城市設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算方法
【專利摘要】城市設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算方法是排水設(shè)計(jì)的重要工具。對現(xiàn)行規(guī)范中城市設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算方法的不足之處，分析了中國31個(gè)省、市、自治區(qū)606座城市暴雨的特性，匯集全國24902站年海量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，并經(jīng)過嚴(yán)密的檢驗(yàn)、整編、平衡分析，資料翔實(shí)可靠的基礎(chǔ)上。創(chuàng)建城市新一代暴雨強(qiáng)度公式計(jì)算方法和設(shè)計(jì)概化雨型計(jì)算方法。為我國的雨水排水設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)模型模擬降雨過程提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，是一項(xiàng)開創(chuàng)性的、劃時(shí)代的城市室外排水設(shè)計(jì)的重大改革，也是我國近半個(gè)世紀(jì)以來關(guān)于城市暴雨統(tǒng)計(jì)特征研究的一項(xiàng)創(chuàng)新性成果。
【專利說明】城市設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]給水排水
【背景技術(shù)】:
[0002]中國城市設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算方法是確定排水體制、低影響開發(fā)(LID)、雨水調(diào)蓄和水量計(jì)算、排水管渠等的重要依據(jù)。近幾年來，國際上一些大城市頻繁發(fā)生水災(zāi)害事件，我國也不例外，在汛期相繼遭到暴雨襲擊，并顯現(xiàn)出一些新的特點(diǎn)，城市型水災(zāi)害的應(yīng)急管理已成為人們高度關(guān)注的熱點(diǎn)，而短歷時(shí)高強(qiáng)度暴雨是造成城市內(nèi)澇“水浸街”的重要原因。據(jù)此，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部建科研函[2008] 199號(hào)文件指出:“目前，我國城市在雨水排水規(guī)劃設(shè)計(jì)中采用傳統(tǒng)暴雨強(qiáng)度公式精度低、誤差大，不能全面真實(shí)反映降水變化規(guī)律，且在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)不能滿足生產(chǎn)需要，需要修改和調(diào)整”。針對現(xiàn)行規(guī)范中城市設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算方法的不足之處，分析了中國31個(gè)省、市、自治區(qū)606座城市暴雨的特性，匯集了全國24902站年海量數(shù)據(jù)，并經(jīng)過嚴(yán)密的檢驗(yàn)、整編、平衡分析，資料翔實(shí)可靠的基礎(chǔ)上。從暴雨強(qiáng)度計(jì)算、標(biāo)準(zhǔn)選擇，頻率分布模型等方面入手，通過模型論證、樣本容量對比、精度評(píng)定、敏感性分析，首次建立了一整套完整、準(zhǔn)確、實(shí)用的新一代暴雨強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算方法，推廣應(yīng)用于我國31個(gè)省、市、自治區(qū)606座城市的暴雨強(qiáng)度公式，它匯集了迄今為止中國暴雨公式設(shè)計(jì)計(jì)算方面最全面、最系統(tǒng)的成果，結(jié)束了我國大部分城市無暴雨強(qiáng)度公式之歷史，填補(bǔ)了我國城市安全建設(shè)工作中的一項(xiàng)空白。是一項(xiàng)開創(chuàng)性的、劃時(shí)代的城市室外排水設(shè)計(jì)的重大改革，也是我國近半個(gè)世紀(jì)以來關(guān)于城市暴雨統(tǒng)計(jì)特征研究的一項(xiàng)創(chuàng)新性成果。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003]1、中國城市新一代暴雨強(qiáng)度公式計(jì)算方法
[0004]1.1本發(fā)明根據(jù)GIS圖屬互聯(lián)思想，將有關(guān)地理、地形、雨型與降水分布關(guān)系，得出代表本城市地區(qū)各流域暴雨強(qiáng)度分布面。通過收集我國水文、氣象等部門4000余個(gè)雨量站的歷年系列實(shí)測資料，借助先進(jìn)的專業(yè)計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備和降水?dāng)?shù)字化處理系統(tǒng)軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)從原始記錄數(shù)據(jù)處理、整理、歸納、統(tǒng)計(jì)、編制了我國31個(gè)省、市、自治區(qū)共606座城市的暴雨特性，匯集了全國24902站年海量樣本。
[0005]1.2提出隨機(jī)獨(dú)立樣本，比較各種分布曲線模型的差異，發(fā)現(xiàn)年最大值法配合耿貝爾分布模型推求暴雨強(qiáng)度的方法。
[0006]1.3基于GIS技術(shù)平臺(tái)的支持下，結(jié)合自然地理、地貌、內(nèi)陸地區(qū)建筑物群和氣候條件致使降水在中國大陸范圍內(nèi)的降水時(shí)空分布關(guān)系，建立以全國短歷時(shí)暴雨等值線圖為數(shù)學(xué)模型的驗(yàn)證檢查方法，顯著提高了各城市設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度公式的精度。
[0007]1.4求解暴雨公式A、B、C、N四個(gè)參數(shù)，是一個(gè)非線性尋優(yōu)的問題。傳統(tǒng)的作法往往分為兩步:先求單一重現(xiàn)期的參數(shù)，然后再求重現(xiàn)期的綜合參數(shù)。參數(shù)推求全過程需圖解試求，反復(fù)調(diào)整，不僅工作量大，而且求得的參數(shù)并不一定是最佳擬合參數(shù)。經(jīng)研究推薦“高斯-牛頓”法求解四個(gè)待求參數(shù)，簡單、實(shí)用、快速地地解決了非線性方程線性化時(shí)易出現(xiàn)的病態(tài)問題。
[0008]1.5通過實(shí)測降水資料統(tǒng)計(jì)分析降水周期性的變化規(guī)律，結(jié)合相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)，引用天文學(xué)的基本理論與現(xiàn)代遙感系統(tǒng)(Rs)技術(shù)進(jìn)行深入的分析研究，周期變化所處的位置基本處于連續(xù)出現(xiàn)的豐水年或枯水年，計(jì)算結(jié)果在某一周期內(nèi)顯著偏大或偏小。提出根據(jù)氣候變化，宜對暴雨強(qiáng)度公式進(jìn)行修訂。
[0009]2、中國城市設(shè)計(jì)概化雨型計(jì)算方法
[0010]本發(fā)明通過收集我國31個(gè)省、市、自治區(qū)共606座城市幾萬場次降水過程的基礎(chǔ)上，結(jié)合地形、地貌和排水設(shè)施，客觀分析暴雨時(shí)程分布和雨型特點(diǎn)，提出了采用統(tǒng)計(jì)分析方法結(jié)合常用重現(xiàn)期部分的降雨資料確定設(shè)計(jì)降雨過程的方法:
[0011]2.1選擇歷年來發(fā)生2小時(shí)暴雨值不小于二年一遇10分鐘或20分鐘設(shè)計(jì)降雨量的降雨過程；
[0012]2.2當(dāng)降雨歷時(shí)不大于2小時(shí)情況下按照實(shí)際發(fā)生降雨過程排列作為概化雨型過程;
[0013]2.3當(dāng)降雨歷時(shí)大于2小時(shí)情況下，截取降雨歷時(shí)中最大2小時(shí)降雨量過程作為概化雨型過程，解決了遺漏特大暴雨場次和暴雨中心經(jīng)常出現(xiàn)的點(diǎn)暴雨資料問題。建立了時(shí)段長度為5min的城市120min設(shè)計(jì)概化雨型，為積水計(jì)算以及進(jìn)一步提高暴雨水管理水平奠定堅(jiān)定的基礎(chǔ)。
【權(quán)利要求】
1. 城市新一代暴雨強(qiáng)度公式計(jì)算方法:在空間上確定代表本城市地區(qū)各流域暴雨強(qiáng)度，借助先進(jìn)的專業(yè)計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備和降水?dāng)?shù)字化處理系統(tǒng)軟件平臺(tái)，匯集了暴雨數(shù)據(jù)，分析暴雨特性；
2.創(chuàng)新地提出隨機(jī)獨(dú)立樣本，發(fā)現(xiàn)年最大值法配合耿貝爾分布模型推求暴雨強(qiáng)度的方法;
3.結(jié)合自然地理、地貌、內(nèi)陸地區(qū)建筑物群和氣候條件致使降水時(shí)空梯度變化關(guān)系，建立短歷時(shí)暴雨等值線數(shù)學(xué)模型的驗(yàn)證檢查方法，顯著提高了各城市的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度精度。
4.暴雨強(qiáng)度公式中四參數(shù)的求解，提出“高斯-牛頓”法求解四個(gè)待求參數(shù)，簡單、實(shí)用、快速地解決了非線性方程線性化時(shí)易出現(xiàn)的病態(tài)問題。
5.周期變化所處的位置基本處于連續(xù)出現(xiàn)的豐水年或枯水年，計(jì)算結(jié)果在某一周期內(nèi)顯著偏大或偏小。提出根據(jù)氣候變化，宜對暴雨強(qiáng)度公式進(jìn)行修訂。 城市設(shè)計(jì)概化雨型計(jì)算方法:
6.選擇歷年來發(fā)生2小時(shí)暴雨值不小于二年一遇10分鐘或20分鐘設(shè)計(jì)降雨量的降雨過程；
7.當(dāng)降雨歷時(shí)不大于2小時(shí)情況下按照實(shí)際發(fā)生降雨過程排列作為概化雨型過程；
8.當(dāng)降雨歷時(shí)大于2小時(shí)情況下，截取降雨歷時(shí)中最大2小時(shí)降雨量過程作為概化雨型過程，解決了遺漏特大暴雨場次和暴雨中心經(jīng)常出現(xiàn)的點(diǎn)暴雨資料問題。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK103473434SQ201210190613
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月6日
【發(fā)明者】邵堯明, 邵丹娜 申請人:邵堯明, 邵丹娜