[发明专利]城市24小时长历时暴雨强度的确定方法

摘要

一种城市24小时长历时暴雨强度的确定方法，从暴雨强度公式的数据记录开始，原始数据记录为纸质的自记雨量计记录，通过计算机矢量化技术对自记雨量资料进行数字化处理，标准化原始数据，进而得到适当的降雨数据，采用兼顾市政排水，水利排涝，内涝防治的采样方法，应用符合本地区的降雨概率分布的理论频率分布曲线进行频率分析，对于频率分布得到的结果采用多种计算方法推求暴雨强度公式的参数，优选出误差最小的参数。新推求的暴雨强度公式在表现市政排水，水利排涝，内涝防治三套子系统的设计降雨之间的关系尤为突出，不仅为城市雨水排除规划设计工作带来极大的便利，更可从根本上解决市政和水利设计标准意义不匹配的问题。

主权项

1.一种城市24小时长历时暴雨强度的确定方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：（1）降雨数据处理对纸质的自记雨量计记录的降雨资料通过降水自记纸数字化处理软件系统进行数字化处理，将降水自记纸的图片文件转化为相应的数字文件，即降水自记纸数字化处理系统最终生成的标准文件，以DAT格式表现出来，其包含了每年的降水信息，每日每分的降水数据，时间间隔为1min，包括降雨时间的年，月，日，时，分；以及每分钟的降雨量，0.1mm为记录单位信息；（2）数据样本采集（2.1）数据库设计其中，最初的场降雨和一分钟降雨资料来自于数字化自记雨量资料；在ACCESS中，新建如下表格：场降雨、1分钟降雨、x分钟降雨、版本；其中，各表设计如下：场降雨表格中，建立字段为:ID、年份、起始时间、结束时间、总降雨量；数据类型为：数字、数字、文本、文本、数字；前二者数字字段大小为长整型、最后一栏数字字段大小为双精度型；1分钟降雨表格中，建立字段为:ID、时间、降雨量、场降雨年份、场降雨ID；数据类型为：自动编号、文本、数字、数字、数字；第一个数字字段大小为双精度型，后两栏数字字段大小为长整型；x分钟降雨：建立字段为:ID、时间、降雨量、最大时刻、场降雨年份、场降雨ID；数据类型为：自动编号、文本、数字、文本、数字、数字；前一个数字字段大小为双精度型，后两栏数字字段大小为长整型；版本：建立字段为值，数字类型为数字；同时，在版本表格中，输入最长雨阵的值；（2.2）样本选取（2.2.1）降雨历时的选取考虑到市政排水，水利排涝和内涝防治的统一采用5min，15min，30min，45min，60min，90min，120min，150min，180min，240min，360min，720min，1440min共15个历时，即在步骤（2.1）新建的ACCESS数据库里的建立15个分钟降雨的子表格；（2.2.2）取样方法选取年最大值法为取样方法，即每年每个历时选取一个最大值，然后不论年次，将每个历时的降雨雨样按大小次序排列，每个历时建立一个txt文件；文件的格式为：第一行：历时大小，从第二行起从大到小顺序排列雨强的大小，雨强通过雨量与历时的关系求出；（2.2.3）重现期的选取依据（2.2.2）的取样方法，重现期最小选取2年，最大选取100年，范围为2～100年；（3）频率分析（3.1）频率分析模型初步选取为了确定样本使用哪种频率分析方法，需要对的其进行初步选取；以雨强的范围为横坐标，雨强对应的概率为纵坐标做二维柱状图，从图形的趋势判断其属于哪种频率分布曲线，若柱状图多为抛物线型，则基本符合P-III型分布，若多为为直线型，则基本符合Gumbel分布；（3.2）频率分析方法采用海森机率格纸坐标系统，横坐标为经验频率Pn%，纵坐标为暴雨强度mm/min，用点代表样本数据点，曲线为根据这些样本点拟合得出来的理论频率曲线，在曲线结尾处显示的是曲线的相关参数，直线表示各个重现期的位置；调整每一个历时对应的Cs值，直到使该Cs值下的理论频率曲线与样点群适合，记录下最终的Cs大小，记下相应的Cs/Cv值；然后，将所有历时的曲线进行整体调整，使Cs/Cv值尽可能地接近于某一个值，以成为一簇曲线；最后，根据相应的参数通过理论频率公式得到相应频率分布下的重现期P、暴雨强度i、降雨历时t三者数学关系表；（4）公式推求根据现行给排水设计手册推荐和有关文献，利用频率分析得到的P-i-t表，采用六种经典方法，即北京法、北京简化法、南京法、曲面最小二乘法、同济大学法和直接拟合法；来推求暴雨强度公式参数；公式形式为：i=A1(1+ClgP)(t+b)n]]>式中：i——暴雨强度，单位mm/min；t——降雨历时，单位min；P——为重现期，单位年；n、A₁、b、C——地区参数，其值随气象条件和地区差异不同而不同；（5）公式误差分析根据排水规范要求，用平均绝对均方差和平均相对均方差来判断推求的暴雨强度公式的精度；将计算得出的参数A₁，C，n，b的值分别代入公式中，分别求出总公式的暴雨雨强值x，比较此雨强值与（3.2）所述通过频率分析后得到的P-i-t表中的雨强值，得到对的残差平方和σ，绝对均方差S₁₁，相对均方差S₁₂；σ=Σi=1m2Σj=1m1(xij-xjp)2]]>s11=1m1Σj=1m1(xij-xjp)2]]>s11‾=1m2Σ1m2(1m1Σj=1m1(xij-xjp)2)]]>s12=1x‾jp1m1Σj=1m1(xij-xjp)2]]>s12‾=1m2Σ1m2(1x‾jp1m1Σj=1m1(xij-xjp)2)]]>式中，σ——残差平方和；m₁——降雨历时的个数；m₂一—重现期的个数；xi_j——参数值代入公式后计算出来的雨强值（mm/min）；x_jp、——经频率分析后计算出来的强度值以及其均值（mm/min）；S₁₁、S₁₂——总暴雨强度公式的每个重现期的绝对均方差及相对均方差；——总暴雨强度公式的平均绝对均方差及平均相对均方差；对（5）中各个方法得到的结果按照上述的方法分别算出对应的平均绝对均方差及平均相对均方差，在两误差都满足规范要求的前提下，选出误差最小所对应的方法，取其计算出来的参数值为最终暴雨强度公式的参数值。