6 0 9 0 8 1 4 8 4 9 1 0 7 6 4 0 7 6 7 0 8 5 6 3 8 1 5 6 1 0 0 2 5 6 2 2 7 5 2 0 9 0 4 8 2 6 3 4 4 5 1 8 4 2 5 7 2 4 0 5 4 5 3 5 7 5 3 3 2 3 8 4 3 0 4 7 l 2 7 3 6 4 2 5 9 0 9 2 3 4 5 6 2 3 暴雨的年内分布状况 由于天津市区地处暖温带半湿润大陆季风型气候区，暴雨天气系统比较简 单，中小尺度天气系统并不十分活跃，故暴雨在时间分布上的不均匀性显著，年 内干湿二季明显，暴雨比较少会在全年都发生，而是主要集中在每年的6 _ 9 月 1 4 天津大学硕士学位论文 第二章天津市区暴雨时间分布特性分析 份，7 - 8 月更是暴雨易发季节，特别是7 月下旬8 月上旬为集中暴雨期。 这里列举几场典型暴雨作简单说明： ( 1 ) 1 9 5 4 年，主要的三次暴雨分别发生在7 月2 3 日，8 月7 日和8 月9 日， 降雨量分别为3 6 7 m m , 2 8 3 m m 和4 0 5 r a m ； ( 2 ) 1 9 7 7 年2 4 1 1 降水量达到1 5 7 r a m 的大暴雨发生在8 月3 日； ( 3 ) 1 9 7 8 年8 月8 日，1 2 h 雨量在耳闸站达到2 9 1 7 m m ； ( 4 ) 1 9 8 2 年8 月1 7 日，耳闸站1 0 m i n 雨量高达4 2 8 m m ； ( 5 ) 1 9 8 4 年8 月1 0 日，市区耳闸站降雨1 6 7 r a m ； ( 6 ) 1 9 9 4 年8 月6 日，市区平均降水量达到9 4 6 m m ，发生最大降水量的河西 区，达到1 1 3 4 r a m ； ( 7 ) 1 9 9 5 年8 月1 6 日，市区耳闸站降雨1 2 9 9 r a m ； ( 8 ) 2 0 0 5 年8 月1 6 日，天津突降大到暴雨，市区平均雨量达到1 0 7 r a m 。 统计1 9 9 7 - - 2 0 0 6 共1 0 年的每年最大一次降雨量( 具体见表2 _ 4 ) 近似分析 天津市区暴雨的年内分配状况。 表2 - 4 天津市区1 9 9 7 - - 2 0 0 6 年每年最大一次日降雨量 天津市汛期内暴雨按强度分为三级们： ( 1 ) 暴雨为h l 立3 0 1 7 0 m m 或h 2 4 5 0 1 - 1 0 0 m m ； ( 2 ) 大暴雨为h 1 2 z 7 0 1 1 4 0 r a m ，或h 2 4 _ 1 0 0 1 2 0 0 m m ； ( 3 ) 特大暴雨为h 1 空1 4 0 m m ，或h 2 4 2 0 0 m m 。 查阅最大一次降水过程得知，2 0 0 2 年8 月3 日，h 1 2 即达到4 2 4 m m ；2 0 0 6 年7 月1 4 日h 1 2 即达到3 5 8 m m ，参照暴雨等级划分标准，除2 0 0 4 年6 月1 6 日 天津大学硕士学位论文第二章天津市区暴雨时间分布特性分析 之外，其他场次均可列为暴雨或者大暴雨级别。 可见天津市区暴雨基本集中在汛期的6 - 9 月，占7 7 8 ，非汛期占到2 2 2 ； 以月份而言，最多发生在7 月和8 月，各占统计场次的3 0 o 。从大暴雨的量级 看，有两场暴雨发生在非汛期，分别是4 月份和1 0 月份，雨量都在l o o m m 以上。 2 4 市区不同时段实测最大点雨量时间分布特点 本节统计了耳闸站l o m j 卜7 d 共9 个时段的实测最大雨量，作为市区不同时 段实测最大点雨量的代表，具体见表2 - 5 。 表2