廣西融水縣暴雨強度公式的推算與研究

藍求 羅延斌 王藝

摘 要：以融水觀測站1988—2017年的逐分鐘降雨資料，采用年最大值法挑選5、10、15、20、30、45、60、90、120、150、180min共11個短歷時最大降雨量的統計樣本，采用P-Ⅲ型分布曲線、指數分布曲線、耿貝爾分布曲線3種理論頻率曲線進行擬合，通過最小二乘法和高斯牛頓法推算暴雨強度公式，并進行精度檢驗，得出廣西融水縣暴雨強度公式。

關鍵詞：暴雨強度公式；推算；擬合；精度檢驗；融水縣

中圖分類號：S16

文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190515065

前言

融水縣地處廣西柳州市西北部，屬亞熱帶季風氣候，年平均降雨量1774.0mm，累年平均暴雨日數為7.3d，為廣西三大暴雨中心之一。隨著全球氣候變暖的影響，融水縣極端暴雨事件頻發，造成城市內澇事件時有發生。2017年7月1—2日，受高空槽及低層切變線降雨系統的共同影響，融水縣出現暴雨局部大暴雨，最大降雨量為大浪鎮（233.3 mm），造成融水縣城出現嚴重的內澇災害。融水縣受災人口44403人，轉移509人，房屋受損96戶109間，農作物成災面積346.67hm2，交通設施及旅游基礎設施水毀嚴重，全縣直接經濟損失達11307萬元。因此，研究廣西融水縣暴雨強度公式（以下簡稱融水公式），為市政排水設計提供科學依據，是解決融水縣防災減災和防洪排澇能力的客觀需求。

本研究利用融水觀測站1988—2017年逐分鐘降雨資料，根據規范[1]和導則[2]推算融水公式，采用3種理論頻率曲線進行擬合并進行精度檢驗，得出融水公式。

1 資料與方法

1.1 資料來源

融水觀測站是融水縣區域內唯一的國家地面氣象觀測站，該站具有30a以上的降雨量資料，符合《室外排水設計規范》和《城市暴雨強度公式編制和設計暴雨雨型確定技術導則》的站點選擇原則。本資料來源為調取融水觀測站留存的年報表文件并利用廣西氣象信息中心提供的融水逐分鐘雨量數據文件，通過本局開發的電腦程序讀取數字化后的分鐘降水數據，挑取1988—2017年降雨歷時為5、10、15、20、30、45、60、90、120、150、180min 11個歷時的年最大降水量。

1.2 數據處理原則

根據相關的規范[3]和方法[4]規定的處理原則進行資料處理，主要原則為：挑取的降雨時段為11個歷時。當1440min歷時的降雨量大于或等于10.0mm時才進行挑取。不跨年不受日、月界限制從年內各月的降雨時段最大降雨量數據中，采用滑動的方式挑取。當各歷時最大降雨量出現次數大于或等于2次的，在記錄欄內記錄出現次數。

1.3 暴雨強度公式推算方法

依據以上規范和導則，統計資料樣本采用年最大值法，采用P-Ⅲ型分布曲線、指數分布曲線、耿貝爾分布曲線3種理論頻率曲線進行擬合[5]，利用最小二乘法和高斯牛頓法推算暴雨強度公式，并進行精度檢驗，以精度最高的推算公式作為最終應用的融水公式[6]。

2.4 暴雨強度公式的精度檢驗

根據規范的要求，需要對暴雨強度計算結果進行計算抽樣誤差和暴雨公式誤差[9]的精度檢驗，以確保計算結果的準確性。計算融水公式的精度如表5。

根據規范提出的標準：在一般降雨強度地區，平均絕對均方差不宜大于0.05mm；在較大降雨強度地區，平均相對均方差不宜大于5.00%。分析結果表明：基于耿貝爾分布的暴雨強度公式精度優于P-Ⅲ型分布和指數分布，利用最小二乘法推算的暴雨強度公式精度優于高斯牛頓法；融水縣是廣西的暴雨中心，屬于規范中提出的較大降雨強度地區，基于耿貝爾分布曲線，利用最小二乘法推算的暴雨強度總公式和區間參數公式的相對方差分別為3.99%和3.68%，滿足以上規范提出的精度要求。

3 結論

采用年最大值法對廣西融水縣1988—2017年共30a的資料進行取樣，采用P-Ⅲ型分布、指數分布、耿貝爾分布3種理論頻率曲線進行擬合調整，并進行精度檢驗。結果表明：P-Ⅲ型和耿貝爾分布曲線的擬合效果優于指數分布曲線，P-Ⅲ型和耿貝爾分布曲線擬合的相對均方差均小于5%，符合規范的要求；而指數分布曲線擬合的相對均方差大于5%，不符合規范的要求。

采用最小二乘法和高斯牛頓法分別推算了廣西融水縣暴雨強度公式，并進行精度檢驗，結果表明：基于耿貝爾分布曲線，利用最小二乘法推算的暴雨強度總公式和區間參數公式的相對方差分別為3.99%和3.68%，符合規范的精度要求，推算的融水縣暴雨強度公式可應用于該地區的排水工程設計。

參考文獻

[1] 上海市政工程設計研究總院.室外排水設計規范：GB 50014-2006[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[2] 住房和城鄉建設部，中國氣象局. 城市暴雨強度公式編制和設計暴雨雨型確定技術導則[S]. 2014.

[3] 中國氣象局. 地面氣象觀測規范[M].北京：氣象出版社，2003.

[4] 中國氣象局. 全國地面基本氣候資料統計方法[M].北京：氣象出版社，1979.

[5] 王金輝，叢海兵.暴雨強度公式編制中皮-Ⅲ型頻率曲線的快速擬合[J].中國給排水，2013，29（1）：52-55.

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[7] 王娟，李向紅，唐橋義，等.桂林市暴雨強度公式的推導與研究[J].安徽農業科學，2017，45（1）：174-177.

[8] 植石群，宋麗莉，羅金玲，等.暴雨強度計算系統及其應用[J].氣象，2000，26（6）：30-32.

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