城市设计暴雨雨量资料统计及选样方法

章鲁琪 张真奇 汤沂园

摘 要：在钱塘江河口地区，属感潮河网地区，地势低洼，容易造成暴雨积水，加上河口城市排涝的承泄区受外江洪水和外海潮水的双重控制，如暴雨时恰逢外江发生高水（潮）位时，会影响到城市排水等。本文针对河口地区城市特殊的下垫面情况及暴雨、洪水、潮汐的特性，结合实际资料进行深入研究，提出一套适合浙江省钱塘江河口城市实际情况的城市设计暴雨雨量资料统计及选样方法。

关键词：钱塘江河口；城市暴雨；暴雨选样

0 引言

在城市暴雨雨量资料统计分析中，必须把必然规律的物理成因分析与其偶然性的统计分析密切结合起来，相辅相成解决实际问题。为此，本文结合水文统计学知识，对城市设计暴雨雨量资料统计分析中的选样方法、频率计算等进行分析和讨论 [1]。

1 暴雨历时的选用

市政排水设计所采用的降雨历时一般分为5min、10min、15min、20min、30min、45min、60min、90min、120min等9个[2]，其基础资料的收集一般来源于城市自记雨量资料。本次收集的降水量资料，主要是浙江省水文局已经整编好的降水量资料摘录表、短历时暴雨统计表等资料中获取，基于基础资料的收集情况及本次暴雨研究的侧重点是市政排水和区域排涝的衔接匹配问题，本次研究选定了6个不同的暴雨历时，分别为1h、2h、3h、6h、12h、24h暴雨。

2 暴雨的选样方法

2.1 年最大值法选样

从每年各历时的雨量资料中选用最大的一组雨量，在N年资料中选用N组最大值组成统计样本。但该法的缺点是会遗漏在大雨年年内排第二或第三而比小雨年内排第一还大的较大雨量。

2.2 非年最大选样法

超定量法或年多个样本法：超定量法选样是选取全部资料N年暴雨雨样标准以上的所有资料，选样个数与资料年限无关。年多个样法是按不同历时每年取最大的n组雨样。

年超大值法选样：在全部资料中，大雨较多年份每年各历时选2～3个最大值雨样，大雨较少年份每年各历时选1个最大值雨样，然后各历时最大值按大到小排列，从首项开始取与资料年份系列相同个数的最大实测值组成样本，及平均每年一个。该方法是从大量资料年中考虑它的发生年，其意义是一年发生一次的平均期待值。

当k≠1，有n=kN，一般的取k为整数，即取前kN个最大值作为计算系列，即年多个样本法，则经验频率（次频率）计算式为：

式中：m—1，2，…，kN，为系列各值从大到小排列的序次。

次频率与年频率的计算公式，一般有3种方法。

方法一：

根据次频率与年频率的计算公式，可推求得：

当每年平均取样个数k=1时，年多个样法成为超大值选样，因此有，说明年最大值法与年超大值法具有相同的概率分布特征，但实际中发现由于年最大取样法会漏掉大水年份排在第二或第三位的暴雨，因此当资料年份不够长时，对于2种选样方法得到的同一重现期的暴雨，年超大值法选样的样本比年最大值法选样的样本大，特别是重现期低于5年一遇的样本。因此，应用上述重现期的转换关系只有在暴雨资料年份很长时才近似成立。

3 结论

本文对不同选样方法的重现期进行了转换分析，结合钱塘江河口地区的降雨资料进行了选样方法的统计对比分析，得出如下结论：

（1）年多个样本法取样，可直接获得重现期小于1年的雨样，因此对重现期较低的城市市政排水设计是合适的，通过实测资料分析，其次频率与年频率的重现期转换宜采用推荐的方法一进行。

但该方法存在资料收集难、统计工作量大、资料支出费用高等缺点，而随着对城市内涝认识的加深，城市防涝设计的重现期将达5～ 20年的标准，因此年多个样本法已逐渐不适应城市防涝设计的发展要求；

（2）年最大值法选样简单、独立性强，在水文统计中一般用该法。但由于该方法会遗漏大水年份排第二或第三为的暴雨雨样，因此不能反映现代城市排水设计中重现期较低的雨样分布规律，年最大值法与年多个样本法取样的最大差别集中在10年一遇以下的较低重现期的暴雨雨样，但两者在10年一遇以上的较大重现期的暴雨雨样差别减小。

年最大值法选样的优点是统计工作量小，缺点是该方法用于城市市政排水的设计暴雨推求时需要进行重现期的转换，建

议重现期转换按或计算。

（3）市政排水设计的重现期一般较低，资料选样较好的方法是年超大值法。年超大值法取样的精度与年多个样本法基本一致，且统计工作量减小，因此更适合市政排水设计的暴雨统计，但与年最大值法选样对比，其缺点是统计工作量略偏大。

（4）城市的排涝既涉及到市政排水还涉及到城市的区域排涝，但重现期的选用有较大的差别，根据我国实际情况，一般城市市政排水的标准一般为1～3年一遇，更低的达到0.25～0.33年一遇，因此暴雨重现期的确定可以通过暴雨选样统计后绘制经验频率曲线内插求得，而区域排涝的标准一般在10年一遇或20年一遇以上，采用经验频率曲线存在一定的误差，需要通过选用合适的频率曲线线型进行频率适线分析后确定。

参考文献

[1]黄振平.水文统计学[M].河海大学出版社，2003.

（作者单位：浙江省水利水电勘测设计院）